Fotovoltaik termal (FV/T) sistemlerde nanoakışkanlı ısı borusu ve faz değiştiren madde (FDM) kullanımının deneysel olarak araştırılması

Abstract

PV modüllerinin düşük elektriksel verimlerinden dolayı, yutulan güneş enerjisinin önemli bir miktarıısıya dönüştürülmekte ve netice olarak fotovoltaik hücrelerin sıcaklığı artmaktadır. Hücrelerin artan sıcaklığıPV modüllerinin elektriksel verimini düşürür. PV modülüne bir soğutma sisteminin eklenmesiyle, PVhücrelerince üretilen ısı faydalı ısıl enerji olarak kullanılacak şekilde depolanmaktadır. Bu sistemlerfotovoltaik termal (PVT) sistemler olarak adlandırılmaktadır. Soğutma tipi PVT sistemlerin performansınıetkileyen en önemli faktörlerden biridir. Genellikle, PVT sistemlerin soğutucu akışkanları üç ana grubaayrılmaktadır: sıvılar (su, soğutucu akışkanlar ve nanoakışkanlar gibi), hava ve sıvı-hava birleşimi. PV vePVT sistemlerin verimini arttırmak için etkili bir yöntem de faz değiştiren maddeler (FDMs) kullanmaktır.FDM sistemin ısısını gizli ısı şeklinde çekip depolayarak neticede fotovoltaik hücre sıcaklığını düşürür.Bu çalışmada, soğutucu olarak CuO/H2O nanoakışkanı ile FDM olarak kalsiyum klorür hekza hidratın(CaCl26H2O) birlikte kullanımının bir PVT sisteminin elektriksel ve ısıl verimleri üzerine etkileri deneyselolarak araştırılmıştır. Bu amaçla üç farklı sistem araştırılmış ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır: bir klasik PVmodülü, bir nanoakışkan esaslı NPVT ve bir nanoakışkan-FDM esaslı NPVT/FDM sistemi. Deneyler FıratÜniversitesinde Temmuz ve Ağustos aylarında gerçekleştirilmiştir. Ölçülen deneysel veriler enerji esaslıanaliz edilmiştir. Sonuçlara göre, nanoakışkan esaslı PVT sisteminde FDM kullanımı PVT sistemin ısıl güççıktısını yaklaşık %28,30 arttırmıştır. Ayrıca, NPVT ve NPVT/FDM sistemlerinin kullanımı klasik PVmodülü kullanımına göre elektriksel güçte sırasıyla yaklaşık %7,2 ve %11,8 artış sağlamıştır.Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik termal (PVT) sistem, CuO/H2O nanoakışkan, Faz değiştiren madde(FDM), Enerji analizi

Due to the low electrical efficiency of PV modules, a significant portion of the absorbed solar energyis converted into heat and, consequently, the photovoltaic cells temperature is increased. Increasing the cellstemperature reduces the electrical efficiency of the PV modules. By adding a cooling system to a PV module,the heat generated by photovoltaic cells is absorbed which can be employed as a useful thermal energy. Thesesystems are called photovoltaic thermal (PVT) systems. The coolant type is one of the most important factorsthat affects the performance of PVT systems. Generally, the coolants of PVT systems are classified into threemain categories: liquids (such as water, refrigerants and nanofluids), air, and a combination of liquids andair. One effective method to improve the efficiency of PV and PVT systems is using phase change materials(PCMs). The PCM is a latent heat storage that absorbs the system heat and, consequently, decreases thephotovoltaic cell temperature.In this study, the effects of simultaneous use of CuO/H2O nanofluid with 0.2 wt% as the coolant aswell as calcium chloride hexahydrate (CaCl26H2O) as the phase change material (PCM) on the electricaland thermal efficiencies of a photovoltaic thermal (PVT) system are experimentally investigated. For thispurpose, three different systems are studied and compared with each other: a conventional PV module, ananofluid based NPVT, and a nanofluid based NPVT/PCM. The experiments are performed on selected daysin July and August at the Firat University, Turkey. The measured data are analyzed from the energyviewpoint. Based on the results, using the PCM in the nanofluid based PVT system enhances the outputthermal power of the PVT system by about 28.30%. Also, using the NPVT and NPVT/PCM systemsimproves the output electrical power by about 7.2% and 11.8% compared to the conventional PV module,respectively.Keywords: Photovoltaic Thermal (PVT) System, CuO/H2O Nanofluid, Phase Change Material (PCM),Energy Analysis