Etude expérimentale sur un capteur solaire parabolique utilisant de l'eau

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7398 (2023) Citer cet article

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Un travail expérimental limité a porté sur les nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT), un nanofluide d'eau avec un tensioactif dans le collecteur solaire parabolique à de faibles concentrations en volume. Pour les nanofluides concentrés en volume élevé, la chute de pression était davantage due à une augmentation de la viscosité du fluide de travail et à une augmentation du coût des nanoparticules ; ce n’est donc pas économique. Ce rapport a tenté d'utiliser le tensioactif dodécylbenzène sulfonate de sodium (SDBS) dans le nanofluide d'eau MWCNT concentré en faible volume pour établir un transfert de chaleur efficace dans les applications de capteurs solaires paraboliques. Le nanofluide stable MWCNT-eau a été préparé à des concentrations volumiques de 0,0158, 0,0238 et 0,0317. Les expériences ont été menées de 10h00 à 16h00 à des débits de 6, 6,5 et 7 L/min conformément aux normes ASHRAE. Au débit de 7 L/min du fluide de travail, avoir une différence de température minimale entre le fluide de travail et le tube absorbeur conduit à un meilleur transfert de chaleur. La concentration volumique accrue de MWCNT dans l’eau améliore l’interaction de surface entre l’eau et les nanoparticules de MWCNT. Il en résulte une efficacité maximale du capteur solaire parabolique à 0,0317 % en volume avec un débit de 7 L/min et 10 à 11 % supérieur à celui de l'eau distillée.

L’augmentation de la demande énergétique et des problèmes tels que le réchauffement climatique et les émissions dangereuses de combustibles fossiles ont entraîné une transition vers des sources d’énergie renouvelables. L'énergie solaire constitue l'une des options prometteuses pour répondre aux besoins énergétiques actuels. L'énergie solaire peut provenir de capteurs solaires et de cellules photovoltaïques. Les cellules photovoltaïques convertissent directement l'énergie solaire en énergie électrique et les capteurs solaires sont utilisés pour les applications à haute température. Le capteur parabolique est un capteur solaire de type concentrateur linéaire qui fonctionne entre 150 et 400 °C1. Le collecteur parabolique se compose d'un miroir ou collecteur, qui réfléchit le rayonnement solaire et a la forme d'une parabole, et d'un tube absorbeur ou tube récepteur, qui reçoit le rayonnement du miroir et est situé à une position focale du miroir. Le tube absorbeur transfère la chaleur au fluide de travail. Ce fluide chauffé est utilisé pour des applications industrielles et de production d’électricité. La modification du tube récepteur et du fluide de travail améliore le transfert de chaleur dans un collecteur parabolique. Modifier le tube récepteur signifie changer le matériau du tube récepteur, appliquer un revêtement thermique sur le tube récepteur, modifier la conception du tube récepteur, changer la face interne du tube récepteur et ajouter un couvercle en verre efficace sur la face externe d'un tube récepteur. Les matériaux à conductivité thermique plus élevée ont été choisis pour le tube récepteur. L'avancement du fluide de travail peut être réalisé par l'introduction de nanoparticules dans le fluide de base, et un tel fluide est connu sous le nom de nanofluides. Dans les nanofluides, le rôle des nanoparticules est d'améliorer le transfert de chaleur en augmentant la conductivité thermique d'un fluide de travail. Par conséquent, des nanoparticules à conductivité thermique plus élevée sont utilisées dans les nanofluides. De nombreux chercheurs ont travaillé sur l’effet de la concentration volumique du nanofluide, du débit volumique et du matériau du tube absorbant sur les performances des capteurs solaires paraboliques. L'influence des conditions météorologiques et de l'intensité du rayonnement solaire est également prise en compte. Une revue détaillée de la littérature a été réalisée sur les paramètres énumérés ci-dessus, qui sont discutés ci-dessous. Les expériences ont été réalisées pour différents revêtements et matériaux du tube récepteur en utilisant des fractions volumiques de 0,2 et 0,3 % en volume d'huile CNT comme fluide de fonctionnement. Les expériences ont été menées avec un collecteur parabolique pour vérifier les performances optiques et thermiques du tube absorbeur. Ils ont constaté que le tube en cuivre sous vide chromé noir produisait de bons résultats2. Le travail expérimental a été réalisé en appliquant des nanoparticules de CNT de 20 à 40 nm sur le tube absorbant en cuivre.