Geometric optimization of a phase-change energy storage operating with a PV micro-installation

• Autorzy: Porwisiak Dominika , Malecha Ziemowit

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2022.7-8.3

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja geometrii zmiennofazowego magazynu energii współpracującego z mikroinstalacją fotowoltaiczną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Currently, efforts are being made to increase the share of renewable energy sources in Poland’s energy mix. Energy storages, both electric and thermal, can help to overcome the disadvantages of these energy sources. A latent heat store designed to cooperate with a photovoltaic micro-installation and a cooling system was selected for testing. A numerical model of the heat storage was made and a series of numerical calculations of the charging and discharging of the heat accumulator was carried out for different geometries of the phase change medium. The processes of solidification and melting were modelled using an enthalpy-porosity approach. The obtained results were illustrated on the summary characteristics. It is shown that the shape of the phase change medium has a significant effect on the dynamics of the phase change process.

PL

Obecnie podejmowane są działania mające na celu zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w bilansie energetycznym Polski. Magazyny energii elektrycznej, jak też ciepła, mogą pomóc w przezwyciężeniu wad tych źródeł energii. Do badań wybrano magazyn ciepła utajonego przeznaczony do współpracy z mikroinstalacją fotowoltaiczną i systemem chłodzenia. Wykonano model numeryczny magazynu ciepła oraz przeprowadzono serię obliczeń numerycznych ładowania i rozładowywania akumulatora ciepła dla różnych geometrii ośrodka zmienno-fazowego. Procesy krzepnięcia i topnienia modelowano z wykorzystaniem metody entalpia-porowatość. Uzyskane wyniki zilustrowano na charakterystykach zbiorczych. Wykazano, że kształt materiału zmiennofazowego ma istotny wpływ na dynamikę procesu przemiany fazowej.

Słowa kluczowe

EN

phase-change material energy storage; computational fluid dynamics; photovoltaic micro-installation; enthalpy-porosity model

PL

zmiennofazowy magazyn energii; numeryczna mechanika płynów; mikroinstalacja fotowoltaiczna; model entalpia-porowatość

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 7/8
• Strony: 29--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Porwisiak Dominika

• Wroclaw University of Science and Technology, Department of Cryogenics and Aerospace Engineering, Wroclaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0340-2227

autor

Malecha Ziemowit

• Wroclaw University of Science and Technology, Department of Cryogenics and Aerospace Engineering, Wroclaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8560-760X

Bibliografia

• [1] J. Yao, H. Xu, Y. Dai i M. Huang, „Performance analysis of solar assisted heat pump coupled with build-in PCM heat storage based on PV/T panel,” Solar Energy, pp. 279-291, 2020, doi: 10.1016/j.solener.2020.01.002.
• [2] F. Fornarelli, S. Camporeale, B. Fortunado, M. Torresi, P. Oresta, L. Magliocchetti, A. Miliozzi i G. Santo, „CFD analysis of melting process in a shell-and-tube latent heat storage for concentrated solar power plants,” Applied Energy, pp. 711-722, 2016, doi: 10.1016/j.apenergy.2015.11.106.
• [3] T. Ma, Z. Li i J. Zhao, „Photovoltaic panel integrated with phase change materials (PV-PCM): technology overview and materials selection,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, tom 116, nr 109406, pp. 1-16, 2019, doi: 10.1016/j.rser.2019.109406.
• [4] Y. Cui, J. Zhu, F. Zhang, Y. Shao i V. Xue, „Current status and future development of hybrid PV/T system with PCM module: 4E (energy, exergy, economic and environmental) assessments,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, tom 158, nr 112147, 2022, doi: 10.1016/j.rser.2022.112147.
• [5] „Rynek Mikroinstalacji Fotowoltaicznych Polska ’19,” Stowarzyszenie branży fotowoltaicznej Polska PV, 2020.
• [6] V. Voller i C. Prakash, „A fixed grid numerical modelling methodology for convection-diffusion mushy region phase-change problems,” International Journal of Heat and Mass Transfer, pp. 1709-1719, 1987, doi: 10.1016/0017-9310(87)90317-6.
• [7] M. Rad, P. Kotas i C. Beckermann, „Rayleigh number criterion for formation of a-segregates in steel castings and ingots, ” Metallurgical and Materials Transactions A, tom 44, pp. 4266-4281, 2013, doi: 10.1007/s11661-013-1761-4.
• [8] P. Olafsson, R. Sandstrom i A. Karlsson, „Comparison of experimental, calculated and observed values for electrical and thermal conductivity of aluminium alloys.,” Journal of Materials Science, tom 32, pp. 4383-4390, 1997, doi: 10.1023/A:1018680024876.
• [9] „Pubchem Compound Summarry for CID 12398, Heptadecane,” National Center for Biotechnology and Information. [Online]. [Data uzyskania dostępu: 7 11 2021].
• [10] „Thermal Conductivity of Metals, Metallic Elements and Alloys,” Engineering Toolbox, 2005. [Online]. Available: https://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-metals-d_858.html. [Data uzyskania dostępu: 28 11 2021].
• [11] „Heat of Fusion and Vaporization,” gchem. [Online]. [Data uzyskania dostępu: 28 11 2021].
• [12] Z. Jianrui, F. Yanhui, Y. Haibo, F. Daili, Z. Xinxin i W. Ge, „Thermal properties of C17H36/MCM-41 composite phase change materials,” Computational Materials Science, tom 109, pp. 300-307, 2015, doi: 10.1016/j.commatsci.2015.07.033.
• [13] „Specific Heat Capacity of Metals Table Chart,” Engineering Reference and Online Tools, [Online]. Available: https://www.engineersedge.com/materials/specific_heat_capacity_of_metals_13259.htm. [Data uzyskania dostępu: 28 11 2021].
• [14] „Weight & Density Of Aluminium 6061 G/Cm3, Lbs/ln3, G/Ml, Lb/Ft3, G/Mm3, Cubic Inch,” The World Material, [Online]. Available: https://www.theworldmaterial.com/weight-density-of-aluminum/. [Data uzyskania dostępu: 2021 11 28].
• [15] A. Doolittle, „Studies in Newtonian Flow. II. The Dependence of the Viscosity of Liquids on Free-Space,” Journal of Applied Physics, tom 22, nr 12, pp. 1471-1475, 14 Czerwiec 1951, doi: 10.1063/1.1699894.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)