Fotovoltaik termal (Pv/T) enerji sistemlerinin analizi

Abstract

Bu çalışma ile Fotovoltaik Termal Enerji Sistemlerinin termodinamik performans analizinin yapılması, İstanbul ilinde konutsal uygulamalar için PV/T sistemler kullanılması sonucunda ekonomiye getirmesi öngörülen katma değerin hesaplanması amaçlanmaktadır. Enerji; ekonomik ve sosyal gelişme için gereklidir. Enerji kıtlığı, ekonomik büyümenin önündeki en büyük engeldir. Aynı zamanda da bir ülke için yenilenebilir enerji demek temiz ve yenilenebilir doğa demektir. Elektrik enerjisi üretimi için güneş enerjisini kullanarak sera gazlarının emisyonu azaltılabilir. Konutlarda enerji performansının arttırılması ve emisyon azaltma planları son yıllardaki yönetmeliklerin başlıca hedef alanlarından biri olmuştur. PV/T hibrit teknolojisi fosil yakıt tüketiminin önemli ölçüde azalmasına katkıda bulunarak karbon emisyonunu azaltabilir. Binalarla bütünleşik güneş enerjisi sistemleri arasında Fotovoltaik Termal Sistemler (PV/T), hem elektrik hem de sıcak su ihtiyacını karşılaması ile giderek artan bir ilgi görmektedir. İki değişik enerji türü olan elektrik ve ısının aynı yüzey alanından elde edildiği hibrit sistemler olan PV/T sistemler vasıtasıyla güneş enerjisi eş zamanlı olarak elektrik ve ısı enerjisine dönüştürülmektedir. PV/T sistemlerin optimum çalışma koşullarında işletilerek en yüksek enerji veriminin elde edilmesi bu sistemlerin tasarımı aşamasında termodinamik modellerinin ortaya konmasını ve ayrıntılı ısı transfer analizlerinin yapılmasını gerektirmektedir. Bu çalışmada öncelikle mevcut olan PV/T sistem tiplerinin genel özellikleri ve karakteristik özellikleri karşılaştırılarak avantaj ve dezavantajları saptanmıştır. Daha sonra termodinamik kanunlar baz alınarak PV/T sistem analizi yapılmıştır. Hottel-Whillier denklemleri ile matematiksel modellemeden faydalanılarak sistem incelenmiştir. İnceleme sonucunda, Matlab-Simulink bilgisayar programı kullanılarak örnek bir PV/T model üzerinden İstanbul iklim koşulları dikkate alınarak termal ve elektriksel verim ve güç değerlerine ulaşılmıştır. Elde edilen bulgular hem ekonomik kazanç hem de enerji konusunda fosil yakıtlara olan bağımlılığın azaltılması hususlarında önemli veriler içermektedir.In this study, the thermodynamic performance analysis of Photovoltaic Thermal Energy systems is aimed. Also it is aimed to calculate the added value that will be brought to economy as a result of using PV / T systems for residential applications in Istanbul. Energy is necessary for economic and social development. Energy shortage is the biggest obstacle to economic growth. At the same time, renewable energy means a clean and renewable nature for a country. By using solar energy for the generation of electricity, the emission of greenhouse gases can be reduced. Increasing energy performance in houses and emission reduction plans have been one of the main target areas of regulations in recent years. PV / T hybrid technology can reduce carbon emissions by contributing to a significant reduction in fossil fuel consumption. Photovoltaic Thermal Systems (PV / T), which are among the integrated solar energy systems can meet for both electricity and hot water needs and so they increasingly attracting people's attention. Solar energy is converted to electricity and heat energy simultaneously by means of PV / T hybrid systems. In this system, two different types of energy are obtained from the same surface area, whose names are electric and heat. In order to obtain the highest energy efficiency by operating the PV / T systems under optimum operating conditions, it is necessary to introduce thermodynamic models and to perform detailed heat transfer analysis during the design phase of these systems. In this study, the main properties and characteristics of the existing PV / T system types were compared and their advantages and disadvantages were determined. Then PV / T system analysis was performed based on thermodynamic laws. Hottel-Whillier equations were used for mathematical modeling. As a result of the study, thermal and electrical efficiency and power values have been reached by taking into account the climatic conditions of Istanbul via an exemplary PV / T model using the Matlab-Simulink computer program. The findings have important data on both economic gain and the reduction of dependence on fossil fuels.