Fotovoltaik termal (PV/T) sistem destekli ısı pompasının kullanımı ile sütün pastörize edilmesi
Pasteurization of milk by using photovoltaic thermal (PV/T) system assisted heat pump
Yazar: SEDAT AKMEŞE
Danışman: PROF. DR. ÖMER ÇOMAKLI ; DOÇ. DR. GÖKHAN ÖMEROĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, monokristal fotovoltaik panelin güneş ışınım değeriyle artan yüzey sıcaklığı, arkasına yerleştirilen bakır borular içerisinden geçen suya ısısını aktarmak suretiyle düşürülmüştür. Çalışmanın amacı, panelin soğuması sağlanarak, elektrik üretimini artırmaya çalışmak, bunu yaparken de ısıl enerjisini sütün pastörizasyonu için faydalanabilir hale getirerek gerekli enerjinin bir kısmını PV/T sistemden karşılamak, pastörizasyon süresini kısaltarak birim süt başına pastörizasyon için harcanan enerji miktarını azaltmak, sistem verimliliğini artırmak ve verimlilik performansları üzerine odaklanmaktır.
Yöntem: Peynire işlenecek sütü pastörize etmek amacıyla mekanik buhar çevrimi prensibine göre çalışan,  dört geçişli ekonomizör ve PV/T panel ile desteklenen bir ısı pompası sistemi kurulmuştur. PV/T destekli ısı pompasında pastörize edilen sütün enerji gereksinimleri belirlenmiş, 20 °C, 25 °C, 30 °C süt giriş sıcaklığı ve 120 lt/h, 150 lt/h süt debisi gibi farklı parametrelerinin sistem üzerine etkileri incelenmiştir. 800 W/m2, 1000 W/m2, 1200 W/m2 ışınım değerleri, 700 lt/h  ve  600 lt/h panel su debisi parametrelerine göre PV/T sistem analizleri yapılmıştır. Fotovoltaik-termal ısı pompası sistemi klasik yöntemlerle karşılaştırılmıştır.
Bulgular: Yapılan çalışmada, PV/T desteğinin ve çiğ süt debisinin 120 lt/h değerinden 150lt/h değerine çıkarılmasının toplam pastörizasyon süresini azalttığı, panel su debisinin artırılması ile termal verimin arttığı belirlenmiştir. 
Sonuç: Deneyler sonucunda, PV/T destekli ısı pompası sisteminin daha önce kurulan çift cidarlı kazan sisteminden %73,3, plakalı pastörizer sisteminden %60,7, ısı pompası sisteminden ise %25,5 daha az enerji harcadığı belirlenmiştir. Sütün pastörizasyonu için kurulan ısı pompası sisteminin, PV/T sistem ile desteklenmesinin kg süt başına harcanan enerji miktarında %8,8 düşüş sağladığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:  Yenilenebilir enerji, Güneş enerjisi, Isı pompası, Fotovoltaik termal, Pastörizasyon

Abstract:
Purpose: In this study, the surface temperature increased with the solar irradiance value of the monocrystalline photovoltaic panel was decreased by transferring its heat to the water passing through the copper pipes placed behind it. The aim of the study is to try to increase the electricity generation by ensuring the cooling of the panel, and while doing this, to make the thermal energy available for the pasteurization of milk, to meet some of the required energy from the PV/T system, to reduce the amount of energy consumed for pasteurization per unit of milk by shortening the pasteurization period, to increase system efficiency and to focus on efficiency performances.
Method: A heat pump system assisted by a four-pass economizer and a PV/T panel was installed in order to pasteurize milk to be processed into cheese. Energy requirements of the pasteurized milk in the PV/T supported heat pump were determined, and the effects of different parameters such as 20 °C, 25 °C, 30 °C milk inlet temperature and 120 lt/h, 150 lt/h milk flow rate in the system were investigated. PV/T system analyzes were performed according to the parameters of 800 W/m2, 1000 W/m2, 1200 W/m2 radiation, 700 lt/h and 600 lt/h panel water flow rate. The photovoltaic-thermal assisted heat pump system has been compared with conventional methods.
Findings: In the study, it has been determined that the PV/T support and increasing raw milk flow rate from 120 lt/h to 150lt/h decrease the total pasteurization time, the thermal efficiency rises by increasing the panel water flow.
Results: As a result of the experiments, it has been found out that the PV/T assisted heat pump system consumes 73,3% less energy than the previously installed double-walled boiler system, 60,7% less than the plate pasteurizer system and 25,5% less than the heat pump system. It has been determined that supporting the heat pump system established for pasteurization of milk with PV/T system provides 8,8% reduction in the amount of energy consumed per kg milk.

Keywords: Renewable energy, Solar energy, Heat pump, Fotovoltaic thermal, Pasteurization