Şebekeye bağlı bir fotovoltaik tesisin termodinamik, enerji ve ekserji analizi
Thermodynami̇c, energy and exergy analysis of a grid connected photovoltaic power plant
Yazar: SEYED HAMED POUR RAHMATI KHALEJAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ VEDAT KESKİN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Ekserji = Exergy ; Enerji analizi = Energy analysis ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Gölgeleme = Shading ; Termal enerji = Thermal energy

Özet:
Bu çalışmada, şebekeye bağlı bir fotovoltaik (FV) güç santralinin enerji verimliliği ve ekserji analizi, yani üretilen faydalı enerji 12 aylık veriler üzerinden Güneş ekserji modelleri karşılaştırılarak yapılmıştır. Hesaplamalar ve değerlendirmeler bilinen ekzerji modelleri olan Petela, Spanner ve Parrott tarafından önerilen Güneş ekserji modelleri için üretilen Güneş ekserjisi- gelen Güneş radyasyon enerjisi oranının ortalaması hesaplanmış ve fotovoltaik ekserji verimliliği analiz edilmiştir. Yapılan hesaplamaların sonuçları, Petela ve Spanner'ın modeline bağlı olarak Samsun bölgesi için ortalama Güneş ekserjisi- gelen Güneş radyasyon enerjisi oranının 0.93 olduğunu göstermektedir. Parrott modeli için oran 0.99 olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, enerji verimliliğinin %6,33 ile %9,12 aralığında olduğunu doğrulamaktadır. Parrott'un modeline ilişkin FV ekserji verimliliğinin 12 ayda %4.97 ile %7.30 arasında değiştiği görülürken, Petela ve Spanner'ın modelinde %5.33'ten %7.82'ye değişmektedir. Ayrıca, özel bir durum olan bu şebekenin bağlı olduğu trafo binasının yarattığı gölgelenmenin neden olduğu etkiler üzerinden ekserji verimi ve termal ekserji üzerindeki etkileri 12 ay boyunca araştırılmıştır. Ek olarak, FV güç sistemlerinin termal ekserji ve ekserji verimi Güneş hücre sıcaklığından olumsuz etkilendiği görülmüştür. Bir yıl boyunca ortalama %3,11 olan gölgeleme oranı, termal ekserjide yaklaşık %23,32 artışa ve bir yıl içinde güç dönüşüm verimliliğinde yaklaşık %4,88 ve ekserji verimliliğinde yaklaşık %13,72 oranında kayba neden olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, energy efficiency and the analysis of exergy of a grid-connected photovoltaic (PV) power plant was calculated and discussed by comparing solar exergy models on the data collected from a PV plant for 12 months. Calculations were carried out using solar exergy models proposed by Petela, Spanner and Parrott, the average solar exergy production vs. incoming solar radiation energy ratio were calculated, and the PV exergy efficiency was analysed. The results indicate that the average solar exergy production vs. incoming solar radiation energy ratio calculated using Petela and Spanner Models for the Samsun region was 0.93. The ratio for Parrott's model was calculated to be 0.99. The results confirm that the energy efficiency is in the range of 6.33 and 9.12%. While PV exergy efficiency related to Parrott's model is seen to vary between 4.97% and 7.30% during 12 months, in Petela's and Spanner's model it changes from 5.33% to 7.82%. In addition, as a special case for the PV plant under investigation, the effects of shading caused transformer building on this grid-connected were investigated on the exergy efficiency and thermal exergy for 12 months. In addition, thermal exergy and exergy efficiency of PV power systems were negatively affected by the solar cell temperature. It has been calculated that the average shading ratio of 3.11% over a year causes an increase of approximately 23.32% in thermal exergy and a loss of 4.88% in power conversion efficiency and approximately 13.72% in exergy efficiency in a year.