Multi-objective evolutionary optimization of photovoltaic glass for thermal, daylight, and energy consideration
Fotovoltaik camın termal, gün ışığı ve enerji bakımından çok amaçlı evrimsel optimizasyonu
- Tez No: 812494
- Danışmanlar: PROF. DR. ZEHRA TUĞÇE KAZANASMAZ, DOÇ. DR. BAŞAK KUNDAKCI KOYUNBABA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Enerji, Architecture, Energy
- Anahtar Kelimeler: Doğal aydınlatma, Yenilenebilir enerji kaynakları, Daylighting, Renewable energy resources
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son zamanlarda endüstri genişledikçe ve nüfus arttıkça, Dünya'nın enerji tüketimi ve sera gazı emisyonları da artmaktadır. Bu tüketim ve emisyonların yaklaşık %40'ından binalar sorumludur. Binalar, enerji verimli ve sürdürülebilir stratejiler izlenerek tasarlanmalıdırlar. Bina enerji verimliliğini artırmanın ve çevresel etkileri azaltmanın en yaygın yöntemlerinden biri, güneş enerjisini kullanarak yerinde elektrik üreten binaya entegre fotovoltaik sistemlerdir. Bu çalışma, İzmir, Türkiye'deki İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Kampüsü'ndeki bir mimarlık stüdyosunda fotovoltaik cam teknolojisinin potansiyelini keşfetmeyi amaçlamaktadır. Çalışmanın ilk bölümünde, bu teknolojinin termal ve aydınlatma enerjisi tüketimi ve konfor seviyeleri açısından faydalarını test etmek için üç senaryoda simülasyon modellemesi ve saha ölçümleri kullanılmaktadır. Senaryolar, mevcut pencerelerde modellenen üç geçirgenlik değerine sahip amorf silikon ince film modüllerini içermektedir. Araştırma bulguları, fotovoltaik camların odanın aydınlatma yüklerini %15.1 ile %20.3 arasında dengeleme potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Aşırı ısınma ve parlama risklerini önleyerek kullanıcıların termal ve görsel konforunu iyileştirmekte ve soğutma yüklerini de azaltmaktadırlar. İkinci bölümde, sistemin yıllık enerji tüketimi ve gün ışığı performansı açısından optimum potansiyelini keşfetmek için bir genetik optimizasyon algoritması kullanılmaktadır. Tasarım değişkenleri arasında pencere-duvar oranı (pencere boyutu ve konumu) ve optimum Pareto verimliliği oluşturmak üzere amorf silikon ince film güneş pili geçirgenliği yer alır. Optimizasyon hedefleri, yıllık termal (ısıtma ve soğutma) yükleri en aza indirmek ve Mekansal Gün Işığı Otonomisini en üst düzeye çıkarmaktır. Pencere yüzeyine uygulanan düşük emisyonlu yarı saydam amorf silikon fotovoltaik modüllerinin optimize edilmiş sonuçları, Mekansal Gün Işığı Özerkliğinin %82'ye yükseltildiğini, parlama riskinin azaldığını ve bina kullanıcıları için daha yüksek görsel konfor sağladığını göstermektedir. Fotovoltaik modülleri, seçilen odanın mevsimsel ve yıllık aydınlatma yüklerini %26.7'ye kadar düşürmeye yardımcı olmaktadır. Son olarak, optimize edilmemiş fotovoltaik cama kıyasla yıllık %23.2 daha fazla elektrik enerjisi sağlamaktadırlar.
Özet (Çeviri)
As the industry has expanded and the population has increased recently, so have the World's energy consumption and greenhouse gas emissions. Buildings are responsible for almost 40% of this consumption and emissions. They should be designed following energy-efficient and sustainable strategies. One of the most practical methods for increasing building energy efficiency and reducing environmental effects is building-integrated photovoltaic systems, which use solar energy to generate electricity on-site. This thesis explores the potential of photovoltaic glass technology in an architecture studio at the Izmir Institute of Technology Campus in Izmir, Turkey. The initial part of the study uses simulation modeling and field measurements in three scenarios to test the benefits of this technology in terms of thermal and lighting energy consumption and comfort levels. Scenarios included amorphous silicon thin-film modules in three transmittance values modeled in existing windows. Research findings propose that photovoltaic glasses have the potential to balance the room's lighting loads in a range between 15.1-and 20.3%. They improved occupant thermal and visual comfort by preventing overheating and glare risks. They also decreased cooling loads. Then, the study uses a genetic optimization algorithm to explore the optimum potential of the system in terms of annual energy consumption and daylight performance. Design variables are the window-to-wall ratio (i.e., window size and location) and amorphous-silicon thin-film solar cell transmittance to generate optimum Pareto-front solutions for the case building. Optimization objectives are minimizing annual thermal (i.e., heating and cooling) loads and maximizing Spatial Daylight Autonomy. Optimized results of Low-E semi-transparent amorphous-silicon photovoltaic modules applied on the window surface show that the Spatial Daylight Autonomy is increased to 82% with reduced glare risk and higher visual comfort for the occupants. Photovoltaic modules helped reduce the room's seasonal and annual lighting loads by up to 26.7%. Compared to non-optimized photovoltaic glass, they provide 23.2% more annual electrical energy.
Benzer Tezler
- Akış tipi grup çizelgeleme problemleri için hibrit hiper sezgisel yöntem tasarımı
Hybrid hyper heuristic approach design to flowshop group scheduling problems
NİLGÜN İNCE
Doktora
Türkçe
2025
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN HAKAN SELVİ
DOÇ. DR. DERYA DELİKTAŞ
- Hibrit büyük patlama büyük çöküş-nelder mead algoritması kullanarak solar hücre parametre kestirimi
Solar parameter estimation by using hybrid big bang big crunch-nelder mead algorithm
ÖMER GÖNÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN KAAN EROL
- Advanced evolutionary computation for distributionsystem automation
Dağıtım şebekesi otomasyonu için gelişmiş evrimsel algoritmalar
BAHMAN AHMADI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDOĞAN ÖZDEMİR
DR. ÖĞR. ÜYESİ OGUZHAN CEYLAN
- Evolutionary optimization methodology for resonant converter design considering photovoltaic systems
Rezonans dönüştürücü tasarımı için fotovoltaik sistemler dikkate alınarak evrimsel optimizasyon metodolojisi
MOHAMMED SAMI MOHAMMED MOHAMMED
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ REVNA ACAR VURAL
- Çok amaçlı aktarmalı taşıma probleminin bulanık melez evrimsel algoritma ile optimizasyonu
Optimization of the multi-objective transhipment problem with hybrid fuzzy evolutionary algorithm
ALİ VARLI
Doktora
Türkçe
2013
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAN ÇETİN DEMİREL