Soğutma sistemlerinde fotovoltaık termal modül destekli defrost uygulaması
Photovoltaic thermal module  assisted defrost application in refrigeration systems
Yazar: MEHMET ONUR KARAAĞAÇ
Danışman: DOÇ. DR. ALPER ERGÜN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji performans analizi = Energy performance analysis ; Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems ; Güneş = Solar ; Güneş paneli = Solar panel ; Kar çözme yöntemi = Defrost method ; Konvansiyonel soğutma = Conventional cooling ; Soğutma sistemleri = Cooling systems

Özet:
Artan yaşam standartlarına bağlı olarak tüm ülkelerde hayat konforu için tüketilen enerji miktarları artmaktadır. Ayrıca, enerji konusunda yapılan çalışmalarda üretilen elektriğin büyük bir kısmı ısıtma, soğutma ve havalandırma sistemlerinde kullanıldığı bilinmektedir. Dolayısıyla bu sistemlerin geliştirilmesi, verimlerinin artılması ve elektrik tüketimlerinin azaltılması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında soğutma sistemlerine odaklanılmış ve bu sistemlerin temel elemanlarından olan evaporatörlerin çalışma koşullarında sıklıkla karşılaşılan karlanma için yeni bir defrost yöntemi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Isı değiştirici yüzey sıcaklığı suyun donma noktasının altında veya şartlandırılmış mahaldeki havanın çiy noktası sıcaklığının altında olması sonucunda evaporatör yüzeyinde havanın içindeki nemin yoğuşmasıyla karlanma meydana gelmektedir. Endüstriyel ve konut uygulamaları için ısı ve elektrik enerji türlerinden her ikisine de ihtiyaç duyulmaktadır.  
Yapılan tez çalışmasında mevcut geleneksel yöntemlerden farklı olarak soğutma sistemlerinde meydana gelen karlanmayı gidermek için fotovoltaik termal (FV/T) sistem kullanılmıştır. Böylece hem FV modül soğutularak sıcaklık artışından meydana gelen verim kaybı önlenecek hem de soğutma sistemlerinde evaporatörde oluşan karlanmaya alternatif bir çözüm yöntemi geliştirilecektir. Yapılan çalışmada defrost için özel tasarım bir evaporatör kullanılmıştır. Geliştirilen sistem iki kısımdan oluşmaktadır bunlar; soğutucu akışkan devresi ve FV/T sistem devresidir. Yapılan deney sonucunda kış mevsiminde FV/T sistem ile soğutma sisteminin uyum içerisinde çalışabildiği gözlemlenmiştir. Sistem optimum çalışma süresi olarak yaklaşık 4 dk. olarak belirlenmiş ve harcanan enerji 605 W olarak bulunmuştur. Bu sırada FV modülün elektriksel verimi %13,6 olarak hesaplanırken, FV/T sistem verimi ise %38 olarak bulunmuştur. Ayrıca Ortalama PV modül yüzey sıcaklığı 36,4 ℃, ortalama su deposu sıcaklığı 26,4 ℃ olarak belirlenmiştir. Soğutma sisteminin performans katsayısı (COP) 4,18 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca çevresel ekonomik maliyet 14,6 $/h olarak bulunmuştur. Geliştirilen defrost yönteminin soğutma sistemlerinde başarılı bir şekilde kullanılabilirliği hem deneylerle hem de hesaplarla gösterilmiştir.

Abstract:
Depending on the increasing standards of living, the amount of energy consumed for life comfort is increasing in all countries. In addition, it is known that most of the electricity produced in studies on energy is used in heating, ventilation, and cooling systems. Therefore, developing these systems is necessary, increasing their efficiency and reducing electricity consumption. In this thesis work, it is focused on refrigeration systems and, it is aimed to develop an alternative defrost method for frost, which is one of the basic elements of these systems, which is frequently encountered in operating conditions. The frost process occurs when air condenses on the evaporator surface as a result of the evaporator surface temperature being below the freezing point of water or the dew point temperature of the air in the conditioned space. Both heat and electrical energy types are needed for industrial and residential applications. Differently, in the presented thesis study, PV/T system is used to prevent the frosting process in the refrigeration system, unlike the conventional systems.  
Accordingly, the efficiency loss caused by the temperature increment will be prevented by cooling the PV module, and it is aimed to be more efficient by reducing the daily power consumption as an alternative solution method to the frost that occurred on the evaporator in refrigeration systems. On this purpose, a novel evaporator design is developed and used for defrosting in this study.  Accordingly, this novel design includes a refrigerant line inside the evaporator and a hot water line from the PV/T in this design. In the results, it is noticed that the system designed for winter conditions could be used for defrosting. While an average of 605 W for the rate of heat energy was used for each defrost process, the average defrost duration was recorded to be approximately 4 minutes. While the average electrical efficiency of the PV module was found to be 13.6%, the average total efficiency was found to be 38%. Besides, the average PV module surface temperature was determined as 36.4 ℃ while average water storage tank temperature was determined as 26.4 ℃. In addition, the coefficient of performance (COP) of the refrigeration system is calculated to be 4.18. Furthermore, the environmental economic cost was calculated to be 14.6 $/h. The successful usability of the developed defrost method in refrigeration systems has been demonstrated by both experiments and calculations.