Fotovoltaik- termal (PV-T) kolektörler ile biyogaz sistem tasarımı ve verimlilik testi
Design for a biogas system with photovoltaic thermal (PV-T) collectors and efficiency test
Yazar: ELHAM MAGHSOODİ SHAGHAGHİ
Danışman: PROF. DR. GÜNNUR KOÇAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, hem elektrik hem de sıcak su üreten fotovoltaik/ısıl kolektör (PVT) desteği ile çalışan bir biyogaz sistemiyle hayvansal atıklardan gaz üretimi gerçekleştirilmiştir. Dış ortam koşullarında kurulan bir deney düzeneğinde PVT sistemlerden elde edilen temiz enerjinin, hayvansal atıklardan geri dönüşüm yapabilen bir biyogaz sisteminde kullanımı 01.08.2012-01.02.2013 tarihleri arasında kayıt altına alınmıştır. Sistem performansını değerlendirmek için ölçülen parametreler; PVT kolektöre gelen güneş ışınımı, üretilen voltaj ve akım değeri, PVT kolektöre giren ve çıkan suyun sıcaklıkları, biyogaz sistemindeki reaktör cidarında dolaşımı sağlanan suyun giriş, çıkış sıcaklıkları, debisi ve ortam sıcaklığıdır. Atıklardan biyogaz üretim sürecinde, ihtiyaç duyulan sıcaklığa ulaşmak gerekli olan ısıl enerji ve sistemdeki elektromotorları çalıştırmak için tüketilen elektrik enerjisi miktarı oldukça yüksektir. Bu ihtiyaç, biyogaz sisteminin geri ödeme süresinin uzamasına ve çevreye zararlı olan fosil yakıtların kullanımına neden olmaktadır. Bu sorunu çözmek için bugüne kadar biyogaz sistemlerinin ihtiyaç duyduğu enerji tüketimi, birçok tekniklerle azaltılmaya çalışılmıştır. Bu çalışmada, PVT sisteminden elde edilen ısıl enerji ve hücrelerden elde edilen elektrik enerjisi ile biyogaz sisteminin ihtiyaç duyduğu ısı ve elektrik enerjisinin karşılanması hedeflenmiştir. Oluşturulan sistemde, biyogaz sisteminin ihtiyaç duyduğu toplam elektrik gücü 4.83 Kwh (yaklaşık 270TL/ay) olarak ölçülmüştür. Söz konusu gereksinimin karşılanmasında, kurulum yapılan 0.8KWp PVT sistem vasıtası ile %62 tasarruf sağlanabileceği belirlenmiştir. Elektrik sayacının 3 zamanlı olarak düşünülmesi durumunda ise tasarruf oranın %83?e kadar yükseltilebileceği tespit edilmiştir. 
PVT panellerdeki toplam sistem enerjisi sadece PV?nin elektriksel verimi ile sınırlı değildir, ısıl enerji de PVT panellerin bir çıktısıdır. Elektrik üretimine ek olarak PV modülden soğutucu akışkan vasıtasıyla soğurulan ısıl enerji, biyogaz reaktöründeki elektrikli rezistans kullanımını azaltmakta ve bu da günlük yaklaşık 37 kwh elektrik tasarrufuna neden olmaktadır. PV modülde oluşan ısının bir soğurucu akışkana (su) aktarılması, PV modül verimliliğine de olumlu etki etmektedir. Deneme sonuçlarına göre; PVT panellerden elde edilen 2.5 bar basınçlı ısınmış suyun biyogaz sisteminin cidarından kontrollü bir şekilde dolaşımının sağlanması ile ısıl enerjinin sisteme aktarılmasının ve PV panellerden üretilen elektrik enerjisinin sistemde kullanılmasının, biyogaz sisteminde günlük yaklaşık 15 saatlik bir ihtiyacı karşılayabileceği ortaya konulmuştur. 
Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik/Isıl (PVT) Sistem, Güneş Enerjisi, Isıl Verim, PVT, PV Soğutma, Biyogaz Sistemi, Reaktör.

Abstract:
In this study, biogas was generated using animal wastes in a biogas technology with fotovoltaik/thermal (PVT) collectors which generating thermal and electrical energy at the same time. Clean energy generated by PVT system was used in a biogas system working with animal wastes and recorded between 01.08.2012-01.02.2013 with an outdoor test rig. Parameters used to evaluate the system performance are; solar radiation on PVT collectors, generated voltage and current, inlet and outlet water temperature and flow rate to PVT collector and the jacket of reactor tank and ambient temperature. In progress of biogas generating systems with animal wastes, needed heat and electrical energy is relatively high. This need makes the payback time of biogas system investments longer and causes the use of harmful fossils to environment. Due to solve such problems, several studies and technical methods were used to reduce energy needs to run biogas systems. In this study, the goal is to meet electrical and heat energy needs of a biogas system with electrical and heat energy generated by a PVT system. It was measured the electrical energy need of the biogas system in this study is 4.83 Kwh (approximately 270 Turkish Lira / month). It is monitored that 0.8 KWp PVT system saves %62 of above mentioned need. Using smart electrometer, saving can go up to %83.
The total energy produce by PVT collectors is not restricted by PV module efficiency, thermal energy is also an output of PVT collectors. Besides generating of electrical energy, the thermal energy absorbed from PV module by coolant reduces the use of electrical heater in biogas reactor and this causes the saving of 37 kwh electrical energy consumption. Absorbing the heat on PV module by coolant (water) affects positively the efficiency of PV module. According to the test results of this study, using the PVT output of 2.5 bar heated water circulated between the jacket of reactor and PVT system and the electrical output from PV panels in the system meets 15 hour need of the system daily.
Keywords: Fotovoltaik/Thermal (PVT) System, Solar Energy, Thermal Efficiency, PVT, PV Cooling, Biogas System, Reactor.