Publication: Design and performance analysis of a compact solar energy panel
Abstract
Bu tez, yüksek verim sağlayan yeni bir güneş paneli kavramının tasarım ve prototip üretimini kapsamaktadır. Bu fikri uygulayarak, yoğunlaştırılmış güneş ışığı yüksek sıcaklıklar ve jeotermal ısı değiştirici bakır levha düşük sıcaklıklar ortamı oluşturur. Bu koşullar altında, sıcak ve soğuk ortamlar, sıcak ve soğuk noktalar arasında termoelektrik plakalı ısı değişimi tarafı ile temas elektrik yükü üreten yarı iletken malzeme üzerinde elektronların akışını yapar. Söz konusu model, elektrik enerjisi, genel kullanım (duş, yemekler ve vb) ve ısıtma ve soğutma için soğuk ve sıcak su temini için de imkanlar sunacaktır. Kullanılamayan eeletrik enerjisinin akıllı şebekeye satılması için bağlantı gerekebilir. Mevcut çalışma boyunca, güneş ışığını simüle eden 205oC sıcaklık ve jeotermal ısı değiştiriciyi simüle eden 20oC soğutucu sıvı kullanılarak 110x80x8 [cm] panelde 93 lümen güneş ışığı yoğunlaştırıldı. Böyle bir tasarım sonucu için termoelektrik plaka ısı değişiminde % 50 elektrik yükü kayıpları oluşabilir. Ortalama 1000 W/ saat elektrik enerjisi ve 90oC sıcak su elde edilebileceği tahmin edilmektedir. Özel tasarım ve malzeme ile yüksek verim elde etmek için sistemini desteklemek ve 1677 W/ saat enerji ve 90oC sıcak su almak mümkün olabilir Panelin çeşitli parametreleri boyutu ve yapısı gibi, stabil şekilde olacaktır. Ancak, malzeme optimizasyonu verimliliği üzerinde büyük etkiye sahiptir. Bu durumda,güneş akısını daha iyi konsantrasyon yapabilecek optic tasarım ve daha yüksek ısı katsayısına sahip yüksek seviyede ısı değişimi sağlayacak emici malzemeler gerekli olacaktır. Sistem kurulumu, detaylı tasarım ve parçaları boyutlandırma işlemleri Autodesk Inventor ve Solidworks 3D tasarım yazılımı ile ve optik lens tasarımı ise TracePro kullanarak, termal için dinamik özellikleri tasarımı için CoolpPack matematiksel analiz ve formülasyon için Mathcad yazılımı kullanılmıştır.
This thesis reports on the design and prototype production of a novel solar panel concept that allows high efficiency. Throughout applying this concept, concentrated solar flux heats the Copper sheet to high temperatures and geothermal heat exchanger cools the liquid in low temperatures. Under these conditions, Hot and Cold makes contact with sides of thermoelectric plate and heat exchange between hot and cold spots makes flow of electrons on semiconductor material that generates electrical charge. The mentioned model will produce electric energy, hot and cold water supply for general use (shower, dishes and etc.) and heating and cooling. This kind of application may need connection to smart grid for selling the remaining energy that is unconsumed. Throughout the present work, concentrated solar flux of 93 lumens on 110x80x8 [cm] panel could get up to 205oC and geothermal heat exchanger cools other liquid to 20oC. The result of such a design is expected as 1000 W/ h electrical energy and 90oC hot water, because of heat exchange on thermoelectric plate 50% of heat is losses by heat to electrical charge. With the special design and materials could support system to get higher efficiency and aimed to get 1677 W/ h and 90oC of hot water. Several parameters of the panel will be stable, such as dimension and structure. However, material optimization have bigger effect on efficiency. In that case, special liquid will be needed for higher heat exchange which have higher heat coefficient, specific absorber material that absorbs most of solar flux, special designed optics for better concentration and better material saving heat on liquids. The development of the system concept, the detailed design and the components sizing are implemented through simulations of the system behavior using software as the Autodesk Inventor and Solidworks for 3D design software, TracePro for optical lens design, CoolpPack for thermal dynamic properties, and MathCad for mathematical analyses and formulation.
This thesis reports on the design and prototype production of a novel solar panel concept that allows high efficiency. Throughout applying this concept, concentrated solar flux heats the Copper sheet to high temperatures and geothermal heat exchanger cools the liquid in low temperatures. Under these conditions, Hot and Cold makes contact with sides of thermoelectric plate and heat exchange between hot and cold spots makes flow of electrons on semiconductor material that generates electrical charge. The mentioned model will produce electric energy, hot and cold water supply for general use (shower, dishes and etc.) and heating and cooling. This kind of application may need connection to smart grid for selling the remaining energy that is unconsumed. Throughout the present work, concentrated solar flux of 93 lumens on 110x80x8 [cm] panel could get up to 205oC and geothermal heat exchanger cools other liquid to 20oC. The result of such a design is expected as 1000 W/ h electrical energy and 90oC hot water, because of heat exchange on thermoelectric plate 50% of heat is losses by heat to electrical charge. With the special design and materials could support system to get higher efficiency and aimed to get 1677 W/ h and 90oC of hot water. Several parameters of the panel will be stable, such as dimension and structure. However, material optimization have bigger effect on efficiency. In that case, special liquid will be needed for higher heat exchange which have higher heat coefficient, specific absorber material that absorbs most of solar flux, special designed optics for better concentration and better material saving heat on liquids. The development of the system concept, the detailed design and the components sizing are implemented through simulations of the system behavior using software as the Autodesk Inventor and Solidworks for 3D design software, TracePro for optical lens design, CoolpPack for thermal dynamic properties, and MathCad for mathematical analyses and formulation.