Fotovoltaik-termal kollektörler, güneş enerjisini elektriğe dönüştürmek ve aynı anda kullanılabilir ısıyı elde etmek için PV modüllerinin bir termal toplayıcının emicisi olarak entegre edildiği hibrid kollektörlerdir

1. Hazırlayan : Omar Alwadei
Dr. ÜMMÜHAN BASARAN
2018/2019
PV/Termal Hibrit Kollektör Uygulaması İçin PV
Modülü Optik Özelliklerinin İyileştirilmesi
Improvement of PV module optical properties for
PV-thermal hybrid collector application

2. içindekiler
Makalenin bilgileri
Giriş * Amaç
Neden PV-T kollektör? * PV-T Kollektör Nedir ?
Geleneksel PV Modül
Alternatif PV Modülün Ön Kapağı
Spektral analiz
EVA'ya alternatif enkapsülant incelenmesi
Denemeler
Geliştilimiş PV / T Hibrit Toplayıcı
Toplayıcının Termal ve Elektriksel Veriminin Ölçümü
Sonuç

3. Makalenin bilgileri
• Patrick Dupeyrat 𝑎.𝑏
, Christophe
𝑏,𝑐
, 𝐻𝑎𝑟𝑟𝑦𝑊𝑖𝑟𝑡ℎ 𝑎 ,
𝑀𝑎𝑡𝑡ℎ𝑖𝑎𝑠𝑅𝑜𝑚𝑒𝑙 𝑑
 (a) Fraunhofer Institute for Solar Energy System (ISE),
Heidenhofstrasse2 ,D-79110Freiburg,Germany
 (b) CETHIL, UMRCNRS5008/INSALyon/UCBLyon1,France
 (c) LOCIE FRECNRS3220 /Universite´ de
Savoie,SavoieTechnolac,France
 (d) SPF, University of Applied Sciences Rapperswil,
Switzerland
• 21 Nisan 2011'de kabul edildi
• 23 Mayıs 2011'de online olarak kullanılabilir

4. Giriş
 Güneşten Gelen radyasyonun yaklaşık% 10'u PV
modül tarafından yansıtılmakta ve geri kalanlar
emilmaktadır
Emilen radyasyonun nispeten küçük bir kısmı
elektrik enerjisine dönüştürülmamktadır ve çoğu
ısıya harcanmaktadır.
 Yansıma iki nedeni vardır, gelen güneş ışınım
açısıdır, ve PV modülünün ön kapağının kırılma indisi
(Ör..cam).
PV hücre sıcaklığını arttırmasının sebebi şudur:
 Foton enerjisi, PV hücresinin enerji bant aralığından
daha yüksek olduğunda 𝑬_𝒑𝒉𝒐𝒕𝒐𝒏> 𝑬_𝒈𝒂𝒑 ,
sadece bir hareketli elktron oluşturacak ve fazla
enerji ısı olarak dönüşecek

5. Amaç
Fotonların güneş hücrelerine ulaşmasını sağlayan PV
modülünün bir kapağı olarak cam yerine bir malzemeyi
geliştirirmisi
Alternatif PV hücre laminasyonu geliştirerek PV / T
kolektörlerinin optik ve termal performansını arttırması
Bu fikreye dayanan bir PV / T toplayıcı tasarım yapmak
 Foton Enerjisi,PV hücresinin enerji bant aralğından
daha düşük olduğunda , akım üreten bir hereketli
elektron oluşturulamaz ve foton enerjisi tamamen ısı
olarak gidir.

6. Neden PV-T kollektör?
• PV modülünün sıcaklığı,
elektriğe dönüşmeyen
emilmiş ışınımla
artırmaktadır
• bu yüzden, akımda artış
ve gerilimi azalmasına
neden olur. genel olarak,
maksimum güç azalır
• PV Panel'in elektrik
verimini arttırmak için
soğutma yapılması
gerekiyor
• PV-T kolektörünü
kullanarak elektrik verimi
artırabiliriz ve ayrıca
ısıtma elde edebiliriz.

7.  PV-T Kollektör Nedir ?
• Fotovoltaik-termal kollektörler, güneş enerjisini elektriğe
dönüştürmek ve aynı anda kullanılabilir ısıyı elde etmek
için PV modüllerinin bir termal toplayıcının emicisi olarak
entegre edildiği hibrid kolektörlerdir.
(a) cam kapak
(b)statik hava
(c)PV modül
(d) ve (e) ısı
eşanjör
(f) Isı yalıtımı
(g) Frame

8.  Geleneksel PV Modülü
1- cam kapak
2- Etilen-Vinil-
Asetat filmi
(EVA)
3- güneş hücresi
4 arka tabaka -

9.  Alternatif PV Modülün Ön Kapağı
 Çişitli malzeme için
birkaç testten sonra,
ön kapak olarak
Florlanmış Etilen
Propilen (FEP)
seçilmiştir.
 Bu malzemenin
 n =1.39 civarında
kırılma indeksi oyse
cam kırılma indeksi n =
1.52'dir

10. Spektral analiz
 Bir FEP filminin
yansımasına «KABAK A"
ve camın yansımasına
«KABAK B" diyelim
 (KABAK A) –cam- spektral
olarak ölçülmüştür ve bir
FEP. filminin (KABAK B)
yansımasıyla
karşılaştırılmıştır
 KAPAK A'da yapılan
ölçümler% 7 ile% 8
arasında bir yansıma
gösterir, Bu % 4 ile% 5
arasında olan KABAK B'de
ölçülen yansımadan daha
yüksektir

11. • Bu sonüç, KAPAK B'nin iyi optik özelliklerini onaylar.
• Modülün ön kapağı olarak KAPAK B kullanılması,
hava / modül yüzündeki yansıma kayıplarını
azaltırmaktadır.
• Bu durumda, PV / T toplayıcılarının katmanlarında
absorbe edilen fotonların miktarı artmaktadır, bu da
hem ısı hem de elektrik üretimi için faydalıdır.

