Abstract




 
   

Vol. 4, No. 2&3 (Summer 2017) 39-46   

Link: http://www.jree.ir/Vol4/No23/5.pdf
 
Downloaded Downloaded: 7   Viewed Viewed: 22

  The Effect of Aperture Size on the Cavity Performance of Solar Thermoelectric Generator
 
Mohammad Ameri*, Omid Farhangian Marandi and Behrouz Adelshahian
 
( Received: March 29, 2018 – Accepted: September 10, 2018 )
 
 

Abstract    In this manuscript, a solar cavity packed with thermoelectric generator modules is investigated numerically. The hot plate of TEG modules make the inner surface of the cube, and the cold plate is outside of the cavity, under natural convection. The TEG modules are electrically in series. The solution algorithm using the equations of heat transfer and generated power of TEG modules is developed via MATLAB and simulated under various non-concentrated irradiation levels. The generated power variation in solar thermoelectric cavity shows that as the solar irradiance rises, the generated power increases at a growing rate. The radiation varies from 700 to 1200 W/m2, and the generated power increases from 0.2 mW to 10 mW for side TEGs and up to 30 mW for bottom side TEGs. Studying the effect of aperture size shows that, although the generated power of fully open cavity is 2.25 times higher than generated power in 5×5 cm2 aperture size cavity but its efficiency is 50% lower than small aperture cavity. Heat transfer analysis of cavity depicts the 91% of heat transferred by conduction in cube surfaces and, only 6% and 3% of input energy are lost by re-radiation and convection through the aperture, respectively.

 

Keywords    Cavity receiver; Thermoelectric generator; Heat transfer; Aperture size.

 

چکیده    در این پژوهش مدل نوینی از حفره مکعبی جاذب خورشیدی ترموالکتریک ارائه شده که در آن مولدهای ترموالکتریک سطح داخلی حفره را تشکیل می دهند و صفحه سرد مولد ترموالکتریک در سطح خارجی حفره در جابجابی طبیعی با محیط اطراف می باشد. تعداد بیست عدد مولد ترموالکتریک، به صورت الکتریکی سری نصب شده اند. معادلات انتقال حرارت شامل انتقال حرارت تابشی داخل حفره، هدایت حرارتی از مولدهای ترموالکتریک و انتقال حرات جابجایی داخل و خارج حفره کوپل با معادلات تولید توان الکتریکی به صورت عددی در نرم افزار متلب حل شده است. بررسی عملکرد تولید توان سیستم نشان می دهد با افزایش میزان تابش ورودی به حفره، میزان توان تولیدی سیستم افزایش می یابد به طوریکه با افزایش تابش ورودی از 700W/m2 به 1200 W/m2 میزان توان تولیدی ترموالکتریک های نصب شده در دیوار جانبی از 0.2mW به 10mW و برای ترموالکتریک های سطح پایین حفره به 30mW افزایش می یابد. با بررسی اثر اندازه دهانه ورودی حفره بر بازده مشخص است که با کاهش اندازه دهانه، میزان اتلاف بازتابش از دهانه حفره کاهش می­یابد و حفره با دهانه کوچکتر از بازده بالاتری از حفره با دهانه باز برخوردار است. از طرف دیگر با کاهش اندازه دهانه، از میزان تابش ورودی به حفره نیز کاسته شده و لذا توان الکتریکی کمتری تولید خواهد شد. در این بررسی مشخص شد که توان تولید حفره با دهانه کاملا باز 2.25 برابر بیشتر از حفره با دهانه 5×5 سانتیمتر است ولی بازده آن حدود 50 درصد کمتر از حفره با دهانه کوچکتر می­باشد. آنالیز انتقال حرارت حفره بیانگر درصد بالای انتقال حرارت هدایتی درون حفره (91 درصد) و درصد پایین انتقال حرارت بازتابش و جابجایی از درون حفره است که به ترتیب مقدار 6% و 3% می باشند.

References    [1] Champier, D., “Thermoelectric generators: A review of applications”, Energy Conversion and Management, Vol.140, (2017), 167–181.[2] Rowe, DM., CRC Handbook of thermoelectric.  NY, USA: CRC Press; 1995. [3] Min, G., Rowe, DM, “Thermoelectric Handbook Macro to Nano” CRC Press; 2006. [4] Goldsmid, HJ. “Theory of Thermoelectric Refrigeration and Generation. Introduction to thermoelectricity”, vol. 121. Berlin, Heidelberg: Springer; (2010). p. 7–21. [5] Hun, C., Li, Z., Dou SX., “Recent progress in thermoelectric materials”. Chinese Science Bulletin, Vol.59 (18), 2014, 2073-2091. [6] Telkes, M. “Solar thermoelectric generators.” J. Applied Physics. Vol.25, (1954), 765. [7] Sundarraj, P., Maity, D.,  Roy, S.S., Taylor, R.A., Recent advances in thermoelectric materials and solar thermoelectric generators–a critical review, RSC Advances., Vol. 4,(2014), 46860-46874. [8] Kraemer, D., Poudel, B., et al. “High-performance flat-panel solar thermoelectric generators with high thermal concentration.” Natural Material Vol.10,( 2011),532–8. [9] Suter, C., Tomes, P., Weidenkaff, A., Seinfeld, A.,”Heat transfer analysis and geometrical optimization of thermoelectric converters driven by concentrated solar radiation”. Materials Vol. 3, (2010), 2735–2752. [10] Suter, C., Tomes, P., Weidenkaff, A., Seinfeld, A.,” A solar cavity-receiver packed with an array of thermoelectric converter modules. Solar Energy Vol.85,(2011), 1511–1518.  [11] Howell, J., Siegel, R., Pinar, M., “Thermal Radiation Heat Transfer”, Fifth ed. 222- 248, New York:  Taylor & Francis Inc.; 2002. [12] Catalog of Radiation Heat Transfer Configuration Factors, summary and conclusions 2010, http://www.me.utexas.edu/~howell/tablecon.html> [13] Hinojosa, J.F., Alvarez, G., Estrada, C.A., “Three-dimensional numerical simulation of the natural convection in an open tilted cubic cavity.” Revista Mexicana de física, Vol. 52(2), (2006) 111-119. [14] D. I. f. P. Properties, DIPPR Project 801 - Full Version: Design Institute for Physical Property Research/AIChE, 2010


Download PDF