Fotovoltaik termal sistem tasarımı ile bir ceviz işleme tesisinin enerji gereksiniminin karşılanabilirliği: Van ilinde uygulanması
Energy requirements of a walnut processing facility with photovoltaic thermal system design: Implementation in Van province
Yazar: MUHAMMED ÖMER BULAKÇIBAŞI
Danışman: DOÇ. DR. BURAK KURŞUN
Amasya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Teknoloji ve İnovasyon Yönetimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Enerji talebi = Energy demand ; Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Tarım işletmeleri = Agricultural enterprises ; Termal sistemler = Thermal systems ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Enerji ihtiyacının teknolojiye paralel olarak hızla arttığı günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarından enerjinin temin edilmesi, fosil yakıt kaynaklı sera gazı emisyonlarının, küresel ısınma ve iklim değişimi sorunlarının giderilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Güneş enerjisinden yüksek enerji içermesi, temiz ve sürekli olması nedeniyle diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha yaygın şekilde faydalanılmaya çalışılmaktadır. Güneş enerjisinin direkt olarak elektrik enerjisine çevrilebildiği fotovoltaik (FV) teknolojisi elektrik üretiminde çokça tercih edilen bir yöntemdir. Ülkemizin birçok bölgesinin önemli ölçüde güneş radyasyonuna maruz kalması ülkemizde fotovoltaik sistemlerin kullanılmasının gerekliliğini ortaya koymaktadır.
 
Bu çalışmada, ülkemizde güneş enerjisi potansiyeli yönünden avantajlı durumda olan Van ilinde, dünyada uygulama alanı her geçen gün artmakta olan fotovoltaik enerji ile elektrik üretip tarımsal işletmelerden biri olan ceviz işleme tesisinin enerji gereksinimini karşılanması hedeflenmektedir. Bu doğrultuda ceviz işleme tesisi için iki farklı enerji üretim sistemi tasarlanmıştır. Birinci tasarımda ceviz işleme için gerekli enerji üretimi tesisin çatısına yerleştirilen FV modüllerle gerçekleştirilmiştir. Ceviz kurutma işlemi için doğalgaz ve fuel-oil yakıtlardan faydalanılmıştır. İkinci tasarımda ceviz işleme için elektrik üretiminin bir kısmı tesis çatısındaki FV modüllerden diğer kısmı ise tesis zeminine yerleştirilen konsantrasyonlu fotovoltaik termal (KFVT) sistemden karşılanmıştır. Ceviz kurutma işleminde kullanılan hava ise KFVT sistemden elde edilen sıcak su ile bir ısı eşanjörü kullanılarak ısıtılmıştır. Ceviz kurutma süresine bağlı olarak KFVT modülden farklı sıcaklıklarda sıcak su elde edilmiştir. Ayrıca her iki tasarım için M-Si ve P-Si FV hücre tipleri denenerek FV hücre tipinin etkisi tespit edilmeye çalışılmıştır.  Bu iki tasarım elektrik ve ısı üretimi açısından karşılaştırılmıştır. Ayrıca elektrik ve ısıtma maliyeti açısından optimizasyon çalışması yapılarak en uygun elektrik üretimi ve kurutma koşulları belirlenmeye çalışılmıştır. Optimizasyon çalışması neticesinde elektrik üretimi ve ısıtma maliyeti açısından en uygun parametre değerlerinin 40ºC de sıcak su, 31 saatlik kurutma süresi ve M-Si hücre tipi olduğu tespit edilmiştir.  Termodinamik ve ekonomik analiz sonuçları ceviz işleme tesisinde KFVT sistem kullanımı ile hem elektrik üretiminin hem de ceviz kurutma için gerekli ısıtma maliyetlerinin düşürülebileceğini ortaya koymuştur.

Abstract:
Supplying energy from renewable energy sources plays an important role in solving the problems of fossil fuel-based greenhouse gas emissions, global warming and climate change. Since it contains high energy, clean and continuous solar energy, it is tried to be used more widely than other renewable energy sources. Photovoltaic (PV) technology, in which solar energy can be directly converted into electrical energy, is a highly preferred method in electricity generation. The fact that many regions of our country are exposed to significant solar radiation reveals the necessity of using photovoltaic systems in our country.
 
In this study, it is was aimed to meet the energy requirement of the walnut processing plant, which is one of the agricultural enterprises by producing electricity with photovoltaic energy, the application area of which is increasing day by day in the province of Van, which is advantageous in terms of solar energy potential in our country. Accordingly, two different energy generation systems were designed for the walnut processing plant. In the first design, the energy production required for walnut processing was realized with PV modules placed on the roof of the facility. Natural gas and fuel-oil fuels were used for the walnut drying process. In the second design, part of the electricity production for walnut processing was met from the PV modules on the roof of the plant, and the other part from the concentrated photovoltaic thermal (CPVT) system placed on the plant floor. The walnut drying process was carried out with hot water obtained from the CPVT system. The air used in the walnut drying process was heated using a heat exchanger with hot water obtained from the CPVT system. Depending on the walnut drying time, hot water was obtained from the CPVT module at different temperatures. In addition, M-Si and P-Si PV cell types were tried for both designs and the effect of PV cell type was tried to be determined. These two designs are compared in terms of electricity and heat generation. In addition, optimization studies were carried out in terms of electricity and heating costs, and the most suitable electricity production and drying conditions were tried to be determined. As a result of the optimization study, it was determined that the most suitable parameter values in terms of electricity production and heating cost were hot water at 40ºC, drying time of 31 hours, and M-Si cell type. The results of thermodynamic and thermoeconomic analysis revealed that with the use of CPVT system in the walnut processing plant, both the electricity generation and the heating costs required for walnut drying can be reduced.