Tarımsal kurutma uygulamaları için fotovoltaik termal hibrit sistem (PV/T) tasarımı
Photovoltaic thermal hybrid system (PV/T) design for agricultural drying applications
Yazar: ERSİN KARACABEY
Danışman: PROF. DR. BİROL KAYİŞOĞLU
Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Tarımsal işlemlerde yoğun şekilde geleneksel enerji kaynaklarının kullanımı işletme maliyetlerini arttırdığı gibi uzun vadede çeşitli çevre problemlerine yol açabilmektedir. Bu nedenle jeotermal, biyokütle, rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının tarımsal alanda da kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında bir fotovoltaik-termal hibrit sistemin üzüm kurutma amacıyla kullanılması hedeflenmiştir. Tasarlanarak imal edilen hava soğutmalı fotovoltaik-termal (PV/T) sistem kullanılarak elde edilen sıcak havadan kurutmaya destek olarak faydalanılmıştır. Kurutma ve PV performans denemeleri 2021-2023 yıllarında gerçekleştirilmiştir. Panel performans denemelerinde dikdörtgen kesitli panelde %38,04 ve dairesel kesitli panelde %34,06 ısıl verim değerlerine ulaşılmıştır. Bununla birlikte hibrit panellerde anlık olarak en yüksek %45 ısıl verim değeri elde edilmiştir. Panel yüzeyine düşen toplam enerjiye bağlı olarak üretilen toplam elektrik enerjisi miktarı ve elektriksel verim değerleri büyük farklılıklar göstermemekle birlikte kontrol grubunda bir miktar daha yüksek bulunmuştur. Bu durumda elektriksel çıktılarda önemli bir kayıp yaşamadan sağlanan ısıl verim artışlarıyla birlikte toplam verim değerleri yönünden hibrit panellerin herhangi bir soğutma düzeneği olmayan klasik kontrol paneline göre önemli bir avantaj sağladığı görülmektedir. Panel soğutmada kullanılan 2 ayrı geometriye sahip eşanjör sistemlerinden dikdörtgen kesitli geometriye sahip eşanjör sisteminin kurutma süresi açısından bir dezavantajı olsa da dairesel kesite oranla daha yüksek ısı absorbe ettiği ve buna bağlı olarak tüm ölçüm noktalarında daha fazla ısıl verime sahip olduğu belirlenmiştir. Genel olarak gıda değerleri de düşünüldüğünde dikdörtgen kesitli eşanjöre sahip PV/T sistemlerin teknik olarak beklenen ve öngörülen kurutma çıktılarını üretebildiği belirlenerek, piyasadaki olası imalatçılara önerilmektedir.

Abstract:
Intensive use of conventional energy sources in agricultural processes increases operating costs and may cause various environmental problems in the long term. For this reason, the use of renewable energy sources such as geothermal, biomass, wind and solar in the agricultural field is becoming increasingly important. Within this thesis, it is aimed to use a photovoltaic-thermal hybrid system for grape drying. The hot air obtained by using the designed and manufactured air-cooled photovoltaic-thermal (PV/T) system was used to support drying. Drying and PV performance experiments were carried out in the years of 2021-2023. In panel performance experiments, thermal efficiency values of 38,04% in the rectangular section panel and 34,06% in the circular section panel were reached. However, the highest instantaneous thermal efficiency value of 45% was achieved in hybrid panels. Although the total amount of electrical energy produced and electrical efficiency values depending on the total energy falling on the panel surface did not differ greatly, they were found to be slightly higher in the control group. In this case, it is seen that hybrid panels provide a significant advantage over the classic control panel without any cooling mechanism in terms of total efficiency values, along with increases in thermal efficiency achieved without any significant loss in electrical output. Although the heat exchanger system with a rectangular section geometry, which is one of the heat exchanger systems with two different geometries used in panel cooling, has a disadvantage in terms of drying time, it has been determined that it absorbs more heat than the circular section and therefore has higher thermal efficiency at all measurement points. Considering the food values in general, it is determined that PV/T systems with rectangular cross-section heat exchangers can produce technically expected and predicted drying outputs and are recommended to potential manufacturers in the market.