Kapsüllenmiş faz değiştiren malzemeler içeren sulu karışımın fotovoltaik termal sistemde iş yapan akışkan olarak performansının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the performance of an encapsulated phase change material slurry as the working fluid in a photovoltaic thermal system
Yazar: MUHAMMET KAAN YEŞİLYURT
Danışman: PROF. DR. ÖMER ÇOMAKLI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Faz değişimi = Phase change ; Güneş = Solar ; Güneş paneli = Solar panel ; Güneş pilleri = Solar cells

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, bir faz değişim malzemesinin (FDM) kapsüllenerek taşıyıcı akışkanı su olan ısı transfer akışkanı (ITA) elde edilmesi ve fotovoltaik (PV) hücrelerinin ITA olarak su kullanıldığı klasik PV-Termal (PVT) sulu sistemin ve farklı oranlarda kapsüllenmiş FDM (kFDM) içeren çözeltiler (kFDM-S) kullanıldığı PVT/kFDM-S sistemin elektriksel ve termal verimlerinin deneysel olarak incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Erime sıcaklığı nominal hücre çalışma sıcaklığı aralığında olan laurik asit (LA) in-situ polimerizasyon yöntemi kullanılarak melamin formaldehit (MF) kabuk mazlemesi ile kapsüllenmiştir. Sentezlenen kapsüller %1, %1,5 ve %2 oranında suyla karıştırılarak kFDM-S ITA'lar elde edilmiştir. 800 ve 1000W/m2 ışınımda PV modülünün performansı ölçülmüş, ardından 0,04m/s ve 0,08m/s giriş hızlarında PVT/Su ve PVT/kFDM-S için aynı ışınım değerlerinde elektriksel ve termal performans karşılaştırılmıştır.
Bulgular: En yüksek elektriksel verim, en yüksek termal verim artışı ve en özdeş yüzey sıcaklığı 0,04m/s 800W/m2 %2 kFDM-S ile; en düşük ortalama yüzey sıcaklığı 0,08m/s 800W/m2 %2 kFDM-S ile; en yüksek marjinal elektriksel verim ve marjinal termal verim 0,04m/s 800W/m2 %1 kFDM-S ile; en yüksek elektriksel verim artışı 0,04m/s 1000W/m2 %2 kFDM-S ile; en yüksek termal verim ve en yüksek genel verim 0,08m/s 1000W/m2 %2 kFDM-S ile elde edilmiştir.
Sonuç: MF/LA kapsüller başarıyla sentezlenmiştir. kFDM-S en düşük ortalama yüzey sıcaklığı, en özdeş sıcaklık dağılımı ve en yüksek elektriksel ve termal verim sağlamıştır. kFDM'lerin ITA'nın termal özelliklerini iyileştirdiği ve kFDM-S'lerin gelişmiş bir ITA olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. kFDM-S'nin düşük debilerde daha avantajlı olduğu aynı debi değerlerinde ise, termal verim bakımından yüksek ışınımda, elektriksel verim bakımından düşük ışınımda daha etkili olduğu görülmüştür.

Abstract:
Purpose: It was aimed in this study to obtain heat transfer fluid (HTF) with water as the carrier fluid by encapsulating a phase change material (PCM), and to experimentally investigate the electrical and thermal efficiency of the classical PV-Thermal (PVT) aqueous system in which photovoltaic (PV) cells use water as HTF and the PVT/ePCM-S system in which solutions containing encapsulated PCM (ePCM) in different ratios (ePCM-S) are used.
Method: The lauric acid (LA) melting temperature within the nominal cell operating temperature range was encapsulated with melamine formaldehyde (MF) shell material using in-situ polymerization method. ePCM-S HTFs were obtained by mixing the obtained capsules with water by volume concentrations of 1%, 1.5% and 2%. The performance of the PV module was measured at 800 and 1000W/m2 irradiance, then electrical and thermal performance were compared for PVT/Water and PVT/ePCM-S at 0.04m/s and 0.08m/s input speeds at the same irradiance values.
Findings: The highest electrical efficiency, the highest thermal efficiency increase and the most identical surface temperature 0.04m/s 800W/m2 with 2% ePCM-S; lowest average surface temperature 0.08m/s 800W/m2 with 2% ePCM-S; highest marginal electrical efficiency and marginal thermal efficiency 0.04m/s 800W/m2 with 1% ePCM-S; highest electrical efficiency increase 0.04m/s 1000W/m2 with 2% ePCM-S; The highest thermal efficiency and the highest overall efficiency were obtained with 0.08m/s 1000W/m2 2% ePCM-S.
Results: MF/LA capsules were successfully synthesized. ePCM-S provided the lowest average surface temperature, the most uniform temperature distribution, and the highest electrical and thermal efficiency. It has been shown that ePCMs improve the thermal properties of HTF and ePCM-S can be used as an enhanced HTF. It has been observed that ePCM-S is more advantageous at low flow rates, and at the same flow rates, it is more effective in high radiation in terms of thermal efficiency and in low radiation in terms of electrical efficiency.