Fotovoltaik panellerde soğutma tekniğinin enerji verimliliğine etkilerinin uygulama ve simülasyon yoluyla analizi
Analysis of the effects of cooling technique on energy efficiency in photovoltaic panels through application and simulation
Yazar: ÖZCAN BOZKUŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULHAKİM KARAKAYA
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Fotovoltaik = Photovoltaic ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Paneller = Panels ; Soğutma = Cooling

Özet:
21. yüzyılın getirdiği olanaklarla beraber teknolojinin çok hızlı ilerlemesi ve her geçen gün artan dünya nüfusu ile enerjiye olan bağımlılık daha da artmaktadır. Buna bağlı olarak, fosil yakıt rezervlerinin azalması sonucu yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı ön plana çıkmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde güneş enerjisinin diğer enerji kaynaklarına göre daha ulaşılabilir olması, şebekeden bağımlı veya bağımsız elektrik üretebilmeye imkân sağlaması ve dünyanın birçok noktasında elde edilebilir olması gibi çeşitli avantajları bulunmaktadır. Güneş enerjisinin daha verimli kullanılması için fotovoltaik (PV) paneller her geçen gün geliştirilmekte ve verim arttırma çalışmaları yapılmaktadır. PV panellerinin verimini etkileyen en önemli parametrelerden biri ise çalışma sıcaklığıdır. Bu nedenle, panellerin çalışma sıcaklığının optimum şartlarda olmasını sağlamak büyük önem ifade etmektedir. Yapılan bu çalışmada, PV panel sıcaklığının enerji verimliliği üzerine etkileri uygulama sonuçları kullanılarak analiz edilmiştir. Kurulan iki özdeş deney düzeneklerinden birinde, özel bir tasarımla panel sıcaklığı soğutularak düşürülmüştür. Karşılaştırılan diğer deney düzeneğinde ise herhangi bir soğutma işlemi uygulanmamıştır. Uygulama sonucu bu iki prototipten elde edilen veriler karşılaştırıldığında sıcaklığın PV panel verimi üzerinde %23,8 oranında bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca, Kocaeli ili için örnek modelleme oluşturularak elektriksel enerji ile sistem çıkışından elde edilecek termal enerjinin sistem verimine etkileri ekonomik olarak analiz edilmiştir. Modelleme yapılırken resmi istatistikler, deneysel veriler ve simülasyon için PVSOL (PV Simulation Software) yazılımı kullanılmıştır. Modellenen sistem için hesaplanan yaklaşık 5,2 yıllık amortisman süresinin elektriksel güç çıktısı, soğutma sisteminin verim etkisi ve elde edilen termal enerjinin yaşam döngüsüne dahil edilerek değerlendirmesi ile yaklaşık 3 yıla düştüğü tespit edilmiştir.

Abstract:
With the possibilities brought by the 21st century, the rapid advancement of technology, and the increasing world population, energy dependence is increasing. Accordingly, as a result of the decrease in fossil fuel reserves, the use of renewable energy sources comes to the fore. Among the renewable energy sources, solar energy has various advantages such as being more accessible than other energy sources, enabling to production of electricity dependent or independent from the grid. To use solar energy, which is one of the most important types of renewable energy sources, more effectively, photovoltaic (PV) panels are being developed day by day and efforts are being made to increase efficiency. One of the most significant parameters affecting the efficiency of PV panels is the operating temperature. For this reason, it is of great importance to ensure that the operating temperature of the panels is in optimum conditions. In this study, the effects of PV panel temperature on energy efficiency were analyzed using application results. In one of the two identical experimental setups, the panel temperature was lowered by cooling with a special design. In the other compared experimental setup, no cooling process was applied. When the data obtained from these two prototypes were compared as a result of the application, it was seen that the temperature had a %23,8 effect on the PV panel efficiency. In addition, the effects of electrical energy and thermal energy to be obtained from the system output on the system efficiency were analyzed economically by creating a sample modeling for Kocaeli province. While modeling PVSOL (PV Simulation Software) software were used for simulation. It has been determined that the approximately 5,2 years depreciation period calculated for the modeled system has decreased to approximately 3 years with the efficiency effect of the cooling system, and the evaluation of the thermal energy obtained by including it in the life cycle.