Fotovoltaik – termoelektrik (PV-TE) hibrit güç üretim sistemlerinin performanslarının incelenmesi
Performance investigation of photovoltaic-thermoelectric (PV-TE) hybrid power generation systems
Yazar: CİHAN DEMİRCAN
Danışman: PROF. DR. HİLMİ CENK BAYRAKÇI ; PROF. DR. ALİ KEÇEBAŞ
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Fotovoltaik = Photovoltaic ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Sonlu fark yaklaşımları = Finite difference approaches ; Sonlu hacimler yöntemi = Finite volumes method ; Termal enerji = Thermal energy ; Termoelektrik = Thermoelectric

Özet:
Bu tez çalışmasında fotovoltaik (PV), fotovoltaik-termoelektrik (PV-TE) ve yoğunlaştırılmış fotovoltaik termal (CPVT) sistemlerin elektro-termal performansı incelenmiştir. Performans analizinde PV, PV-TE sistemde sonlu farklar metodu, standart ve çift yüzeyli CPVT sistemlerde ise sonlu hacimler metodu uygulanmıştır. PV ve PV-TE sistemlerin deneysel ile sayısal analiz ve iki farklı CPVT sistemde sayısal analizle güneş enerjisi sistemlerinin performansları değerlendirilmiş ve karşılaştırılmıştır. PV modüllerin sayısal sıcaklık tahmininin iyileştirilmesine yönelik bir çalışma yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki geliştirilen modelin tahmin sonuçları ölçülen değerlere daha yakın olmaktadır. PV ve PV-TE sistemde sayısal sıcaklık tahmini, homojen ve homojen olmayan koşullarda sistem karşılaştırılması, TE modülün katkısı incelenmiştir. Elde edilen bulgulara göre düşük ışınımlarda TE modülün katkısı ihmal edilecek kadar az iken homojen olmayan koşullarda PV-TE sistemdeki sıcaklık dağılımları arasındaki farkının PV sistemden daha az olması hem PV hem de TE modülde bir miktar güç artışı sağlamaktadır. Termal modelde ise PV-TE kesitinde PV modüllerin arka kısmında sıcaklık artışının 42.5 ⁰C'lere ulaştığı gözlemlenmiştir. TE modülün soğuk tarafının deneysel verilere yakın olduğu gözlemlenirken sıcak tarafında 4-5 ⁰C fark oluştuğu görülmüştür. CPVT sistemde ise çift yüzeyli CPVT sistem için sonlu hacimler metodu geliştirilmiştir. Standart ve önerilen sistemin su ve R134a akışkanları için farklı akışkan giriş sıcaklığında elektriksel ve termal performansı değerlendirilmiştir. Önerilen çift yüzeyli CPVT sistem; standart sisteme göre üst yüzey sayesinde yaklaşık %26 daha fazla güç üretmektedir. Böylece güneş enerjisinin daha etkin kullanımı gerçekleştirilmektedir.

Abstract:
In this thesis study, electro-thermal performances of photovoltaic (PV), photovoltaic-thermoelectric (PV-TE) and concentrated photovoltaic thermal (CPVT) were investigated. Numerical methods were developed such as, finite difference method for PV and PV-TE system and finite volumes method for conventional and bifacial CPVT systems. Thus, performances of PV and PV-TE system and numerical analysis of CPVT systems are examined and compared. An improvement in numerical temperature estimation of PV modules was done. In the obtained results, the estimation results of the proposed model were close to the measured values. Comparison of homogeneous and non-homogeneous operation conditions in PV and PV-TE systems and the contribution of TE and PV-TE numerical model were examined. The results show that TE module contribution is negligible at the low irradiations. However, the fact that the difference between different distributions in the non-homogeneous alternative PV-TE system is less than that of the PV system provides some power both in PV modules and TE modules. In thermal model of PV-TE crossection, temperature of PV module exceeds 42.5 ⁰C. While the cold side temperature of TE module is close to experimental data, hot side temperature of the TE module is more less 4-5 ⁰C. In CPVT system, finite volumes method was developed for bifacial CPVT system. Performances of conventional and proposed CPVT system were investigated for water and R134a fluid in different fluid input temperatures. According to obtained results, electricity of proposed CPVT system is more than standard system about 26%. As a result, solar energy utilization is more efficient.