Fotovoltaik panellerde sıcaklığın elektriksel verime etkileri ve termal güç eldesi

Abstract

Fotovoltaik paneller güneş ışınını alması ile elektrik üretmeye başlar. Güneşten gelen ışınımın bir kısmı elektrik enerjisine dönüşürken, bir kısmı da ısı enerjisi olarak ortaya çıkar. Bu olay panellerin ısınmasına neden olur. Güneş hücrelerinin ısınması ile panellerin kısa devre akımı (I) artarken, açık devre voltajı (V) düşer, böylece elektriksel verim düşmektedir. Literatürde PV panellerin elektriksel verimlerini düşüren sıcaklık artışını engellemek için çok sayıda panel arka yüzey sıcaklığını düşürme çalışmaları yapılmaktadır.Bu çalışmada, PV panel hücrelerinin ısınması sonucu artan sıcaklığa bağlı, elektriksel verim düşmesini önlemek ve termal enerji kazanımı elde edilmesine yönelik, su kanallı ve su serpantinli farklı iki soğutma yöntemi uygulanmıştır. 20 W'lık polikristal PV panellere uygulanan bu iki yöntem ile yalın panelin elektriksel, termal güçleri ve verim değerleri, Karabük ili iklim şartlarında, farklı günlerde alınan deney verileri kullanılarak karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak incelenen (YP, SRP, SKP) PV panellerin arka yüzey sıcaklıkları, akım, gerilim değerleri ölçülerek kaydedilmiş, daha sonra bu verilerden de sistemlerin elektriksel ve termal verimleri hesaplanmıştır. Sistemler için yaklaşık 775 W/m² ışınım değerinde en yüksek sıcaklıklar saat 14:30'da YP (Yalın Panel)'de 59,53 ℃, SRP (Serpantinli Panel)'de 43,90 ℃ ve SKP (Su Kanallı Panel)'de 29,23 ℃ olmuştur. Bu sıcaklık değerlerinde her bir panelin ürettiği elektriksel güç ve verim değerleri sırası ile YP'de 11,80 W, % 13; SRP'de 14,44 W, % 16 ve SKP'de ise, 15,23 W, % 17 olarak bulunmuştur.

Photovoltaic panels start to produce electricity when the solar radiation is absorbed. While some of the radiation from the sun turns into electrical energy, and some of it emerges as heat energy. This event causes to warm up the panels. As the solar cells heat up, while the short circuit current (I) of the panels increases, the open circuit voltage (V) decreases, thus the electrical efficiency is reduced. In the literature, a great number of panel back surface temperature reduction works are being studied that reduce the electrical efficiency of PV panels, in order to prevent the increase in temperature. In this study, two different cooling methods with water channel and water serpentine have been applied to prevent the decrease of electrical efficiency and to gain thermal energy due to the increasing temperature asa result of heating of PV panel cells. these two methods applied to 20 W polycrystalline PV panels, electrical, thermal power and efficiency values of lean panel were compared by using experimental data obtained from different days in Karabuk province climatic conditions. Experimentally examined (LP, SP, WCP) PV panels back surface temperatures, current, voltage values recorded by measuring, then electrical and thermal efficiencies of the systems were calculated from these data. In the radiation value of approximately 775 W/m² for the systems, the maximum temperatures were 59,53 ℃ in LP (Lean Panel), 43,90 ℃ in SP (Serpentine Panel) and 29,23 ℃ in WCP (Water Channel Panel)at 14:30 hrs. At these temperatures, the electrical power and efficiency values produced by each panel have been found respectively 11,80 W, 13 % in LP; 14,44 W, 16 % in SP and 15,23 W, 17 % in WCP.