Evaporative cooling systems with underground cooling for photovoltaic panels in hot and arid climates
Sıcak ve kurak iklimlerde fotovoltaik paneller için yeraltı soğutmalı buharlaştırmalı soğutma sistemleri
- Tez No: 977930
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN AYDIN, DOÇ. DR. İSMAİL KAYRİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Batman Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Güneş enerjisi temel olarak ısı, elektrik ve fotosentez yoluyla kullanılabilir. Güneş enerjisinin kullanımı, bol miktarda bulunması ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına kıyasla maliyet açısından uygun olması nedeniyle dünya genelinde benimsenmiştir. Güneş enerjisi hem ışık hem de ısı içerir ve her ikisi de doğrudan elektriğe dönüştürülebilir. Güneş enerjisinin temel uygulaması, fotovoltaik (PV) sistemler aracılığıyla elektrik üretimidir; bu sistemler PV panelleri, bir şarj kontrol cihazını, bataryaları veya diğer depolama birimlerini ve eviricileri içerir. PV paneller, gelen güneş ışınımını doğru akım elektriğine dönüştüren çok sayıda güneş hücresinden oluşur. Bununla birlikte, güneş hücrelerine ulaşan güneş ışınımının büyük bir kısmı elektrik yerine ısı enerjisine dönüşür, çünkü güneş hücreleri tüm ışınım spektrum dalga boylarını elektrik enerjisine dönüştüremez. Bu durum, hücre çalışma sıcaklığının artmasına yol açar. Artan sıcaklık, yasak enerji aralığını (band aralığı enerjisini) kötüleştirerek açık devre gerilimini ve dolum faktörünü azaltır. Sonuç olarak, daha yüksek sıcaklıklar hücrelerin dönüşüm verimliliğini ve dolayısıyla PV panellerin genel verimliliğini düşürür. Örneğin, kristal silikon güneş hücresinin sıcaklığındaki her 1 ºC'lik artış, hücre geriliminde 2,2 mV azalmaya neden olur ve bu da elektriksel güç çıkışında yaklaşık %0,5 oranında bir düşüşe yol açar. Ayrıca, aşırı ısınma sıcak nokta oluşumuna ve malzeme bozulmasına neden olabilir, bu da PV panellerin ömrünün kısalmasına yol açar. Bu nedenle, PV panellerin verimliliğini geri kazanmak için güneş hücrelerinden fazla ısının uygun soğutma tekniğiyle uzaklaştırılması gereklidir. Çeşitli soğutma yöntemleri arasında buharlaşmalı soğutma, basit, sürdürülebilir, maliyet açısından uygun, verimli, çevre dostu ve enerji tasarruflu bir tekniktir. Özellikle sıcak ve kurak iklimlerde etkilidir. Bu tez çalışmasında, PV panellerin aşırı ısınma nedeniyle sıcak ve kurak iklimlerde güç çıkışında azalma yaşamalarını önlemek amacıyla yer altı soğutmalı buharlaşmalı soğutma sistemleri tasarlanmış ve kurulmuştur. Buharlaşmalı soğutma sistemleri, üç açık su bazlı sistemden oluşmaktadır: biri selüloz ped, diğeri pamuk fitil ve üçüncüsü kenevir ipi kullanarak gözenekli malzeme olarak tasarlanmıştır. Bu soğutma sistemlerinin ve konfigürasyonlarının PV panel sıcaklığı, elektriksel enerji çıkışı ve verimlilik üzerindeki etkileri deneysel olarak değerlendirilmiş ve soğutmasız bir referans panel ile karşılaştırılmıştır. Bulgular, buharlaşmalı soğutma yaklaşımlarının kurak ve aşırı sıcak iklimlerde etkili olduğunu göstermiştir. Soğutma uygulamaları PV panel yüzey sıcaklığını sürekli ve homojen biçimde düşürerek verimliliği, enerji çıkışını ve I-V karakteristiklerini artırmıştır. Sonuç olarak, pamuk fitilli, kenevir ipli ve selüloz pedli buharlaşmalı soğutma konfigürasyonları sırasıyla 22,7 ºC, 22,1 ºC ve 10,3 ºC'ye kadar sıcaklık düşüşü; %9,77, %9,57 ve %5,38 verim artışı; ve sırasıyla %10,4, %9,56 ve %5,46 kümülatif enerji artışı sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Solar energy can be mainly harnessed through heat, electricity, and photosynthesis. The utilization of solar energy is globally adopted because it is abundantly available and cost-effective compared to other renewable energy sources. Solar energy possesses light and heat, both of which can be