Theoretical modeling of the photovoltaic/ thermal (pv/t) collector for clear sky radiation in izmir conditions

Bu çalışmada İzmir ili için açık gökyüzü ışınım modeli kullanılarak her ayı temsil eden gün için güneye bakan, 30° eğimle kurulmuş olan kolektör yüzeyine gelen saatlik ışınım değerleri hesaplanmıştır. Bu ışınım değerlerine bağlı olarak fiziksel boyutları ve özellikleri belirli bir Fotovoltaik/Termal (PV/T) kolektörün teorik modellemesi yapılmıştır. İncelenen PV/T kolektörün sürekli olarak sabit sıcaklıkta su girişi sağlanan koşullarda ki analizi gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler neticesinde İzmir ili koşullarında ki bir PV/T kolektör tarafından üretilen elektrik ve ısı enerjisi her ayı temsil eden gün için saatlik değişimlerle gün boyunca hesaplanarak belirlenmiştir. Ayrıca bu saatlik ışınım değerlerine göre PV/T kolektörün elektriksel, ısıl ve toplam kolektör verimliliği hesaplanmıştır. Verimlilik değerlerinin yıl boyunca aylara göre değişimleri de verilmiştir. PV/T kolektörde soğutmanın elektrik üretimine ve toplam kolektör verimine etkisi incelenmiştir

Nanoakışkan Kullanılan Güneş Kolektörünün Teorik Modellenmesi ve Farklı Çalışma Koşullarındaki Enerji ve Ekserji Analizi

Bu çalışmada güneşten ısıl enerji üretmemizi sağlayan güneş kolektörünün teorik modellemesi yapılmıştır. Güneş kolektöründe temel ısı transfer akışkanı olarak kullanılan suya farklı konsantrasyon oranlarında nanopartiküller (Cu, CuO, Al2 O3 , TiO2 , SiO2 ) eklenerek farklı nanoakışkanlar elde edilmiştir. Bu nanoakışkanların farklı konsantrasyon oranlarında ve farklı debilerde güneş kolektörü içerisinde kullanılmasının güneş kolektörünün ısıl ve ekserjetik performansına olan etkileri incelenmiştir. 0,048 kg/s kütlesel debiye ve 0,04 konsantrasyon oranın da Cu nanopartiküle sahip nanoakışkanın kullanılması ile ısı transfer akışkanı olarak suyun kullanıldığı duruma göre kolektör ısıl veriminde %1,65 oranında azalma, ekserji veriminde ise %1,59 oranında artış olduğu tespit edilmiştir. Yapılan teorik analizler sonucunda, temel ısı transferi akışkanı olan suya nanopartikül eklenmesinin ısıl verimi ve entropi üretimini azaltırken ekserji verimini arttırdığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimele

Isı pompalı fotovoltaik/termal bütünleşik sistemin termodinamik analizi ve deneysel incelenmesi

