Development of a new cooling system for photovoltaic modules with a sun-tracking system
Wariant tytułu
Opracowanie nowego układu chłodzenia dla ogniw fotowoltaicznych z systemem nadążnym ze słońcem
Autor
Yildirim, Mehmet Ali
Promotor
dr hab. inż. Artur Cebula, prof. PK
Promotor pomocniczy
dr hab. inż. Piotr Cisek
Data wydania
2024
Data obrony
25.06.2024
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Słowa kluczowe
photovoltaic-thermal systems; solar energy; heat transfer; fluid dynamics, electrical and thermal efficiency
systemy fotowoltaiczno-termiczne, energia słoneczna; przewodzenie ciepła, dynamika płynów, sprawność elektryczna i cieplna
Abstrakt
Acknowledging the current thresholds of maximum thermal efficiency achieved by the PV/T modules proposed in the literature and commercially available PV/T modules, typically hovering between 30% and 85%, this dissertation focused on inventing a highly efficient, easy-to-produce, advanced, and compact cooling system for PV modules. The research focused on designing a novel PV/T module aimed at exceeding 90% thermal efficiency while maintaining the maximum electrical conversion efficiency of the PV module.
The research methodology involved designing a highly efficient cooling system that can maximize the cooling of the PV module and harvest the waste heat. The system was tested in laboratory and outdoor environments to analyze the thermal performance and electrical conversion efficiency of the designed PV/T module.
The maximum cooling of the PV module was observed on the 12th of September 2023, where the back surface temperatures of cooled and non-cooled PV modules were 16.56 °C and 70.98 °C, respectively. The maximum thermal efficiency of 98.03±1.57% was achieved. The implemented cooling system allowed for generating 38.86% more electrical energy. The outdoor experiments showed that the designed PV/T module surpassed the projected 90% thermal efficiency target and maintained the maximum electrical conversion efficiency.
Biorąc pod uwagę obecne progi maksymalnej sprawności cieplnej osiąganej przez moduły PV/T proponowane w literaturze i dostępne na rynku moduły PV/T, zwykle wahające się między 30% a 85%, niniejsza rozprawa doktorska miała na celu opracowanie wysoce wydajnego, łatwego w produkcji, zaawansowanego i kompaktowego systemu chłodzenia dla modułów PV. Badania koncentrowały się na zaprojektowaniu nowego modułu PV/T, którego celem było przekroczenie 90% sprawności cieplnej przy jednoczesnym zachowaniu maksymalnej sprawności konwersji elektrycznej modułu PV.
Metodologia badań obejmowała zaprojektowanie wysoce wydajnego systemu chłodzenia, który może zmaksymalizować chłodzenie modułu fotowoltaicznego i zbierać ciepło odpadowe. System został przebadany w warunkach laboratoryjnych i zewnętrznych w celu przeanalizowania wydajności cieplnej i sprawności konwersji elektrycznej zaprojektowanego modułu PV/T.
Maksymalne chłodzenie modułu PV zaobserwowano 12 września 2023 r., a temperatura tylnej powierzchni chłodzonych i niechłodzonych modułów PV wynosiła odpowiednio 16,56 °C i 70,98 °C. Osiągnięto maksymalną sprawność cieplną na poziomie 98,03±1,57%. Wdrożony system chłodzenia pozwolił na wygenerowanie 38,86% więcej energii elektrycznej. Eksperymenty na zewnątrz wykazały, że zaprojektowany moduł PV/T przekroczył przewidywaną docelową sprawność cieplną 90% i utrzymał maksymalną sprawność konwersji elektrycznej.
