Optik filtre entegrasyonu ile geliştirilmiş yoğunlaştırıcı fotovoltaik termal bir sistemin termal ve elektriksel performansının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of thermal and electrical performance of a concentrating photovoltaic thermal system enhanced with optical filter integration
- Tez No: 998684
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ABİD USTAOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi sistemleri, Solar energy systems
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bartın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Silikon tabanlı fotovoltaik (PV) hücreler yalnızca 370 nm ile 1180 nm dalga boyu aralığındaki güneş ışınımını elektrik enerjisine dönüştürebilme kapasitesine sahiptir. Bu dalga boyu aralığı dışındaki ışınım, özellikle kızılötesi bölgede yer alan termal bileşenler, PV yüzeyinde aşırı ısınmaya neden olarak hücre verimliliğini düşürmekte, uzun vadede hücre ömrünü kısaltmakta ve sistemin genel performansını olumsuz yönde etkilemektedir. PV-T ve CPVT sistemlerde bu sorunun üstesinden gelmek amacıyla PV arka yüzeyine entegre edilen soğutma sıvıları kullanılarak termal yük azaltılmaya çalışılmaktadır. Ancak bu yöntem, PV hücrelerinde termal gerilme oluşturarak mikro çatlaklara yol açabilmekte ve uzun vadede hücre dayanımını azaltabilmektedir. Bu çalışmada önerilen alternatif yaklaşım ise, spektral ayrıştırma (spectral splitting) olarak bilinen bir yöntemle, güneşten gelen ışınımın PV yüzeyine ulaşmadan önce optik olarak filtrelenmesidir. Bu yöntemde, PV hücrelerin spektral yanıt aralığına karşılık gelen yararlı ışınım geçirgen bir optik ortam aracılığıyla doğrudan hücreye ulaştırılırken, ısıya neden olan termal bileşenler sistemin termal kısmı tarafından absorbe edilerek ısı geri kazanımı sağlanmaktadır. Bu sayede PV hücre sıcaklığı düşürülmekte ve hem elektriksel hem de termal verim artırılabilmektedir. Çalışmada özgün bir görüntüsüz yoğunlaştırıcı (non-imaging concentrator) yapısı ve entegre optik filtre kanalına sahip bir CPVT sistemi tasarlanmakta ve performansı deneysel olarak değerlendirilmektedir. Görüntüsüz yoğunlaştırıcılar, geniş kabul açıları, hem doğrudan hem de yayılı güneş ışınımını toplayabilmeleri, takip sistemi gerektirmemeleri ve üniform ışınım dağılımı sağlamaları gibi avantajlar sunmaktadır. Bu yönüyle sistem, geleneksel parabolik oluklu ya da Fresnel tipi yoğunlaştırıcılara kıyasla daha basit, düşük maliyetli ve uygulanabilir bir çözüm sunmaktadır. Önerilen sistemde PV yüzeyine entegre edilen özgün bir optik filtre kanalı aracılığıyla akışkanlar test edilecek; bu akışkanların hem optik geçirgenlikleri hem de termofiziksel özellikleri PV hücrelerin spektral duyarlılığına göre optimize edilecektir. Amaç, sadece yüksek verim sağlamak değil, aynı zamanda maliyeti düşük ve sahada uygulanabilir sistem bileşenleri belirlemektir. Çalışma dört temel adımdan oluşmaktadır: Yoğunlaştırıcı PV/T sistemin ve optik filtre kanalının tasarımı ile ışın izleme analizleri ve optik-termal özelliklerinin belirlenmesi, deneysel sistemin üretimi ve açık alanda gerçek güneş ışınımı altında performans değerlendirmesi şeklindedir.
Özet (Çeviri)
Silicon-based photovoltaic (PV) cells can only convert solar radiation within the wavelength range of 370 nm to 1180 nm into electrical energy. Radiation outside this wavelength range, especially the thermal components in the infrared region, causes excessive heating on the PV surface, leading to a decrease in cell efficiency, shortening the long-term cell lifespan, and negatively affecting the overall system performance. In PV-T and CPVT systems, cooling fluids integrated into the rear surface of the PV are used to mitigate this problem by reducing the thermal load. However, this method can create thermal stress in PV cells, leading to micro-cracks and potentially reducing long-term cell durability. The alternative approach proposed in this study is the optical filtering of incoming solar radiation before it reaches the PV surface, a method known as spectral splitting. In this method, beneficial radiation corresponding to the spectral response range of the PV cells is directly transmitted to the cell through a transparent optical medium, while heat-generating thermal components are absorbed by the thermal part of the system, enabling heat recovery. This reduces the PV cell temperature and increases both electrical and thermal efficiency. In this study, a novel non-imaging concentrator structure and a CPVT system with an integrated optical filter channel are designed, and their performance is evaluated experimentally. Non-imaging concentrators offer advantages such as wide acceptance angles, the ability to collect both direct and diffuse solar radiation, no requirement for tracking systems, and uniform radiation distribution. In this respect, the system offers a simpler, lower-cost, and more applicable solution compared to traditional parabolic trough or Fresnel-type concentrators. In the proposed system, fluids will be tested through a unique optical filter channel integrated into the PV surface; the optical transmittance and thermophysical properties of these fluids will be optimized according to the spectral sensitivity of the PV cells. The aim is not only to achieve high efficiency but also to identify low-cost and field-applicable system components. The study consists of four main steps: design of the concentrating PV/T system and the optical filter channel with ray-tracing analyses and determination of their optical-thermal properties, fabrication of the experimental system, and performance evaluation under real solar irradiation in an outdoor environment.
Benzer Tezler
- Real-time location estimation of an object via moving cameras with fusion image and sensor data
Görüntü ve sensör verilerinin füzyonuyla hareketli kameralarla bir nesnenin gerçek zamanlı lokasyon tahmini
UFUK ASIL
Doktora
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolDokuz Eylül ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EFENDİ NASİBOĞLU
- Enerji, optik sensör ve aktif gıda paketleme alanlarında kullanılmak üzere yüzeyi işlevselleştirilmiş floresans karbon noktaların geliştirilmesi
Development of surface functionalized fluorescence carbon dots for use in energy, optical sensor, and active food packaging areas
MELİS ÖZGE ALAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RÜKAN GENÇ ALTÜRK
- Alternative navigation methods: Fusion of optical flow and visual-inertial pose estimation using EKF
Alternatif navigasyon metotları: EKF kullanılarak, poz tahmini için optik akışı ile görsel ataletliyi füzyon etmektedir
ABDEL SALAM BAWARSHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE KOYUNCU
- Using nitrogen-vacancy center diamond as a quantum sensor for magnetic anomaly detection
Azot-boşluk merkezli kuantum elmas sensörler ile manyetik anomali tespiti
ÖMERTAHA GÜNGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ GELİR