Bu tez çalışması kapsamında, Isı Pompalı-Fotovoltaik/Termal (IP-PV/T) bütünleşik sistemin tasarımı, kurulumu ve deneysel analizi gerçekleştirilmiştir. Bu sistem elektrik üretimi, hacim ısıtma, hacim soğutma ve kullanım amaçlı sıcak su depolama gibi birçok işlevi yapabilmektedir. Ayrıca bu sistem tüm yıl boyunca farklı mevsimlerde ve modlarda (ısıtma modu ve soğutma modu) çalıştırılarak kullanılabilmektedir. Sistemde kullanılan en temel bileşenler ısı pompası, PV/T kolektörler, dengeleme tankları, sıcak su deposu, su soğutma grubu, pompalar ve ölçüm aletleridir. Bu tez çalışmasının ilk bölümünde incelenen konu hakkında bir giriş yapılmış ve ikinci bölümde bu konu ile ilgili literatürde yapılan çalışmalara değinilmiştir. Üçüncü bölümde sistemde kullanılan PV/T kolektörlere ait geliştirilen matematiksel modelin hesaplama adımları ile ilgili ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Dördüncü bölümde kurulan deney düzeneği ve deney düzeneğinde kullanılan her bir bileşen hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci bölümde deney düzeneğinde hesaplama yapılan her bir bileşen için ayrıntılı olarak enerji analizi gerçekleştirilmiştir. Altıncı bölümde deneysel analizlerden elde edilen sonuçlara dair hata analizi yapılmıştır. Yedinci bölümde yapılan deneysel çalışmadan elde edilen bulgulara ve değerlendirmelere değinilmiştir. Bu bölümde yapılan deneysel çalışma sonuçları ayrıntılı bir şekilde analiz edilmiş ve sistemin faydalanma oranı her bir deney için saatlik olarak bulunmuştur. Bunlara ek olarak bu bölümde PV/T kolektörlerle ilgili geliştirilen matematiksel modelden elde edilen sonuçlar ile deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar ortalama sistematik hata (OSH), hataların ortalama karekökü (HOK), korelasyon katsayısı (KK) ve ortalama yüzde hata (OYH) istatistiksel yöntemleri kullanılarak karşılaştırılmıştır. Sekizinci olan son bölümde ise sonuçların genel bir değerlendirmesi yapılmış ve sonraki yapılacak benzer çalışmalar için öneriler getirilmiştir. Deneysel analizlerden elde edilen sonuçlar için yapılan hata analizinde deneysel olarak bulunan değerlerin %2,83 ila %7,72 belirsizlik değerine sahip oldukları görülmüştür. PV/T kolektörlerin kullanılması ile panel yüzeyinin sıcaklığı düşük tutulduğu için, PV panellerdeki sıcaklık yükseldikçe ortaya çıkan verim kayıplarının önüne geçilerek saatlik olarak %3,23 ila %17,18 arasında değişen oranlarda daha fazla elektrik enerjisi ürettiği tespit edilmiştir. Saatlik olarak yapılan analizler sonucunda ısı pompasının PV/T kolektörler ile entegre bir şekilde kullanılması ile elde edilen etkinlik katsayısının, ısı pompasının ısıtma etkinlik katsayısına göre %2,83 ila %22,02 arasında değişen oranlarda daha fazla olduğu belirlenmiştir. IP-PV/T bütünleşik sistemin farklı günlerde ve farklı modlarda deneysel analizleri gerçekleştirilmiş ve yapılan saatlik değerlendirmeler neticesinde sistemden elde edilen faydalanma oranının 1,151 ila 2,581 arasında değiştiği görülmüştür.In this thesis, the design, installation and experimental analysis of the Heat Pump-Photovoltaic/Thermal (HP-PV/T) integrated system were carried out. This system can perform many functions such as electricity generation, space heating, space cooling and hot water storage for use. In addition, this system can be used all year round in different seasons and modes (heating mode and cooling mode). The main components used in the system are heat pump, PV/T collectors, balancing tanks, hot water tank, chiller, pumps and measuring instruments. In the first section of this thesis, an introduction has been made about the subject examined and in the second section, the studies on the subject in the literature have been mentioned. In the third section, detailed information about the calculation steps of the developed mathematical model of PV/T collectors used in the system is given. In the fourth section, information is given about the experimental setup and each component used in the experimental setup. In the fifth section, energy analysis has been carried out in detail for each component calculated in the experimental setup. In the sixth section, uncertainty analysis is performed on the results obtained from experimental analysis. In the seventh section, the results and evaluations obtained from the experimental study are mentioned. The results of the experimental study conducted in this section were analyzed in detail and the utilization rate of the system was found hourly for each experiment. In addition, in this section, the results obtained from the mathematical model developed for PV/T collectors and the results obtained from the experimental study were compared using Mean Bias Error (MBE), Root Mean Square Error (RMSE), Correlation Coefficient (CC) and Mean Percentage Error (MPE) statistical methods. In the last section, which is the eighth, a general evaluation of the results has been made and suggestions have been made for similar studies to be carried out in the future. In the uncertainty analysis performed for the results obtained from the experimental analysis, it was found that the values found experimentally had an uncertainty value of 2.83% to 7.72%. Since the temperature of the panel surface is kept low with the use of PV/T collectors, It has been determined that the efficiency losses that occur as the temperature rises in the PV panels are prevented to produce more electrical energy at rates ranging from 3.23% to 17.18% per hour. As a result of the hourly analysis, it has been determined that the coefficient of performance obtained by using the heat pump integrated with PV/T collectors is more than 2.83% to 22.02% compared to the heating coefficient of performance of the heat pump. Experimental analysis of the HP-PV/T integrated system on different days and in different modes was carried out and it was observed that the utilization rate of the system ranged from 1.151 to 2.581 as a result of hourly evaluations

Güneş Enerjili Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Şırnak İli İklim Koşullarındaki Davranışının Teorik İncelemesi

