Tio2 esaslı gd, eu, zn ve ag katkılı silan bazlı nanolif kaplamalı fotovoltaik panel yüzeylerin enerji verimliliğine olan etkisinin incelenmesi ve karakterizasyonu
Investigation and characterization of the effect of TiO2-Based Gd, Eu, Zn and Ag additives on the energy efficiency of silane-based nanofiber coated photovoltaic panel surfaces
Yazar: OZAN CEYLAN
Danışman: PROF. DR. NALAN ÇİÇEK BEZİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüzde yapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları, insanların alternatif olarak çevre dostu ve doğada var olan yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneliminin her geçen gün arttığını belirtmektedirler. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi en çok tercih edilen kaynaklardan bir tanesidir. Güneşten gelen ışınımın fotovoltaik (FV) hücrelere ulaşan miktarının arttırılması için son zamanlarda birçok araştırma ve geliştirme çalışması yapılmaktadır. Yapılan çalışmaların amacı güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren FV panellerden daha verimli güç çıkışı elde edebilmektir.
Bu çalışmada yüzeye ulaşan güneş ışınımının elektrokimyasal enerjiye dönüşümünü arttırabilmek için fotokatalitik, yansıma önleyici, kendi kendini temizleyen yüzeyler elde edilebilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, titanya esaslı 15 farklı çözelti hazırlanarak nanolif kaplamalar elektro-eğirme yöntemiyle cam yüzeylere kaplanmıştır. Tüm kaplamaların enerji verimliliğine olan etkisi araştırılmıştır. Ayrıca taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), yüzey temas açısı ölçümü, Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi (FT-IR), geçirgenlik, yansıma ve soğurma spektrum, antibakteriyel aktivite testi analizleri yapılarak numunelerin karakterizasyon sonuçları karşılaştırılmalı olarak incelenerek çalışma bu analizler ile desteklenmiştir.
Elde edilen tüm veriler doğrultusunda, yüzeyler üzerinde nanolif oluşumlarının meydana geldiği elementel dağılım haritasında çözeltilerin kaplama yüzeyinde varlığının doğrulandığı, kaplanan numune cam yüzeylerin çoğunluğunun su damlacığına karşı yüzey üzerinde hidrofilik bir etki bıraktığını, FT-IR spektrumunda çözeltide bulunan kimyasalların spektrumda bulunan varlığının doğrulandığı ve E.coli bakterisine karşı antibakteriyel aktivite gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca kaplama yapılmayan FV panel referans alınarak belirlenen ölçüm periyotlarında elde edilen verilere göre kaplamaların enerji verimliliğine etkileri ile ilgili, B3 ve C2 FV panelleri dışında diğer tüm FV panellerde hiç kaplanmayan FV panellere göre daha verimli bir güç çıkışı elde edildiği görülmüştür. Bu sonucu nanolif kaplamalı eşdeğer cam numunelerin geçirgenlik ve yansıma spektrum
analizlerinin de desteklediği tespit edilmiştir. Sonuç olarak özetle, yüzeyleri nanolif kaplı FV panellerin, yüzeyleri hiç kaplanmayan FV panele göre FV hücreye ulaştırdığı güneş ışınım miktarını arttırdığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Nowadays, research and development studies indicate that people are increasingly turning to renewable energy sources that are environmentally friendly and exist in nature as an alternative. Among renewable energy sources, solar energy is one of the most preferred sources. Many research and development efforts have recently been carried out to increase the amount of solar radiation from the sun to photovoltaic (PV) cells. The aim of these studies is to achieve more efficient power output from PV panels that convert solar energy into electrical energy.
In this study, it is aimed to obtain photocatalytic, anti-reflective, self-cleaning surfaces in order to increase the conversion of solar radiation reaching the surface into electrochemical energy. For this purpose, 15 different titania-based solutions were prepared and nanofiber coatings were coated on glass surfaces by electro-spinning method. The effect of all coatings on energy efficiency was investigated. In addition, scanning electron microscopy (SEM)-energy dispersive, X-ray spectroscopy (EDS), surface contact angle measurement, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), transmittance, reflectance and absorption spectra, antibacterial activity test analysis were carried out and the characterization results of the samples were comparatively examined and the study was supported by these analyzes.
According to the data obtained, it was observed that nanofiber formations occurred on the surfaces, the presence of the solutions on the coating surface was confirmed in the element distribution map, the coated sample glass surfaces the majority of them left a hydrophilic effect on the surface against water droplets, the FT-IR spectrum confirmed the presence of the chemicals in the solution in the spectrum and showed antibacterial activity against E.coli bacteria. In addition, regarding the effects of coatings on energy efficiency in the measurement periods determined with reference to the uncoated PV panel, it was observed that a more efficient power output was obtained in all PV panels except B3 and C2 PV panels compared to the uncoated PV panels. This result was also supported by the transmittance and reflectance spectrum analysis of nanofiber coated equivalent glass samples. As a result, it is concluded that PV panels with nanofiber-coated surfaces increase the
amount of solar radiation reaching the PV cell compared to the PV panel without coating on the surface.