Pesquisadores de Bangladesh e Austrália exploraram materiais híbridos de nano-mudança de fase (HNPCMs) para aplicações PVT. Eles usaram cera de parafina como material de mudança de fase (PCM), incorporando vários níveis de nanopartículas de óxido de alumínio (Al₂O₃) e óxido de zinco (ZnO). Eles também desenvolveram um modelo de previsão.
“Nesta investigação, Al2 O3 e ZnO são incorporados em diferentes concentrações com PCM para aumentar sua condutividade térmica e, em seguida, usados no sistema PVT para examinar o impacto em seu desempenho (elétrico e térmico)”, disse o grupo. “As amostras híbridas-nano/PCM são preparadas, e sua morfologia, estrutura, estabilidade térmica, condutividade térmica e comportamento de mudança de fase são realizados.”
Eles incorporaram a mistura Al₂O₃-ZnO na cera em cargas de 0,5%, 1% e 2%. A mistura foi adicionada à cera a 70°C e agitada por duas horas, usando uma máquina de vibração ultrassônica para manter o béquer acima do ponto de fusão. Finalmente, eles resfriaram as amostras em temperatura ambiente.
“Os resultados do teste mostram que 2% das nanopartículas híbridas misturadas com PCM exibiram melhor conexão com cera de parafina base sem ter qualquer aglomeração (…) e 2% do nano-PCM híbrido mostra maior condutividade térmica de 2,18 W/mK do que cera de parafina pura (1,54 W/mK)”, disse o grupo. “O resultado mostra o aumento gradual da condutividade térmica pela adição de nanopartículas híbridas com frações de massa de 0,5%, 1% e 2%.”
Os pesquisadores construíram uma configuração experimental combinando HNPCMs com um sistema PVT. Eles conectaram um módulo fotovoltaico policristalino de 20 W a um tubo de cobre serpentino contendo os HNPCMs na parte traseira, com tubos de cobre abaixo circulando água a 0,0021 kg/s. Água quente foi armazenada em um tanque para energia térmica.
O sistema foi instalado no telhado da Universidade de Engenharia e Tecnologia Rajshahi em Bangladesh. Eles também instalaram dois sistemas de referência com o mesmo módulo fotovoltaico de 20 W: um com apenas o painel fotovoltaico e o outro apenas com PCM de cera de parafina. As medições foram feitas no final de abril de 2022, com irradiação variando de 400 W/m² a 900 W/m² e uma temperatura ambiente de cerca de 26 °C.
“Resultados experimentais mostraram que, em comparação com apenas PCM, a condutividade térmica do HNPCM aumentou em 24,68%, 28,57% e 41,56% para a inclusão de 0,5%, 1% e 2% de nanomaterial híbrido, respectivamente”, disseram os pesquisadores. “A eficiência elétrica do sistema PVT/HNPCM e PVT/PCM aumentou em 31,46% e 28,70%, respectivamente, em comparação com o sistema PV convencional neste estudo.”
O grupo também desenvolveu um modelo de metodologia de superfície de resposta (RSM) para “prever e otimizar a interação de fatores operacionais (variável independente) com os fatores de resposta (variável dependente).” O RSM usa estatísticas e modelos matemáticos, normalmente, para melhorar e otimizar sistemas experimentais.
Eles apresentaram seus resultados em “Characterization, optimization, and performance evaluation of PCM with Al2 O3 and ZnO hybrid nanoparticles for photovoltaic thermal energy storage“, que foi publicado recentemente em Energy and Built Environment. O estudo foi conduzido por cientistas da Rajshahi University of Engineering & Technology de Bangladesh e da Edith Cowan University da Austrália.
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