Güneş panelleri üzerine gelen rüzgâr yüklerinin deneysel ve nümerik araştırılması
Experimental and numerical investigation of wind loads on solar panels
Yazar: SEHER İZOL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEL ABBİDİN FIRATOĞLU
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzdeki tüm endüstriyel sektörlerin ana girdisi enerji olması ve enerjideki darboğaz kaçınılmaz olarak endüstriyel sektörleri alternatif enerji arayışlarına yönlendirmektedir. Ayrıca günümüzde alternatif enerji kaynakları arasından öne çıkan alternatif, çevre dostu yenilebilir enerjidir. Konuyla ilgili son yıllarda artan çalışmalara bağlı olarak çok çeşitli yenilebilir enerji uygulaması geliştirilmiştir. Uygulamadaki basitliği nedeniyle ticari alanda öne çıkan yenilebilir enerji uygulaması güneş enerjisidir. Güneş enerjisi uygulamalarında, sistemlerin temel bileşeni güneş enerjisini toplayan helyostat, parabolik veya düz geometrideki toplayıcılardır. 	İşletme sırasında tüm güneş toplayıcıları atmosferik koşullarda rüzgâra maruz kalır. Toplayıcılar üzerinde rüzgârın temelde iki etkisi söz konusudur: (i) Toplayıcılar etrafında rüzgârın etkisiyle meydana gelen akış alanındaki aerodinamik kuvvetlerin toplayıcı konstrüksiyonuna olası olumsuz etkileri ve (ii) yine rüzgârdan kaynaklı panel yüzeyinden meydana gelen zorlanmış taşınımla ısı transferi. Tez çalışmasının hedefi bir güneş paneli etrafındaki akış karakteristiklerinin panele etki eden aerodinamik büyüklükler ile ilişkisini saptamaktır. Bu çerçevede tez çalışmasının kapsamı; i)Farklı serbest akış hızlarında veya reynolds sayılarında, panel etrafındaki akış karakteristiklerinin aerodinamik büyüklükler üzerindeki etkisi ii)Panelin yatay yüzeye farklı montaj şekillerinin panel etrafındaki akış karakteristikleri ve aerodinamik büyüklüklere etkisi iii) Farklı rüzgar atak açılarının panel etrafındaki akış karakteristiklerine ve aerodinamik büyüklüklere etkisi şeklinde üç başlık altında toplanabilir. Tez kapsamında deneysel ölçümler yanında yukarı değinilen üç başlık altında 12 farklı akış alanı için toplamda on sekiz tane CFD simülasyonu yürütülmüştür. Deneysel ölçüm ve simülasyonlar sonucunda panel etrafındaki akış karakteristiklerinin aerodinamik kuvvetler ile ilişkisi detaylı grafikler tespit edilmiştir. Tez çalışması sonucunda elde edilen çarpıcı sonuçlardan biri; akış alanını belirleyen ana parametre, paneli yatay yüzeye bağlayan bağlantı sistemidir. Literatürde bir çok çalışmada olduğu gibi panel yatay yüzeye bağlantı şekli dikkate almayan hesaplamalarda, aerodinamik büyüklüklerin saptanmasında, %45'lere varan oranda ciddi hatalar söz konusudur.

Abstract:
The main input of all industrial sectors today is energy and the bottleneck in energy inevitably leads industrial sectors to search for alternative energy. In addition, the alternative that stands out among alternative energy sources is environmentally friendly renewable energy. Due to the increasing number of studies on the subject in recent years, a wide variety of renewable energy applications have been developed. Because of its simplicity in application, solar energy is the commercially available renewable energy application. In solar applications, the main component of the systems is the heliostat, parabolic or flat geometry collectors that collect solar energy. During operation, all solar collectors are exposed to wind under atmospheric conditions. There are basically two effects of wind on the collectors:(i) Possible adverse effects of aerodynamic forces in the flow area caused by the wind around the collectors to the collector construction, (ii) Forced convection heat transfer also from the wind-induced panel surface The aim of the thesis is to determine the relationship between the flow characteristics around a solar panel and the aerodynamic quantities affecting the panel.In this context, the scope of the thesis study; i)Effect of flow characteristics around the panel on aerodynamic quantities at different free flow rates or reynolds numbers ii)Effect of different mounting shapes of the panel on horizontal surface on flow characteristics and aerodynamic sizes around the panel iii)The effect of different wind attack angles on the flow characteristics and aerodynamic sizes around the panel in the form of three headings.Eighteen CFD simulations were carried out for 18 different flow areas under the three headings mentioned above in addition to experimental measurements. As a result of experimental measurements and simulations, detailed graphs of the relationship between the flow characteristics around the panel and the aerodynamic forces has been determined.One of the striking results obtained from the thesis; The main parameter that determines the flow area is the connection system that connects the panel to the horizontal surface. As in many studies in the literature, there is a serious error of up to 45% in the determination of aerodynamic sizes in calculations which do not take into account the connection of the panel to the horizontal surface.