Investigation of Optimum Pv Panel, Efficiency, Power Depend on Instant Solar Radiation and Environmental Factors

Abstract

In this study, PV panels; By calculating the instantaneous total radiation values; The monthly, seasonal and annual optimum tilt angles were found, and the effects of parameters such as environmental temperature and wind speed on panel efficiency and panel electrical power were investigated. In the different method of optimum tilt angle calculation used in this study; The sum of instantaneous total radiation values coming on the titled surface during the day was calculated and this calculation was made separately for 365 days. Thus, daily, monthly, seasonal and annual radiation calculations were made and optimum tilt angle values that maximize these radiation values were obtained. The results obtained were found to be 3-5 degrees different from the optimum tilt angle values obtained by using monthly average radiation values. These calculations were made for 6 different provinces and optimum tilt angles were found. In case the PV panels are placed with the optimum tilt angle, the instantaneous radiation on the panel, instantaneous panel efficiencies and generated electrical power values were calculated. In these calculations, the effect of environmental temperature and wind speed is also taken into account.

Keywords

• Solar PV
• efficiency and power
• optimum tilt angle
• PV temperature
• wind speed

ANLIK IŞINIM ŞİDDETİ VE ÇEVRESEL FAKTÖRLERE BAĞLI OPTİMUM PV PANEL AÇISI, VERİM, GÜÇ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Bu çalışmada PV panellerinin; anlık ışınım şiddeti değerlerinin hesabıyla; aylık, mevsimlik ve yıllık optimum eğim açıları bulunmuş, çevre sıcaklığı ve rüzgar hızı gibi parametrelerin panel verimleri ve panel elektrik gücü üzerinde etkileri incelenmiştir. Bu çalışmada kullanılan farklı optimum eğim açısı hesaplama yönteminde; eğik düzlem üzerine gelen anlık ışınım değerlerinin gün boyunca toplamı hesaplanmış ve bu hesaplama 365 gün için ayrı ayrı yapılmıştır. Böylece günlük, aylık, mevsimlik ve yıllık ışınım hesaplamaları yapılarak bu ışınım değerlerini maksimum yapan optimum açı değerleri elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, aylık ortalama günlük ışınım değerleri kullanılarak bulunan optimum eğim açısı değerlerinden 3-5 derece daha farklı bulunmuştur. Bu hesaplamalar 6 farklı il için yapılarak optimum eğim açıları bulunmuş, PV panellerinin optimum eğim açısı ile yerleştirilmesi durumunda panel üzerine gelen anlık ışınım, anlık panel verimleri ve üretilen elektrik gücü değerleri hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda çevre sıcaklığı ve rüzgar hızının etkisi de dikkate alınmıştır.

Keywords

• Güneş PV
• optimum açı
• verim ve güç
• panel sıcaklığı
• rüzgar hızı

References

1. Akhsassi, M.,A. El Fathi, N. Erraissi, N. Aarich, A. Bennouna⁎ , M. Raoufi, A. Outzourhit (2018) Experimental investigation and modeling of the thermal behavior of a solar PV modüle, Solar Energy Materials and Solar Cells, 180, 271-279.
2. Aly, S.P., Ahzi, S., Barth, N. (2019) Effect of physical and environmental factors on the performance of a photovoltaic panel, Solar Energy Materials and Solar Cells, 200, 1-9.
3. Arslanoglu, N.,Yigit, A., Eker, B. S.(2020) Investigation of wind speed effect on different mounted PV systems using satellite data, Sustainable Energy, 39,4, 1-10.
4. Bakirci, K. (2012) General models for optimum tilt angles of solar panels:Turkey case study, Renewable and Sustainable Energy Reviews,16,6149–6159. doi.org/10.1016/j.rser.2012.07.009.
5. Barroso, J. S., Barth, N., Correia, J. P. M., Ahzi, S. ve Khaleel, M. A. (2016) A computational analysis of coupled thermal and electrical behavior of PV panels, Solar Energy Materials and Solar Cells, 148, 73-86. doi.org/10.1016/j.solmat.2015.09.004
6. Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (1974). Solar energy thermal processes. University of Wisconsin-Madison, Solar Energy Laboratory, Madison, WI.
7. Gökmen, N., Hu, W., Hou, P., Chen, Z., Sera, D. and Spataru S. (2016) Investigation of wind speed cooling effect on PV panels in windy locations, Renewable Energy, 90, 283-290, 2016. doi.org/10.1016/j.renene.2016.01.017
8. Hafez, A. Z., Soliman, A., El-Metwally, K. A., and Ismail, I. M. (2017) Tilt and azimuth angles in solar energy applications–A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 77, 147-168. doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.131

9. https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/, Erişim Tarihi: 11.12.2019, Konu: Meteorolojik bilgi elde etmek.
10. https://www.mgm.gov.tr, Erişim tarihi: 09.11.2019, Konu: Meteorolojik bilgi elde etmek.
11. https://www.yegm.gov.tr, Erişim tarihi: 05.11.2019, Konu: Meteorolojik bilgi elde etmek.
12. Işık, E., & Inallı, M. (2018). Artificial neural networks and adaptive neuro-fuzzy inference systems approaches to forecast the meteorological data for HVAC: The case of cities for Turkey. Energy, 154, 7-16.
13. Notton, G., Cristofari, C., Mattei, M. ve Poggi, P. (2005) Modelling of a double-glass photovoltaic module using finite differences, Applied Thermel Engineering, 25,2854–2877. doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.02.008
14. Skoplaki, E., Boudouvis, A.G., Palyvos J.A. (2008) A simple correlation for the operating temperature of photovoltaic modules of arbitrary mounting, Solar Energy Materials and Solar Cells, 92, 1393-1402.
15. Ulgen, K. ve Hepbasli, A., (2003) Comparison of the diffuse fraction of daily and monthly global radiation for Izmir, Turkey, Energy Sources, 25, 637–649.
16. Vogt, M.R., Holstb, H., Wintera, M., Brendela, R. ve Altermatta, P.P. (2015) Numerical modeling of c-Si PV modules by coupling thesemiconductor with the thermal conduction, convection and radiation equations, 5th International Conference on Silicon Photovoltaics, Silicon PV.
17. Yıldırım, E ve Aktacir, M.A. (2019) Binaya entegre fotovoltaik sistemlerde azimut ve eğim açısı etkilerinin incelenmesi, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34(2), 609-620.
18. Yiğit, A ve Atmaca, İ. (2018), Güneş Enerjisi, Dora Yayınevi, BURSA.