Fotovoltaik sistemlerin ikili karışım sprey ile soğutulmasının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of photovoltaic systems cooling with binary mixture spray
Yazar: FURKAN EGE
Danışman: PROF. DR. KENAN YAKUT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Atomizasyon = Atomization ; Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems ; Su-etanol = Water-ethanol

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, fotovoltaik sistemlerin verimlerinin artırılması amacıyla spreyle soğutulmasında ikili karışım (su-etanol) kullanılarak daha etkili ve hızlı soğutma elde edilmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Fotovoltaik sistemlerin panel hücre sıcaklığı verimli çalışma aralığı 25 °C – 45 °C olarak tanımlanabilmektedir. Yapılan çalışmada 1000 W/m2 ışınımda panel hücre sıcaklığı 45 °C'yi geçtiğinde 25 °C' ye düşürülünceye kadar sprey soğutma gerçekleştirilmiştir. Soğutma işleminde ikili karışımda %15, %30 ve %45 oranlarında etanol kullanılarak daha hızlı soğutma elde edilmiştir.
Bulgular: Sprey soğutma deney düzeneğinde farklı sıvı ve hava debilerinde DXD-HSİ-6 nozul kullanılmış ve ALR (hava-sıvı oranı) hesaplanmıştır. Aynı zamanda yapılan soğutmanın ANSYS-Fluent yazılım programı yardımıyla HAD analizi yapılmış ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır.
Sonuç: Fotovoltaik sistemin ikili karışımla yapılan sprey soğutma işleminde tüm deneylerde etanolün soğutmaya etkisi incelenmiştir. En hızlı soğutma, 800 ml/dk sıvı debisinde ve 4,5 m3 /h hava debisinde elde edilmiştir. Saf su ile yapılan soğutma işleminde 100 saniye sprey uygulanarak panel hücre sıcaklığının 25 °C altına düşürülebildiği ve %45 etanol katıldığında ise %25 daha hızlı soğutularak sürenin 75 saniyeye düşürüldüğü görülmüştür.

Abstract:
Purpose: In this study, it is aimed to achieve more effective and faster cooling by using a binary mixture (water-ethanol) in spray cooling in order to increase the efficiency of photovoltaic systems.
Method: The panel cell temperature efficient working range of photovoltaic systems can be defined as 25 °C – 45 °C. In this experimental study, when the panel cell temperature exceeds 45 °C at 1000 W/m2 radiation, spray cooling was performed until it was reduced to 25 °C. In the cooling process, faster cooling was achieved by using 15%, 30% and 45% ethanol in the binary mixture.
Findings: DXD-HSİ-6 nozzle was used at different liquid and air flow rates in the spray cooling experiment setup and ALR (air-liquid ratio) was calculated. At the same time, CFD analysis of the cooling process was performed with the help of ANSYS-Fluent software and compared with the experimental results.
Results: In the spray cooling process of the photovoltaic system with binary mixture, the effect of ethanol on cooling was investigated in all experiments. The fastest cooling was achieved at a liquid flow rate of 800 ml/min and an air flow of 4.5 m3 /h. In the cooling process with pure water, it has been observed that the panel cell temperature can be reduced below 25 °C by applying a 100-second spray, and when 45% ethanol is added, the time is reduced to 75 seconds by cooling 25% faster.