Matlab simulink ile farklı işletme şartlarında PV ve PV/T sistemlerinin performans analizi

Abstract

Teknolojinin hızla geliştiği ve yaygın olarak kullanıldığı günümüz dünyasında enerji tüketimi artmaktadır. Enerji ihtiyacının ucuz ve çevreci bir şekilde karşılanabilmesi için yenilenebilir enerji kaynakları ve özellikle güneş enerjisinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, Matlab/Simulink yazılımı kullanılarak fotovoltaik (PV) sistemi ve fotovoltaik ısıl (PV/T) sistemi için bir simülasyon programı yapılmıştır. Bu amaçla, elektrik enerji üretimi ve sıcak su karşılama için uygun olan tek diyotlu eşdeğer devresi ve sıvı tip düzlemsel PV/T kollektör sistemleri tercih edilmiştir. Tek diyotlu eşdeğer devresi ve sıvı tip düzlemsel PV/T kolektör sistemi tarafından üretilen enerjiyi belirlemek için Matlab/Simulink ile yapılan bilgisayar programında Hottel-Whillier denklemleri kullanılmıştır. Burada akım ve gerilim hesaplanmış ayrıca sıvı tip düzlemsel PV/T kolektör sisteminin ısıl verimi ve elektriksel verimi hesaplanmıştır. PV sistemi için, kollektör alanı, açık devre gerilimi, kısa devre akımı, maksimum gerilim, maksimum akım, güneş radyasyonu, kısa devre akımı sıcaklık katsayısı, açık devre gerilimi sıcaklık katsayısı, seri ve paralel direnci değişkenleriyle, sistemin her bir parçasını karakterize eden matematiksel modeller incelenmiş ve bağımsız sistemdeki tüm bileşenlerin uygun tahmini değeri hesaplanmıştır. Ayrıca PV/T sistemi için, akışkan hızı, kollektör alanı, rüzgâr hızı, güneş radyasyonu, montaj açısı, sızdırmazlık faktörü, camlı/camsız yüzey, emicilik katsayısı ve kapak sayısı değişken parametrelerinin ısıl ve elektriksel verimleri elde edilmiştir. PV sistemin, güneş radyasyonuna bağlı olarak; kollektör akımı, kollektör gerilimi, doldurma faktörü ve elektriksel verimi hesaplanmıştır. Camlı PV/T ve camsız PV/T sistemlere sahip düzlemsel sıvı tip kollektörün ısıl ve elektriksel verim analizi yapılmış ve teorik olarak Hottel-Whillier modeli kullanılarak (G/Ti-Ta) ve ısıl iletkenlik katsayısı hesaplanmıştır. Simülasyon sonuçlara göre, PV sistemi için kollektör akımı 4,3A, kollektör gerilimi 9,26V, kollektör doldurma faktörü 0,66 ve elektriksel verimi ise %14,37 olarak hesaplanmıştır. Camlı PV/T sistemlerde ısıl verim değeri %76,86, elektriksel verim değeri ise %20,13 olarak hesaplanmıştır. Camsız PV/T sistemlerde ise ısıl verim değeri %72,34, elektrik verimi ise %21,11 olduğu belirlenmiştir.

In today's world, where technology is developed and widely used, energy consumption is increasing. Renewable energy sources and especially the importance of solar energy is increasing day by day in order to meet the energy needs in a cheap and environmentally friendly way. In this study, a separate simulation program was performed for the photovoltaic (PV) system and the photovoltaic thermal (PV/T) system using Matlab/simulink software. For this purpose, single diode equivalent circuit and liquid type planar PV/T collector systems, which are suitable for electricity generation and hot water supply, are preferred. Hottel-Whillier equations were used in the computer program made with Matlab/Simulink to determine the energy produced by the single diode equivalent circuit and liquid type planar PV/T collector system. Here, the current and voltage are calculated and the thermal efficiency and electrical efficiency of the liquid type planar PV/T collector system are calculated. Mathematical models for the PV system characterizing each part of the system with variables such as collector area, open circuit voltage, short circuit current, maximum voltage, maximum current, solar radiation, short circuit current temperature coefficient, open circuit voltage temperature coefficient, series and parallel resistance. Analyzed and the appropriate estimated value of all components in the independent system was calculated. In addition, the thermal and electrical efficiencies of the variable parameters of fluid velocity, collector area, wind speed, solar radiation, mounting angle, sealing factor, glazed/non-glass surface, absorbency coefficient and number of covers were obtained for the PV/T system. Depending on the solar radiation of the PV system; collector current, collector voltage, filling factor and electrical efficiency were calculated. Thermal and electrical efficiency analysis of the planar liquid type collector with glassed PV/T and glassless PV/T systems was made and theoretically (G/Ti-Ta) and thermal conductivity coefficient were calculated using the Hottel-Whillier model. According to the simulation results, the collector current for the PV system is 4.3A, the collector voltage is 9.26V, the collector filling factor is 0.66, and the electrical efficiency is 14.37%. In glass PV/T systems, the thermal efficiency value is calculated as 76.86% and the electrical efficiency value is calculated as 20.13%. In unglazed PV/T systems, it was determined that the thermal efficiency value was 72.34% and the electrical efficiency was 21.11%.