Teknoloji ve sanayinin gelişimi ile enerjiye olan talebin artması ve hali hazırda kullanılan fosil kökenli yakıtların hem çevreye verdikleri zararlar hem de tükenmekte olması yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilginin artmasını sağlamıştır. Bu sebeple enerjinin tüketildiği her alanda yenilenebilir enerji kaynaklarından faydalanmamızı sağlayacak sistemler oluşturulması ve bu sistemlerinde geliştirilerek verimlerinin yükseltilmesi son derece önem kazanmıştır. Bu bağlamda, Dünya genelinde tüketilen toplam enerji içerisinde büyük bir paya sahip olan ve insanların daha konforlu bir şekilde yaşamlarını sürdürmelerini sağlayan iklimlendirme sistemlerinin çalıştırılması için gereken enerjinin yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanması önem arz etmektedir. İklimlendirme uygulamalarında kullanılan absorpsiyonlu soğutma sistemleri uzun yıllardır akademik alanda çalışma konusu olmuş ve olmaya da devam etmektedir. Bu çalışmada, özellikle yaz aylarında güneş enerjisi potansiyelinin yüksek olduğu Şırnak iline ait iklim koşullarında çalışacak güneş enerjili absorpsiyonlu soğutma sisteminin teorik modellemesi ve incelemesi gerçekleştirilmiştir. Güneş enerjisinden ısıl enerji üretmek için parabolik oluk tipi kolektör kullanılmış ve bu kolektörden elde edilen ısıl enerji ile içerisinde LiBr-Su akışkan çifti bulunan tek etkili absorpsiyonlu soğutma sisteminin çalıştırılması sağlanmıştır. Yaz aylarını temsil eden günler için yapılan analizler sonucunda parabolik oluk tipi kolektör veriminin ve güneş enerjili absorpsiyonlu soğutma sisteminin etkinlik katsayısının maksimum değerlerinin sırasıyla 0,72 ve 0,61 olduğu hesaplanmıştır

Thermodynamic analysis and experimental investigation of the heat pump photovoltaic/thermal integrated system

A novel Heat Pump-Photovoltaic/Thermal (HP-PV/T) integrated system designed to meet space heating and cooling, electricity generation, domestic hot water production efficiently is a proposed experimental research study. The heat pump running with two evaporators and two condensers operating as air-water and air-air in the HP-PV/T integrated system has been specifically manufactured. This multi-purpose system can be operated day and night in different seasons and modes (heating and cooling mode) throughout the year. In this study, the thermodynamic and experimental analyses of the HP-PV/T integrated system were carried out. Also, efficiency definitions have been meticulously made for different modes of the operating system, and the performance of this system has been investigated according to relying on these definitions. As a result of the hourly analyses, it is observed that the respective COP obtained by using the heat pump integrated with the PV/T collectors is up to 25.2% more compared to the heating COP of the heat pump. In consequence of the experiments carried out in the cooling and heating mode of the HP-PV/T integrated system, it was comprehended that the cooling and heating mode utilization rates of the system are respectively bounded between 1.94 to 2.43 and 1.15 to 1.25

İzmir Koşullarında Açık Gökyüzü Işınımı İçin Fotovoltaik/Termal (PV/T) Kolektörün Teorik Modellenmesi

Bu çalışmada İzmir ili için açık gökyüzü ışınım modeli kullanılarak her ayı temsileden gün için güneye bakan, 30° eğimle kurulmuş olan kolektör yüzeyine gelensaatlik ışınım değerleri hesaplanmıştır. Bu ışınım değerlerine bağlı olarak fizikselboyutları ve özellikleri belirli bir Fotovoltaik/Termal (PV/T) kolektörün teorik modellemesi yapılmıştır. İncelenen PV/T kolektörün sürekli olarak sabit sıcaklıkta sugirişi sağlanan koşullarda ki analizi gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler neticesinde İzmir ili koşullarında ki bir PV/T kolektör tarafından üretilen elektrik ve ısıenerjisi her ayı temsil eden gün için saatlik değişimlerle gün boyunca hesaplanarakbelirlenmiştir. Ayrıca bu saatlik ışınım değerlerine göre PV/T kolektörün elektriksel, ısıl ve toplam kolektör verimliliği hesaplanmıştır. Verimlilik değerlerinin yıl boyunca aylara göre değişimleri de verilmiştir. PV/T kolektörde soğutmanın elektriküretimine ve toplam kolektör verimine etkisi incelenmiştir

Kanatlı-borulu ısı değiştiricilerde belirsizlik analizi

Bu çalışmada, L ayaklı spiral kanatlı ve borulu ısı değiştirici hava tarafı performansı deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak, hava tarafında çevre havası, boru tarafında ise su kullanılmıştır. Deneylerde hava debisi ve su giriş sıcaklığı değiştirilirken, su debisi sabit tutulmuştur. Her iki çalışma akışkanının kütle debisi, giriş ve çıkış sıcaklıkları, hava tarafına ait basınç düşümü, ısı geçişini hesaplamak için ölçülmüştür. Deneysel çalışmalar, hata ve belirsizlikler içerirler. Deneysel çalışmalardaki hata ve belirsizlikler, ölçüm cihazı, kalibrasyon verileri, ölçüm süreci, çalışanların becerileri, çevresel etkiler ve diğer faktörlerden kaynaklanır. Bu nedenle sonuçtaki belirsizlikleri hesaplamak için her ölçümde bu etkiler belirlenmelidir. Bu çalışmada, ısı transfer sistemlerindeki belirsizlik analizi açıklanmıştı