Hava soğutmalı, ısı depolamalı fotovoltaik termal kolektör (PV/T)tasarımı ve analizi
Air cooled, heat storage photovoltaic thermal collector (PVT) design and analysis
Yazar: OUMALKAIRE YASSIN AHMED
Danışman: PROF. DR. SEZAYİ YILMAZ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Fotovoltaik modül içindeki ısı artışı, fotovoltaik güneş panellerinin performansındaki düşüşün ana nedenlerinden sayılabilir. Bu sıcaklık artışını düşürerek, modüllerde elektriksel verim kaybını önlemek ve termal enerji kazanımı sağlamak Fotovoltaik/termal  (PV/T)  paneller ile mümkün olmaktadır. Günümüzde fotovoltaik panellerde elektriksel verimliliği artırmaya, termal enerji kazanımları elde etmeye ve farklı proseslerde kullanımına yönelik çok sayıda çalışmalar mevcuttur. Bu çalışmada sıcak proses (kurutma, ısıtma vb.) havası elde etmeye yönelik hava soğutmalı, ısı depolamalı, hava ısıtıcı destekli fotovoltaik/termal (PV/T)   sistem tasarlanarak deneysel olarak incelenmiştir. Tasarlanan deneysel sistemde polikristal yapılı 20 W gücünde (PV) panel ve cam kaplamalı su kanallı hava ısıtıcı kolektörü kullanılmıştır. Sistemde farklı günlerde ve ışınım değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen analiz sonuçlarına göre, PV/T ve PV sistemleri için en yüksek sıcaklıklar ortalama 696,35 W/m² ışınımı değerine sahip birinci günde elde edilmiştir. PV/T panel için, ortalama hava giriş ve çıkış sıcaklıkları sırasıyla 37,46 ℃ ve 46,82 ℃ olarak bulunmuştur. PV'nin ortalama arka yüzey sıcaklığı 58,24℃ bulunurken, PV/T ortalama arka yüzey sıcaklığı 52,56 ℃ bulunmuştur. Bu sıcaklık değerlerinde, her bir panel tarafından üretilen ortalama en yüksek elektrik gücü ve verimlilik değerleri sırasıyla; PV panel için 9,82 W, %11,52 ve PV/T panel için 10,32 W, %12,13'tür. Sistemde PV/T panel ve hava ısıtıcı kolektör tarafından üretilen ortalama termal güçler ve termal verim değerleri en yüksek sırasıyla; 40,96W, %48,80 ve 62,68W, %39,97 olarak belirlenmiştir. Sisteme giren ve çıkan enerji miktarlarına göre hesaplanan genel verim değerlerinde en yüksek ortalama verim değeri üçüncü günde % 45,38 olarak bulunmuştur. Sistemde hesaplanan üç günlük genel verim ortalama değeri %39,03 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Heat increase inside the photovoltaic module can be considered one of the main reasons for the decrease in the performance of photovoltaic solar panels. By reducing this temperature increase, preventing electrical efficiency loss in modules and gaining thermal energy is possible with Photovoltaic/thermal (PV/T) panels. Today, there are many studies on increasing electrical efficiency in photovoltaic panels, obtaining thermal energy gains and using them in different processes. In this study, an air-cooled, heat-storing, air heater-supported photovoltaic/thermal (PV/T) system to obtain hot process (drying, heating, etc.) air was designed and experimentally examined. In the designed experimental system, a polycrystalline 20 W power (PV) panel and a glass-coated water channel air heater collector were used. Experiments were carried out in the system on different days and radiation values. According to the analysis results obtained from the experiments, the highest temperatures for PV/T and PV systems were obtained on the first day with an average radiation value of 696,35 W/m². For the PV/T panel, average air inlet and outlet temperatures were found to be 37,46℃ and 46,82 ℃, respectively. While the average back surface temperature of PV was found to be 58,24℃, the average back surface temperature of PV/T was found to be 52,56℃. At these temperature values, the average highest electrical power and efficiency values produced by each panel are respectively; For PV panel it is 9,82 W, 11,52% and for PV/T panel it is 10,32 W, 12,13%. Average thermal powers and thermal efficiency values produced by the PV/T panel and air heater collector in the system, in the highest order; 40,96W is determined as 48,80% and 62,68W is determined as 39,97%. In the general efficiency values calculated according to the amount of energy entering and leaving the system, the highest average efficiency value was found to be 45,38% on the third day. The three-day general efficiency average value calculated in the system was determined as 39,03%.