PV/T Tabanlı Bir Sistemde MATLAB/Simulink Kullanılarak Yapılan Performans Analizi

Öz

Bu çalışmada, fotovoltaik/termal (PV/T) kolektörlerin elektriksel ve termal verim analizi yapılmıştır. Bu amaçla, sıcak su karşılama ve elektrik enerjisi üretimi için uygun olan Sıvı Tip Düz PV/T Kolektör sistemi tercih edilmiştir. Bu tip sistemlerin maksimum verimle çalışabilmesi için sızdırmazlık faktörü, ışınım, giriş sıcaklığı, ortam sıcaklığı, emici plaka parametreleri (tüp aralığı, boru çapı, kanatçık kalınlığı vb.), emici plakadaki akışkanın termal iletkenliği gibi çeşitli parametreler göz önünde bulundurulmalıdır. PV/T kolektörlerin termal verimliliği, giriş sıcaklığı ile ortam sıcaklığı (Ti-Ta) arasındaki sıcaklık farkının kolektör yüzeyine düşen global güneş radyasyonuna (G) oranından önemli ölçüde etkilenmektedir. (Ti-Ta)/G oranının artması termal verimin düşmesine sebep olmaktadır. Ayrıca, termal verime etki eden diğer faktörler sızdırmazlık faktörü (s) ve farklı kanatçık oranı (d/w) değerleridir. d/w oranının artması kolektör alanının artması ve PV modül sıcaklığının düşmesine sebep olduğundan elektriksel verim artışı da sağlamaktadır. PV/T sistemlerdeki önemli sorun, tüm bu parametrelerin göz önünde bulundurularak optimum verim elde edilebilmesidir.

Bu çalışmada, PV/T kolektörün MATLAB/Simulink modeli, matematiksel eşitliklerinden faydalanılarak hazırlanmıştır. Bu model üzerinde, tasarım parametreleri ile bunların termal ve elektriksel verime etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışma ile PV/T kolektörden elde edilen maksimum termal verim %64,5, elektriksel verim %13,5 ve toplam verim %78 olarak tespit edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler

• Fotovoltaik/Termal sistemler,PV/T performans analizi,güneş enerjisi

Performance Analysis of a PV/T Based System by Using MATLAB/Simulink

Öz

In this study, electrical and thermal efficiency analyses of photovoltaic/thermal (PV/T) collectors were performed. For this purpose, a liquid type flat PV/T collector system which is suitable for hot water supply and electrical power production is used. Various parameters such as sealing factor, radiation, inlet temperature, ambient temperature, absorbent plate parameters (tube spacing, pipe diameter, flap thickness, etc.) and the thermal conductivity of the fluid in the absorbent plate must be taken into consideration for such systems to operate with maximum efficiency. The thermal efficiency of the PV/T collectors is significantly influenced by the ratio of the temperature difference between the inlet temperature and the ambient temperature (Ti-Ta) to the global solar radiation (G) falling on the collector surface. (Ti-Ta) / G ratio increase decreases the thermal efficiency. In addition, other factors affecting thermal efficiency are the sealing factor (s) and the different flap ratio (d/w) values. The increase of the d/w ratio also increases the collector area and decreases the PV module temperature, thus increasing the electrical efficiency. The major problem in PV/T systems is that optimum efficiency can be achieved by considering all these parameters.

In this study, a MATLAB/Simulink model of PV/T collector was prepared by using mathematical equations. With the help of this model, the design parameters and their effects to thermal and electrical efficiency were investigated. The maximum thermal efficiency, electrical efficiency and total efficiency of the PV/T collector were determined as 64.5%, 13.5% and 78%, respectively.

