Enerji depolamalı fotovoltaik güneş panellerinde gölgelendirmenin enerji ve ekserji verimliliği üzerine etkisinin araştırılması
Effects of partial shading on energy and exergy efficiencies for  photovoltaic panels with energy storage
Yazar: GAMZE ERTÜRK
Danışman: PROF. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Termodinamik ve Isı Tekniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fotovoltaik paneller güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Son yıllarda fotovoltaik teknolojisi malzeme biliminin gelişmesi ile ilerleme gösterse de birçok enerji kaynağıyla karşılaştırıldığında fotovoltaik panellerin verimleri oldukça düşüktür. Fotovoltaik panellerin verimlerine etki eden birçok parametre vardır. Bunlar; güneş ışınım şiddeti, sıcaklık, gölgelenme, tozlanma, panel eğim açısı ve kablo kayıplarıdır. 
Bu çalışmada ilk olarak çok kristalli (polikristal) bir fotovoltaik panel üzerine farklı pozisyonlarda ve bu pozisyonlara farklı oranlarda gölgelenmeler uygulanarak gölgesiz bir fotovoltaik panel ile elektriksel performans ve termodinamik analiz karşılaştırılması yapılmıştır. Panel üzerine hücresel, yatay ve dikey pozisyonlarda farklı yüzdelerde gölgelenmeler uygulanmıştır. Hücre sıcaklıkları, dolgu faktörü, güç kayıp oranları, enerji ve ekserji verimleri gibi parametreler bütün durumlar için incelenmiştir. Gölgelenme, sistemin enerji ve ekserji verimlilikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve en önemli etki sistemin yatay gölgelenmesi durumunda gözlemlenmiştir. Maksimum güç kaybı %100 gölgelenme oranında %69,92 hücresel,  %66,93 dikey, %99,98 yatay gölgelendirme şeklinde hesaplanmıştır.
Fotovoltaik panel sıcaklığı, panelin elektrik enerjisi üretiminde çok önemli bir etkiye sahiptir. Fotovoltaik sistemlerin enerji kazançları, panel sıcaklığı arttıkça azalmaktadır. Çeşitli soğutma yöntemleri uygulanarak enerji kazançları artırılabilir. İkinci bölümde hem fotovoltaik panelleri soğutmak hem de atık ısıyı depolamak için Faz Değiştiren Madde (FDM) kullanılmıştır. FDM'li panelde gölgelenme durumlarının performansa etkisi incelenmiştir. %50 yatay ve %50 dikey gölgelenme durumları FDM'li sistemler için test edilmiştir. FDM olarak kalsiyum klorür hekzahidrat (CaCI2.6H2O) kullanılmıştır. Ortam sıcaklığı 32,9 oC iken FDM'siz sistemin sıcaklığı 44,85 oC, FDM'li sistemin sıcaklığı ise 40,73 oC'dir.  Panelin yatay olarak gölgelenmesi durumunda maksimum güç 1,19 W iken FDM'li sistemin güç üretimi maksimum 2,83 W, dikey olarak gölgelenmesi durumunda ise maksimum güç 15,85 W iken FDM'li sistemin güç üretimi maksimum 17,65 W değerine ulaşmıştır.

Abstract:
Photovoltaic panels are systems that convert solar energy directly into electrical energy. Photovoltaic (PV) technology has progressed with development of material science  in recent years. But the efficiency of the photovoltaic panels is low. There are many parameters that affect the efficiency of photovoltaic panels. These; solar radiation, temperature, shading, dusting, angles of inclination of the panel and cable losses.

In this paper is investigated the electrical performance and thermodynamics analysis under the shading shapes and shading ratios of photovoltaics panels which have in 75 W power. Three different cases of shading effects as cell, horizontal and vertical shading at different percentage. Some panel parameters; efficiency, cell temperature, fill factor and power difference are analysed using the current voltage curves for allconditions. The shading makes important effect on energy and exergy efficiencies of the system and the most important effect is formed in case of horizontal shading. The maximum power loss was occurred at the shading rate 100% as 69.92% in cellular, 66.93% in vertical, 99.98% in horizontal shading.

The photovoltaic panel temperature has a very important effect on the production of the electric energy of the panel. The energy gains of photovoltaic systems decrease as the panel temperature increases. Energy gains can be increased by using various cooling methods. In the second part, phase change material (FDM) was used to cool both photovoltaic panels and to store waste heat. The effect of shadowing on the performance of the panel with PCM is investigated.  50% horizontal and 50% vertical shading conditions have been tested for PCM systems. Calcium chloride hexahydrate  (CaCI2.6H2O)  was used as FDM. When the ambient temperature is 32.9 oC  , the temperature of the system without PCM is 44.85 oC and the temperature of the system with PCM+PV is 40.73 oC. When the panel is horizontally shaded was occurred maximum power is 1.19 W while maximum power of PCM+PV system is 2.83 W and when the panel is vertically shaded was occurred maximum power is 15.85 W, while maximum power of PCM+PV system is 17.65 W.