Fotovoltaik termal hibrit güç sisteminin performans değerlendirmesi, optimizasyonu ve ekonomik analizi

Bu çalışmada fotovoltaik/termal (PV/T) kolektörlerin elektriksel/termal verim analizi Manisa ili iklim koşullarında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca yapılan çalışma, 4 kişinin yaşadığı bir ev için yıllık enerji üretimi ve sistem yatırım geri dönüş süresinin hesaplandığı teorik uygulama analizi içermektedir. Bu amaçla, ilk aşamada sıcak su ve elektrik enerjisi üretimi için uygun olan Sıvı Tip Düz PV/T Kolektör sistemi tercih edilmiştir. Bu tip sistemlerin maksimum verimle çalışabilmesi için sızdırmazlık faktörü, ışınım, giriş sıcaklığı, ortam sıcaklığı, emici plaka parametreleri (tüp aralığı, boru çapı, kanatçık kalınlığı vb.), emici plakadaki akışkanın termal iletkenliği gibi çeşitli parametreler göz önünde bulundurulmalıdır. PV/T kolektörlerin termal verimliliği, giriş sıcaklığı ile ortam sıcaklığı (Ti-Ta) arasındaki sıcaklık farkının, kolektör yüzeyine düşen global güneş ışınımına (G) oranından önemli ölçüde etkilenmektedir. (Ti-Ta)/G oranının artması termal verimin düşmesine sebep olmaktadır. Ayrıca, termal verime etki eden diğer faktörler sızdırmazlık faktörü (s) ve farklı kanatçık oranı (d/w) değerleridir. d/w oranının artması kolektör alanının artması ve PV panel sıcaklığının düşmesine sebep olduğundan elektriksel verim artışı da sağlamaktadır. PV/T kolektörlerdeki önemli sorun, optimum verim elde edebilmek için tüm bu parametrelerin göz önünde bulundurulma zorunluluğudur. Çalışmanın ilk bölümü için, PV/T kolektörün MATLAB/Simulink modeli, matematiksel eşitliklerden faydalanılarak hazırlanmıştır. Bu model üzerinde, tasarım parametreleri ile bunların termal ve elektriksel verime etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışma ile PV/T kolektörden elde edilen maksimum termal verim %64,5, elektriksel verim %13,5 ve toplam verim %78 olarak tespit edilmiştir. İkinci aşamada, yapılan ekonomik analiz için yüksek elektrik çıkışı baz alınarak PV/T kolektör seçimi yapılmıştır. Seçilen sistemin enerji üretim modeli (Et), sistemin kurulum ve kullanım ömrü boyunca, seviyelendirilmiş enerji maliyeti (LCOE) hesaplanarak, kurulacak sistemin yıllık elektrik üretimi, termal enerji üretimi ve sistem nakit akışı şemaları oluşturulmuştur. Kullanılan PV/T Kolektör 30o eğim açısı ve güney cephesi yönünde 10 m2'lik bir alana sahip bina çatısı için incelenmiştir. Termal sistem için 10 m3 hacminde depolama tankı kullanılmıştır. Yapılan hesaplamalarda 4 kişilik bir evin ısı ve elektrik talebi Manisa ili iklim koşulları için değerlendirilmiştir. Enerji üretim modeli oluşturulurken; güneş ışınımı, elektrik/termal verim ve çalışma süresi boyunca yoğunlaştırıcı performansındaki azalma dikkate alınmıştır. Yapılan incelemede sistemin ilk yıldaki elektrik enerjisi üretim miktarı 2168,97 kWh, ilk yıldaki termal enerji üretim miktarı 10395,4 kWh, LCOE değeri 0,044 Euro/kW ve NPV değeri 2494,5 Euro olarak bulunmuştur. Ayrıca sistemin kendini amorti etme süresi 7 yıl olarak hesaplanmıştır.