Kanatçıklı gizli ısı depolama ünitesine sahip hibrit fotovoltaik-termal bir kollektörün tasarımı ve deneysel analizi
Design and experimental analysis of a hybrid photovoltaic-thermal collector with fin integrated latent heat storage unit
Yazar: İSTEMİHAN ŞAHİNKESEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE YAĞIZ GÜRBÜZ
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Güneş kolektörleri = Solar collectors ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Isıtma enerjisi = Heating energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Fotovoltaik/termal (PV/T) sistemler, aynı yüzeyde elektrik ve termal enerjiyi aynı anda üretebilirler. PV/T sistemlerinin kullanılması, güneş paneli yüzeyinin sıcaklığını azaltmaya yardımcı olarak sistemin elektriksel verimini artırır. Bu tez çalışmasında, kanatlı gizli ısı termal enerji depolama ünitesi (TESU) kullanılarak bir paralel akışlı fotovoltaik-termal (PPVT) hava kolektörünün performansının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, geleneksel bir PPVT, parafin bazlı termal enerji depolama üniteli (TESU) bir PPVT, 3 kanatlı termal enerji depolama üniteli (FTESU) bir PPVT ve 6 kanatlı termal enerji depolama üniteli (DFTESU) bir PPVT olmak üzere dört farklı tipte paralel akışlı PPVT sistemi tasarlanmış, üretilmiş ve test edilmiştir. Sistemlerde fotovoltaik panelin her iki yüzeyinden fazla ısıyı iletmek için paralel akışlı bir kolektör geometrisi tasarlanmıştır. Ayrıca PPVT'de depolama sistemindeki kanat sayısının artırılmasının performansa etkisi bu çalışma kapsamında analiz edilmiş ve geliştirilen sistemler eş zamanlı olarak test edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen bulgulara göre, 6 kanatçıklı termal enerji depolama ünitesi (DFTESU) kullanılarak PPVT'nin toplam verimlilik değeri %55,83'ten %76,79'a yükseltilmiştir. Performans oranı ve sürdürülebilirlik endeksi değerleri sırasıyla 0,64-0,76 ve 1,0277-1,0474 arasında elde edilmiştir. Çevre-ekonomik analiz yapılmış ve sistemlerin geri ödeme süreleri 0,991 ile 1,146 yıl arasında elde edilmiştir. Ayrıca, PPVT'de 6 kanatlı termal enerji depolama ünitesinin (DFTESU) kullanılması, modifiye edilmemiş PPVT'ye kıyasla yıllık karbondioksit tasarrufunu %33,71'e yükseltmiştir.

Abstract:
Photovoltaic/thermal (PV/T) systems have the capability to produce both electrical and thermal energy simultaneously on the same surface. The utilization of PV/T systems helps increase the electrical efficiency of the system by aiding in reducing the solar panel surface temperature. This thesis aims to improve the performance of a parallel flow photovoltaic-thermal (PPVT) air collector using a winged latent heat thermal energy storage unit (TESU). In this context, four different types of parallel flow PV/T (PPVT) systems were designed, fabricated, and tested, including a conventional PPVT, a PPVT with paraffin-based thermal energy storage unit (TESU), a PPVT with a 3-winged TESU (FTESU), and a PPVT with a 6-winged TESU (DFTESU). A parallel flow collector geometry was designed to transfer excess heat from both surfaces of the photovoltaic panel. Additionally, the effect of increasing the number of wings in the storage system on performance was analyzed within this study, and the developed systems were tested simultaneously. According to the experimentally obtained results, the total efficiency of the PPVT using a 6-winged TESU (DFTESU) was increased from 55.83% to 76.79%. The performance ratio and sustainability index values were obtained between 0.64-0.76 and 1.0277-1.0474, respectively. Environmental-economic analysis was conducted, and the payback periods of the systems were obtained between 0.991 and 1.146 years. Moreover, the utilization of a 6-winged thermal energy storage unit (DFTESU) in PPVT increased the annual carbon dioxide savings by 33.71% compared to conventional PPVT.