Fotovoltaik termal sistemlerde faz değiştiren malzeme ve su bazlı nanoakışkan kullanımının performans üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of phase change material and water-based nanofluid use on the performance of photovoltaic thermal systems
- Tez No: 951943
- Danışmanlar: PROF. DR. ELİF ÖĞÜT, DOÇ. DR. ABİD USTAOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
PV/T sistemlerin soğutulması, elektriksel verimliliği artırmak açısından hayati öneme sahiptir. PV hücrelerinin yüksek sıcaklıklara maruz kalması, enerji verimliliğinde belirgin düşüşlere yol açmakta ve sistem performansını olumsuz etkilemektedir. Elektrik ve ısıyı eşzamanlı olarak üreten PV/T'ler, enerji dönüşüm süreçlerinde yüksek verimlilik bakımından kritik bir rol oynamaktadır. Bu çalışma, FDM ve nanoakışkanların entegre edildiği, optimizasyon analizlerinin uygulandığı yenilikçi bir PV/T sistemin performansını kapsamlı biçimde değerlendirmektedir. Çalışmada üç adet özdeş panel için eş zamanlı olarak, farklı soğutucu akışkanlar kullanılarak deneysel ve sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Soğutucu akışkan olarak Panel 1'de su kullanılmıştır. Panel 2'de su bazlı nanoakışkan ve Panel 3'de su bazlı nanoakışkan ile birlikte hidrokarbon bazlı FDM kullanılmıştır. Özdeş sistemlerin elektriksel, termal ve ekserji verimlilikleri karşılaştırılmıştır. Her bir sistemin performansını en üst seviyeye ulaştırmak amacıyla elektriksel ve ısıl verimlilik değerleri ile sistem parametrelerinin, çok değişkenli optimizasyon analizi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca HAD analizi gerçekleştirilerek etkili soğutma yöntemi değerlendirilmiştir. Sistemde kullanılan FDM'nin termofiziksel özelliklerinin belirlenmesi amacıyla TGA ve DSC yöntemleri uygulanmıştır. Sonuçlar FDM'li nanoakışkan entegre PV/T'nin, su soğutma yöntemine kıyasla sırasıyla %19,5, %26,6 ve %10,6 daha yüksek elektriksel, genel ekserji ve elektriksel ekserji verimliliği elde ettiğini göstermiştir. Ayrıca termal ve genel verimlilikte sırasıyla 8,6 kat ve 5,9 kat artış gözlenmiştir. Benzer şekilde nanoakışkan soğutma yöntemiyle karşılaştırıldığında elektriksel, termal ve genel ekserji verimliliklerinde sırasıyla %4,9, 5,9 kat ve %5,6'lık iyileştirmeler sağlamıştır. Optimizasyon analizi sonuçları, Panel 3'ün yüksek sıcaklık farkları altında elektriksel verimlilik değerlerinde daha fazla kararlılık sağladığını ortaya koymuştur. Sonuçlar FDM'li nanoakışkan soğutmalı sistemin, PV/T sistemlerinin performansını ve tüm verimlilik parametrelerini artırmada önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
PV/T systems is of vital importance for enhancing electrical efficiency. Exposure of PV cells to high temperatures results in a significant decline in energy efficiency and negatively impacts overall system performance. As hybrid systems that simultaneously generate electricity and heat, PV/T systems play a critical role in achieving high efficiency in energy conversion processes. This study provides a comprehensive performance evaluation of an innovative PV/T system integrated with PCM and nanofluids, supported by optimization analyses. Experimental and numerical analyses were carried out simultaneously on three identical PV panels utilizing different cooling fluids. Water was used as the coolant in Panel 1, a water-based nanofluid in Panel 2, and a combination of water-based nanofluid and hydrocarbon-based PCM in Panel 3. The electrical, thermal, and exergetic efficiencies of the three identical systems were compared. To maximize the performance of each system, a multivariable optimization analysis was conducted based on the electrical and thermal efficiency values along with relevant system parameters. Additionally, CFD simulations were performed to evaluate the effectiveness of the implemented cooling methods. TGA and DSC were employed to determine the thermophysical properties of the PCM utilized in the system. The results revealed that the nano-enhanced PCM-cooled PV/T system achieved 19,5%, 26,6%, and 10,6% higher electrical efficiency, overall exergy efficiency, and electrical exergy efficiency, respectively, compared to the water-cooled system. Moreover, enhancements of 8,6-fold in thermal efficiency and 5,9-fold in overall efficiency were observed. When compared to the nanofluid-cooled system, the integrated PCM-nanofluid cooling approach demonstrated improvements of 4,9% in electrical efficiency, 5,9-fold in thermal efficiency, and 5,6% in overall exergy efficiency. Optimization results indicated that Panel 3 offered greater stability in electrical efficiency under high temperature differentials. Overall, the findings demonstrate that the nano-enhanced PCM cooling approach significantly improves the performance and all efficiency parameters of PV/T systems.
Benzer Tezler
- Experimental and numerical analysis of the thermoelectric cooling of photovoltaic panels
Fotovoltaik panellerin termoelektrik ile soğutulmasının deneysel ve sayısal analizi
ALI TALIB DAKHAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
EnerjiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YAKUT
- Faz değiştiren malzeme içeren fotovoltaik ısıl sistemin deneysel ve teorik incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of photovoltaic thermal system containing phase change material
SİNAN DÖLEK
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiMersin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN ARSLAN
- Experimental investigation of a photovoltaic thermal system with phase change material
Bir fotovoltaik ısıl sistemin faz değiştiren malzeme ile deneysel incelenmesi
ÖZLEM KARAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL ÇETKİN
- Enerji depolamalı yeni nesil fotovoltaik/termal kolektörlerin ısıl performanslarının incelenmesi
Investigation of thermal performance of new generation photovoltaic/thermal collectors with energy storage
EDA BAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP
- 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