Termoelektrik destekli fotovoltaik termal sisteminde metal köpük ile soğutmanın deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of cooling with metal foam in thermoelectricly supported photovoltaic thermal system
Yazar: FURKAN ERCAN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET NUMAN ÖZAKIN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Amaç: Fotovoltaik sistemler elektrik üretirken verimini etkileyen çeşitli parametreler vardır. Elektrik üretimi için kullanılan PV sistemlerin en büyük problemi, elektriğe dönüşemeyen ışınımdan kaynaklanan hücre sıcaklığının yükselmesidir. Yüksek sıcaklıklar PV sistemlerde verim kaybına neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı sıcaklık nedeniyle oluşan verim kaybını minimize etmek ve peltierler aracılığıyla ek bir elektrik çıktısı elde etmektir. Soğutma işlemi ile fotovoltaik hücrelerin kimyasal yapısı korunacak ve verimlilikleri uzun vadede muhafaza edilecektir. 
Yöntem: PV/T-Termoelektrik kombine sisteminde verimin düşmesini engellemek için panelin alt kısmına alüminyum metal köpük ve peltierler yerleştirilmiştir. Panel özel olarak tasarlanmış kontrol hacmine entegre edilmiştir. Daha sonra kontrol hacmi fan aracılığıyla zorlanmış taşınıma maruz bırakılmıştır. Tam faktöriyel deney tasarımı ile doğal güneş ışınımında; üç tip hava akış hızı (0.5, 1.4, 2 m/s), metal köpüklerin akışa göre yerleşim düzeni (paralel, çapraz, dik) ve iki çeşit peltier (12706 ve 12710) kullanılarak bu parametrelerin verim üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
Bulgular: Deneyler sonucunda elde edilen verilere göre, geliştirilen sistem fotovoltaik güç çıktısında artışa yol açmıştır. PV panel yüzeyinde ışınımdan kaynaklı sıcaklık artışı gözlemlenmiştir. Verimi düşüren bu sebebi ortan kaldırmak için peltierler ile entegreli alüminyum metal köpük kullanılmış ve verimde düşüşün önüne geçilmiştir. Peltierler sayesinde sistemde ek olarak güç çıktısı elde edilmiştir.
Sonuçlar: Yapılan tüm deneylerde termal verim için en iyi sonuç 12706 serisi akışa çapraz dizilim 10.kademe deneyinde elde edilmiştir. 12710 serisi akışa çapraz dizilim deneyi ile karşılaştırıldığında %19,47 daha verimli olduğu hesaplanmıştır. Yapılan tüm deneylerde elektriksel verim için en iyi sonuç 12710 serisi akışa paralel dizilim 10.kademe deneyinde elde edilmiştir. 12706 serisi akışa çapraz dizilimli 10.kademe deneyi ile karşılaştırıldığında %41,4 daha verimli olduğu hesaplanmıştır. Her iki peltier karşılaştırıldığında 12710 serisi peltierlerin 12706 serisi peltiere göre %4,21 daha fazla peltier güç çıktısı verdiği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Güneş, PV Sistemler, PV Sistemlerde Soğutma, Peltier, Alüminyum Metal Köpük

Abstract:
Purpose: When photovoltaic systems generate electricity, there are several parameters that affect its efficiency. The biggest problem of PV systems used for electricity generation is the increase in cell temperature caused by radiation that cannot be converted into electricity. High temperatures cause loss of efficiency in PV systems. The aim of this study is to minimize the loss of efficiency due to temperature and to obtain an additional electrical output through peltiers. With the cooling process, the chemical structure of the photovoltaic cells will be preserved and their efficiency will be maintained in the long term.
Method: In order to prevent the decrease in efficiency in the PV/T-Thermoelectric combined system, aluminum, metal foam and peltiers are placed at the bottom of the panel. The panel is integrated into the specially designed control volume. Later, the control volume was subjected to forced convection by means of a fan. In natural solar radiation with its full factorial experimental design; In natural solar radiation with its full factorial experimental design; The effects of these parameters on yield were investigated using three types of air flow velocities (0.5, 1.4, 2 m/s), the arrangement of metal foams according to flow (parallel, diagonal, perpendicular) and two types of Peltier (12706 and 12710).
Findings: According to the data obtained as a result of the experiments, the developed system led to an increase in photovoltaic power output. A temperature increase due to radiation was observed on the PV panel surface. In order to eliminate this reason that reduces the efficiency, aluminum metal foam integrated with peltiers was used and the decrease in efficiency was prevented. Thanks to the peltiers, power output was obtained in addition to the system.
Conclusions: In all the experiments performed, the best result in terms of thermal efficiency was obtained in the 12706 series flow cross array 10th stage experiment. When compared with the 12710 series flow cross array experiment, it was calculated to be 19.47% more efficient. In all the experiments performed, the best result in terms of electrical efficiency was obtained in the 12710 series flow parallel array 10th stage experiment. When compared with the 12706 series flow cross array 10th stage experiment, it was calculated to be 41.4% more efficient. When both peltiers were compared, it was determined that the 12710 series peltiers gave 4.21% more peltier power output than the 12706 series peltier.

Keywords: Solar, PV Systems, Cooling in PV Systems, Radiation Concentration, Peltier, Aluminum Metal Foam