این پژوهش به مطالعه عددی یک سیستم پیشرفته فتوولتائیک-حرارتی (PV/T) با استفاده از نانوسیالات (CuO، ZnO، Al₂O₃ و نانوسیال ترکیبی CuO–ZnO) و بهره‌گیری از تکنیک‌های طراحی بهینه (طراحی لوله دمبلی‌شکل) می‌پردازد. بر اساس مدل‌سازی سه‌بعدی، یک مدل CFD سه‌بعدی ایجاد و با استفاده از رویکرد کوپل‌شده «Fluent-Transient Thermal» در نرم‌افزار ANSYS حل شد؛ در این مدل، رفتار جریان سیال و انتقال حرارت مزدوج (Conjugate Heat Transfer) طی یک دوره عملیاتی 10 ساعته (از ساعت 8:00 تا 17:00) و در شرایط متنوع تابش خورشیدی برای ماه‌های ژوئن، مارس و دسامبر با دقت پیش‌بینی گردید. نتایج نشان می‌دهد که تابش خورشیدی در هنگام ظهر به بیشترین مقدار خود می‌رسد (حدود 1020 وات بر متر مربع در ژوئن، 860 وات بر متر مربع در مارس و 540 وات بر متر مربع در دسامبر) که منجر به حداکثر توان الکتریکی خروجی به ترتیب حدود 176، 156 و 92 وات می‌شود. تحلیل عملکرد خنک‌سازی حاکی از آن است که نانوسیال CuO با غلظت 1.5 درصد، بیشترین کاهش دما (حدود 8.6 درجه سانتی‌گراد) را ایجاد می‌کند و پس از آن نانوسیال ترکیبی CuO–ZnO (حدود 8.4 درجه) و ZnO (حدود 8.2 درجه) قرار دارند؛ این امر نشان‌دهنده رسانایی حرارتی و عملکرد جابجایی (Convection) بالاتر نانوسیالات است. در مقایسه، اصلاحات هندسی مانند آرایش دمبلی‌شکل، تفاوت‌های نسبتاً کمتری را با کاهش دمای بین 4.8 تا 5.5 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهند، در حالی که ساختارهای گردابی (Vortex structures) به کاهش دمای حدود 6.4 درجه سانتی‌گراد منجر می‌شوند. بهبود خنک‌سازی با تأثیر مستقیم بر بازده حرارتی، عملکرد کلی سیستم را ارتقا می‌دهد و در مورد نانوسیال CuO به حداکثر بازده حرارتی حدود 73 درصد می‌رسد، در حالی که این مقدار در حالت‌های بدون خنک‌سازی به‌مراتب کمتر است. ضریب انتقال حرارت نیز افزایش چشمگیری نشان داده و به مقادیری در حدود 480 وات بر متر مربع-کلوین می‌رسد؛ همچنین بیشترین عدد ناسلت (Nusselt number) برابر با 75 است که بیانگر بهبود قابل‌توجه انتقال حرارت جابجایی می‌باشد. تحلیل بازده الکتریکی نشان‌دهنده همبستگی معکوس و قابل‌توجهی با دما است؛ به‌طوری‌که کمترین میزان بازده در ظهر مشاهده می‌شود و مقادیر آن برابر با حدود 12.3٪ (در ماه ژوئن)، 12.9٪ (در ماه مارس) و 14.0٪ (در ماه دسامبر) است؛ در مقابل، بهبود شرایط خنک‌سازی به افزایش بازده در طول روز کمک می‌کند. علاوه بر این، هندسه لوله به شکل دمبل (dumbbell) دینامیک جریان را به‌شدت بهبود می‌بخشد و سرعت را به حدود 1.12 متر بر ثانیه و افت فشار را به حدود 2.67×10⁴ پاسکال می‌رساند (در مقایسه با سرعت 0.79 متر بر ثانیه و افت فشار 1.16×10⁴ پاسکال در پیکربندی لوله صاف)؛ این امر حاکی از بهبود اختلاط سیال، اما در عین حال افزایش نیاز به توان پمپاژ است. ارزیابی چندمعیاره عملکرد نشان می‌دهد که نانوسیال CuO (با غلظت 1.5٪) بهترین عملکرد کلی را ارائه می‌دهد و در تمامی شاخص‌های حیاتی (شامل کاهش دما، بازده حرارتی، خروجی الکتریکی و ویژگی‌های انتقال حرارت) بهبود متوازنی ایجاد می‌کند. در مجموع، نتایج حاکی از آن است که خنک‌سازی به کمک نانوسیال عملکردی به‌مراتب بهتر از تغییر هندسه به‌تنهایی دارد و استفاده از سیالات پیشرفته در کنار ساختار جریان بهبودیافته، می‌تواند راهکاری عملی و پایدار برای ارتقای بازده سیستم‌های PV/T (فتوولتائیک/حرارتی) فراهم آورد.
