Includes a title page in Arabic

Thesis (M.Sc.) Master Egypt - Japan University of Science and Technology (E - JUST) - School of Energy Resources , Environmental , Chemical , and Petrochemical Engineering - Energy Resources (ERE) Department 2024

Includes bibliographical references

Sustainable solutions are crucial for addressing humanity's growing demands for energy Researchers are exploring innovative approaches , and solar energy offers promising potential in sustainable energy generation Concentrated PV panels offer higher power output compared to non - concentrated versions for the same area However , these concentrated panels suffer from very high temperatures , significantly reducing their efficiency and lifespan A flat heat pipe integrated into the panel's backside can provide a more uniform temperature distribution by transferring excess heat to a heat sink This thesis aims to integrate the concentrated PV panel with atmospheric water harvesters (silica gel and zeolite) to provide cooling to the panel via numerical and experimental studies The numerical study proposes two system configurations for concentrated PV cooling by using the excess heat from the PV panels to drive the desiccant desorption The first configuration utilizes direct cooling , where the panel's backside is directly attached to the desiccant The second configuration employs indirect cooling , with a heat pipe transferring heat between the panel and the desiccant The system model , developed and validated using MATLAB , evaluates the impact of various parameters on the cell temperature , cell efficiency and the generated power These parameters include the concentration ratio of the PV panel , the heat pipe's condenser - to - evaporator area ratio , the desiccant thickness , and the type of desiccant The results show that the maximum average cell efficiency reaches 13.97% under specific conditions : a concentration ratio of 1 , a heat pipe condenser - to - evaporator area ratio of 2 , a desiccant layer thickness of 2 cm , and using silica gel in the indirect cooling configuration The maximum average power output reaches 212 W/m² with an indirect cooling configuration , a heat pipe condenser - to - evaporator area ratio of 2 , a concentration ratio of 4 , a desiccant layer thickness of 1 cm , and silica gel as the desiccant The minimum average power output (excluding naturally cooled PV panels) is 59 W/m² for the direct cooling configuration with a concentration ratio of 1 , a desiccant layer thickness of 3 cm , and zeolite as the desiccant The proposed systems in the numerical study offer a solution for PV panel cooling particularly suited for regions with water scarcity or limited water resources The second study includes investigating the concept of cooling concentrated photovoltaic by silica gel experimentally when the concentration ratio is 3. In this study , three configurations of concentrated PV passive cooling are studied : cooling with a bed of silica gel cooling with a combined bed of silica gel and aluminum heat sink , and cooling with an aluminum heat sink only It was found that the configuration , which uses a combination of a heat sink and silica gel bed , performs best with an average PV temperature reduction of 9.8 °C and enhanced generated power of 29.8%

إن الحلول المستدامة أمر بالغ الأهمية لتلبية الطلب المتزايد للبشرية على الطاقة و يستكشف الباحثون أساليب مبتكرة ، و منها التي ترتبط بالطاقة الشمسية التي توفر إمكانات واعدة في توليد الطاقة المستدامة توفر الألواح الكهروضوئية المركزة خرج طاقة أعلى مقارنة بالإصدارات غير المركزة لنفس المساحة إلا أن هذه الألواح المركزة تعاني من درجات حرارة عالية جدا ، مما يقتل بشكل كبير من كفاءتها وعمرها الافتراضي. يمكن أن يوفر أنبوب الحرارة المسطح Flat Heat pe) المدمج في الجانب الخلفي للوحة توزيعا أكثر اتسافا لدرجة الحرارة عن طريق نقل الحرارة الزائدة إلى المشتت الحراري تهدف هذه الأطروحة إلى دمج الألواح الكهروضوئية المركزة مع المواد المجففة هلام) السيليكا و الزيوليت) لتوفير التبريد للوح من خلال الدراستين : العددية و التجريبية تقترح الدراسة العددية تكوينين لنظام التبريد الكهروضوئي المركز باستخدام الحرارة الزائدة من الألواح الكهروضوئية لدفع عملية الانتزاز للمادة المجففة يستخدم التكوين الأول التبريد المباشر ، حيث يتم توصيل الجزء الخلفي من اللوحة مباشرة بالمادة المجففة يستخدم التكوين الثاني التبريد غير المباشر ، مع أنبوب حراري ينقل الحرارة بين اللوحة و المادة المجففة. يقوم نموذج النظام الذي تم تطويره و التحقق من صحته باستخدام MATLAB بتقييم تأثير العوامل المختلفة على درجة حرارة الخلية و كفاءة الخلية و الطاقة المولدة تتضمن هذه العوامل نسبة تركيز اللوحة الكهروضوئية ، و نسبة مساحة المكثف إلى المبخر في انبوب الحرارة، وسمك المادة المجففة، ونوع المادة المجففة أظهرت النتائج أن الحد الأقصى لمتوسط كفاءة الخلية يصل إلى 13.97% في ظل ظروف محددة نسبة تركيز ، 1 و نسبة مساحة المكثف إلى المبخر في أنبوب الحرارة 2 و سمك طبقة مجففة 2 سم ، و استخدام هلام السيليكا في تقنية التبريد غير المباشر يصل الحد الأقصى لمتوسط خرج الطاقة إلى 212 و اتم في التبريد غير المباشر حيث نسبة مساحة مكثف أنبوب الحرارة إلى المبخر ، 2 ونسبة تركيز الاشعاع 4 ، و سمك طبقة المادة المجففة 1 سم ، عند استخدام هلام السيليكا الحد الأدنى لمتوسط إنتاج الطاقة (باستثناء الألواح الكهروضوئية المبردة طبيعيًا) هو 59 و اتم لتكوين التبريد المباشر مع نسبة تركيز 1 و سمك طبقة المجففة 3 سم ، و الزيوليت كمادة مجففة توفر الأنظمة المقترحة في الدراسة العددية حلا مناسب لتبريد الألواح الكهروضوئية بشكل خاص للمناطق التي تعاني من ندرة المياه أو موارد المياه المحدودة تتضمن الدراسة الثانية دراسة مفهوم التبريد الكهروضوئي المركز بواسطة هلام السيليكا تجريبيا عندما تكون نسبة التركيز 3 في هذه الدراسة ، تمت دراسة ثلاثة أشكال للتبريد الكهروضوئي السلبي التبريد بطبقة من هلام السيليكاء و التبريد بطبقة مركبة من هلام السيليكا و المشتت الحراري من الألومنيوم ، و التبريد باستخدام المشتت الحراري من الألومنيوم فقط لقد وجد أن التكوين ، الذي يستخدم مزيجا من المشتت الحراري و طبقة هلام السيليكا ، يعمل بشكل أفضل مع انخفاض متوسط درجة الحرارة الكهروضوئية بمقدار 9.8 درجة مئوية و تحسين في الطاقة المولدة بنسبة 29.8%

Issued also as a digital file (for more information please check our Digital Repository)

(EECE) School of Energy Resources, Environmental, Chemical and Petrochemical Engineering (ERE) Energy Resources Engineering