DEVELOPING PV PANEL COOLING SYSTEMS TO ENHANCE OPERATING EFFICIENCY

Abstract

ABSTRACT

In this thesis, a new heat sink was designed to be used in cooling PV panels. Considering fin number, fin geometry and material type three different version of heat sink is simulated on ANSYS Software. After that, solar radiation was applied on the simulated heat sink designs on ANSYS Fluent. The PV panel efficiency values, obtained from the analysis, were compared and the optimum heat sink design was determined. In the light of those simulations, one of the designs, which is thought to be the best choice regarding efficiency, cost and applicability, was manufactured and field tests were applied. In field test two different PV panels was used. One of them set with the manufactured heat sink and the other one was used without heat sink. During tests, temperature differences, voltage and power values and efficiency values were taken into consideration. During the tests, in the noontime, at 13:00 and 1045 W/m2 radiation, the one without heat sink had surface temperature of 59.6 ⁰C, 9.83 W power output and 5.5% efficiency. On the other hand, under same conditions, the one with the heat sink had 48.9 ⁰C surface temperature, 12.05 W power output and 6.7 % efficiency. As a result, it is concluded that, with the cooling effect of designed heat sink, efficiency values increase in the range of between 20 to 30 percent in different time intervals.

ÖZET

Bu tez çalışmasında, PV panellerin soğutulmasında kullanılacak yeni bir ısı kuyusu tasarımı yapılmıştır. Kanatçık sayısı, kanatçık geometrisi ve malzeme tipi dikkate alındığında, üç farklı ısı kuyusu tasarımının ANSYS yazılımında simülasyonları yapılmıştır. Daha sonra, ısı kuyusu tasarımlarına ANSYS Fluent üzerinde solar radyasyon uygulandı. Analizden elde edilen PV panel çalışma değerleri karşılaştırılarak en iyi sonucu veren ısı kuyusu tasarımı belirlenmiştir. Bu simülasyonlar ışığında, verimlilik, maliyet ve uygulanabilirlik açısından en iyi seçenek olduğu düşünülen tasarım üretilerek ve saha testlerine yapılmıştır. Testlerde iki farklı PV panel kullanılmıştır. Bunlardan biri üretilen ısı kuyusu ile, diğeri ısı kuyusu olmadan kullanılmıştır. Testler sırasında sıcaklık farklılıkları, voltaj ve güç değerleri kullanılarak verimlilik değerleri hesaplanmıştır. Testler sırasında, öğleden sonra 13:00 ve 1045 W / m2 radyasyonda, ısı kuyusu olmayan panel yüzey sıcaklığı 59.6 ⁰C, 9.83 W güç çıkışı ve %5,5 verimliliğe sahip olduğu gözlemlenmiştir. Diğer yandan, aynı koşullar altında, ısı kuyusu kullanılan panel 48.9 ⁰C yüzey sıcaklığı, 12.05 W güç çıkışı ve %6,7 verimliliğe sahip olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, tasarlanan ısı kuyusunun verimlilik değerlerini farklı zaman aralıklarında yüzde 20 ila 30 arasında artırdığı tespit edilmiştir.