Fotovoltaik panelli yoğunlaştırılmış güneş sistemi ile organik rankine çevriminden oluşan hibrid sistemin performans analizi
Performance analysis of an organic rankine cycle system using concentrated solar system coupled with photovoltaic panels
Yazar: MUSTAFA ÖZ
Danışman: PROF. DR. ATİLLA BIYIKOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR EROL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, Yoğunlaştırılmış Fotovoltaik Güneş Panel Sistemi (CPV) ile entegre Organik Rankine Çevrimi (ORC) kullanılarak oluşturulan Hibrid Sistemin (CPV/T-ORC) farklı iş akışkanları ve çalışma şartları için performans haritalarının oluşturulması ve optimum çalışma bölgelerinin tespit edilmesidir. Bu sistemin orjinalliği, fotovoltaik güneş panellerinin her iki yüzeyinden aldığı güneş ışınları ile enerji üretirken, buharlaştırıcıdan geçen soğutucu iş akışkanının PV panellerinden çektiği ısı enerjisini kullanarak ORC türbininde ilave güç üretmesidir. Bu çalışmada, 8 farklı iş akışkanı: R245fa, n-Bütan (R600), R123, n-Pentan, İso-Pentan, R21, R11, R245ca kullanılarak ve türbin giriş sıcaklığının 80 oC ile 190 oC arasındaki değerleri ile türbin giriş basıncının 8 ila 20 bar arasında değişen değerleri için hibrid sistemin termodinamik analizi gerçekleştirilmiş ve sonuçlar performans haritaları şeklinde sunulmuştur. Performans haritalarının analizi, 8 ile 10 bar çalışma basınç aralığında R11 iş akışkanının, 10 ile 20 bar çalışma basınç aralığında ise R21 iş akışkanının maximum güç sağladığını göstermiştir. Bunun yanı sıra, R21 iş akışkanı kullanılarak 8-20 bar basınç aralığında hibrid sistemin birinci yasa veriminin en yüksek değerlere ulaştığı tespit edilmiştir. İkinci yasa verime göre ise 8 bar çalışma basıncında R21, 10 ila 20 bar çalışma basınç bölgesinde ise n-Bütan (R600) iş akışkanı ile hibrid sistemin performansının en yüksek değerlere ulaştığı belirlenmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to determine the optimum working regions and to determine the performance maps for different working fluids and working conditions of the Hybrid System (CPV/T-ORC), which is Concentrated Photovoltaic Solar Panel System (CPV) and the integrated Organic Rankine Cycle (ORC). The originality of this system is that while both sides of the photovoltaic solar panels generate energy by solar radiation, cooling fluid passing through the evaporator generates additional power in the ORC turbine using the heat energy it takes from the PV panels. In this study, thermodynamic analysis of the hybrid system was performed using 8 different working fluids: R245fa, n-Butane (R600), R123, n-Pentane, Iso-Pentane, R21, R11, R245ca for the values of turbine inlet temperature between 80oC and 190oC, turbine inlet pressure between 8 and 20 bar and the results were presented as performance maps. Analysis of performance maps showed that the R11 working fluid provided maximum power  in the working pressure ranging from 8 to 10 bar and R12 working fluid presented maximum power in the working pressure ranging from 10 to 20 bar. In addition, it was determined that the first law of thermodynamic of the hybrid system reaches the highest values in pressure ranging from 8 and 20 bar using R21 working fluid. According to the second law of thermodynamics, the performance of the hybrid system with R21 working fluid at 8 bar working pressure and n-Butane(R600) working fluid ranging from 8 to 20 bar working pressure zone was determined to reach the highest values.