A numerical study on passive cooling system of a photovoltaic panel
Fotovoltaik panel pasif soğutma sistemi üzerine sayısal çalışma
- Tez No: 438822
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET AKİF EZAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Fotovoltaik panellerin elektrik üretim verimliliğinin hücre sıcaklığının artmasıyla önemli ölçüde azaldığı bilinen bir gerçektir. Isıl kontrol ünitesi bulunmayan bir güneş hücresinin yüzey sıcaklığı 80 santigrat dereceye kadar çıkabilir ve bu durum güç üretim verimini önemli ölçüde düşürür. Bu tez çalışmasında, bir fotovoltaik panelin pasif ısıl kontrolünü incelemek için bir boyutlu ve iki boyutlu sayısal modeller geliştirilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında, 1B ve zamana bağlı sayısal model, kontrol hacimleri yaklaşımı kullanılarak C++ programlama dilinde oluşturulmuştur. Fotovoltaik panelin elektrik üretim verimini arttırmak için panelin arka yüzeyine değişik kalınlıklara sahip faz değişim malzemesi (FDM) hazneleri yerleştirilmiştir. Literatürdeki birçok çalışmadan farklı olarak bu çalışmada, PV tabakasının güç üretimi modellenmiş ve PCM hacmi yığın hacim olarak düşünülmeyip birçok kontrol hacmine bölünerek incelenmiştir. Sistemin verimi sabit ve değişen güneş ışınımı altında FDM'li ve FDM'siz olarak elde edilmiştir. Sabit güneş ışınımı durumunda en yüksek ışınım altında geleneksel fotovoltaik panellere göre metrekare başına yaklaşık 9 Watt güç artışı elde edilmiştir. Değişken ışınım değerleri için, sınır koşulları İzmir/Türkiye baz alınarak tanımlanmıştır. Ocak, Nisan, Temmuz ve Ekim olmak üzere 4 farklı iklimsel dönem için analiz yapılmıştır. En iyi performans Ekim ayında elde edilmiştir. Panel sıcaklığı 3 cm FDM yerleştirilerek 9 K azaltılmıştır. Böylece yaklaşık yüzde 6 güç artışı elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, iki boyutlu sayısal model ANSYS-FLUENT paket programında geliştirilmiştir. Güneş ışınımı ve fotovoltaik panelin güç üretimi terimleri, enerji denklemine kaynak terim olarak eklenmiştir. FDM haznesi boyunca ısı transfer hızını arttırmak için, fotovoltaik panelin arka yüzeyine farklı uzunlukta ve aralıkta kanatlar yerleştirilmiştir. Sabit güneş ışınımı altında kanatlı tasarımın sistem verimine etkisi incelenmiştir. Metrekare başına 1000 Watt ışınım değeri altında, 40 tam uzunlukta kanat kullanılması durumu için düz panele göre yaklaşık 7,5 K sıcaklık azaltılmıştır. Fakat düşük ışınım değerleri için, kanat kullanımı önemli bir değişikliğe yol açmamıştır. Bu nedenle kanat maliyeti göz önüne alındığında kanat kullanımı mantıklı olmayacaktır.
Özet (Çeviri)
It is well known the fact that the electricity generation efficiency of a photovoltaic panel dramatically decreases with increasing the cell temperature. For a solar cell without any thermal control unit, the surface temperature can reach up to 80 degrees Celsius, which significantly reduces the power generation efficiency of the PV panel. In this thesis, 1D, and 2D numerical models are developed to investigate the passive thermal management of a PV panel. In the first part of the study, a 1D and time-dependent mathematical model is developed in C++ programming language by using control volume approach. A phase change material (PCM) cavity is placed at the rear side of the panel surface to keep the temperature of close to the reference temperature and consequently, to increase the electric generation efficiency of the PV panel. Three different cavity thicknesses, 1 cm, 2 cm and 3 cm are investigated to evaluate the influence of the amount of PCM on the temperature variations of the PV. Unlike from many studies in the literature, the power generation of the PV layer is defined in the mathematical model, and rather than reducing the heat transfer inside the PCM volume into a lumped model, spatial temperature variations are also considered in the current model. The efficiency of the system is evaluated with and without PCM under constant and variable solar radiation conditions. The difference between the conventional PV and the PV/PCM systems is obtained nearly 9 Watt per square meter in the case of constant incident radiation condition with the highest solar radiation. In the case of variable solar radiation, boundary conditions are defined for Izmir City, Turkey. January, April, July, and October are considered, which correspond different weather conditions. The best performance is achieved in October. The temperature of the PV can be reduced up to 9 K and power output can be increased nearly 6 percent by incorporating PCM with 3 cm thickness.In the second part of the thesis, a 2D numerical model is developed in ANSYS-FLUENT software. Fins with different lengths and intervals are placed on the PV surface to improve the rate of heat transfer through the PCM cavity. Under 1000 Watt per square meter solar radiation, the maximum temperature difference between the plain PV surface and the finned one reaches almost 7.5 K for the design in which 40 full-length fins are used. However, at lower insolation values the usage of fins does not cause any significant change, so it may not be feasible to use finned surface considering the cost of the fin material and the manufacturing complexities.
Benzer Tezler
- Bir fotovoltaik-termal (PV/T) güneş kollektöründe poroz materyal ve nanoakışkan kullanımının performansa etkisinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of porous material and nanofluid including on performance in a photovoltaic-thermal (PV/T) solar collector
ATILGAN ONURCAN ÖZŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKafkas ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED ARSLAN OMAR
- Fotovoltaik panellere bütünleştirilmiş farklı pasif yöntemlerin sistem verimliliğine etkisinin sayısal ve deneysel analizi
The numerical and experimental analysis of system efficiency effects of different passive methods in integrated photovoltaic panels
FATİH BAYRAK
- Havalı soğutmada geometrinin PV panel verimine etkisinin deneysel ve nümerik olarak araştırılması
Experimental and numerical investigation of the effect of geometry on PV panel efficiency in air cooling
MAHMUT UMUT AKAGÜNDÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiHarran ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSAMETTİN BULUT
- Farklı soğutma metotlarının fotovoltaik panellerin performansına etkilerinin teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of the effects of different cooling methods on the performance of photovoltaic panels
İSMAİL KARALI
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KABUL
- Küçük modüler ergimiş tuz reaktörü acil tahliye sisteminin hesaplamalı akış dinamiği ve deneysel analizi
The computational fluid dynamics and experimental analysis of the emergency draining system of a small modular molten salt reactor
MAHMUT CÜNEYT KAHRAMAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SENEM ŞENTÜRK LÜLE