Kanal üstü PV panel sistemlerinin panel verimi ve buharlaşma üzerindeki etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effect of channel-top PV panel systems on panel efficiency and evaporation
Yazar: ALİ CANBAZ
Danışman: DOÇ. DR. YAKUP KARAKOYUN
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fotovoltaik (PV) panel sistemleri yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren ve en çok kullanılan enerji üretim sistemlerinden biridir. PV panellerin performansı, güneş ışınımından kaynaklı panel sıcaklıklılarının değişimi ile doğrudan ilişkilidir. Özellikle yüksek panel sıcaklıklarında panel gücü oldukça azalmaktadır. Bu durumun etkisini azaltma veya ortadan kaldırma yöntemlerinden birisi de sulu soğutma yaklaşımlarından evaporatif soğutmadır. Evaporatif soğutma, özellikle kuru iklim bölgelerinde yaz mevsiminde iklimlendirmede önemli ve başarılı bir yöntemdir. Bu yaklaşım atomize olmuş sıvı parçacıklarının faz değiştirerek buhar fazına geçmesi sırasında çektiği ısı enerjisi dolayısıyla oldukça avantajlı bir uygulamadır. 
Bu çalışmada, Köppen iklim sınıflandırılmasına göre sıcak ve kurak iklim bölgesi özelliği taşıyan Van ilinde, deneysel ölçekte oluşturulan bir kanal üzerine yerleştirilen PV panelin evaporatif soğutma ile soğutulması incelenmiştir. Ayrıca, sıcak ve kurak iklim bölgelerinde su kaynaklarına erişim kısıtlı olduğundan, mevcut kaynakların korunması gerektiği noktasından hareketle, kanal üzerine yerleştirilen PV panel vasıtasıyla kanaldaki buharlaşma miktarının gölgeleme etkisi ile azaltılması amaçlanmaktadır. Mevcut çalışma üç aşamadan oluşup, birinci aşamada kanal üzerine kurulan PV panel sisteminin zemine kurulan eş sisteme göre farklı açılarda performansı incelenirken, ikinci aşamada farklı panel eğim açılarının eş PV panel-kanal sistemlerinin performansına etkisi incelenmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise kanal debisinin sistem performansına etkisi irdelenmiştir. 
Yapılan çalışma neticesinde, kanal üstü PV panel sistemlerinin zemine kurulan eş sistemlere göre verimlerinin, test edilen bütün durumlar dikkate alındığında ortalama farkın %1.9 olduğu ortaya çıkmıştır. En yüksek farkın ise 8⁰ panel eğim açısında %2.8 olduğu tespit edilmiştir. Buharlaşma miktarı incelendiğinde ise ortalama 4 litre buharlaşmanın gerçekleştiği görülmüştür. Farklı eğim açılarının sistem performansına olan etkilerinin incelendiği ikinci aşama deneyler neticesinde de panel eğim açısının düşmesiyle incelenen sistemlerin verimlerinin ortalama %1.5 kadar arttığı görülmüş olmakla beraber, buharlaşma miktarlarında azalma meydana gelmiştir.  Çalışmanın son aşaması olan kanaldaki farklı debilerin sistem performansına olan etkilerinin incelendiği deneylerde ise kanal debisinin artmasıyla panel veriminin ve buharlaşma miktarının aynı eğim açısına sahip sistemlerde arttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Photovoltaic (PV) panel systems are one of the most widely used energy production systems that convert solar energy from renewable energy sources directly into electrical energy. The performance of PV panels is directly related to the change in panel temperatures caused by solar radiation. Especially at high panel temperatures, panel power decreases considerably. One of the methods to reduce or eliminate the effect of this situation is evaporative cooling, which is a water-cooling approach.
Evaporative cooling is an important and successful method of air conditioning, especially in summer in dry climate regions. This approach is a very advantageous application due to the heat energy absorbed by the atomized liquid particles during the phase change into vapor phase.
In this study, evaporative cooling of a PV panel placed on a channel created on an experimental scale in Van province, which has the characteristics of a hot and arid climate region according to the Köppen climate classification, was investigated. In addition, since access to water resources is limited in hot and arid climate regions, it is aimed to reduce the amount of evaporation in the channel by shading effect by means of PV panels placed on the channel, considering the need to protect existing resources. The current study consists of three stages. In the first stage, the performance of the PV panel system installed on the channel was examined at different angles compared to the equivalent system installed on the ground, while in the second stage, the effect of different panel inclination angles on the performance of equivalent PV panel-channel systems was examined. In the last stage of the study, the effect of channel flow rate on system performance was examined.
As a result of the study, it was revealed that the average difference in the efficiency of channel-top PV panel systems compared to the equivalent systems installed on the ground was 1.9% when all tested conditions were taken into account. The highest difference was found to be 2.8% at the 8⁰ panel inclination angle. When the amount of evaporation was examined, it was seen that an average of 4 liters of evaporation occurred. As a result of the second stage experiments examining the effects of different inclination angles on system performance, it was observed that the efficiency of the examined systems increased by an average of 1.5% with the decrease in the panel inclination angle, while the amount of evaporation decreased. In the experiments where the effects of different flow rates in the channel on system performance were examined, which was the last stage of the study, it was observed that the panel efficiency and evaporation amount increased in systems with the same inclination angle as the channel flow rate increased.