Sıcak ve kurak iklimlerde fotovoltaik paneller için yeraltı soğutmalı buharlaştırmalı soğutma sistemleri

Güneş enerjisi temel olarak ısı, elektrik ve fotosentez yoluyla kullanılabilir. Güneş enerjisinin kullanımı, bol miktarda bulunması ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına kıyasla maliyet açısından uygun olması nedeniyle dünya genelinde benimsenmiştir. Güneş enerjisi hem ışık hem de ısı içerir ve her ikisi de doğrudan elektriğe dönüştürülebilir. Güneş enerjisinin temel uygulaması, fotovoltaik (PV) sistemler aracılığıyla elektrik üretimidir; bu sistemler PV panelleri, bir şarj kontrol cihazını, bataryaları veya diğer depolama birimlerini ve eviricileri içerir. PV paneller, gelen güneş ışınımını doğru akım elektriğine dönüştüren çok sayıda güneş hücresinden oluşur. Bununla birlikte, güneş hücrelerine ulaşan güneş ışınımının büyük bir kısmı elektrik yerine ısı enerjisine dönüşür, çünkü güneş hücreleri tüm ışınım spektrum dalga boylarını elektrik enerjisine dönüştüremez. Bu durum, hücre çalışma sıcaklığının artmasına yol açar. Artan sıcaklık, yasak enerji aralığını (band aralığı enerjisini) kötüleştirerek açık devre gerilimini ve dolum faktörünü azaltır. Sonuç olarak, daha yüksek sıcaklıklar hücrelerin dönüşüm verimliliğini ve dolayısıyla PV panellerin genel verimliliğini düşürür. Örneğin, kristal silikon güneş hücresinin sıcaklığındaki her 1 ºC’lik artış, hücre geriliminde 2,2 mV azalmaya neden olur ve bu da elektriksel güç çıkışında yaklaşık %0,5 oranında bir düşüşe yol açar. Ayrıca, aşırı ısınma sıcak nokta oluşumuna ve malzeme bozulmasına neden olabilir, bu da PV panellerin ömrünün kısalmasına yol açar. Bu nedenle, PV panellerin verimliliğini geri kazanmak için güneş hücrelerinden fazla ısının uygun soğutma tekniğiyle uzaklaştırılması gereklidir. Çeşitli soğutma yöntemleri arasında buharlaşmalı soğutma, basit, sürdürülebilir, maliyet açısından uygun, verimli, çevre dostu ve enerji tasarruflu bir tekniktir. Özellikle sıcak ve kurak iklimlerde etkilidir. Bu tez çalışmasında, PV panellerin aşırı ısınma nedeniyle sıcak ve kurak iklimlerde güç çıkışında azalma yaşamalarını önlemek amacıyla yer altı soğutmalı buharlaşmalı soğutma sistemleri tasarlanmış ve kurulmuştur. Buharlaşmalı soğutma sistemleri, üç açık su bazlı sistemden oluşmaktadır: biri selüloz ped, diğeri pamuk fitil ve üçüncüsü kenevir ipi kullanarak gözenekli malzeme olarak tasarlanmıştır. Bu soğutma sistemlerinin ve konfigürasyonlarının PV panel sıcaklığı, elektriksel enerji çıkışı ve verimlilik üzerindeki etkileri deneysel olarak değerlendirilmiş ve soğutmasız bir referans panel ile karşılaştırılmıştır. Bulgular, buharlaşmalı soğutma yaklaşımlarının kurak ve aşırı sıcak iklimlerde etkili olduğunu göstermiştir. Soğutma uygulamaları PV panel yüzey sıcaklığını sürekli ve homojen biçimde düşürerek verimliliği, enerji çıkışını ve I-V karakteristiklerini artırmıştır. Sonuç olarak, pamuk fitilli, kenevir ipli ve selüloz pedli buharlaşmalı soğutma konfigürasyonları sırasıyla 22,7 ºC, 22,1 ºC ve 10,3 ºC’ye kadar sıcaklık düşüşü; %9,77, %9,57 ve %5,38 verim artışı; ve sırasıyla %10,4, %9,56 ve %5,46 kümülatif enerji artışı sağlamıştır.