Energy Efficiency of Photovoltaic Cells According to Panel Angles

Year 2024, Volume: 16 Issue: 2, 573 - 584, 30.06.2024

Reşit Kara , Merve Ekici , Gürcan Yıldırım

https://doi.org/10.29137/umagd.1379997

Abstract

As the need for energy, one of the most important problems today, increases and becomes increasingly serious due to environmental concerns, research and activities on renewable energy resources have rapidly gained importance. Therefore, solar energy is one of the most important alternatives as sustainable energy, both because of its inexhaustible source and because it is harmful to the environment. Photovoltaic cells are systems that convert photon energy from the sun into electrical energy. Efficient operation of photovoltaic cells depends on determining the panel angles. Optimizing the tilt angle of the PV modules and optimally orienting them to face the sun positively affects the amount of electrical energy to be produced from the systems. In this study, the working principle of photovoltaic cells according to panel angles and the factors related to energy efficiency as a result of these measurements will be examined meticulously. In line with the results obtained, it has been discussed that the effects of the sun's movement throughout the day and seasonal changes on energy production, and the dynamic change of panel angles increase the electrical energy production efficiency. In this context, it will also be investigated how more flexible and adaptive photovoltaic systems can be designed with the use of advanced technologies. In conclusion, this study will provide an in-depth understanding of how photovoltaic cells can operate more effectively depending on panel angles and will make a valuable contribution to research on the future increasing importance of solar energy use.

Keywords

Photovoltaic (PV) Panels, Electricity Generation, Energy Efficiency, Temperature

Ethical Statement

-

Supporting Institution

-

Project Number

-

Thanks

-

Fotovoltaik Hücrelerin Panel Açılarına Göre Enerji Verimliliği

Abstract

Günümüzdeki en önemli sorunlardan biri olan enerji ihtiyacı artması ve çevresel endişelerden dolayı sürekli yükselen bir şekilde ciddiyet kazanmasıyla, yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik araştırmalar ve faaliyetler hızlı bir şekilde önem kazanmıştır. Bu yüzden güneş enerjisi hem tükenmeyen kaynağı yüzünden hem de çevreye zararı al olması nedeniyle sürdürülebilir enerji olarak en önemli alternatiflerden biridir. Fotovoltaik hücreler, güneşten gelen foton enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Fotovoltaik hücrelerin verimli bir şekilde çalışması, panel açılarının belirlenmesine bağlıdır. PV modüllerinin eğim açısını optimize etmek ve doğrudan güneşe bakacak optimum şekilde yönlendirmek sistemlerden üretilecek elektrik enerji miktarını pozitif olarak etkiler. Bu çalışmada, fotovoltaik hücrelerin panel açılarına göre çalışma prensibi ve bu ölçümler neticesinde enerji verimliliğine dair etmenler titizlikle incelenecektir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, güneşin gün boyu hareketi ve mevsimsel değişimlerin enerji üretimine olan etkileri, panel açılarının dinamik olarak değişmesi, elektrik enerji üretim verimini arttırdığı tartışılmıştır. Bu bağlamda, gelişmiş teknolojilerin kullanımıyla daha esnek ve adaptif fotovoltaik sistemlerin nasıl tasarlanabileceği de araştırılacaktır. Sonuç olarak, bu çalışma, fotovoltaik hücrelerin panel açılarına bağlı olarak nasıl daha etkili bir şekilde çalışabileceğine dair derinlemesine bir anlayış sağlayacak ve güneş enerjisi kullanımının gelecekteki artan önemine yönelik araştırmalara değerli bir katkı sunacaktır.

