Termoelektrik etki ile soğutulan bir fotovoltaik panelin performansının analizi

Öz

Fotovoltaik panellerin üreteceği elektrik miktarı, yüzey sıcaklıklarının artması ile azalmaktadır. Bu nedenle fotovoltaik panellerin yüzey sıcaklıklarını düşürmek için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Son yıllarda, bu yöntemlerden biri olarak termoelektrik soğutucuların kullanımı ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, bir fotovoltaik panel termoelektrik soğutucu yardımıyla soğutulmuş ve bu soğutma sonucu gerçekleşen yüzey sıcaklığı azalmasının performansa etkisi teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Termoelektrik soğutucu kullanımı ile iki farklı günde ortalama 3,11^oC ve 4,87^oC’lik sıcaklık düşüşü sağlanmıştır. Enerji ve güç üretiminde, %7,3 ve %6,4 artış gerçekleşmiştir. Bu sayede, birim sıcaklık düşüşü için ortalama %2,3 ve %1,2 güç artışı olmuştur. Aynı zamanda, birim sıcaklık düşüşü ile elde edilen ortalama verim artışı %1,99 ve %1,07 düzeyinde olmuştur. Termodinamik modellemesi yapılan termoelektrik soğutuculu fotovoltaik panelin teorik yüzey sıcaklık ve güç üretim değerleri ölçüm verileri ile karşılaştırılmıştır ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Modelleme çalışması saatlik tipik meteorolojik yıl verileri ile genişletilmiştir. Panel yüzey sıcaklıkları arasındaki farkın Temmuz ayında 12,75^oC’ye kadar ulaştığı görülmüştür. Referans fotovoltaik panelden yıllık 11854,82 Wh enerji üretimi gerçekleşirken, termoelektrik soğutuculu fotovoltaik panelden %20,51’lik artışla yıllık 14285,74 Wh enerji üretimi meydana gelmiştir. Sonuç olarak, termoelektrik soğutucu kullanımının fotovoltaik panelde aylık ortalama %19,63’lük bir enerji üretimi ve verim artışına olanak sağlayabildiği ifade edilebilir.

Anahtar Kelimeler

• Fotovoltaik,sıcaklık etkisi,termoelektrik soğutucu,termodinamik modelleme,enerji verimi

Kaynakça

1. BP, Statistical Review of World Energy, June 2018.
2. IEA, Key World Energy Statistics 2018, September 2018.
3. IRENA, Renewable Capacity Statistics 2018, International Renewable Energy Agency (IRENA), Abu Dhabi, 2018.
4. REN21, Renewables Global Status Report 2018.
5. ISE, Photovoltaics Report Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Freiburg, 27 August 2018.
6. Ezan M.A., Yüksel C., Alptekin E., Yılancı A., Importance of natural convection on numerical modelling of the building integrated PVP/PCM systems, Solar Energy, 159, pp 616–627, 2018.
7. Makki A., Omer S., Sabir H., Advancements in hybrid photovoltaic systems for enhanced solar cells performance, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, pp 658-684, 2015.
8. Du B., Hub E., Kolhec M., Performance analysis of water cooled concentrated photovoltaic (CPV) system, Renewable Sustainable Energy Reviews, 16, pp. 6732-6736, 2012.

9. Sarbu I., Dorca A., A comprehensive review of solar thermoelectric cooling systems, International Journal of Energy Research, 42, pp. 395–415, 2018.
10. Doğdu M.F., Termoelektrik Soğutucuların Performansına Doğrudan Temaslı Isı Değiştiricilerin Etkilerinin Deneysel İncelenmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi-Enerji Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 115 sayfa, 2013.
11. Chen J., Li K., Liu C., Li M., Lv Y., Jia L., Jiang S., Enhanced efficiency of thermoelectric generator by optimizing mechanical and electrical structures, Energies, 10(9), 1329, 2017.
12. Choi J.S., Ko J.S., Chung D.H., Development of a thermoelectric cooling system for a high efficiency BIPV module, Journal of Power Electronics, 10 (2), pp. 187-193, 2010.
13. Kane A., Verm V., Performance enhancement of building integrated photovoltaic module using thermoelectric cooling, International Journal of Renewable Energy Research, 3 (2), pp. 320-324, 2013.
14. Najafi H., Woodbury K.A., Optimization of a cooling system based on Peltier effect for photovoltaic cells, Solar Energy, 91, pp. 152-160, 2013.
15. Ahadi S., Hosein H.R., Faez R., Using of thermoelectric devices in photovoltaic cells in order to increase efficiency, Indian Journal of Scientific Research, 2 (1), 20-26, 2014.
16. Borkar D.S., Prayagi S.V., Gotmare J., Performance evaluation of photovoltaic solar panel using thermoelectric cooling, International Journal of Engineering Research, 3 (9), pp. 536-539, 2014.
17. Benghanem M., Al-Mashraqi A.A., Daffallah K.O., Performance of solar cells using thermoelectric module in hot sites, Renewable Energy, 89, pp 51-59, 2016.
18. WEB, Thermoelectric Cooler TEC1-12706, Hebei I.T. (Shanghai) Co., Ltd., http://peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf, Erişim tarihi: Ekim 2018.
19. Evans, D. L., & Florschuetz, L. W., Cost studies on terrestrial photovoltaic power systems with sunlight concentration, Solar Energy, 19(3), pp. 255-262, 1977.
20. Luo Y., Zhang L., Liu Z., Wang Y., Meng F., Wu J., Thermal performance evaluation of an active building integrated photovoltaic thermoelectric wall system, Applied Energy, 177, pp. 25–39, 2016.
21. Wong L.T., Chow W.K., Solar radiation model, Applied Energy, 69, pp. 191–224, 2001.
22. Zhang, H.Y., A general approach in evaluating and optimizing thermoelectric coolers, International Journal of Refrigeration, 33, pp. 1187-1196, 2010.
23. Kumar R.S., Priyadharshini N.P., Natarajan E., Experimental and numerical analysis of photovoltaic solar panel using thermoelectric cooling, Indian Journal of Science and Technology, 8(36), pp 1-9, 2015.
24. Kumar R.S., Priyadharshini N.P., Natarajan E., Experimental and numerical analysis of photovoltaic solar panel using thermoelectric cooling, Indian Journal of Science and Technology, 8(36), pp 1-9, 2015.
25. Jones A.D., Underwood C.P., A thermal model for photovoltaic systems, Solar Energy, 70 (4), pp. 349–359, 2001.
26. WEB, European Commission, Photovoltaic Geographical Information System, http://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html, Erişim tarihi: Ekim 2018.