Abstract The direct absorption solar collector (DASC) with nanofluids is a promising solar energy collection technology. However, various studies have focused on low-temperature applications of nanofluids, and the medium-temperature collection system that involves high-grade energy is always neglected. This study examines the photo-thermal properties of titanium nitride nanofluids with thermal transfer oil as the base fluids under different solar irradiation intensities. The irradiation surface layer reaches ∼160 °C under 5 suns, and a high-temperature gradient develops within the working fluid, producing a low collector photo-thermal efficiency that is below expectation. To overcome these disadvantages, the heat transfer change from thermal conduction to free convection within the fluid is achieved via reverse irradiation direct absorption solar collector (RI-DASC). The performance parameters of this RI-DASC, including the optical properties of nanofluids, steady-state equilibrium temperature, photo-thermal conversion efficiency, and energy utilization distribution are investigated in detail. The experimental results demonstrate that the temperature difference between the irradiation and non-irradiation surfaces for ∼0.005 wt% under 5000 kW/m2 are ∼50 °C and ∼10 °C in DASC and RI-DASC, respectively. The collector photothermal conversion efficiency of DASC (∼40%) is improved to ∼50% for RI-DASC, and the steady-state temperature is enhanced to 165 °C in RI-DASC.

中文翻译：

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通过逆向辐射增强的高效纳米流体基直接吸收太阳能集热器，适用于中温应用

摘要 纳米流体直接吸收太阳能集热器（DASC）是一种很有前景的太阳能集热技术。然而，各种研究都集中在纳米流体的低温应用上，而涉及高品位能源的中温收集系统却一直被忽视。本研究考察了以导热油为基液的氮化钛纳米流体在不同太阳辐射强度下的光热性能。辐照表层在 5 个太阳下达到~160°C，并且在工作流体内形成高温梯度，产生低于预期的低收集器光热效率。为了克服这些缺点，流体内从热传导到自由对流的热传递变化是通过反向辐射直接吸收太阳能集热器 (RI-DASC) 实现的。详细研究了该 RI-DASC 的性能参数，包括纳米流体的光学性质、稳态平衡温度、光热转换效率和能量利用分布。实验结果表明，在 DASC 和 RI-DASC 中，在 5000 kW/m2 下~0.005 wt% 的辐照和非辐照表面之间的温差分别为~50°C 和~10°C。对于 RI-DASC，DASC 的集电极光热转换效率（~40%）提高到~50%，并且稳态温度在 RI-DASC 中提高到 165°C。详细研究了纳米流体的光学性质、稳态平衡温度、光热转换效率和能量利用分布。实验结果表明，在 DASC 和 RI-DASC 中，在 5000 kW/m2 下~0.005 wt% 的辐照和非辐照表面之间的温差分别为~50°C 和~10°C。对于 RI-DASC，DASC 的集电极光热转换效率（~40%）提高到~50%，并且稳态温度在 RI-DASC 中提高到 165°C。详细研究了纳米流体的光学性质、稳态平衡温度、光热转换效率和能量利用分布。实验结果表明，在 DASC 和 RI-DASC 中，在 5000 kW/m2 下~0.005 wt% 的辐照和非辐照表面之间的温差分别为~50°C 和~10°C。对于 RI-DASC，DASC 的集电极光热转换效率（~40%）提高到~50%，并且稳态温度在 RI-DASC 中提高到 165°C。在 DASC 和 RI-DASC 中，5000 kW/m2 下的 005 wt% 分别为 ~50 °C 和 ~10 °C。对于 RI-DASC，DASC 的集电极光热转换效率（~40%）提高到~50%，并且稳态温度在 RI-DASC 中提高到 165°C。在 DASC 和 RI-DASC 中，5000 kW/m2 下的 005 wt% 分别为 ~50 °C 和 ~10 °C。对于 RI-DASC，DASC 的集电极光热转换效率（~40%）提高到~50%，并且稳态温度在 RI-DASC 中提高到 165°C。