Güneş enerjisi destekli bir termoelektrik iklimlendirme sisteminin tasarımı
Design of solar assisted thermoelectric air-conditioning system
Yazar: MANUEL FERNANDO ARIZA TABA
Danışman: DOÇ. DR. KORAY ÜLGEN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı / Enerji Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Birincil enerji kaynağı ile çalışan iklimlendirme sistemleri yerine çevre dostu çözümlerin dikkate alınması günümüzde sürdürülebilir bir yaşam için daha çok önem kazanmaktadır. Bunun için, güneş enerjisi destekli iklimlendirme sistemleri ile binaların ısıtılması ve soğutulması için sürdürülebilir bir fırsat olarak karşımıza çıkmaktadır.
Bu tez çalışmasında, güneş enerjisi destekli bir iklimlendirme sistemi geliştirilmiş ve İzmir ili iklim koşulları altında performans analizi belirlenmiştir. Tez çalışması kapsamında geliştirilen bu sistem, fotovoltaik modül, TEC (termoelektrik soğutucu) panel ve hava kanallarından oluşmaktadır.  Bu sistem, kışın ısıtma ve yazın ise soğutma yapacak şekilde tasarlanmış olup, mevsimsel olarak çalışabilmesini sağlamak için akış kontrolü sağlayan müdahale kapakları kullanılmıştır. Sistemin oluşturulması için, 1 adet 285 Wp Fotovoltaik modül ve 8 adet (3,7A/8,2V) Peltier eleman kullanılmıştır. Peltier elemanlardan oluşan TEC panel, maksimum gücü 242,72 W olacak şekilde tasarlanmıştır.
Bu sistem, kışın dışarıdan alınan taze hava TEC panelin sıcak tarafındaki hava kanalından geçirilerek mekân içerisine aktarılmakta ve mekânın şartlandırılması sağlanmaktadır. Mekândaki soğuk hava ise sistem tarafından emilir ve TEC panelin soğuk tarafındaki hava kanalından geçirilmek suretiyle dış ortama aktarılmaktadır. Yazın ise, yine dışarıdan alınan taze hava, bu sefer TEC panelinin soğuk tarafındaki hava kanalından geçirilerek mekâna aktarılmaktadır. Mekândaki sıcak hava ise sistem tarafından emilir ve TEC panelin sıcak tarafındaki hava kanalından geçirilmek suretiyle dış ortama aktarılmaktadır.
Tez çalışması kapsamında geliştirilen sistemin yıl boyunca performansını belirlemek amacıyla, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü binasının zemin katında mevcut olan test odası kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar için, sistem test odasının güney cephesine yerleştirilmiştir. Sistem performansını belirlemek amacıyla, sıcaklık, güneş ışınımı, hava nemi, rüzgâr hızı ve kanal akış hızlarını ölçen sensörlerden ve veri depolama ünitesinden oluşan bir deneysel düzenek kurulmuştur. Sistem üzerinde, fotovoltaik modülün ön ve arka yüzeyinde, TEC panelin soğuk ve sıcak tarafında, akış kanallarında, iç ve dış ortamdaki sıcaklıklar ölçülerek performans analizleri gerçekleştirilmiştir. 
2018 yılı boyunca gerçekleştirilen deneysel çalışmalara göre, yılın en soğuk gününde (9 Ocak 2018), dış ortam sıcaklığı -0,26°C ila +7,26°C arasında değişirken, PV arka yüzey sıcaklığı maksimum 29,12°C olmuştur. Buna göre PV verimi gün içerisinde maksimum %19,51 değerine ulaşmıştır. Aynı zamanda TEC panelin COP'si 2,33 olmaktadır. Yılın en sıcak gününde ise (30 Temmuz 2018), dış ortam sıcaklığı 24,26°C ila 36,96°C arasında değişirken, PV arka yüzey sıcaklığı maksimum 52,1°C olmuştur. Buna göre PV verimi gün içerisinde maksimum %17,58 değerine ulaşmıştır. Aynı zamanda TEC panelin COP'si 0,91 olmaktadır.
Yıl boyunca gerçekleştirilen deneysel çalışmalara göre, sistemin enerji sağlayıcısı olarak kullanılan Fotovoltaik modülün verimi, kışın %20, yazın ise %17,6 değerleri arasında değişmiştir. Fotovoltaik modül en soğuk günde maksimum 110 Wh enerji üretirken en sıcak günde bu değer 75 Wh değerine kadar düşmüştür. 
Yukarıda verilen bilgilerin ışığı altına, TEC panelin fotovoltaik modül üzerine performans artırıcı bir etkisi olduğu gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan açıkça görülmüştür. Tez çalışması kapsamında geliştirilen bu çift etkili sistemin modüler olması, çevre dostu ve enerji etkin bir çözüm sunması nedeniyle kullanım şansı oldukça yüksektir.

Abstract:
Nowadays, the use of eco-friendly solutions instead of primary energy resource based on HVAC systems is more important for a sustainable life. For this, It emerges as a sustainable opportunity for heating and cooling of buildings with solar assisted HVAC systems.
In this thesis, it had been developed solar assisted HVAC system and determination of performance analysis for Izmir province climatic conditions. This system developed during the thesis study consists of a photovoltaic module, TEC (thermoelectric cooler) panel, and air ducts. This system has been designed to provide heating in winter and cooling in summer, and intervention covers providing flow control are used to ensure seasonal operation. It has been used one 285 Wp photovoltaic module and 8 (3,7A/8,2V) Peltier units for the design of the system. The TEC panel made of Peltier units has been designed with the maximum power of 242,72 W.
In this system, in the winter, the fresh air taken from the outside is passed through the air duct on the hot side of the TEC panel and transferred to the inside of the room, and conditioning of the room is ensured. The cold air in the room is absorbed by the system and is passed through the air duct at the cold side of the TEC panel and transferred to the outside. In summer, fresh air from outside is passed through the air duct on the cold side of the TEC panel and transferred to the room. The hot air in the room is absorbed by the system and is passed through the air duct at the hot side of the TEC panel and transferred to the outside.
It has been used the test room of ground floor in the Ege University Solar Energy Institute building in order to determine the annual performance of the developed system in this thesis. For experimental studies, the system has been placed on the south facade of the test room. In order to determine the system performance, an experimental setup consisting of "the temperature, solar radiation, air humidity, wind speed and flow speed" measuring sensors and the data-logger unit has been established. It has been realized the performance analysis of this system according to the measurement of the temperatures (front and back surface of the photovoltaic module, cold and warm side of the TEC panel, in the air ducts, indoor and ambient).
According to the experimental studies carried out in 2018, On the coldest day of the year (January 9, 2018), the outdoor temperature changed between -0,26°C and +7,26°C, while the PV backside temperature was maximum 29,12°C. According to the maximum PV efficiency reached during the coldest day was 19,51%. At the same time, the COP of the TEC panel was 2,33. On the hottest day of the year (July 30, 2018), the outdoor temperature changed between 24,26°C and 36,96°C, while the PV backside temperature was maximum 52,1°C. According to the maximum PV efficiency reached during the coldest day was 17,58%. At the same time, the COP of the TEC panel was 0,91.
According to experimental studies conducted throughout the year, the utility of the photovoltaic module used as the energy supplier of the system varied between 20% in winter and 17.6% in summer. The photovoltaic module produced the maximum of 110 Wh energy on the coldest day, which decreased to 75 Wh on the hottest day.
In view of this information, it has shown the experimental studies that the TEC panel was a performance-enhancing effect on the photovoltaic module.