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Jul 27, 2023

Améliorer le transfert de chaleur dans le solaire

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 9476 (2023) Citer cet article 1051 Accès aux détails de 4 Altmetric Metrics Le but de cette recherche est d'explorer l'utilisation de navires à énergie solaire (SPS) comme

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9476 (2023) Citer cet article

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L'objectif de cette recherche est d'explorer l'utilisation de navires à énergie solaire (SPS) comme moyen de réduire les émissions de gaz à effet de serre et la dépendance aux combustibles fossiles dans l'industrie maritime. L'étude se concentre sur l'amélioration de l'efficacité du transfert de chaleur dans les SPS en utilisant des nanofluides hybrides (HNF) contenant des nanotubes de carbone (CNT). De plus, une nouvelle approche utilisant les énergies renouvelables et le contrôle électromagnétique est proposée pour améliorer les performances du SPS. La recherche met en œuvre le modèle de flux thermique non newtonien de type Maxwell et Cattaneo – Christov dans les capteurs solaires paraboliques à cuvette utilisés pour les navires. L'étude mène des expériences théoriques et des simulations pour évaluer la conductivité thermique et la viscosité du HNF à base de NTC. Diverses propriétés, notamment le rayonnement solaire thermique, la dissipation visqueuse, la vitesse de glissement et les milieux poreux, sont évaluées pour déterminer l'efficacité du transport thermique dans le SPS. La recherche utilise des variables de similarité pour simplifier les équations différentielles partielles complexes en équations différentielles ordinaires et les résout à l'aide de la méthode spectrale de collocation de Chebyshev. Les résultats indiquent que le nanofluide hybride MWCNT-SWCNT/EO améliore considérablement la conductivité thermique, améliorant ainsi le transfert de chaleur. Le HNF présente un taux d'efficacité d'environ 1,78% avec un taux d'efficacité minimum de 2,26%.

La demande mondiale d’énergie continue d’augmenter, mais l’épuisement des combustibles fossiles et le coût croissant des sources d’énergie traditionnelles, comme l’électricité, ont conduit les scientifiques à se tourner vers les énergies renouvelables ces dernières années1. Produire de l'électricité à partir de sources durables est une manière écologique de produire de l'électricité puisqu'elle ne dégage aucun gaz à effet de serre. En revanche, la combustion de combustibles fossiles émet du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, contribuant ainsi au réchauffement climatique2. En outre, les environnementalistes croient fermement que l’utilisation de ressources durables peut avoir un impact significatif sur la diminution de la pollution par le carbone et sur le ralentissement du réchauffement climatique3. Ces dernières années, l’énergie solaire est devenue une option d’énergie durable largement discutée en raison de son accessibilité, de son absence d’émissions nocives et de son impact environnemental minimal, ce qui en fait un choix très attractif pour la production d’énergie4. Parmi toutes les sources d’énergie, l’énergie solaire présente le plus grand potentiel d’utilisation à long terme, d’accessibilité et a le moins d’impact négatif sur l’environnement. Si elle est utilisée correctement, cette source d’énergie a le potentiel de produire environ quatre fois la quantité d’électricité actuellement utilisée dans le monde5. Des études récentes ont montré que les émissions mondiales de CO2 devraient diminuer de 75 % d'ici 2050, par rapport aux niveaux enregistrés en 19856. Selon une étude réalisée par le ministère américain de l'Énergie, la quantité d'énergie solaire qui atteint la surface de la Terre en 90 minutes seulement suffisent pour répondre à la demande énergétique mondiale pendant une année entière7. Un rapport américain révèle que l’énergie solaire peut constituer un substitut naturel à d’autres formes d’énergie. De plus, les systèmes d’énergie solaire peuvent générer de l’énergie thermique qui peut être utilisée à des fins de chauffage et de refroidissement. La principale préoccupation est donc désormais de trouver le moyen le plus efficace d’exploiter l’énergie solaire.

Deux méthodes principales pour convertir la lumière du soleil en électricité sont actuellement largement utilisées et devraient vous être familières : les systèmes photovoltaïques (PV) et l'énergie solaire concentrée (CSE)8. Les systèmes photovoltaïques ont de nombreuses applications, notamment (a) la production d'électricité pour les maisons et les entreprises9 (b) l'alimentation en énergie des engins spatiaux et des satellites10 (c) l'alimentation de divers types de véhicules tels que les voitures, les bus et les bateaux, et (d) l'alimentation électrique des zones éloignées (RAPS) qui comprend des générateurs, des lampadaires et des dispositifs de communication sans fil qui fournissent de l'électricité aux zones situées loin des centres urbains. En bref, les systèmes photovoltaïques offrent un moyen écologique, abordable et nécessitant peu d’entretien de produire de l’électricité durable et pouvant fonctionner indépendamment du réseau électrique. Un dispositif photovoltaïque est principalement constitué d'un matériau semi-conducteur qui conduit l'électricité à travers les électrons. Contrairement aux conducteurs, qui peuvent conduire un nombre illimité d’électrons, les semi-conducteurs possèdent des propriétés uniques qui leur permettent de réguler le flux d’électrons. Cette fonctionnalité fait des semi-conducteurs des composants précieux pour les dispositifs photovoltaïques. Parallèlement, le CSP est une méthode de production d'électricité à partir des rayons du soleil en utilisant des surfaces réfléchissantes ou une technologie optique pour concentrer et focaliser la lumière du soleil sur une très petite zone. Cette concentration de lumière solaire est convertie en chaleur, qui peut être utilisée pour créer de la vapeur qui alimente une turbine et produit de l'électricité11. Les centrales CSP peuvent produire de grandes quantités d’électricité et sont particulièrement bénéfiques dans les zones à forts niveaux de rayonnement solaire. De plus, ces centrales peuvent être construites à grande échelle. Pour produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire, on utilise la technologie de l'énergie solaire concentrée qui consiste à concentrer les rayons du soleil sur une petite zone au moyen de réflecteurs ou d'optiques. Ce processus crée de la chaleur qui peut ensuite être utilisée pour produire de l'électricité en la faisant passer par un générateur électrique. Cependant, il est important de noter que toutes les technologies ne reposent pas sur des miroirs pour concentrer la lumière solaire, car certaines utilisent des optiques ou d’autres systèmes. Il convient également de noter que la conversion de la lumière solaire en chaleur se produit par un processus physique appelé absorption12. Selon la réf13, les zones caractérisées par des climats secs et chauds, comme la Californie et l'Arizona aux États-Unis, sont propices au développement de centrales plus grandes utilisant l'énergie solaire concentrée. Cette forme d'énergie renouvelable est préférée aux alternatives non renouvelables telles que les combustibles fossiles en raison de son respect de l'environnement et de l'absence d'émissions de polluants nocifs. En conclusion, l’énergie solaire est une option propre et durable préférée aux sources d’énergie traditionnelles.