Fotovoltaik panellere bütünleştirilmiş farklı pasif yöntemlerin sistem verimliliğine etkisinin sayısal ve deneysel analizi

Fotovoltaik paneller güneş ışınlarını absorbe ederek elektrik enerjisi üreten enerji sistemleridir. Bununla beraber güneş ışınlarının elektrik enerjisine dönüşümü sırasında yüksek miktarda atık ısı meydana gelmektedir. Sistem üzerinde oluşan bu sıcaklık ile Fotovoltaik (PV) panellerin ürettikleri akım ve gerilim değerleri arasında doğrusal olmayan bir ilişki mevcuttur. Özellikle sıcak iklim şartlarındaki PV paneller bu ilişkiden daha da olumsuz etkilenerek performansları azalmaktadır. Bu tez çalışmasında da ilk olarak, polikristal hücre yapısına sahip 75 W gücündeki PV panellerin Elazığ iklim koşulları altında hücre sıcaklıkları, çıkış güçleri, güç kayıp oranları ve enerji-ekserji verimleri incelenmiştir. Yapılan deneyler sonunda, PV panellerin akım değerlerinin güneş ışınımından, gerilim değerlerinin ise hücre sıcaklığından ciddi biçimde etkilendiği görülmüştür. Ayrıca, PV panel üzerine yerleştirilen ısıl çiftlerden alınan sıcaklık değerleri karşılaştırıldığında sıcaklığın paneller üzerinde homojen olarak dağılmadığı görülmüştür. Çalışmaların ikinci bölümünde PV paneller kısmi gölgelenmeye maruz bırakılarak güç ve sıcaklık durumlarının analizi incelenmiştir. Gölgeye maruz kalan hücrelerin gölgelenmeye maruz kalmayan diğer hücrelere direnç oluşturarak sıcak nokta (hot spot) oluşumları meydana getirmiştir. Gölgelenen ve gölgelenmeyen PV paneller arasında sıcaklık farkları ve ciddi güç kayıpları oluşmuştur. Üçüncü bölümde ise PV panellere farklı pasif soğutma yöntemleri uygulanarak sistem performansına olan etkileri araştırılmıştır. Pasif soğutma yöntemleri; alüminyum kanatçık, kapalı hücreli alüminyum köpük kanatçık, Faz Değiştiren Malzeme (FDM), Termoelektrik (TE) modül ve hibrit modül (FDM+TE) seçilerek farklı panellere bütünleştirilmiştir. Alüminyum kanatçık modelinde 10 farklı durum incelenmiş ve 7 cm boyunda, 20 cm uzunluğundaki şaşırtmalı dizilim en iyi sonucu vermiştir. Alüminyum köpük kanatçık modelinde, 6 mm ve 10 mm kalınlıklarında ve 5x10 cm boyutlarındaki iki farklı durum analiz edilmiş ve 10 mm kalınlığındaki kanatçıklı model en iyi sonuçları vermiştir. Üç farklı erime sıcaklığında faz değiştiren malzeme seçilerek kendi aralarında karşılaştırılmıştır. Erime sıcaklığı 29,17 oC olan kalsiyum klorür hekzahidrat (CaCl2.6H2O) panel üzerindeki sıcaklığı FDM'ler arasında en fazla düşüren ve en fazla verim arttıran kimyasal olmuştur. Termoelektrik modüller ise PV paneller üzerinde 6 ve 10 adet olmak üzere iki farklı sayıda yerleştirmiştir. İki farklı TE sayısına sahip PV paneller karşılaştırıldığında ise termoelektrik sayısı fazla olan durum en fazla çıkış gücünü arttıran sistem olmuştur.