Sıcaklık ve panel açısının fotovoltaik panelin elektrik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of temperature and panel angle onphotovoltaic panel electrical properties
Yazar: OMAR ABDULRAHMAN ALI EZZI AL-WADEI
Danışman: PROF. DR. ZAFER DEMİR
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Enerji Kaynakları ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Fotoelektrik = Photoelectric ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Güneş modeli = Solar model ; Güneş paneli = Solar panel ; Güneş pilleri = Solar cells ; Güneş radyasyonu = Solar radiation ; Güneş sistemi = Solar system

Özet:
Bir FV güneş panelinden daha fazla elektrik elde etmek için FV güneş panelinin sıcaklığının düşük olması ve o panel üzerine düşen güneş ışınımı şiddetinin yüksek olması gerekir ki FV güneş panelleri doğrudan güneşe doğru yönlendirilmiş olması anlamına gelmektedir. Bu çalışmanın amacı iki temel hedefe ulaşmaktır. Birinci hedefi, 285W Mono-güneş panelinin Matlab Simulink kullanarak kısa devre akımı, açık devre gerilimi, maksimum güç, dolgu oranı ve panel verimi olmak üzere elektrik özellikleri açısından performansına etki eden çalışma sıcaklığı ve panel eğim açısı (güneş ışınım) faktörlerinin incelenmesidir. Çalışma sıcaklığı (10℃ : 40℃) ve panel eğim açısı (0°:75°) aralığında, çalışma sıcaklığı ve eğim açısı sırasıyla 10℃ ve 60° (ışınım şiddeti 800 W/m2) olduğunda seçilmiş güneş panelinin 249 W maksimum çıkış gücüne ve çalışma sıcaklığı ve eğim açısı ise sırasıyla 40° ve 0° (ışınım şiddeti 412 W/m2) olduğunda 98,28 W minimum çıkış gücüne ulaşabileceği bulunmuştur. Sabit sıcaklıkta (20 ℃), 10 W/m2'lik bir güneş ışınımı artışı, 285 W'lık Mono-güneş panelinin kısa devre akımı, açık devre gerilimi, maksimum güç ve verimlilikte sırasıyla 0,09A (≈ %0,97); 0,03 V (≈ %0,082); 2,7 W (≈ %0,94) ve %0,071 artmaya ve dolgu oranında %0,012'lik azalmaya neden olduğu tespit edilmiştir. Diğer yandan, sabit güneş ışınım şiddetinde (60°≈ 800 W/m2), 285 W'lık panelin panel sıcaklığındaki 1 ℃'lik artış ise açık devre gerilimi, maksimum güç, verimlilik ve dolgu oranında sırasıyla 0,25 V (≈ %0,638); 1,71 W (≈ %0,599); %0,75 ve %0,180'lik azalmaya ve kısa devre akımının ise 0,043A (≈ %0,047)'lik artmaya neden olduğunu tespit edilmiştir. Çalışmanın ikinci hedefi kapsamında, Ankara'nınYenimahalle ilçesinde kurulabilecek panellerin aylık optimum eğim açısı değerleri ocak ayından başlayarak
sırasıyla; 63°, 54°, 41°, 23°, 9°, 0°, 4°, 19°, 35°, 51°, 62° ve 62° olarak belirlenmiştir. Yıllık, yaz, ilkbahar, sonbahar ve kış mevsimlerinin optimum panel eğim açısı sırasıyla 33°, 9°, 24°, 48° ve 60° olarak bulunmuştur. Aylık optimum eğim açısı kullanıldığında alınan yıllık güneş ışınım enerjisi 1919,07 kWh/m2 ve panelin ürettiği elektrik enerjisi 406,17 kWh; mevsimlik ortalama optimum eğim açısı kullanıldığında alınan yıllık güneş ışınım enerjisi 1899,15 kWh/m2 ve panelin ürettiği elektrik enerjisi 401,96 kWh ve yıllık ortalama optimum eğim açısı kullanıldığında ise alınan yıllık güneş ışınım enerjisi 1820,64 kWh/m2 ve panelin ürettiği elektrik enerjisi 385,34 kWh'tır.

Abstract:
To get more electricity from a photovoltaic solar panel, the temperature of the solar panel should be low and the intensity of the solar radiation falling on that panel should be high, which means that the PV solar panels must be pointed directly at the sun. The aim of this work is to achieve two main goals. The first goal is to examine the operating temperature and panel tilt angle (solar radiation) factors that affect the performance of the 285W Mono-solar panel in terms of electrical properties such as short-circuit current, open-circuit voltage, maximum power, fill factor and panel efficiency using Matlab Simulink. In the range of the operating temperature (10 ℃: 40 ℃) and the tilt angle of the panel (0°: 75°), it has been found that the maximum output power of 249 W can be generated by the selected panel under the conditions of the operating temperature of 10 ℃ and the tilt angle of 60° (radiation 800 W/m2), and the minimum output power of 98.28 W can be generated under the conditions of the operating temperature of 40 ℃ and the
tilt angle of 0° (radiation 412 W/m2). At constant temperature (20 ℃), it was found that an increase in solar radiation by 10 W/m2 caused an increase in short-circuit current, opencircuit voltage, maximum power, and efficiency of the 285W Mono-solar panel by 0.09 A (≈ 0.97%); 0.03 V (≈ 0.082 %); 2.7 W (0.94 %); and 0.071 %, respectively, and a decrease in fill factor by 0.012 %. On the other hand, it was found that at constant solar iradiation (60° ≈ 800 W/m2), 1℃ increase in panel temperature of the 285 W panel causes a decrease in open circuit voltage, maximum power, efficiency and fill factor by 0.25 V (≈ 0.638 %), 1.71 W (≈ 0.599 %), 0.75 %and 0.180 %, respectively, and an increase in short circuit current by 0,043 A (≈ 0.047 %). Within the scope of the second objective of the study, the monthly optimal tilt angle values of solar panels that can be installed in Yenimahalle district of Ankara were determined as 63°, 54°, 41°, 23°, 9°, 0°, 4°, 19°, 35°, 51°, 62°, and 62°, respectively starting from January. The optimal panel tilt angles for the
annual, summer, spring, fall, and winter seasons were determined to be 33°, 9°, 24°, 48°, and 60°, respectively. When the monthly optimum angle of inclination is used, the annual solar radiation energy received is 1919.07 kWh/m2 and the electrical energy produced by the panel is 406.17 kWh; When the seasonal average optimum tilt angle is used, the
annual solar radiation energy received is 1899.15 kWh/m2 and the electrical energy produced by the panel is 401.96 kWh, and when the annual average optimum tilt angle is used, the annual solar radiation energy received is 1820.64 kWh/m2 and the electrical energy produced by the panel is 385.34 kWh.