directly converted into electricity. The main application of solar energy is electricity generation through photovoltaic (PV) systems, which include PV panels, a charge controller, batteries or other storage units, and inverters. PV panels consist of multiple solar cells that convert incident solar radiation into direct current electricity. Nonetheless, most of the solar radiation reaching solar cells is converted into heat energy rather than electricity, as solar cells cannot convert all irradiance spectral wavelength into electrical energy. This leads to an increase in the cell operation temperature. The elevated temperature worsens bandgap energy, thereby reducing open circuit voltage and fill factor. Consequently, higher temperatures diminish the conversion efficiency of the cells, and thus the overall efficiency of PV panels. For instance, for every 1 ºC rise in the temperature of a crystalline silicon solar cell, the cell voltage decreases by 2.2 mV, causing an estimate 0.5% drop in electrical power output. Furthermore, excessive heating can cause hotspot formation and material degradation, leading to a shortened lifetime of PV panels. Hence, it is essential to dissipate the surplus heat from solar cells by applying the optimal cooling technique to recover the efficiency of PV panels. Among the various cooling methods, evaporative cooling is a simple, sustainable, cost-effective, efficient, eco-friendly, and energy-saving technique. It is particularly effective in hot and arid climates. In this thesis study, evaporative cooling systems incorporating underground cooling were designed, and set up to prevent PV panels from experiencing a reduction in power output in hot and arid climates due to overheating. The evaporative cooling systems included three open-water-based systems: one utilizing a cellulose pad, another employing cotton wicks, and the third using hemp ropes as porous materials. The effects of these cooling systems and their configurations on PV panel temperature, electrical energy output, and efficiency were experimentally evaluated and compared with those of a reference panel without cooling. The findings indicated that the evaporative cooling approaches proved effective in arid and intensely hot climates. The cooling implementations continuously and uniformly lowered the PV panel surface temperature, thereby enhancing efficiency, energy output, and I-V characteristics. As a result, the evaporative cooling configuration with the cotton wicks, hemp ropes and cellulose pad achieved temperature reductions of up to 22.7 ºC, 22.1 ºC, and 10.3 ºC, respectively; efficiency improvements of 9.77%, 9.57%, and 5.38%; and cumulative energy enhancements of 10.4%, 9.56%, and 5.46%, respectively.
Benzer Tezler
- Development of innovative heating, cooling and airconditioning (HVAC) technologies for low-carbonpoultry houses
Başlık çevirisi yok
TUĞBA GÜRLER
- Beypazarı trona mineralinin çözelti madenciliği ile değerlendirilmesi
Evaluation of Beypazarı trona deposit by solution mining technique
GÜLHAYAT SAYGILI(NASÜN)
- Yeraltı kablolarının akım taşıma kapasitesi
The Current carrying capacity of underground cables
HASAN YALÇIN DAĞLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Güney Afrika Cumhuriyeti'nde west Driefontein ve Kloof işletmelerinde Ocak ikliminin incelenmesi
The Search about the mining climate at West Driefontein and Kloof gold mines in South Africa
D.HALİT DÖVER
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. GÜNDÜZ ÖKTEN
- Zorlanmış salınımlı dikey akışta gözenekli ortamın ısı geçişine etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigations on the effect of porous media on heat transfer from vertical forced oscillated fluid flow
ESRA KEŞAF
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. ERSİN SAYAR
