Pv-termal kolektörlerin tasarımı, üretimi ve verimini etkileyen parametrelerin belirlenmesi
Design, production and determination of parameters which effects efficiency of pv-thermal modules
Yazar: HALİL İBRAHİM DAĞ
Danışman: PROF. DR. GÜNNUR KOÇAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, güneş enerjisini hem elektrik hem de termal enerjiye dönüştüren su tipli fotovoltaik/termal (PV/T) modüller incelenmiştir. Bu amaçla, özdeş fotovoltaik (PV) hücrelerin kullanıldığı, fakat farklı soğurucu borusu çaplarında, sayılarında, dizilimlerinde ve farklı tabaka tiplerindeki termal kısım yapılarının kullanıldığı 5 adet PV/T modül üretilmiştir. Termal kısım ile PV modül laminasyon tekniği kullanılarak birleştirilmiştir. Ayrıca, bir PV modül ile PV/T modüllerin elektriksel performanslarının karşılaştırılması amacı ile PV/T modül üretiminde kullanılan PV hücrelerle özdeş özelliklere sahip hücreler kullanılarak 1 adet PV modül üretilmiştir. İlk olarak, hazırlanmış olan 6 adet numunenin Standart Test Koşullarındaki (STC) elektriksel verimleri, güneş simülatöründe yapılan Akım-Voltaj ölçümlerinden belirlenmiştir. STC'deki verim değerleri % 12.56 ile
%12.68 arasında bulunmuştur. Daha sonra, dış ortam koşullarında PV modüller üzerinde sıcaklığın etkisinin araştırılması, PV/T modülün hem elektriksel hem de termal veriminin incelenmesi amacı ile kurulan deney düzeneği ile 01.04.2012 - 30.09.2012 tarihleri arasında ölçümler yapılmıştır. Numunelerin verimini hesaplamak için, PV ve PV/T modüllere gelen güneş ışınımı, üretilen voltaj ve akım değeri, PV/T modüle giren ve çıkan su sıcaklıkları ve debisi ve ortam sıcaklığı gibi parametreler ölçülmüştür. PV modülün yüksek çalışma sıcaklıklarında elektriksel dönüşüm veriminin, fotovoltaik hücre akımındaki az artışa karşın voltajındaki daha fazla azalış nedeniyle, önemli bir oranda düştüğü gözlenmiştir. PV/T modüldeki su dolaşımının, hücreleri soğutması sebebi ile elektriksel performanslarının PV modüle göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Dış ortam koşullarında modüllerin en yüksek toplam verim değerleri (elektrik+termal) % 60.68 ile % 67.14 arasında
bulunmuştur. Böylece, numuneler arasından en verimli olanı seçilmiştir. PV/T üretiminde laminasyon tekniğinin kullanılması, termal kısım ile PV hücreler arasında iyi bir temas ve buna bağlı olarak iyi bir ısı iletimi sağlaması, elektriksel ve termal verimlerinin yükselmesine sebep olmuştur. Çalışmada, PV/T modüllerin bir biyogaz sisteminde kullanımı ile ilgili olarak da önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
In this study, Photovoltaic/Thermal (PV/T) modules which can convert solar energy both to heat and electrical energy were investigated. Hence, during the production of 5 different PV/T modules, identical photovoltaic (PV) cells were used, however different diameter, quantity and design of absorber pipes and absorber sheets were used. Thermal absorber and PV module were attached each
other with lamination method. Additionally 1 unit PV module were produced with identical photovoltaic cells used in PV/T modules due to compare electrical efficiency. As first step, electrical efficiencies of 6 samples were determined from the results of I/V testing in STC (Standard Test Conditions) with solar flash testing unit. In standard test conditions efficiency results were between 12.56% and 12.68%. With the experimental system for investigating both electrical and thermal efficiency of PV and PV/T modules, measurements were performed in between
01.04.2012 – 30.09.2012. Due to calculate efficiencies, some parameters were measured such as sun radiation, output of current & voltage of all samples, input and output temperature of liquid in PV/T modules and its flowrate and ambient temperature. It was figured out that electrical conversion efficiency of PV module under higher working temperatures decreased remarkably because of the decrease rate on solar cell voltage was higher than the increase of solar cell current. It is also seen that PV/T modules' electrical efficiencies were higher than PV module's efficiency with the cooling effect of water flow. Under outdoor conditions, PV/T modules' highest efficiencies (electrical and thermal) were obtained between 60.68% and 67.14%. Overall, the most efficient sample were designated among PV/T samples. The reason of increased efficiencies is lamination method which caused better contact and thermal conductivity between PV cells and thermal absorber. Furthermore, it was proposed the way of using PV/T modules in a biogas system.