Spektral ışın ayırıcılı yoğunlaştırılmış fotovoltaik/ısıl hibrit kolektör ile hidrojen üretiminin araştırılması

Abstract

Hidrojen yüksek enerji içeriğine sahip olması ve çevreye zararı olmayan bir element olması nedeniyle geleceğin sentetik yakıtı ve enerji taşıyıcısı olarak görülmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları ile elde edilebilen hidrojen düşük sistem verimlilikleri ve yüksek maliyetlerden dolayı genellikle fosil kaynaklardan elde edilmektedir. Temiz ve sürdürülebilir çevreye geçişin anahtarı, yenilenebilir enerji kaynaklarını yüksek verimliliklerde kullanmaktan geçmektedir. Bu tez çalışmasında güneş enerjisinden yüksek verimliliklerde hidrojen üretimi için spektral ışın ayırıcılı yoğunlaştırılmış fotovoltaik/ısıl (SBS-CPV/T) hibrit kollektör önerilerek yüksek sıcaklıklarda hidrojen üretim potansiyeli araştırılmıştır.765X yoğunlaştırma altında tasarlanan 3 eklemli GaInP/GaInAs/Ge CPV güneş hücresinin kullanıldığı Cassegrain tipi SBS-CPV/T hibrit kollektörün Elazığ ili iklim şartları altında ısıl ve elektrik dönüşüm verimlilikleri sırası ile % 2,86 ve % 32,39 olarak bulunmuştur. Katı oksit elektrolizör ile hidrojen üretimi gerçekleştirilmesi durumunda SBS-CPV/T hibrit kollektörün toplam hidrojen dönüşüm verimliliği % 33,3 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar, geleneksel PV-elektrolizör sistemlerine kıyasla yaklaşık üç kat daha yüksek bir hidrojen dönüşüm verimliliği sağlandığını göstermektedir. Bu da Cassegrain tipi SBS-CPV/T hibrit kollektörün, hidrojen üretimi için umut vaat eden bir teknoloji olduğunu göstermektedir.

Hydrogen is considered the future synthetic fuel and energy carrier due to its high energy content and environmentally friendly nature. However, hydrogen production from renewable energy sources often suffers from low efficiencies and high costs, leading to its predominant production from fossil sources. The key to the transition to a clean and sustainable environment is to use renewable energy sources with high efficiency.In this thesis, a concentrated photovoltaic/thermal (SBS-CPV/T) hybrid collector with spectral beam splitter was proposed to obtain hydrogen from solar energy at high efficiency, and the hydrogen production potential at high temperatures was investigated. The collector, employing a triple-junction GaInP/GaInAs/Ge CPV solar cell designed for 765X concentration under a Cassegrain-type configuration, was evaluated under the climatic conditions of Elazığ province in terms of thermal and electrical conversion efficiencies, which were found to be 2.86% and 32.39%, respectively. In the case of hydrogen production with a solid oxide electrolyzer, the total hydrogen conversion efficiency of the SBS-CPV/T hybrid collector was calculated as 33.3%. These results indicate that the proposed Cassegrain-type SBS-CPV/T hybrid collector offers approximately three times higher efficiency compared to traditional PV-electrolyzer systems. This demonstrates the promising potential of the Cassegrain-type SBS-CPV/T hybrid collector for hydrogen production.