Comparison of Different Types of Photovoltaic Solar Panels' Performance and Efficiency for Düzce from 2014 to 2019 Years Summertime

Abstract

Technology, which is indispensable in the modern world, has made human beings dependent on energy. Much of the world’s global energy comes from fossil fuels which are harmful to people and the environment and also really expensive. Those negativities push the nations to investigate new energy sources and have in have increased the interest and investment in renewable energy. Solar energy is one of the most environmentally friendly, abundant, cheap and healthy natural energy sources. A study has been started in Düzce University to benefit from solar energy in order to contribute to our country and the world. Düzce University Scientific and Technological Research Application and Research Center (DUBIT) installed three photovoltaic panels of amorphous silicon (a-Si), polycrystalline silicon (pc-Si), and monocrystalline silicon (mc-Si). The three installed panels produce a total power of 7.5 kW such that 2.5 KW of power are produced by each panel independently. In this study, the efficiency, performance, radiation, and total daily energy values generated by the photovoltaic panels used, based on the summer months (May, June, July, August) for the years 2014 to 2019, six-years analyses were completed. According to the analyses and calculations carried out, the performance and efficiency of the panels over the years were evaluated in the climatic conditions of Düzce. Analysis of the results obtained, it was concluded that the PV panel m-Si is the highest type of panel with an efficiency of 12.8% and performance of 87.6%. Furthermore, it was observed that the summer months of 2015 were the year in which all photovoltaic panels operated with the highest efficiency. 

Keywords

• Photovoltaic systems
• Performance analyzing
• Efficiency.

Farklı Tipteki Fotovoltaik Güneş Panellerinin Düzce için 2014-2019 Yılları Arası Yaz Ayları Performans ve Verimlilik Analizi

Abstract

Modern dünyanın vazgeçilmezi olan teknoloji, insanoğlunu enerjiye bağımlı hale getirmiştir. Kullanılan enerjinin sadece fosil yakıtlardan karşılanması insan sağlığına, ekonomiye ve çevreye hayli zarar vermektedir. Ulusları, yeni enerji kaynakları arayışına iten bu gibi olumsuzluklar yenilenebilir enerjiye olan ilgiyi ve yatırımı artırmıştır. Çevre dostu, bol, ucuz ve sağlıklı doğal enerji kaynakları başında güneş enerji gelmektedir. Ülkemize ve dünyamıza katlı sağlamak adına Düzce Üniversitesinde güneş enerjisinden faydalanmak üzere bir çalışma başlatılmıştır. Düzce Üniversitesi Bilimsel ve Teknolojik Araştırmalar Uygulama ve Araştırma Merkezi (DÜBİT)’in çatısına toplam 7,5 kW kurulu güce sahip ve her biri 2,5 kW gücünde; amorf silisyum (a-Si), polikristal silisyum (p-Si) ve mono kristal silisyum (m-Si) fotovoltaik paneller Ekim 2013’de kurulmuştur. Bu çalışmada, söz konusu fotovoltaik panellerin verim, performans, ışınım ve günlük toplam üretilen enerji değerlerinin, 2014-2019 yılları yaz ayları (mayıs, haziran, temmuz, ağustos) baz alınarak 6 yıllık analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler ve hesaplamalar ışığında, panellerin yıllara göre performans ve verimleri Düzce şehri iklim koşullarında değerlendirilmiştir. Elde edilen analizler doğrultusunda, m-Si fotovoltaik paneli %12,8 verim ve % 87,6 performans ile en yüksek panel türü olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca tüm panellerin en etkili verim ve performans ile çalıştığı yıl olarak 2015 yılının yaz ayları olduğu görülmüştür.

Keywords

• Fotovoltaik paneller
• Performans analizi
• Verimlilik.
• Photovoltaic systems
• Performance analyzing
• Efficiency.

References

1. [1]W. Fulkerson, R. R. Judkins, and M. K. Sanghvi, “Energy from fossil fuels,” Scientific American, vol. 263 , no. 3, pp. 128–135, 1990.
2. [2]G. Akin, “Küresel ısınma, nedenleri ve sonuçları,” Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi Dergisi, vol. 46, no. 2, Art. no. 2, 2017.
3. [3]SK. A. Shezan et al., “Performance analysis of an off-grid wind-PV (photovoltaic)-diesel-battery hybrid energy system feasible for remote areas,” Journal of Cleaner Production, vol. 125, pp. 121–132, 2016.
4. [4]J. Antonanzas, N. Osorio, R. Escobar, R. Urraca, F. J. Martinez-de-Pison, and F. Antonanzas-Torres, “Review of photovoltaic power forecasting,” Solar Energy, vol. 136, pp. 78–111, 2016.
5. [5]L. Szabó, “The history of using solar energy”, 2017 International Conference on Modern Power Systems (MPS), Romania, 2017, pp. 1–8.
6. [6]A.R. Dal, "Güneş enerji panellerindeki optimum eğim açısının verime etkisinin incelenmesi." Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, c.8, s.1, 2021.
7. [7]A. S. Papadogiannis, N. S. Papadogianni, A. Carabelas, S. Tsitomeneas, P. Kyraggelos, and T. G. Chondros, “The mirror weapon in archimedes era,” in Proceedings of EUCOMES 0 , pp. 29–36, 2009.
8. [8]H. Spanggaard and F. C. Krebs, “A brief history of the development of organic and polymeric photovoltaics,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 83, no. 2, pp. 125–146, 2004.

