Fotovoltaik sistemlerde aseton-su ikili karışımla sprey soğutmanın deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of spray cooling with binary mixture in photovoltaic systems aseton-water
Yazar: ADEM KILIÇ
Danışman: PROF. DR. KENAN YAKUT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güneş paneli = Solar panel ; Hibrit soğutma = Hybrid cooling ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell

Özet:
Bu çalışmada, fotovoltaik sistemlerin verimlerinin artırılması amacıyla spreyle soğutulmasında ikili karışım aseton-su kullanılarak daha etkili ve hızlı soğutma elde edilmesi amaçlanmıştır.
Fotovoltaik sistemlerin panel hücre sıcaklığı verimli çalışma aralığı 25 °C – 45 °C olarak tanımlanabilmektedir. Yapılan çalışmada 1000 W/m2 ışınımda panel hücre sıcaklığı 45 °C'yi geçtiğinde 25 °C' ye düşürülünceye kadar sprey soğutma gerçekleştirilmiştir. Soğutma işleminde ikili karışımda %15, %30 ve %45 oranlarında aseton kullanılarak daha hızlı soğutma elde edilmiştir.
Sprey soğutma deney düzeneğinde farklı sıvı ve hava debilerinde DXD-HSİ-12 nozul kullanılmış ve ALR (hava-sıvı oranı) hesaplanmıştır. Aynı zamanda yapılan soğutmanın ANSYS-Fluent yazılım programı yardımıyla HAD analizi yapılmış ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır.
Fotovoltaik sistemin aseton-su ikili karışımla yapılan sprey soğutma işleminde tüm deneylerde asetonun soğutmaya etkisi incelenmiştir. En hızlı soğutma, 800 ml/dk sıvı debisinde ve 3,5 m3 /h hava debisinde elde edilmiştir. Saf su ile yapılan soğutma işleminde 120 saniye sprey uygulanarak panel hücre sıcaklığının 25 °C altına düşürülebildiği ve %30 aseton katıldığında ise %30 daha hızlı soğutularak sürenin 84 saniyeye düşürüldüğü görülmüştür.

Abstract:
In this study, it is aimed to achieve more effective and faster cooling by using a binary mixture aceton-water in spray cooling in order to increase the efficiency of photovoltaic systems.
The panel cell temperature efficient working range of photovoltaic systems can be defined as 25 °C – 45 °C. In this experimental study, when the panel cell temperature exceeds 45 °C at 1000 W/m2 radiation, spray cooling was performed until it was reduced to 25 °C. In the cooling process, faster cooling was achieved by using 15%, 30% and 45% aceton in the binary mixture.
DXD-HSİ-12 nozzle was used at different liquid and air flow rates in the spray cooling experiment setup and ALR (air-liquid ratio) was calculated. At the same time, CFD analysis of the cooling process was performed with the help of ANSYS-Fluent software and compared with the experimental results.
In the spray cooling process of the photovoltaic system with binary mixture, the effect of aceton on cooling was investigated in all experiments. The fastest cooling was achieved at a liquid flow rate of 800 ml/min and an air flow of 3,5 m3 /h. In the cooling process with pure water, it has been observed that the panel cell temperature can be reduced below 25 °C by applying a 100-second spray, and when 30% aceton is added, the time is reduced to 84 seconds by cooling 30% faster.