Assessment of transparent luminescent solar concentrators for building integrated photovoltaics
Şeffaf lüminesan güneş konsantratörlerinin binalara entegre fotovoltaik uygulamaları için değerlendirilmesi
Yazar: TIMOTHY BUNOTI
Danışman: Assist. Prof. Dr. MEHMET KORAY PEKERİÇLİ
Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık ve Yapılı Çevre Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Binalar = Buildings ; Fotovoltaik = Photovoltaic ; Lüminesans = Luminescence ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Dünya genelinde güneş enerjisi kaynaklarının kurulu gücünde kaydedilen artışa rağmen, bu şehirlerde yeterli güneş enerjisi gayrimenkulünün bulunmaması nedeniyle kentsel alanlarda kullanımı hala sınırlı ve engelleniyor. Genellikle geniş gölgeli alanlara neden olan şehir silüetinin düzensizliği ve konvansiyonel güneş PV panelleri kurmak için mevcut çatı alanını sınırlayan yüksek katlı şehir binalarının inceliği bu fenomene ana katkıda bulunmuştur. Bu nedenle, yoğun nüfuslu kentsel alanlarda güneş enerjisi hasadı ve güneş gayrimenkulünü artırmak için yaratıcı araçlar tasarlamak için acil bir ihtiyaç vardır.
Geleneksel tek işlevli bina kabuğu malzemelerini çok işlevli enerji hasadı malzemelerine dönüştürmek, kentsel alanlarda güneş enerjisi gayrimenkulünün genişletilmesinin yollarından biridir. Gelişmekte olan bir teknoloji olarak, Lüminesan Güneş Yoğunlaştırıcılar, bina sakinleri için şeffaflığı ve engelsiz manzaraları korurken, ağırlıklı olarak şeffaf şehir bina cephelerini güneş enerjisi jeneratörlerine dönüştürme olasılığını göstermiştir. Bununla birlikte, kentsel alanlarda güneş enerjisi gayrimenkulünü genişletmek için öngörülen potansiyeline rağmen, LSC teknolojisi hala emekleme aşamasındadır. Büyümesinin tam meyve vermesi için daha fazla araştırma çabasına yatırım yapılması gerekiyor.
Bu nedenle, bu araştırma, şeffaf LSC cihazlarının elektrik çıkışını belirlemek için konuşlandırılabilecek 8 adımlı bir çerçeve önererek, bu teknoloji alanında devam eden araştırmalara katkıda bulunmayı amaçlamaktadır. Bilgisayar yazılımı, yoğun nüfuslu bir kentsel mahallede bulunan seçilmiş bir referans binada çerçevenin uygulamasını göstermek için kullanılırken, bu teknolojinin yaygın aydınlatma altında yeterli şekilde çalışması gibi bilinen tüm potansiyel faydaları göz önünde bulundurulur. Sonuçlar, teknolojinin henüz emekleme aşamasında olmasına rağmen, gerçek bina enerji talebini yıllık olarak oldukça yüksek bir değerle sübvanse etmeye yetecek kadar elektrik üretebileceğini gösterdi.
Bu tez aynı zamanda PV teknolojisine ve ilerlemelerine genel bir bakış sunarken, özellikle bugüne kadar arşivlenen güç dönüştürme verimlilikleri ve malzeme kullanımı ile ilgili kilometre taşlarını vurgulamaktadır. Son olarak, bu teknolojinin şimdiye kadar tamamlanan gerçek hayattaki uygulamaları, tezin son bölümünde dört örnek olay incelemesinde sunulmaktadır.

Abstract:
Despite the recorded increase in the installed capacity of solar energy resources globally, its use in urban areas is still limited and hindered due to the lack of sufficient solar real estate in these cities. Irregularity of the city skyline that often results in large shaded areas and the slenderness of high-rises city buildings that limit the available rooftop area for installing conventional solar PV panels have been the main contributors to this phenomenon. Thus, there is a pressing need to devise creative means to harvest solar energy and increase solar real estate in densely populated urban areas. 
Converting conventional mono-functional building envelope materials into multi-functional energy harvesting ones is one of the ways solar real estate could be expanded in urban areas. As an emerging technology, Luminescent Solar Concentrators have shown the possibility of transforming the predominantly transparent city building facades into solar energy generators while maintaining transparency and unobstructed vistas for the building occupants. However, LSC technology is still in its infancy despite its foreseen potential to expand solar real estate in urban areas. Its growth to full fruition calls for more research efforts to be invested. 
Thus, this research seeks to add to the ongoing research in this area of technology by proposing an 8 step framework that can be deployed to determine the electrical output of transparent LSC devices. Computer software is used to demonstrate the framework's application on a selected reference building located in a densely populated urban neighbourhood while considering all potential known benefits of this technology, such as adequately functioning under diffuse lighting. The results showed that though the technology is still in its infancy, it can produce enough electricity to subsidize the actual building energy demand by a rather outstanding value annually. 
This thesis also presents a general overview of PV technology and its advancements while highlighting the milestones, especially regarding power conversion efficiencies and material usage archived to date. Finally, real-life applications for this technology completed so far are presented in four case studies in the last chapter of the thesis.