Fotovoltaik sistemlerde tozlanmanın panel verimi üzerindeki etkilerinin deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of the effects of dust accumulation on panel efficiency in photovoltaic systems
Yazar: MERVE TAN BAYAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL KAYRİ
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Enerji = Energy ; Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Tozlanma = Dusting ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Fotovoltaik hücreler, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerin en temel bileşenleridir. Bu hücrelerin bir araya getirilmesiyle oluşturulan fotovoltaik panellerin enerji dönüştürme miktarını en çok etkileyen parametre, panel yüzeylerinin maruz kaldığı ışınım değeridir. Bundan dolayı fotovoltaik sistemler, güneşten yeryüzüne gelen ışınımdan azami derecede faydalanmak üzere, genellikle güneşlenme süresi ve ışınım miktarı bakımından yeterli olarak bilinen güneş bandı bölgelerinde tesis edilirler. Açık hava şartlarında çalışan bu sistemler, her türlü çevresel olumsuzlukla karşı karşıyadır. Fotovoltaik sistemlerin verimi üzerindeki en önemli faktörlerden biri de, panel yüzeyinde oluşan tozlanmadır. Çeşitli etkenlerle havada bulunan tozların zamanla panel yüzeyini kaplaması, hücrelere ulaşan ışınım miktarını azaltmaktadır. Işınımın azalmasıyla meydana gelen enerji dönüşüm oranındaki kayıplar önemli değerlere ulaşabilmektedir. Tozlanma eğilimi, bu sistemlerin kurulduğu bölgenin hava sıcaklığı, nem miktarı, rüzgâr rejimi, toprak yapısı ve bitki örtüsüne göre değişmektedir. Bu çalışmada, Batman ilinde tozlanmanın panel verimi üzerindeki etkisini araştırmak üzere bir deney seti kurulmuştur. Deneysel çalışmada, killi, kireçli ve şehirsel toz numuneleri kullanılmıştır. Panellerin gün sayısına göre tozlanma miktarı, bir dizi ön test ile belirlenmiştir. Orta ve uzun vadede panel yüzeyinde meydana gelecek doğal tozlanma miktarını belirlemek zor olduğundan, bu miktarlar geliştirilen YSA modeli ile saptanmıştır. Temiz bir fotovoltaik panel ile yüzeyinde 1, 2, 3, 4, 5 günlük ve 1, 3 ve 6 aylık toz biriken fotovoltaik panellerin ürettiği enerji değerleri ölçülmüştür. Elde edilen bulgulara göre, temiz panele kıyasla 5 günlük tozlanmaya maruz kalan paneller, killi, kireçli ve şehirsel toz numuneleri için sırasıyla %3,53, %5 ve %5,18 daha az enerji üretmiştir. Temiz panele kıyasla 1 aylık tozlanmaya maruz kalan paneller, killi, kireçli ve şehirsel toz numuneleri için sırasıyla yaklaşık %18, %26 ve %28 daha az enerji üretmiştir. Temiz panele kıyasla 3 aylık tozlanmaya maruz kalan paneller, killi, kireçli ve şehirsel toz numuneleri için sırasıyla yaklaşık %46, %61 ve %63 daha az enerji üretmiştir. Temiz panele kıyasla 6 aylık tozlanmaya maruz kalan paneller, killi, kireçli ve şehirsel toz numuneleri için sırasıyla yaklaşık %67, %77 ve %78 daha az enerji üretmiştir. Ölçülen veriler kullanılarak yapılan hesaplamalar, grafik ve tablolar halinde sunulmuştur.

Abstract:
Photovoltaic cells are the most basic components of systems that convert solar energy into electrical energy. The parameter that have the most affects the energy conversion amount of the photovoltaic panels formed by combining these cells is the irradiation value by which the panel surfaces are exposed. Therefore, photovoltaic systems are generally installed in sun belt regions that are known to be sufficient in terms of sunshine duration and amount of radiation in order to make maximum use of the radiation coming from the sun to the earth. These systems that operate in outdoor conditions are faced with all kinds of environmental obstacles. One of the most important factors effecting on the efficiency of photovoltaic systems is dusting on the panel surface. Due to various factors, dust in the air covers the panel surface over time, reducing the amount of irradiation reaching the cells. The losses in the energy conversion rate that occur with the reduction of irradiation can reach significant values. Dusting tendency varies according to the air temperature, humidity, wind regime, soil structure and vegetation of the region where these systems are installed. In this study, an experimental setup was manufactured in order to investigate the effect of dust accumulation on panel efficiency. In the experimental study clay dust, calcareous dust and urban dust samples were used. The amount of dust accumulation on the panels according to the number of days was determined by a series of preliminary tests. Since it is difficult to determine the amount of natural dusting on the panel surface in the medium and long term, these amounts were determined by the developed ANN model. The energy values produced by a clean panel and panels with 1, 2, 3, 4, 5 days and 1, 3 and 6 months dust accumulation on the surface were measured. According to the findings, compared to the clean panel, the panels exposed to dust for 5 days produced 3.53%, 5% and 5.18% less energy for the clay dust, calcareous dust and urban dust samples, respectively. Compared to the clean panel, the panels exposed to dust for 1 month produced approximately 18%, 26% and 28% less energy for the clay dust, calcareous dust and urban dust samples, respectively. Compared to the clean panel, the panels exposed to 3 months of dust produced approximately 46%, 61% and 63% less energy for the clay dust, calcareous dust and urban dust samples, respectively. When compared with the clean panel, the panels exposed to dust for 6 months produced approximately 67%, 77% and 78% less energy for the clay dust, calcareous dust and urban dust samples, respectively. The calculated results by using the measured data are presented in graphs and tables.