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Heat transfer experimental and numerical study of a three-sided serpentine with the operating fluid directly contacting the PV cell back

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Autor(es):
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Barbosa, F. ; Nobrega, G. ; Souza, R. R. ; Ralha, R. P. ; Cardoso, E. M. ; Pereira, J. E. ; Afonso, I. S. ; Marques, F. ; Teixeira, J. C. F. ; Lima, R. ; Moita, A. S.
Número total de Autores: 11
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: CASE STUDIES IN THERMAL ENGINEERING; v. 61, p. 16-pg., 2024-08-29.
Resumo

The cooling methodologies of photovoltaic/thermal equipment are crucial not only to maintain optimal operating temperatures but also to improve the performance of the photovoltaic systems and prolong their lifespan. Traditional heat exchangers often require physical contact with the material to be cooled, posing challenges for specific projects. Therefore, this study introduces an innovative heat exchanger made of aluminum plate, allowing direct contact of the cooling liquid with the surface to be cooled. The thermal performance of the serpentine, coupled to a steel plate simulating a photovoltaic-thermal panel, was evaluated experimentally. CFD numerical simulations were conducted to analyze the thermal performance of the heat exchanger, providing valuable temperature profiles for single-phase flows. The outcomes showed that the simulated and experimental data agreed well. Particularly, when considering the outlet fluid temperature the mean absolute error between the simulated and experimental results was around 0.5 degrees C, with a relative error of aproximatelly 1.8 %. To evaluate the influence of the type of material that forms the serpentine, heat exchangers with two different polydimethylsiloxane (PDMS) serpentines were numerically investigated. The PDMS serpentine provided a more heterogeneous steel plate temperature profile compared to the aluminum one; however, such an issue can be corrected with geometry modifications, such as a greater width and cross-sectional area. For all flow rates, the steel plate temperature using aluminum serpentine presented a lower average temperature than that with PDMS serpentine (an average of 6.3 % lower). The wide PDMS serpentine exhibited a better cooling performance than the narrow PDMS serpentine (an average of 92 %) since the heat transfer surface area was enhanced in the former case. (AU)

Processo FAPESP: 19/02566-8 - Caracterização experimental do desempenho térmico e hidrodinâmico de dissipadores de calor microaletados durante a ebulição convectiva
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Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 20/03907-0 - Influência da interação fluido-superfície sobre a dinâmica da nucleação de bolhas de vapor
Beneficiário:Bruno Alves de Andrade
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Processo FAPESP: 22/03946-1 - Comportamento térmico e fluidodinâmico de escoamento em dissipadores microaletados de nanocompósito de PDMS
Beneficiário:Elaine Maria Cardoso
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
Processo FAPESP: 22/15765-1 - Estudo de fenômenos de transporte aplicados à tecnologias emergentes de conversão de energia e armazenamento
Beneficiário:Luben Cabezas Gómez
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 19/13895-2 - Influência térmica e hidrodinâmica da nucleação de bolhas de vapor em cavidades artificiais
Beneficiário:Isabela Ignácio da Silva
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
Processo FAPESP: 13/15431-7 - Análise da aplicação de nanotecnologia em processos térmicos e de conversão de energia
Beneficiário:Elaine Maria Cardoso
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores