Fotovoltaik termal (FV/T) sistemlerde nanoakışkanlı ısı borusu ve faz değiştiren madde (FDM) kullanımının deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of using both nanofluid-filled heat pipe and phase change material (PCM) in photovoltaic thermal (PV/T) systems
Yazar: MELİSA ERGENE
Danışman: PROF. DR. MEHMET ESEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Tekniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
PV modüllerinin düşük elektriksel verimlerinden dolayı, yutulan güneş enerjisinin önemli bir miktarı
ısıya dönüştürülmekte ve netice olarak fotovoltaik hücrelerin sıcaklığı artmaktadır. Hücrelerin artan sıcaklığı
PV modüllerinin elektriksel verimini düşürür. PV modülüne bir soğutma sisteminin eklenmesiyle, PV
hücrelerince üretilen ısı faydalı ısıl enerji olarak kullanılacak şekilde depolanmaktadır. Bu sistemler
fotovoltaik termal (PVT) sistemler olarak adlandırılmaktadır. Soğutma tipi PVT sistemlerin performansını
etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Genellikle, PVT sistemlerin soğutucu akışkanları üç ana gruba
ayrılmaktadır: sıvılar (su, soğutucu akışkanlar ve nanoakışkanlar gibi), hava ve sıvı-hava birleşimi. PV ve
PVT sistemlerin verimini arttırmak için etkili bir yöntem de faz değiştiren maddeler (FDMs) kullanmaktır.
FDM sistemin ısısını gizli ısı şeklinde çekip depolayarak neticede fotovoltaik hücre sıcaklığını düşürür.
Bu çalışmada, soğutucu olarak CuO/H2O nanoakışkanı ile FDM olarak kalsiyum klorür hekza hidratın
(CaCl26H2O) birlikte kullanımının bir PVT sisteminin elektriksel ve ısıl verimleri üzerine etkileri deneysel
olarak araştırılmıştır. Bu amaçla üç farklı sistem araştırılmış ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır: bir klasik PV
modülü, bir nanoakışkan esaslı NPVT ve bir nanoakışkan-FDM esaslı NPVT/FDM sistemi. Deneyler Fırat
Üniversitesinde Temmuz ve Ağustos aylarında gerçekleştirilmiştir. Ölçülen deneysel veriler enerji esaslı
analiz edilmiştir. Sonuçlara göre, nanoakışkan esaslı PVT sisteminde FDM kullanımı PVT sistemin ısıl güç
çıktısını yaklaşık %28,30 arttırmıştır. Ayrıca, NPVT ve NPVT/FDM sistemlerinin kullanımı klasik PV
modülü kullanımına göre elektriksel güçte sırasıyla yaklaşık %7,2 ve %11,8 artış sağlamıştır.
Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik termal (PVT) sistem, CuO/H2O nanoakışkan, Faz değiştiren madde
(FDM), Enerji analizi

Abstract:
Due to the low electrical efficiency of PV modules, a significant portion of the absorbed solar energy
is converted into heat and, consequently, the photovoltaic cells temperature is increased. Increasing the cells
temperature reduces the electrical efficiency of the PV modules. By adding a cooling system to a PV module,
the heat generated by photovoltaic cells is absorbed which can be employed as a useful thermal energy. These
systems are called photovoltaic thermal (PVT) systems. The coolant type is one of the most important factors
that affects the performance of PVT systems. Generally, the coolants of PVT systems are classified into three
main categories: liquids (such as water, refrigerants and nanofluids), air, and a combination of liquids and
air. One effective method to improve the efficiency of PV and PVT systems is using phase change materials
(PCMs). The PCM is a latent heat storage that absorbs the system heat and, consequently, decreases the
photovoltaic cell temperature.
In this study, the effects of simultaneous use of CuO/H2O nanofluid with 0.2 wt% as the coolant as
well as calcium chloride hexahydrate (CaCl26H2O) as the phase change material (PCM) on the electrical
and thermal efficiencies of a photovoltaic thermal (PVT) system are experimentally investigated. For this
purpose, three different systems are studied and compared with each other: a conventional PV module, a
nanofluid based NPVT, and a nanofluid based NPVT/PCM. The experiments are performed on selected days
in July and August at the Firat University, Turkey. The measured data are analyzed from the energy
viewpoint. Based on the results, using the PCM in the nanofluid based PVT system enhances the output
thermal power of the PVT system by about 28.30%. Also, using the NPVT and NPVT/PCM systems
improves the output electrical power by about 7.2% and 11.8% compared to the conventional PV module,
respectively.
Keywords: Photovoltaic Thermal (PVT) System, CuO/H2O Nanofluid, Phase Change Material (PCM),
Energy Analysis