Recent advances in solar thermal system involving nanofluid utilization: A mini review

Year 2023, , 581 - 600, 22.09.2023

Edip Taşkesen , Ruzgar Uren

https://doi.org/10.58559/ijes.1299104

Abstract

Nanofluids are fluids that contain nanoparticles that improve thermal characteristics. The thermal efficiency of systems that use nanofluids is higher than that of systems that use water as the working fluid. Solar thermal energy and systems, nanofluids and their structures, nanofluid integration into solar thermal systems, and the positive and negative consequences of nanofluid usage in these systems were all addressed in this study, emphasizing the importance of their integration. This study describes a study on using nanofluids in solar thermal systems. This research aims to examine the potential benefits of employing nanofluids, such as increased efficiency and lower prices. Furthermore, the study demonstrates that using nanofluids can reduce the size of the solar collector required to achieve the same performance level, which can lead to a decrease in the overall cost of the solar thermal system. This study's results indicate that using nanofluids in solar thermal systems can significantly enhance efficiency and reduce costs. However, further research is needed to fully explore the benefits and limitations of using nanofluids in solar thermal systems.

Keywords

Nanofluids, Solar thermal systems, Solar energy, Renewable energy sources, Nano-sized particles

References

• [1] Bıçakçı E, Balabanlı C, Acar E. Tarım ve mera alanlarında rüzgâr ve güneş enerji sistemleri kurulması hakkında değerlendirmeler. Journal of the Institute of Science and Technology 2023; 13(1): 700–712.
• [2] Beyoğlu MF. Analitik ve derin öğrenme yöntemleriyle Balıkesir koşullarında şebekeye bağlı bir güneş enerji santralinin modellenmesi ve verimlilik analizi. Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Balikesir, 2023.
• [3] Koçak B, Paksoy H. Endüstride güneş enerjisi uygulamaları için yüksek sıcaklıkta termal enerji depolama. 20223. Accessed: Sep. 02, 2023. Available: http://mmoteskon.org/wp-content/uploads/2023/04/2023-ENE- 001.pdf.
• [4] Alahmad H, Taşkesen E, Bilen EN. Şırnak üniversitesi yerleşkesinde bulunan mühendislik fakültesi bina çatılarının örnek şebekeye bağlı (on-grid) bir fotovoltaik sistem tasarımı. In International Conference on Scientific and Innovative Studies 2023; 245–257.
• [5] Gür S. Şebekeden bağımsız fotovoltaik güneş enerji sistemlerinin batarya otonomu ve sistemin ekonomik analizi. MS thesis, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2023.
• [6] Waleed A, Riaz MT, Muneer MF, Ahmad MA, Mughal A, Zafar MA, Shakoor MM. Solar (PV) water irrigation system with wireless control. 2019 International Symposium on Recent Advances in Electrical Engineering (RAEE), IEEE, 2019; 1–4.
• [7] Amuzuvi CK, Effah E. Design of a photovoltaic system as an alternative source of electrical energy for powering the lighting circuits for premises in Ghana. Journal of Electrical and Electronic Engineering 2014; 2(1): 9–16.
• [8] Grantor D. Energetska učinkovitost obnovljivih izvora energije Završni rad. 2023.
• [9] Lee CT, Ho PT, Lee YY, Chen LB. A research on the 4th generation intelligent energy-saving solar water heating tank. Electronics (Basel) 2020; 9(11): 1941.
• [10] Solar Water Heating. ARC Delivering Clean Energy. https://www.arcrenewables.in/solar-water-heating/
• [11] Nabwey HA, Rahbar F, Armaghani T, Rashad AM, Chamkha AJ. A comprehensive review of non-newtonian nanofluid heat transfer. Symmetry (Basel) 2023; 15(2): 362.
• [12] Onyiriuka EJ. Predicting the accuracy of nanofluid heat transfer coefficient’s computational fluid dynamics simulations using neural networks. Heat Transfer 2023; 52(4): 3389–3410.
• [13] Şahin F, Namlı L. Improvement of stability and thermal conductivities of oil-based nanofluids in optimum acid-base admixture values. OMÜ Mühendislik Bilimleri ve Teknolojisi Dergisi 2023; 3(1): 9–28.
• [14] Solar power system - how does ıt work?. Electrical Easy. https://www.electricaleasy.com/2015/12/solar- power-system-how-does-it-work.html
• [15] Powell KM, Rashid K, Ellingwood K, Tuttle J, Iverson BD. Hybrid concentrated solar thermal power systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017; l(80): 215–237.
