Güneş enerjili termoelektrik jeneratörde ısı borulu pasif soğutucu kullanımının performans üzerine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the efect of using a heat pipe passive cooler on the performance of solar heating thermoelectric generator
Yazar: MUSTAFA BOZKURT
Danışman: DOÇ. DR. ENGİN ÖZBAŞ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tezde; Yenilenebilir Enerji alanının bir parçası olan Güneş Enerjili Termoelektrik Jeneratörlerde Isı Borulu Pasif Soğutucu Kullanımının Performans Üzerine Etkisinin Deneysel İncelenmesi konusu ele alınmıştır. Termoelektrik Jeneratörler, termoelektrik modüllerin yüzeyleri arasında oluşan sıcaklık farkını Seebeck etkisi ile elektrik enerjisine çevirir. Termoelektrik soğutucular ise termoelektrik modüle uygulanan gerilimi, peltier etkisine dayanarak sıcaklık farkına çevirir.
Termoelektrik modülün yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkının arttırılması aynı zamanda üretilen gerilim miktarında da artışa neden olmaktadır. Bundan dolayı termoelektrik modülde sadece ısıtma ile değil aynı zamanda soğutma işlemi de bir araştırma konusudur. Sıcaklık farkı ise TEG (Termoelektrik Jeneratör) yapısının performansını doğrudan etkiler. Yapılan bu çalışmada termoelektrik jeneratörde ısı borulu sistem kullanılarak pasif soğutma gerçekleştirilmiştir. Termoelektrik jeneratörün sıcak yüzey ısıtmasında vakumlu cam tüplü ısı borusu kullanılmıştır. Soğuk yüzeyin soğutulması için alüminyum kanatçıklı malzeme ve sonrasında üzerine iliştirilmiş soğutma amaçlı ısı borusu kullanılmıştır. Böylece soğuk yüzeyin sıcaklığını düşürecek pasif soğutma işlemi yapılmıştır. Çalışma laboratuar şartlarında yapılmış ve ışık enerjisi halojen yapılı bir aydınlatma ile sağlanmıştır. TEG'in verimini yükselterek kullanılabilirliliğin artırılması amaçlanmıştır. Soğutma amacıyla kullandığımız ısı borusunu ve alüminyum kanatçıklı yapı sisteminde kullandığımızda soğuk ve sıcak yüzeyler arasındaki sıcaklık farkının arttığı gözlemlenmiştir. Yüzeyler arası sıcaklık farkı, soğutma amaçlı ısı borulu olmayan alüminyum kanatçıklı deneylerde 13.3 °C iken, ısı borulu alüminyum kanatçıklı deneylerde 13.6 °C olmuştur. Böylece soğutma amaçlı ısı borusu kullanımı ile sıcaklık farkında %2.25'lik bir artış gerçekleşmiştir. Sıcaklık farkı TEG tarafından üretilen gerilim ile doğrudan ilgili olduğundan üretilen gerilim miktarında da bir artış meydana gelmiştir. Isı borusu olmayan alüminyum kanatçıklı sistemde açık gerilim 0.488V ısı borulu alüminyum kanatçıklı sistemde açık gerilim 0.5V ölçülmüştür. Soğutma amaçlı ısı borusu kullanımı ile sistemin geriliminde %2.46'lık bir artış gerçekleşmiştir. Direncin kullanıldığı deneylerde ise ısı borusu olmayan alüminyum kanatçıklı sistemde gerilim 0.082V ısı borulu alüminyum kanatçıklı sistemde gerilim 0.085V ölçülmüştür. Sonuç olarak dirençli deneylerde ısı borulu sistemin geriliminde %3.65'lık bir artış gerçekleşirken, referans duruma göre pasif soğutucu olarak ısı borusu kullanımı ile referans durumu verimi %7.6 iyileştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis; Experimental Investigation of the Effect of Using Heat Pipe Passive Cooler on Performance in solar Thermoelectric Generators, which is a part of its branch in the field of Renewable Energy. Thermoelectric Generators convert the temperature difference between the surfaces of thermoelectric modules into electrical energy with the Seebeck effect. Thermoelectric coolers, on the other hand, convert the voltage applied to the thermoelectric module to a temperature difference based on the peltier effect. Increasing the temperature difference between the surfaces of the thermoelectric module also causes an increase in the amount of voltage produced. Therefore, not only heating but also cooling is a research topic in the thermoelectric module. The temperature difference directly affects the performance of the TEG (Thermoelectric Generator) structure. In this study, passive cooling was carried out by using the heat pipe system in the thermoelectric generator. Vacuum glass tube heat pipe is used in the hot surface heating of the thermoelectric generator. For cooling the cold surface, aluminum fin material and then a heat pipe for cooling purposes attached to it were used. Thus, passive cooling process was performed to reduce the temperature of the cold surface. The study was carried out in laboratory conditions and the light energy was provided by a halogen lighting. It is aimed to increase the usability by increasing the efficiency of TEG. It has been observed that the temperature difference between cold and hot surfaces increases when we use the heat pipe we use for cooling and the aluminum fin structure system. While the temperature difference between the surfaces was 13.3 °C in the experiments with aluminum fins without heat pipes for cooling purposes, it was 13.6 °C in experiments with aluminum fins with heat pipes. Thus, with the use of heat pipes for cooling, a %2.25 increase in temperature difference was achieved. Since the temperature difference is directly related to the voltage produced by the TEG, there has been an increase in the amount of voltage produced. The open voltage is 0.488V in the aluminum fin system without a heat pipe, and the open voltage is 0.5V in the aluminum fin system with a heat pipe. With the use of heat pipes for cooling, the voltage of the system increased by %2.46. In the experiments in which the resistor was used, the voltage was measured as 0.082V in the aluminum fin system without heat pipe, and 0.085V in the aluminum fin system with heat pipe. As a result, an increase of %3.65 in the voltage of the heat pipe system was achieved in the resistive experiments, the base efficiency is improved by %7.6 with the use of heat pipes as passive coolers compared to the baseline.