Fotovoltaik paneller için termoelektrik jeneratör pasif soğutma sistemi prototip tasarımı

Günümüzde artan enerji talebi doğrultusunda, alternatif enerji kaynaklarının önemi ve bunların verimliliğini artırma yöntemlerine olan ilgi giderek artmaktadır. Bu sistemlerden birisi de ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürebilen ve Seebeck prensibine dayanan termoelektrik jeneratörlerdir (TEG). İki yüzeyi arasındaki sıcaklık farkını elektrik enerjisine çevirebilme özelliğine sahip P-N tipi yarı iletken yapıdaki bu jeneratörler, ısıtma/soğutma sistemlerinde, otomotiv ve enerji endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu jeneratörler sayesinde atık ısı enerjisinin elektrik enerjisine dönüştüğü ve düşük güç tüketimli elektronik cihazların enerji ihtiyacının karşılandığı pek çok araştırma mevcuttur. Bu çalışmada Peltier soğutucuların seri bağlantısı ile elde edilen TEG tasarımı ve bu jeneratörün fotovoltaik panelin arka sacına olası entegrasyonu incelenmiştir. Araştırmanın temel amacı, fotovoltaik panelin yaydığı atık ısı enerjisinin bir TEG vasıtasıyla kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülüp dönüştürülemeyeceğinin incelenmesidir. Aynı zamanda TEG pasif soğutma sistemi sayesinde ideal çalışma sıcaklığına ulaşan güneş pillerinin maksimum veriminin gözlemlenmesidir. Tüm bunların sonucunda, jeneratörün iki yüzeyi arasındaki sıcaklık farkını efektif olarak artırmak için soğutucu ve termal macun gibi yöntemler uygulansa dahi termoelektrik jeneratörlerin mW enerji üretim değerlerine sahip olduğu görülmektedir. TEG'in fotovoltaik panelin pasif soğutmasına etkisi değerlendirildiğinde farklı gün ve saatler sonucunda yapılan testlere göre gözle görülür bir artış olmadığı görülmektedir. Uygulama aşamasında metodoloji bölümü iki başlık altında incelenmektedir. İlk aşamada COMSOL Multiphysics programı kullanılarak Peltier soğutucunun sahip olduğu tek bir P-N Junction için tasarım ve termal-elektriksel analiz gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada ise prototip termoelektrik jeneratör-PV panel sistem entegrasyonu gerçekleştirilmiş ve farklı gün ve saatlerde alınan veriler ile elektrik üretim çıktıları gözlemlenmiştir. Soğutucunun (Heat Sink) termoelektrik jeneratörün iki yüzeyi arasındaki sıcaklık farkını efektif olarak arttırdığı ve özellikle rüzgârlı günlerde TEG enerji üretiminde %6'ya varan artış sağladığı görülmektedir. Aynı durumun fotovoltaik panelin pasif soğutmasına katkı sağladığını ve üretilen enerji miktarında artış olduğunu söylemek mümkün değildir.