• [16] Jamel MS, Abd Rahman A, Shamsuddin AH. Advances in the integration of solar thermal energy with conventional and non-conventional power plants. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2013; l(20): 71– 81.
• [17] Kapoor K, Pandey KK, Jain AK, Nandan A. Evolution of solar energy in India: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014;l(40):475–487.
• [18] Veeraboina P and Ratnam G. Y. Analysis of the opportunities and challenges of solar water heating system (SWHS) in India: Estimates from the energy audit surveys & review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2012; 16(1): 668–676.
• [19] Gürmen S, Ebin B. Nanopartiküller ve üretim yöntemleri-1. Metalurji Dergisi 2008; 150: 31–38.
• [20] Dumrul H. Isı borularında nanoakışkan uygulamaları. In International Conference on Scientific and Innovative Studies 2023; 319–324.
• [21] Yağlıoğlu O, Eren EN, Akkaya M. Isı değiştirici uygulamasında farklı tiplerde nanoakışkan kullanımı üzerine sayısal bir çalışma. International Conference on Frontiers in Academic Research 2023; 295–298.
• [22] Amin F. Green synthesis of copper oxide nanoparticles using Aerva javanica leaf extract and their characterization and investigation of in vitro antimicrobial potential and cytotoxic activities. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine 2021.
• [23] Manjari G, Saran S, Arun T, Rao AVB, Devipriya SP. Catalytic and recyclability properties of phytogenic copper oxide nanoparticles derived from Aglaia elaeagnoidea flower extract. Journal of Saudi Chemical Society 2017; 21(5): 610–618.
• [24] Öğut E, Dilki S. Borulu bir ısı değiştiricide kullanılan nanoakışkanların ısıl ve hidrolik performansa olan etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Politeknik Dergisi 2023; 1-1.
• [25] Kahveci M, Tarkan K. Plaka tip ısı değiştiricide grafit/saf su nanoakışkan kullanımının ısıl performansa etkisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 2021; 25: 400–405.
• [26] Karakaya H, Şen İE. Fotovoltaik panellerde verim iyileştirme yöntemleri. Academic Perspective Procedia 2019; 2(3): 1179–1188.
• [27] Çiftçi E, Sözen A, Karaman E. TiO2 içeren nanoakışkan kullanımının ısı borusu performansına etkisinin deneysel olarak incelenmesi. Politeknik Dergisi 2016; 19(3): 367–376.
• [28] Ziydanoğulları NB. Al2O3-Su nanoakışkanı ile ısı transferinin iyileştirilmesi. Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi 2017; 7(2/2): 253–260.
• [29] Bilen K, Kızılkaya HZ, Kızılkaya NH. Dizel bir motorun soğutma sisteminde nano-akışkan kullanımının soğutmaya etkisinin teorik analizi. Mühendis ve Makina 2022; 63(707): 250–278.
• [30] Yalçın G. Nano akışkanların ısı iletişim katsayısı ve viskozite değişimlerinin deneysel incelenmesi. MS thesis, Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020.
• [31] Özcan AE, AY M, Etyemez A. Nano-akışkan aşındırıcı toz miktarının yüzey kalitesine etkilerinin incelenmesi. International Periodical of Recent Technologies in Applied Engineering, 2019; 1(1): 1–8.
• [32] Nano akışkandan enerji üreten güneş enerjisi tesisi için çalışmalar sürüyor, Dec. 14, 2018. Solarist.https://www.solar.ist/nano-akiskandan-enerji-ureten-gunes-enerjisi-tesisi-icin calismalar-suruyor/
• [33] Su UÖ, Sözen A, Menlik T. Isı borulu güneş kollektörlerinde nano çözelti ile performansın iyileştirilmesi. Politeknik Dergisi 2019; 22(1): 245–257.
• [34] Kinagu HM, Erhuy CG, Tutay V, Shabestarı SSH. Dizel motor common-raıl dağıtıcısındaki akışta seçilen parametrelerin partikül davranışına etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Simülasyon ve Simülasyon Tabanlı Ürün Geliştirme Sempozyumu - 14. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir, 2019; 1340–1354.
• [35] Çifçi H, Karadağ R, Hilali İ. Bir araç radyatöründe Al2O3 ve MgO nano akışkanları kullanımının ısı transferine etkisinin deneysel olarak incelenmesi. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi 2023; 8(1): 42–53.
• [36] Ma B, Shin D, Banerjee D. One-step synthesis of molten salt nanofluid for thermal energy storage application–a comprehensive analysis on thermophysical property, corrosion behavior, and economic benefit. J Energy Storage 2021; 35: 102278.