Preparation selective nano-surfaces coating to enhance self-cooling techniques and self-cleaning processes for photovoltaic panels
Fotovoltaik paneller için kendi kendini soğutma tekniklerini ve kendi kendini temizleme süreçlerini geliştirmek için seçici nano yüzey kaplama hazırlığı
- Tez No: 931520
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Güneş paneli teknolojisi son birkaç yılda önemli ölçüde ilerleme kaydetti, ancak olumsuz dış koşullar nedeniyle optimum performansı korumada zorluklar devam ediyor. Hava-cam arayüzündeki yansıma kayıpları, toz birikimi, sıcaklık çalışmasındaki artışlar ve ultraviyole gibi faktörler güneş panellerinin verimliliğini olumsuz etkiliyor. Bu çalışma, bu sorunları ele almak üzere tasarlanmış çok işlevli bir nanokompozit kaplamanın geliştirilmesine ve değerlendirilmesine odaklanıyor. Kaplama, metilfenil silikon reçine matrisinde klorofil ile dağıtılmış SiO₂ ve ZnO nanopartiküllerini içeren basit bir tek adımlı püskürtme işlemi kullanılarak sentezlendi. Bu nanokompozitle kaplanmış cam slaytlar üzerinde yapılan laboratuvar testleri, yüksek ışık geçirgenliği (~%93), sağlam UV koruması ve (~153°) su temas açısı ile karakterize edilen olağanüstü hidrofobisite gibi olağanüstü özellikler ortaya koydu. Bu özellikler, kaplamanın güneş paneli performansını artırma konusunda güçlü bir potansiyele sahip olduğunu gösteriyor. Pratik uygulamasını değerlendirmek için kaplama, sokak aydınlatmasında kullanılan küçük güneş panellerine uygulandı. Kaplamalı paneller, kaplamasız panellere kıyasla maksimum güç üretiminde %22'lik bir artış gösterdi; bu sonuç, kaplamanın yüksek şeffaflık ve yansıma önleyici özelliklerine atfedildi. Ayrıca, kaplama radyant bir soğutucu görevi görerek panel sıcaklığını %6 düşürdü ve böylece genel verimliliği artırdı. Klorofilin nanopartikül matrisine entegre edilmesi, kaplamaya kendi kendini temizleme yetenekleri de kazandırdı. 7 günlük bir toz biriktirme testi, temiz bir yüzey sağlama yeteneğini doğruladı, zaman içinde tutarlı bir performans sağladı ve manuel temizlik ihtiyacını azalttı. Kaplama ve kaplamasız güneş panelleri, 47 °C'yi aşan sıcaklıklarda yaz mevsiminde çalışmaya devam etti. 10 aylık çalışmadan sonra, test kışın tekrarlandı ve sonuçlar, kaplamalı güneş panelinin maksimum güç üretiminin, kaplamasız olandan güneşli havalarda %18, bulutlu havalarda %50 ve tozlu havalarda %58 daha yüksek olduğuydu. Bu bulgular, geliştirilen kaplamanın çok işlevli avantajlarını vurgulayarak, gerçek dünya koşullarında güneş paneli verimliliğini ve güvenilirliğini artırmak için kapsamlı bir çözüm sunuyor.
Özet (Çeviri)
Solar panel technology has advanced significantly in the last few years, yet challenges persist in maintaining optimal performance due to adverse outdoor conditions. Factors such as reflection losses at the air-glass interface, dust accumulation, rises in temperature operation and ultraviolet negatively effect on the efficiency of solar panels. This study focuses on the development and evaluation of a multifunctional nanocomposite coating designed to address these issues. The coating was synthesized using a straightforward one-step spray process that incorporates SiO₂ and ZnO nanoparticles dispersed with chlorophyll in a methylphenyl silicone resin matrix. Laboratory tests on glass slides coated with this nanocomposite revealed exceptional properties, including high light transmittance (~93%), robust UV protection, and outstanding hydrophobicity, characterized by a water contact of(~153°). These features indicate the coating's strong potential for enhancing solar panel performance. To evaluate its practical application, the coating was applied to small solar panels used in street lighting. The coated panels demonstrated a 22% increase in maximum power generation compared to uncoated panels, a result attributed to the coating high transparency and anti-reflective characteristics. Furthermore, the coating served as a radiant cooler, lowering the panel temperature by 6%, thereby enhancing overall efficiency. The integration of chlorophyll into the nanoparticle matrix also endowed the coating with self-cleaning capabilities. A 7-day dust accumulation test confirmed its ability to maintain a clean surface, ensuring consistent performance over time and reducing the necessity for manual cleaning. The coating and uncoating solar panels were kept operating during the summer season with temperatures exceeding 47 °C. After 10 months operation , the test was repeated in winter and the results were that the maximum power generation of coated solar panel higher than the uncoated one by 18% in sunny weather, 50% in cloudy weather, and 58% in dusty weather. These findings highlight the multifunctional benefits of the developed coating, offering a comprehensive solution to improve solar panel efficiency and reliability in real-world condition.
Benzer Tezler
- İn-situ fotopolimerizasyon yöntemiyle gümüş nanoparçacık/polimer nanokompozit malzemelerin hazırlanması: Gümüş ayna
In-situ preparation of nano silver /polymer nanocomposite thin films by photopolymerization method: Silver mirror
MELİSA ADIBELLİ
- Preparation of gold decorated cobalt-silica core-shell nanoparticles for surface enhanced raman scattering applications
Yüzeyde güçlendirilmiş raman saçılması uygulamaları için altınla bezenmiş kobalt-silika çekirdek-kabuk nanoparçacıkların hazırlanması
LÜTFİYE SEZEN KESER
- New electrospinning strategies for the preparation of solid-phase microextraction coatings
Katı faz mikroekstraksiyon kaplamaları için yeni elektroeğirme stratejileri
ALPER ŞAHİN
- Preparation and characterization of carbon quantum dot- based composite thin films
Karbon kuantum nokta esaslı kompozit ince filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
RAMAZAN FERHAT ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDEN BEYHAN
- Fonksiyonel tekstiller geliştirmek amacıyla metal oksit nanoyapıların sentezlenmesi ve kumaşlara uygulanması
Synthesis of metal oxide nanostructures and application to fabric surfaces towards development of functional textiles
MERVE KÜÇÜK
Doktora
Türkçe
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU