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: Belirtilmemiş.
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
- Farklı iklim tipleri için sıfır enerjili bina tasarımı
Zero energy building design for different types of climates
BURCU SAGLAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ARISOY
- 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
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP
- Avlulu binalarda doğal havalandırma ve soğutma açısından rüzgar etkisi ile oluşacak hava akımlarına yüzey açıklıklarının etkisinin deneysel incelenmesi
A Wind tunnel investigation of the effects of the surface's apertures on wind velocity and air-flow in the courtyards from the point of view of the natural ventilation and passive cooling
ENES YAŞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VİLDAN OK
- Güneş bacası ve toprak-hava ısı değiştiricisi hibrit sisteminin bir bina için pasif soğutmada kullanılması
Passive cooling technology for a building by using solar chimney and earth to air heat exchanger hybrid system
NACİ KALKAN
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN DAĞTEKİN
- Nanopartikül şekil etkisinin ve iletken köşe bölmesinin nanoakışkanla dolu bir kavitede doğal taşınıma etkisinin sayısal analizi
Effect of the nanoparticle shape and conducting corner partition on the natural convection in a nanofluid filled square cavity
ASLI AKYOL İNADA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiCelal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH SELİMEFENDİGİL