Anahtar Kelimeler

• Photovoltaic/Thermal systems,PV/T performance analysis,solar energy

Kaynakça

1. [1]http://www.enerji.gov.tr/File/?path=ROOT%2F1%2FDocuments%2FSekt%C3%B6r%20Raporu%2FTP_HAM_PETROL-DOGAL_GAZ_SEKTOR_RAPORU__2015.pdf (Kasım 2016)
2. [2] Silva R.M., Fernandes J.L.M., “Hybrid photovoltaic/thermal (PV/T) solar systems simulation with Simulink/Matlab”, Solar Energy, 84:1985–1996, (2010)
3. [3] Farshchimonfared M., Bilbao J.I., Sprou A.B., “Full optimisation and sensitivity analysis of a photovoltaic–thermal (PV/T) air system linked to a typical residential building”, Solar Energy, 136: 15–22, (2016)
4. [4] Ammous M., Charfi S., Harb A., Chaabene M., “Improvement of PV/T Based Reverse Osmosis Desalination Plant Performances Using Fuzzy Logic Controller”, International Journal of Modern Nonlinear Theory and Application, 5: 11-27, (2016)
5. [5] Jones M.A., Odeh I., Haddad M., Mohammad A.H., Quinn J.C., “Economic analysis of photovoltaic (PV) powered water pumping and desalination without energy storage for agriculture”, Desalination, 387: 35–45, (2016)
6. [6] Sotehi O., Chaker A., Maalouf C., “Hybrid PV/T water solar collector for net zero energy building and fresh water production. A theoretical approach”, Solar Energy, 385:1-11, (2016)
7. [7] Ammous M., Chaabene M., “Design of a PV/T based desalination plant: Concept and Assesment”, The fifth International Renewable Energy Congress IREC, Tunisia, pp.1-6, (2014).
8. [8] Lal S., Kumar P., Rajora R., “Performance analysis of photovoltaic based submersible water pump”, International Journal of Engineering and Technology (IJET), 5: 552-560, (2013)

9. [9] Qiu Z., Ma X., Zhao X., Li P., Ali S., “Experimental investigation of the energy performance of a novel Micro-encapsulated Phase Change Material (MPCM) slurry based PV/T system”, Applied Energy, 165: 260–271, (2016)
10. [10] Michael J.J., Iniyan S., Ranko G., “Flat plate solar photovoltaic–thermal collector (PV/T) systems: A reference guide”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51: 62-88, (2015)
11. [11] Celsa G., Tina G.M., “MATLAB/Simulink Model of Photovoltaic Modules/Strings under Uneven Distribution of Irradiance and Temperature”, 6th International Renewable Energy Congress (IREC), Tunisia, (2015)
12. [12] Engin D., “Yapı ile bütünleştirilebilir güneş pili/ termal toplayıcı (pv/t) hibrid sistemin performans analizi ve optimizasyonu”, Doktora Tezi, Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2006).
13. [13] Farghally H.M., Ahmed N.M., El-madany N.M., Atia D.M., Fahmy F.H., “Design and Sensitivity Analysis of Photovoltaic/Thermal Solar Collector”, International Energy Journal, 15: 21-32, (2015)
14. [14] Hu M., Zheng R., Pei G., Wang Y.,, Li J., Ji J., “Experimental study of the effect of inclination angle on the thermal performance of heat pipe photovoltaic/thermal (PV/T) systems with wickless heat pipe and wire-meshed heat pipe”, Applied Thermal Engineering, 106: 651–660, (2016)
15. [15] Dean J., McNutt P., Lisell L., Burch J., Jones D., Heinicke D., “Photovoltaic-Thermal New Technology Demonstration”, National Renewable Energy Laboratory, (2015)
16. [16] Kaya M., “Thermal and Electrical Performance Evaluation of PV/T Collectors in UAE”, Yüksek Lisans, School of Industrial Engineering and Management, (2013). [17]http://www.enerjibodrum.com/?product=1701844&pt=BODRUM%20%C4%B0STEK%20G%C3%9CNE%C5%9E%20ENERJ%C4%B0S%C4%B0 (Ocak 2018)