Fotovoltaik panellerde soğutma ile verim artırmanın deneysel analizi
Experimental analysis of production increasing by cooling in photovoltaic panels
Yazar: ÖMER KARAOZAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN ASKER
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Güneş paneli = Solar panel ; Soğutma = Cooling

Özet:
Fotovoltaik panelden elektrik enerjisi üretilmesi işlemi sırasında, panellerin yüzey sıcaklığı olumsuz bir etki oluşturmaktadır. Yüksek ortam sıcaklıkları ve ışıma fotovoltaik panelin aşırı ısınmasına neden olarak verimini düşürmektedir. PV panelin verimini artırmak için aktif ve pasif yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışmada, aktif yöntemlerden biri olan su ve trafo yağı ile soğutma yapılarak panel veriminin değişimi deneysel olarak analiz edilmiştir. Trafo yağı, elektriksel yalıtkanlığı, ısı iletimi ve viskozitesi iyi olan bir akışkandır. Bu özeliklerinden dolayı trafo yağı bu tez çalışmasında kullanılmıştır. 3 adet özdeş özellikli 100 W'lık mono kristal fotovoltaik panel üzerinden deney seti oluşturulmuştur. Bir referans panel, verim karşılaştırmasında kullanılmak üzere herhangi bir işleme tabi tutulmadan direk kullanılmıştır. İkinci panel arka yüzüne trafo yağı doldurulmak üzere bir sıvı haznesi oluşturulmuştur. Bu sıvı haznesi içerisinde bakır boru belli aralıklarla yerleştirilerek arka yüzü ince düz bir metal levha ile kapatılmıştır. Üçüncü panelde ise bakır boru yerleştirilmiş sıvı haznesi, dikdörtgen kanatçıklı soğutucu ile kaplanmıştır. Panelin arkasını tamimiyle dolduran trafo yağı, hem elektriksel yalıtkanlık hem de panel ile bakır borular arasında ısı iletimi sağlamıştır. Bakır borular bir otomobil radyatör ve pompayla birleştirilerek kapalı bir devre oluşturulmuştur. Radyatör içerisindeki su, radyatör fanı ile soğutularak bir pompa yardımı ile devir-daim yapılmıştır. Bu amaçla birinci panelde panel yüzey sıcaklığı ikinci ve üçüncü panellerde ise hem yüzey sıcaklıkları hem de panel giriş çıkış sıvı sıcaklıklarını anlık ölçülmek üzere termik sensörler kullanılmıştır. Panellerde verim karşılaşılması için elektriksel yük olarak reosta kullanılmıştır. Akım, gerilim ve güç bilgileri içinde akım ve gerilim sensörleri bağlanmıştır. Tüm sensör verileri bir veri toplama cihazı üzerinden bilgisayarda Excel formatında kaydedilmiştir. Yapılan çalışmada bir referans panel ile soğutuculu ve düz levha kaplı panellerin aynı koşullarda çeşitli noktalarından sıcaklık değerleri ile ürettikleri akım, gerilim ve güçleri ölçülmüş ve verimleri karşılatılmıştır. Soğutuculu panelin diğerlerinden daha fazla soğuduğu, ürettiği güç ve verimin diğerlerine göre daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
During the process of generating electrical energy from the photovoltaic panel, the surface temperature of the panels has a negative effect. High ambient temperatures and radiation cause the photovoltaic panel to overheat, reducing its efficiency. There are active and passive methods to increase the efficiency of the PV panel. In this study, the change in panel efficiency was analyzed experimentally by cooling with water and transformer oil, which is one of the active methods. Transformer oil is a fluid with good electrical insulation, heat conduction and viscosity. Because of these properties, transformer oil was used in this thesis. An experiment set was created over 3 identical 100 W monocrystalline photovoltaic panels. A reference panel was used directly without any processing for use in yield comparison. A liquid reservoir is formed to fill the transformer oil on the back side of the second panel. In this liquid reservoir, a copper pipe is placed at certain intervals and the back side is covered with a thin flat metal plate. In the third panel, the copper tube is placed in the liquid reservoir, and it is covered with a rectangular fin cooler. The transformer oil, which completely fills the back of the panel, provided both electrical insulation and heat transmission between the panel and the copper pipes. A closed circuit is formed by combining copper pipes with an automobile radiator and pump. The water in the radiator was cooled by the radiator fan and circulated with the help of a pump. For this purpose, thermal sensors were used to instantly measure the panel surface temperature in the first panel, and both the surface temperatures and the panel inlet and outlet fluid temperatures in the second and third panels. Rheostat was used as an electrical load to meet efficiency in the panels. Current and voltage sensors are connected in current, voltage and power information. All sensor data were recorded in Excel format on the computer via a data acquisition device. In the study, the current, voltage and power produced by a reference panel and the temperature values of the heat sink and flat plate covered panels from various points under the same conditions were measured and their efficiency was compared. It has been observed that the cooler panel is cooler than the others, and the power and efficiency it produces are higher than the others.