9. [9]D. M. Chapin, C. S. Fuller, and G. L. Pearson, “A new silicon p‐n junction photocell for converting solar radiation into electrical power,” Journal of Applied Physics, vol. 25, no. 5, pp. 676–677, 1954.
10. [10]İ. Kayri̇, “Güneş panelleri ile üretilen enerjinin ortam bilgileri kullanılarak yapay sinir ağlarıyla tahmini”, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fırat Üniversitesi, Elazığ, Türkiye, 2017.
11. [11]J. Mundo-Hernández, B. de Celis Alonso, J. Hernández-Álvarez, and B. de Celis-Carrillo, “An overview of solar photovoltaic energy in Mexico and Germany”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 31, pp. 639–649, 2014.
12. [12]M. Y. Zargar, M. Mufti, and S. A. Lone, “Modelling and control of wind solar hybrid system using energy storage system”, 2016 International Conference on Computing, Communication and Automation (ICCCA), India, 2016, pp. 965–970.
13. [13]Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakalığı. (2021, 5, Nisan). “T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2019-2023 Stratejik Plan” [Çevrimiçi]. Erişim: https://www.enerji.gov.tr/merkeziteskilatlar
14. [14]Seda Cebesi, “Türkiye’de Güneş enerjisinden Elektrik Üretim Potansiyelinin Değerlendirilmesi”, TC. Kalkınma Bakanlığı, Türkiye, Yıllık Değerlendirme Raporu, 2017.
15. [15]Düzce İl Kültür ve Turizm Müdürlüğü. (2021, 05, Nisan). “İklimi ve bitki örtüsü.” [Çevrimiçi]. Erişim: https://duzce.ktb.gov.tr/TR-211369/iklimi-ve-bitki-ortusu.html
16. [16]Ü. Koç , “Güneş enerjisi ve ekonomik büyüme”, Ekonomi Politika ve Finans Araştırmaları Dergisi, c. 6i s.2, ss.515-533, 2021.
17. [17]Düzce Ticaret Borsası, (2021, 05 Nisan). “Düzce Hakkında” [Çevrimiçi]. Erişim: https://www.duzcetb.org.tr/icerik/duzce-hakkinda
18. [18]Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakalığı. (2021, 5, Nisan). “T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Merkezi Teşkilatlar.” [Çevrimiçi]. Erişim: https://www.enerji.gov.tr/merkeziteskilatlar
19. [19]E. Elibol, Ö. T. Özmen, N. Tutkun, and O. Köysal, “Outdoor performance analysis of different PV panel types,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 67, pp. 651–661, 2017.
20. [20]C. Cañete, J. Carretero, and M. Sidrach-de-Cardona, “Energy performance of different photovoltaic module technologies under outdoor conditions,” Energy, vol. 65, pp. 295–302, 2014.
21. [21]T. Minemoto, Y. Nakada, H. Takahashi, and H. Takakura, “Uniqueness verification of solar spectrum index of average photon energy for evaluating outdoor performance of photovoltaic modules,” Solar Energy, vol. 83, no. 8, pp. 1294–1299, 2009.
22. [22]A. Massi Pavan, A. Mellit, and D. De Pieri, “The effect of soiling on energy production for large-scale photovoltaic plants,” Solar Energy, vol. 85, no. 5, pp. 1128–1136, 2011.
23. [23]P. G. V. Sampaio and M. O. A. González, “Photovoltaic solar energy: conceptual framework,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 74, pp. 590–601, 2017.
24. [24]K. Mertens, “Photovoltaics fundamentals technology and practice”, Wiley, 2nd ed., New York, NY, USA: Wiley, 2018, pp. 83-86.
25. [25]R. Garner, (2021, Apr. 05,). “Solar irradiance” NASA, [Online]. Available:http://www.nasa.gov/mission_pages/sdo/science/solar-irradiance.html
26. [26]A. Massi Pavan, A. Mellit, and D. De Pieri, “The effect of soiling on energy production for large-scale photovoltaic plants,” Solar Energy, vol. 85, no. 5, pp. 1128–1136, 2011.
27. [27]D. Micheli, S. Alessandrini, R. Radu, and I. Casula, “Analysis of the outdoor performance and efficiency of two grid connected photovoltaic systems in northern Italy,” Energy Conversion and Management, vol. 80, pp. 436–445, 2014.
28. [28]J. H. So, Y. S. Jung, G. J. Yu, J. Y. Choi, and J. H. Choi, “Performance results and analysis of 3kW grid-connected PV systems,” Renewable Energy, vol. 32, no. 11, pp. 1858–1872, 2007.
29. [29]A. Tahri, S. Silvestre, F. Tahri, S. Benlebna, and A. Chouder, “Analysis of thin film photovoltaic modules under outdoor long term exposure in semi-arid climate conditions,” Solar Energy, vol. 157, pp. 587–595, 2017.
30. [30]Y. Su, L.-C. Chan, L. Shu, and K.-L. Tsui, “Real-time prediction models for output power and efficiency of grid-connected solar photovoltaic systems,” Applied Energy, vol. 93, pp. 319–326, 2012.
31. [31]M. Malvoni, A. Leggieri, G. Maggiotto, P. M. Congedo, and M. G. De Giorgi, “Long term performance, losses and efficiency analysis of a 960kWP photovoltaic system in the Mediterranean climate,” Energy Conversion and Management, vol. 145, pp. 169–181, 2017.
32. [32]A. J. Carr and T. L. Pryor, “A comparison of the performance of different PV module types in temperate climates,” Solar Energy, vol. 76, no. 1, pp. 285–294, 2004.