Farklı akışkanlar ile pasif soğutmanın fotovoltaik (FV) panellerin parametrelerine etkileri
Effects of different fluids and passive cooling on the parameters of photovoltaic (FV) panels
Yazar: MEHMET ALKIŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN ÖZBAŞ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Enerji üretiminde dışa bağımlılığın ekonomik boyutlarının yanı sıra çevresel kaygılarda ülkeleri yenilenebilir enerji kaynaklarından daha etkin yararlanmaya yöneltmektedir. Elektrik üretiminde faydalanılan yenilenebilir enerji kaynaklarından en yaygını güneş enerjisidir. Güneş enerjisinden çeşitli yollarla elektrik üretimi gerçekleştirilebilir. En yaygın yöntemlerden biri de fotovoltaik (FV) panellerden elektrik üretimidir. Fotovoltaik panellerden elektrik üretimi yapılırken performansın düşmesine neden olan çeşitli sebepler bulunmaktadır. Bunlardan biri de gün içerisinde güneş ışınımının etkisiyle panel yüzey sıcaklığının zamanla artmasıdır. Yapılan akademik çalışmalarda panel yüzey sıcaklığının artmasıyla verimin düştüğü anlaşılmıştır. Bundan dolayı panel performansının gün içerisinde düşüşünü azaltabilmek için çeşitli soğutma teknikleri kullanılabilir. Literatüre bakıldığında fotovoltaik panellerin soğutma tekniklerini genel anlamda aktif ve pasif soğutma olmak üzere ikiye ayırmak mümkündür. Panellerin soğutma işlemlerinde elde edilen atık ısıdan yararlanılması söz konusu olabilir. Bu sistemler FV/T olarak adlandırılmış olup akademik araştırma konusu olarak karşımıza çıkmaktadır. Sonuç olarak güneş panellerinde FV panel ve FV/T panel üzerinde aktif ve pasif soğutma tekniklerinden söz edilebilir.

Bu çalışmada FV panel üzerinde pasif soğutma tekniği ele alınmıştır. Farklı soğutucu akışkanların panel soğutmasında kullanılarak panel parametreleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Bunun için dış ortam ve iç ortam olmak üzere iki farklı ortamda deneyler yapılmıştır. 


Dış ortam deneylerinde su ve alkol akışkanları kullanılırken, iç ortam deneylerinde antifriz, trafo yağı, su, alkol, sıvı yağ, 30 numara yağ olmak üzere altı farklı akışkan kullanılmıştır. 

Dış ortam deneylerinde paneller yedi saat boyunca güneş ışınımına maruz bırakılmıştır. Bu deneylerde suyun alkole oranla daha etkili bir soğutucu olduğu gözlenirken her iki akışkanın da zamanla ısısını atamadığı ve panelde soğutma yapamadığı için ısınmaya neden olduğu görülmüştür. İç ortam deneyleri ise bir saatlik süre ile sınırlandırılmıştır. 

Akkor lambadan elde edilen 560W/m2 ışınım ile panel yüzeyleri aydınlatılmıştır. İç ortam deneyleri sonunda sıvı yağ ve on numara yağdan 2.14W ortalama güç üretimi gerçekleşirken, en yüksek enerji üretimi 2.16W ile antifriz akışkanı kullanılan deneyde gerçekleşmiştir.

Abstract:
All countries are seeking towards increased utilization of renewable energy sources not only due to economic concerns but also due to environmental concerns. Solar energy, more precisely Photovoltaic Solar (PV) is the most widely installed type among state of the art technologies. There are several causes which reduce the efficiency of PV panels, one of which is surface temperature rise on the PV panels due to intra-day solar radiaton. As a preventive measure to this phenomenon, several cooling techniques are adopted, mainly classified as active and passive cooling.

The focus of this study is utilizaton of passive cooling in PV panels. The effects ofdifferent cooling fluids are comparatively investigated for indoor and outdoor applications.

Water and alcohol are utilized as the cooling fluid in the outdoor experiments, whereas antifreeze, transformer oil, water, alcohol, oil and mineral oil no 30 are utilized in the indoor experiments.

In the outdoor experiments, the PV panels under investigaton are subjected to solar radiation for 7 hours. Although it is observed that both water and alcohol are insufficient coolers for passive cooling, due to the fact that their temperature also kept rising as they could not transfer the heat to air, the cooling performance of water was better than alcohol.

Indoor experiments are limited with 1 hour of testing time. The PV panels are subjected to light emitted from an incandescent lamp, with a radiation density of 560 W/m2. It is observed that 2,14 W are generated with oil and mineral oil no. 10 as the coolant, whereas the best performance is observed with a generation of 2,16 W, for utilization of antifreeze as the coolant.