Farklı emici plaka geometrilerine sahip hava kolektörlü bir termal fotovoltaik sistemin enerji-ekserji analizi
Energy-exergy analysis of the thermal photovoltaic system with air collector with different absorber plate geometers
Yazar: MURAT ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. ERDEM ÇİFTÇİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde güneş hava kolektörleri temiz enerji üretimi konusunda büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, yeni bir çift geçişli güneş hava kolektörü tasarlanmış ve performans analizi yapılmıştır. Çalışmada geleneksel sac emici plaka yerine nano-geliştirilmiş alüminyum hava kanallarına sahip yeni tasarlanmış bir güneş enerjili hava ısıtıcısının ısıl performansının ve sürdürülebilirlik göstergelerinin sistem performansını nasıl etkilendiğini deneysel olarak göstermek amaçlanmıştır. Eş zamanlı yapılan deneylerden ilki siyah mat boya ile kaplanmış esnek alüminyum hava kanalları içeren çift geçişli güneş hava kolektörü (tip_2/gün_1), ikincisi ise siyah mat boya ile kaplanmış sac levha içeren güneş hava kolektörü (tip_1/gün_)  içermektedir. Ayrıca, boyaya nanoparçacıklar eklenerek nanoparçacıkların performans üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla siyah mat boya ile kaplanmış esnek alüminyum hava kanallarına sahip güneş hava kolektörü (tip_2 / gün_2) ve grafen nano malzeme eklenmiş siyah mat boya ile kaplı olan esnek alüminyum hava kanallarına sahip çift geçişli güneş hava kolektörü (tip_3 / gün_2) kullanılarak bir dizi deney daha aynı anda gerçekleştirilmiştir. Deneyler 40 W güce sahip emici fanlar ile gerçekleştirilmiştir. Her tasarım için enerji, ekserji, atık ekserji oranı (WER) ve sürdürülebilirlik endeksi (SI) parametreleri incelenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise deney sonuçları analiz edilmiş ve maksimum ısıl verim tip_3/gün_2'de %73,94 olarak elde edilmiştir. Tip_1/gün_1, tip_2/gün_1, tip_2/gün_2 ve tip_3/gün_2 için COP değerleri sırasıyla 4,82, 4,52, 4,56 ve 5,22 olarak bulunmuştur. Benzer şekilde, tip_3/gün_2'nin ortalama ekserji verimliliği %37,73 olarak hesaplanırken, tip_1/gün_1'in ortalama ekserji oranı %17,93 olarak hesaplanmıştır. Sürdürülebilirlik göstergeleri için WER ve SI'ın en iyi sonuçları tip_3/gün_2 üzerinde yapılan deneylerde elde edilmiştir. Bu verilere bağlı olarak esnek alüminyum hava kanallarına sahip çift akışlı güneş hava kolektörünün ısıl performans için kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Solar air collectors have had great importance nowadays as far as clean energy production is concerned. In this study, the novel double flow solar air collectors were designed, and their performance was investigated. This study aims to experimentally illustrate how thermal performance and sustainability indicators of a newly designed solar air heater with nano-enhanced aluminum air ducts instead of conventional sheet metal absorber plate affected the system performance. Two double flow solar air collectors, the former of which includes flexible aluminum air ducts coated by black matte paint (type_2/day_1), whereas the latter one includes sheet metal plate coated by black matte paint (type_1/ day_1) were studied under the same environmental conditions. Moreover, the effect of nanoparticles on performance was investigated by adding nanoparticles into the paint. For this purpose, a set of experiments were simultaneously performed utilizing solar air collector with flexible aluminum air ducts coated with black matte paint (type_2/ day_2) and the double flow solar air collector with flexible aluminum air ducts coated with graphene nanoplatelet-included black matte paint (type_3/ day_2). The experiments were conducted with the fans of 40 W power. The energy, exergy, and such sustainability indicators as waste exergy ratio (WER) and sustainability index (SI) were examined for each design. In the second part of experiments, the maximum thermal efficiency was obtained as 73.94% for the type_3/ day_2. The COP values for type_1/ day_1, (type_2/ day_1), type_2/ day_2, and type_3/ day_2 was found as 4.82, 4.52, 4.56, and 5.22, respectively. Similarly, the mean exergy efficiency of the type_3/ day_2 was calculated as 37.73%, whilst DSAC had the mean exergy rate of 17.93%. For the sustainability indicators, the best results of WER and SI were achieved in the experiments conducted on tip_3/ day_2. It was concluded that the double flow solar air collector with flexible aluminum air ducts can be utilized for thermal performance enhancement. Moreover, it is predicted that the outcomes of this study enlightened the new research topics to be emerged.