12.  EVA'ya alternatif enkapsülant incelenmesi
•Birkaç testten sonra
araştırmacılar, EVA'ya
alternatif kapsülleyici
materyaller (Saydam
Vernikten yapılmış)
bulmuşlar.
•EVA filminin ve alternatif
enkapsülantın transmisyonu
spektral olarak ölçüldü.
•Güneş hücrelerinin üstündeki bu katman (EVA) güneş ışığının
bir kısmını emer. Bu nedenle akım yoğunluğu azalır

13. Burada,
 "ENCAPSULANT I"
Etilen-Vinil Asetat
(EVA) malzemesini
temsil eder.
 ENCAPSULANT II
alternatif enkapsülantı
temsil eder.
 (ENCAPSULANT I)
üzerinde yapılan
ölçümler 400 nm'nin
altında transmisyonda
kesintisi gösterir.

14.  Bu, yakın UV( Ultraviyole)
aralığında dalga boyları için
gelen radyasyonun
malzemenin yüksek
emiliminden kaynaklanır..
 ENCAPSULANT II üzerinde
yapılan ölçümler, bu
aralıktaki iletimde sadece
hafif bir azalma
göstermekte
 Bu yüzden, “ ENKAPSULANT
II “ kullanılması PV
modülünde güneş
hücrelere ulaşan fotonların
saysını artırmaktadır

15. Denemeler
Örnek hazırlama:
• Dokuz mono kristalli silikon güneş pili (12,5 * 12,5
cm2) aynı partiden gelenler hazırlandı
• PV hücrelerinin harici kuantum verimliliği (EQE) ve
akım-voltaj karakteristik eğrisi kapsülleme işleminden
önce ölçüldü.
• Sonuçlar, güneş hücreleri arasındaki elektrik
performansı açısından iyi bir homojenlik gösterdi

16. Sonra,mc-Si güneş pilleri kapsüllendi
ÖRNEK Ön
kapağı
enkapsülant Hücre
No
arka taraf
AI(Gelenksel
modül)
Kapak A
(cam)
Enkapsülant I
(EVA)
1,2,3 Tedler
BI Kapak B
(FEP)
Enkapsülant I
(EVA)
4,5,6 Anodize
alüminyum
BII Kapak B
(FEP)
Enkapsülant II 7,8,9 Anodize
alüminyum

17.  Optik karakterizasyon
 Optik yansıma ölçümleri,
her bir laminat AI, BI ve
BII Örniğin bir modülü
üzerinde gerçekleştirildi
 Bu Şekil , bu optik
yansıma ölçümlerinin
sonuçlarını
göstermektedir
 örnek AI yansımasının
400 ile 1000nm
arasındaki en yüksek
olduğunu fark ediyoroz.
halbuki BI ve BII daha
düşük bir yansıma
gösterir .

18.  Bu fark, Kapak_B (FEB)
nin düşük refraktif
endeksinden
kaynaklanıyor.
 AI ve BI'nın yansıması
420nm'nin altında
yansıması oldukça
düşük. Bu alanda de
ENCAPSULANT_I (EVA)
tabakasının yüksek
absorpsiyonu nedeniyle

19.  Elektrik karakterizasyonu
Örnek ön
kapsülleyici
PV ön
kapağı
ek ön
kapak
ı 𝑠𝑐
modül
(mA)
AI EVA Cam Yok 5.2
AI EVA Cam Cam 4.9
BI EVA (FEP) Cam 5.2
BII alternatif
geliştirilmiş
enkapsülant
(FEP) Cam 5.1
Üç çeşit modülün akım yoğunluğu tabloda
gösterildiği gibi ölçülmüştür

20.  Geliştilimiş PV / T Hibrit Toplayıcı
Örnek BI ve ısı
eşanjordan
yapılan PV-T
panel
 Alüminyum
çerçeve
 Cam kapak
 Statık hava
 Isı yalıtımı
 Bu hibrit kollektör aşayıdakilerden basitçe oluşur

21.  Toplayıcının Termal ve Elektriksel Veriminin Ölçümü
Bu PV-T toplayıcının performansı
Fraunhofer'in tesisinde ölçülmüştür.
Bu formülleri kullanarak toplam verim %88
(Termal verim %79, elektrik verim %8.7)
bulunur.
Bu deneysel sonuçlar, geliştirilmiş PV-T
toplayıcının termal and elektrik
performansında önemli bir iyileşme olduğunu
göstermektedir.
Burda
• 𝒎 su akış hızı (Su debi) 72 kg / saat .m2'de
tutulmüş
• (𝑮) Alan birimi başına radyasyon =960 𝑤 𝑚2.
• 𝑪 𝒑 su ısı kapasitesi
ᵑ 𝑡ℎ=
𝑐 𝑝 𝑚(𝑇𝑜𝑢𝑡−𝑇 𝑖𝑛)
𝐺
ᵑ 𝑒𝑙=
𝑃 𝑚𝑎𝑥
𝑝 𝑖𝑛

22. sonuç
• PV-T Toplayıcinin prototipini geliştirilmiş PV modül
ile tasarım yapma
• PV modülünün ön kapağı olarak düşük refraktif
indeksli şeffaf bir malzeme bulmak.
• Toplam verim %88 (Termal verim %79, elektrik
verim 8.7%).

23. Dikkat ettiğiniz için
teşekkürler