Optik filtre entegrasyonu ile geliştirilmiş yoğunlaştırıcı fotovoltaik termal bir sistemin termal ve elektriksel performansının deneysel incelenmesi

Silikon tabanlı fotovoltaik (PV) hücreler yalnızca 370 nm ile 1180 nm dalga boyu aralığındaki güneş ışınımını elektrik enerjisine dönüştürebilme kapasitesine sahiptir. Bu dalga boyu aralığı dışındaki ışınım, özellikle kızılötesi bölgede yer alan termal bileşenler, PV yüzeyinde aşırı ısınmaya neden olarak hücre verimliliğini düşürmekte, uzun vadede hücre ömrünü kısaltmakta ve sistemin genel performansını olumsuz yönde etkilemektedir. PV-T ve CPVT sistemlerde bu sorunun üstesinden gelmek amacıyla PV arka yüzeyine entegre edilen soğutma sıvıları kullanılarak termal yük azaltılmaya çalışılmaktadır. Ancak bu yöntem, PV hücrelerinde termal gerilme oluşturarak mikro çatlaklara yol açabilmekte ve uzun vadede hücre dayanımını azaltabilmektedir. Bu çalışmada önerilen alternatif yaklaşım ise, spektral ayrıştırma (spectral splitting) olarak bilinen bir yöntemle, güneşten gelen ışınımın PV yüzeyine ulaşmadan önce optik olarak filtrelenmesidir. Bu yöntemde, PV hücrelerin spektral yanıt aralığına karşılık gelen yararlı ışınım geçirgen bir optik ortam aracılığıyla doğrudan hücreye ulaştırılırken, ısıya neden olan termal bileşenler sistemin termal kısmı tarafından absorbe edilerek ısı geri kazanımı sağlanmaktadır. Bu sayede PV hücre sıcaklığı düşürülmekte ve hem elektriksel hem de termal verim artırılabilmektedir. Çalışmada özgün bir görüntüsüz yoğunlaştırıcı (non-imaging concentrator) yapısı ve entegre optik filtre kanalına sahip bir CPVT sistemi tasarlanmakta ve performansı deneysel olarak değerlendirilmektedir. Görüntüsüz yoğunlaştırıcılar, geniş kabul açıları, hem doğrudan hem de yayılı güneş ışınımını toplayabilmeleri, takip sistemi gerektirmemeleri ve üniform ışınım dağılımı sağlamaları gibi avantajlar sunmaktadır. Bu yönüyle sistem, geleneksel parabolik oluklu ya da Fresnel tipi yoğunlaştırıcılara kıyasla daha basit, düşük maliyetli ve uygulanabilir bir çözüm sunmaktadır. Önerilen sistemde PV yüzeyine entegre edilen özgün bir optik filtre kanalı aracılığıyla akışkanlar test edilecek; bu akışkanların hem optik geçirgenlikleri hem de termofiziksel özellikleri PV hücrelerin spektral duyarlılığına göre optimize edilecektir. Amaç, sadece yüksek verim sağlamak değil, aynı zamanda maliyeti düşük ve sahada uygulanabilir sistem bileşenleri belirlemektir. Çalışma dört temel adımdan oluşmaktadır: Yoğunlaştırıcı PV/T sistemin ve optik filtre kanalının tasarımı ile ışın izleme analizleri ve optik-termal özelliklerinin belirlenmesi, deneysel sistemin üretimi ve açık alanda gerçek güneş ışınımı altında performans değerlendirmesi şeklindedir.