Havalı soğutmada geometrinin PV panel verimine etkisinin deneysel ve nümerik olarak araştırılması
Experimental and numerical investigation of the effect of geometry on PV panel efficiency in air cooling
Yazar: MAHMUT UMUT AKAGÜNDÜZ
Danışman: PROF. DR. HÜSAMETTİN BULUT
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Fotovoltaik = Photovoltaic ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Paneller = Panels ; Sıcaklık = Temperature ; Verim = Yield

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisinin en çok kullanıldığı teknolojilerden biri fotovoltaik sistemlerdir. Fotovoltaik paneller, güneş ışınımını direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren elemanlardır. Fotovoltaik panellerin verimlerine etki eden çevre koşulları, yüzeye gelen güneş ışınımı ve panel çeşidi gibi birçok parametre bulunmaktadır. Panel verimini etkileyen faktörlerden biri de yüksek panel yüzey sıcaklığıdır. Yüksek panel yüzey sıcaklığı, fotovoltaik panellerin verimini düşürmektedir. Panel yüzey sıcaklığını uygun değerlerde tutabilmek için farklı aktif ve pasif soğutma yöntemleri geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, toprak hava ısı değiştiricisi (THID) kullanılarak elde edilen soğutulmuş hava ve doğrudan çevre havası kullanılarak PV panelde aktif soğutma yöntemi deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Nümerik analizde, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı olarak, Autodesk CFD kullanılmıştır. Çalışmada PV panel arka yüzeyine yerleştirilen üç farklı geometride tasarlanan soğutucu davlumbaz (Tasarım1, Tasarım2 ve Tasarım3) kullanılmıştır. Nümerik ve deneysel çalışmalar ile elde edilen veriler sonucunda, yüzey sıcaklık ortalaması ve basınç kaybı açısından en verimli sonucu Tasarım1 olarak belirlen 6 kanatlı ve dikdörtgen prizmatik hacme sahip soğutucu davlumbaz vermiştir. THID sistemi ile yapılan soğutma çalışmalarının, çevre havası ile yapılan soğutma çalışmalarından daha etkili sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Tasarım1 ile yapılan soğutma çalışma sonucunda %18.42'lik bir verim artışı sağlanmıştır. Düşük güneş ışınım şartları altında (500 W/m2 ve aşağısı) yapılan soğutma çalışmalarının, üretilen elektrik enerjisi ve yüzey sıcaklığı açısından büyük farklılıklar oluşturmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Gerçekleştirilen deneyler neticesinde, bifacial PV panelin beyaz bir zemin üzerinde kullanılmasının toprak zemin üzerinde kullanılmasına kıyasen daha fazla enerji ürettiği tespit edilmiştir. Bifacial PV panellerde arka yüzeyinin soğutulması yerine çift yüzlü kullanımının daha verimli olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
One of the most used technologies of solar energy, which is one of the renewable energy sources, is photovoltaic systems. Photovoltaic panels are elements that convert solar radiation directly into electrical energy. There are many parameters that affect the efficiency of photovoltaic panels such as environmental conditions, solar radiation coming to the surface and panel type. One of the factors affecting panel efficiency is high panel surface temperature. High panel surface temperature reduces the efficiency of photovoltaic panels. Various active and passive cooling methods have been developed to keep the panel surface temperature at appropriate values. In this thesis, the active cooling method in the PV panel was investigated experimentally and numerically by using the cooled air obtained by using the earth-air heat exchanger (EAHX) and the ambient air directly. Autodesk CFD was used as a Computational Fluid Dynamics (CFD) program in numerical analysis. In the study, a cooling hood designed in three different geometries (Design1, Design2 and Design3) placed on the back surface of the PV panel was used. As a result of the data obtained by numerical and experimental studies, the most efficient result in terms of surface temperature average and pressure loss was determined as Design1 and the cooling hood with 6 blades and rectangular prismatic volume gave. It has been determined that the cooling studies with the EAHX system give more effective results than the cooling studies with the ambient air. As a result of the cooling work done with Design1, a power increase of 18.42% was achieved. It has been concluded that the cooling studies carried out under low solar radiation conditions (500 W/m2 and below) do not create big differences in terms of electrical energy produced and surface temperature. As a result of the experiments carried out, it has been determined that the use of bifacial PV panel on a white ground produces more energy compared to its use on an earthen ground. In Bifacial PV panels, it has been concluded that the use of double faces is more efficient instead of cooling the back surface.