Keywords

Fotovoltaik (PV) Paneller, Elektrik Üretimi, Enerji Verimliliği, Sıcaklık

Project Number

-

References

• Abed, F. ve Al-Salami, Q. H. (2021). Calculate the best slope angle of photovoltaic panels theoretically in all cities in Turkey. International Journal of Environmental Science and Technology, 19(10), 9639–9654. doi:10.1007/s13762-021-03797-y
• Aksungur, K.M., Kurban, M. ve Filik, Ü. (2013). Türkiye’nin Farklı Bölgelerindeki Güneş Işınım Verilerinin Analizi ve Değerlendirilmesi, Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu.
• Anonim. (2023a). T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı/Meteoroloji Genel Müdürlüğü. URL: https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=BOLU (Erişim tarihi: 25 Ocak 2024).
• Anonim. (2023b). T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı/Meteoroloji Genel Müdürlüğü. URL: https://www.mgm.gov.tr/kurumici/radyasyon_iller.aspx?il=bolu (Erişim tarihi: 25 Ocak 2024).
• Anonim. (2023c). T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-elektrik#:~:text=2023%20y%C4%B1l%C4%B1%20Aral%C4%B1k%20ay%C4%B1%20sonu,s%C4%B1%20ise%20di%C4%9Fer%20kaynaklar%20%C5%9Feklindedir. (Erişim tarihi: 25 Ocak 2024).
• Ayrancı, E. (2011). TR42 Doğu Marmara Bölgesi Yenilenebilir Enerji Raporu, MARKA Kalkınma Ajansı, Kocaeli.
• Bakirci, K. (2012). General models for optimum tilt angles of solar panels: Turkey case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(8), 6149–6159. doi:10.1016/j.rser.2012.07.009
• Branker, K. Pathak, M.J.M. Pearce, J.M. (2011a). A review of solar photovoltaic levelized cost of electricity, Renew. Sustain. Energy Rev., 15 (9), 4470-4482.
• Branker, K., Shackles, E., J.M. Pearce, (2011b). Peer-to-peer financing mechanisms to accelerate renewable energy deployment J. Sustain. Finance Invest., 1 (2), 38-155.
• Bilgili, M. E. ve Dağtekin, M. (2017). Fotovoltaik Piller ile Elektrik Üretiminde Uygun Eğim Açısının ve Yıllık Oluşan Enerji Farkının Belirlenmesi. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi, 156-167.
• Conceição, R., Silva, H. G., Fialho, L., Lopes, F. M. ve Collares-Pereira, M. (2019). PV system design with the effect of soiling on the optimum tilt angle. Renewable Energy, 133, 787–796. doi:10.1016/j.renene.2018.10.080
• Engin, A. Y. ve Pamuk, N. (2023). Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Farabi Yerleşkesindeki Elektrik Enerjisi İhtiyacının Güneş Enerjisi Santralleri Kurularak Elde Edilmesi ve Ekonomik Analizi. Black Sea Journal of Engineering and Science, 173-184. doi.org/10.34248/bsengineering.1271586
• Fang, K., Uhan, N., Zhao, F., Sutherland, J.W. (2011). A new approach to scheduling in manufacturing for power consumption and carbon footprint reduction, J. Manuf. Syst., 30 (4) 234-240.
• GEPA. 2024. Güneş enerjisi potansiyel atlası. T.C. Enerji İşleri Genel Müdürlüğü. URL: https://gepa.enerji.gov.tr/MyCalculator/ (erişim tarihi: 25 Ocak 2024).
• Güner, E., Iğdır İlinde Güneş Enerjisi Uygulamaları için Optimum Panel Eğim Açısının Belirlenmesi, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13(4), 2905-2914, 2023
• Jacobson, M. Z. ve Jadhav, V. (2018). World estimates of PV optimal tilt angles and ratios of sunlight incident upon tilted and tracked PV panels relative to horizontal panels. Solar Energy, 169, 55–66. doi:10.1016/j.solener.2018.04.030
• Kacira, M., Simsek, M., Babur, Y. ve Demirkol, S. (2004). Determining optimum tilt angles and orientations of photovoltaic panels in SANLIURFA, Turkey. Renewable Energy, 29(8), 1265–1275. doi:10.1016/j.renene.2003.12.014
• Karaağaç MO, Oğul H, Bardak S. 2020. Kanatlı hayvan çiftliği için güneş enerji sisteminin tasarımı ve maliyet hesabı. Düzce Üniver Bilim Teknol Derg, 8(1), 712. https://doi.org/10.29130/dubited.490154.
• Kocalmış B.A. ve Emikönel S. (2021). Nevşehir ili güneş enerji potansiyelinin analizi ve kurulu güneş enerji santralleri, Avrupa Bilim Teknol Derg, 24: 289-294. https://doi.org/10.31590/ejosat.900024.
• Koç, E. ve Kaya, K. (2015). Enerji kaynakları-yenilenebilir enerji durumu. Müh. Mak, 56, 36-47.
• Kurak, E., Erdemir, V. ve Dursun, B. (2016). PV Sistemin İçin Maksimum Güç Noktası İzleyicisi Tasarımı ve Uygulaması, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4, 581-592
• Pearce, J.M. (2002). Photovoltaics -a path to sustainable futures, Futures, 34 (7), 663-667
• Selim Saral, Y. (2023). Fotovoltaik panel verimliliği ve maksimum güç noktası izleme. Anadolu Bil Meslek Yüksekokulu Dergisi, 18 (67), 1-25. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/abmyoder/issue/79061/1291377
• Shaker, A.K., Al-Sayyab, Z.Y., ve Al Tmari, M.K. (2019). Taher Theoretical and experimental investigation of photovoltaic cell performance, with optimum tilted angle: Basra city case study. Case Stud. Therm. Eng., 14, 100421, 10.1016/j.csite.2019.100421
• Singh, P.P., Singh, S. (2010). Realistic generation cost of solar photovoltaic electricity, Renewable Energy, 35 (3), 563-569
• Smalley, R.E. (2005). Future Global Energy Prosperity: The Terawatt Challenge. MRS.
• Şahin, M. (2019). Determining optimum tilt angles of photovoltaic panels by using artificial neural networks in Turkey. Tehnicki Vjesnik - Technical Gazette, 26(3). doi:10.17559/tv-20160702220418
• Ulgen, K. (2006). Optimum tilt angle for solar collectors. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 28(13), 1171–1180. doi:10.1080/00908310600584524