PV/T sistem performansına zorlanmış hava/nanoakışkan çiftlerinin etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of forced air/nanofluid pairs on PV/T system performance
Yazar: GÖKHAN SEFER
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KARSLİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
PV/T sistemler, güneş enerjisini elektrik ve ısı enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bu sistemler son zamanlarda dünya çapında yaygınlaşmaya başlamıştır. Güneş panelleri genellikle düşük verimle çalışırken panel sıcaklığı arttıkça güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüşüm verimi de düşmektedir. Güneş panellerinde, elektriksel verimi arttırmanın yanında termal verimini de artırmak için PV/T sistemi analiz edilmiştir. Sayısal analizde ANSYS-Fluent programı kullanılarak sistem modellenmiştir. PV/T sistemlerinde dönüşüm verimlerinin süreç boyunca artan sıcaklıkla düşmemesi için soğutma işlemi gerekmekte ve bunun için genellikle su kullanılmaktadır. Bu çalışmada PV/T sistem performansına, zorlanmış hava, su ve nanoakışkan soğutucuları kullanılarak sistem verimindeki etkisi numerik olarak incelenmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Analizde farklı hava hızları, farklı nanoakışkan debileri ve farklı nanoakışkan kompozisyonları kullanılarak sistem performansındaki değişimler gözlemlenmiştir. Bu inceleme yapılırken analiz sonucunda oluşan sıcaklık ve basınç değişimleri dikkate alınmıştır. Analizde baz akışkan olarak su bulunan, ağırlıkça %0,5 konsantrasyona sahip çok duvarlı karbon nano tüpler (MWCNT) ve grafen-nano peletler kullanılmıştır. Sayısal analizler, hava ve soğutucu nanoakışkan olarak, 1,3 ve 5 m/s'lik üç farklı hız ile su, MWCNT-su ve Grafen nanopelet-su olmak üzere üç farklı soğutucu akışkan kompozisyonları için gerçekleştirilmiştir. Ayrıca su ve nano akışkanlar kanatçıklı ve kanatçıksız serpantin konfigürasyonu için aynı deneysel koşullar altında sayısal olarak incelenmiştir. Analiz sonuçları ve hesaplamalara göre, MWCNT-su karışımı, tüm koşullarda diğer soğutuculardan daha iyi soğutma performansı sağladığı görülmüştür.

Abstract:
PV/T systems are systems that convert solar energy into electricity and heat energy. These systems have gained widespread popularity worldwide in recent years. While solar panels typically operate with low efficiency, the conversion efficiency of solar energy to electrical energy decreases as the panel temperature rises. PV/T systems have been analyzed in order to improve the thermal efficiency in addition to increasing the electrical efficiency in solar panels. The system was modeled using the ANSYS-Fluent program for numerical analysis. Cooling is necessary in PV/T systems to maintain conversion efficiency as the temperature increases, water is commonly used for this purpose. In this study, the impact of forced air, water, and nanofluid coolants on the performance of PV/T systems was numerically focused on and the results were compared. Changes in system performance have been observed by using various air velocities, nanofluid flow rates, and nanofluid compositions in the analysis. During this study, the temperature and pressure variations resulting from the analysis were taken into consideration. The study employed water as the base fluid and included multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and graphene-nano pellets with a weight concentration of 0.5% as nanofluids. Numerical analyzes were conducted for three various coolant compositions such as water, MWCNT-water and Graphene nanopellet-water, with three different velocities of 1, 3 and 5 m/s, as air and coolant nanofluid. Additionally, water and nanofluids were numerically analyzed for both finned and unfinned serpentine configurations under the same experimental conditions. According to the analysis results and calculations, it was observed that the MWCNT-water mixture provides better cooling performance than other coolants in all conditions.