Nano akışkanlı döngü ısı borusu ile soğutulan bir fotovoltaik panele ait elektriksel değerlerin deneysel olarak incelenmesi - Öztürk, Taha Furkan (My University, 2025)
Nanoteknolojinin ilerlemesiyle birlikte araştırmacılar tarafından nanoakışkanlar olarak adlandırılan yeni nesil ısı transfer akışkanları geliştirilmektedir. Bu akışkanların sahip oldukları gelişmiş termofiziksel özelliklerinden ötürü geleneksel soğutucu akışkanlara kıyasla daha iyi ısı transfer performansı göstermesi sebebiyle birçok uygulamada ısı taşıyıcı sıvı olarak kullanılmaktadır. Evaporatör, kondenser ve adyabatik bölümlerinden meydana gelen ısı boruları, buharlaşma ve yoğuşma yoluyla enerjiyi bir yerden diğerine aktarmak için sıvıların gizli ısısını kullanan verimli iki fazlı bir ısı transfer cihazıdır. Kondenser bölümünün en üste yerleştirilebildiği birçok uygulamaya sahip olan bu cihazlar vakumlu kap içinde çalışma sıvısı içermektedir. Bu sıvı entalpisini kondenser bölümüne vererek yoğunlaşmakta ve başka bir döngü için yer çekimi etkisiyle buharlaştırıcıya geri dönmektedir. Bu tez çalışması ile arka yüzeyine monte edilmiş, içinde çalışma sıvısı olarak hacimsel %2 katkılama oranında Al2O3, CuO, SiO2 ve TiO2 nanopartikül katkılı saf su kullanılan, %75 evaporatör doluluk oranlı ısı borusu ile bir fotovoltaik panelin soğutulmasını sağlayan model geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu model ile birlikte nanoakışkanların gelişmiş termofiziksel özelliklerinden faydalanılarak daha yüksek ısı iletkenliği sağlanması planlanmıştır. Ayrıca ısı borusu kullanılmasıyla da yerçekimi kuvvetinden yararlanılarak çalışma sıvısının soğutma sistemi içindeki sirkülasyonu bir devridaim pompasına ihtiyaç duyulmaksızın pasif olarak gerçekleştirilmesi tasarlanmıştır. Al2O3, CuO, SiO2 ve TiO2 nanopartikül katkılı çalışma sıvıları olan ısı boruları ile hazırlanmış düzenekler fotovoltaik panelinin arka yüzeyine monte edilerek laboratuvar ortamında güneş enerjisi test düzeneğinde 1000 W/ m2 güneş ışınımı altında 260 dakika boyunca düzeneği olmayan panel ile beraber ayrı ayrı test edilmiştir. Yapılan testlerde vasıtasıyla panellerin ön yüzey sıcaklığı, akım, gerilim ve çıkış gücü değerleri 5’er dakikalık aralıklarda gözlemlenerek birbiri ile karşılaştırmalı performans değerlendirmesi yapılmıştır. Laboratuvar ortamında ölçülen değerlerin incelenmesi ve değerlendirilmesi sonucunda; Al2O3 nanoparçacıklı çalışma sıvısı şarj edilen ısı borulu düzeneğin, monte edildiği fotovoltaik panele ait ortalama çıkış gerilim değerini %6,38 ve azami değerini ise %7,39, ortalama çıkış gücü değerini %19,46 ve azami değerini ise %20,65 arttırarak en başarılı düzenek olduğu, SiO2 nanoparçacıklı çalışma sıvısı şarj edilen ısı borulu düzeneğin, monte edildiği fotovoltaik panele ait ortalama çıkış gerilim değerini %2,41 ve azami değerini ise %2,23, ortalama çıkış gücü değerini %11,41 ve azami değerini ise %10,32 arttırarak en başarılı ikinci düzenek olduğu, CuO nanoparçacıklı çalışma sıvısı şarj edilen ısı borulu düzeneğin, monte edildiği fotovoltaik panele ait ortalama çıkış gerilim değerini %1,13 azalttığı ve azami değerini ise %0,70 arttırdığı, ortalama çıkış gücü değerini %3,36 ve azami değerini ise %9,68 arttırdığı, TiO2 nanoparçacıklı çalışma sıvısı şarj edilen ısı borulu düzeneğin, monte edildiği fotovoltaik panele ait ortalama çıkış gerilim değerini %1,42 ve azami değerini ise %0,70 azalttığı, ortalama çıkış gücü değerini %2,68 ve azami değerini ise %9,68 arttırdığı gözlemlenmiştir.

With the progress of nanotechnology, a new generation of heat transfer fluids called nanofluidics are being developed by researchers. Research conducted shows that these fluids offer higher thermal conductivity compared to conventional refrigerants due to their advanced thermophysical properties. For this reason, it is used as a heat carrier liquid in many applications for better heat transfer performance. Heat pipes consisting of evaporator and condenser sections, as well as the adiabatic part optionally placed between the two sections, are an efficient two-phase heat transfer device that uses the latent heat of liquids to transfer energy from one place to another through evaporation and Deconditioning. These devices, which have many applications in which the condenser section can be placed at the top, contain working fluid in a vacuum container. This liquid condenses by giving its enthalpy to the condenser section and returns to the evaporator under the influence of gravity for another cycle. With this thesis, it is aimed to develop a model that allows cooling of a photovoltaic panel with a heat pipe with 75% evaporator filling rate mounted on its back surface, which uses pure water with Al2O3, CuO, SiO2 and TiO2 nanoparticle additives at a volumetric additive rate of 2% as a working fluid, which is a two-phase cooling equipment. Together with this model, it is planned to provide higher thermal conductivity compared to traditional refrigerants by taking advantage of the advanced thermophysical properties of nanofluidics, unlike the usual cooling methods developed to improve the electricity generation performance of solar power plants from unit to unit. In addition, it is designed to passively realize the circulation of the working fluid in the cooling system without the need for a recirculation pump by taking advantage of the gravitational force by using a heat pipe. The setups prepared with heat pipes and Al2O3, CuO, SiO2 and TiO2 nanoparticle added working fluids were mounted on the back surface of the photovoltaic panel. They have been tested separately with the panel without assembly for 260 minutes under 1000 W/ m2 solar radiation in a solar energy test assembly in a laboratory environment. During the tests, the front surface temperature, current, voltage and output power values of the panels were observed at 5-minute intervals and comparative performance evaluation was made with each other. As a result of the examination of the values measured in the laboratory environment; it has been observed that the heat pipe assembly charged with Al2O3 nanoparticle working fluid is the most successful assembly by increasing the average output voltage value of the photovoltaic panel by 6.38% and its maximum value by 7.39%, the average output power value by 19.46% and the maximum value by 20.65%, the heat pipe assembly charged with SiO2 nanoparticle working fluid is the second most successful assembly by increasing the average output voltage value of the photovoltaic panel by 2.41% and its maximum value by 2.23%, the average output power value by 11.41% and the maximum value by 10.32%, the heat pipe assembly charged with CuO nanoparticle working fluid reduces the average output voltage value of the photovoltaic panel by 1.13% and increases its maximum value by 0.70%, increases the average output power value by 3.36% and the maximum value by 9.68%, the heat pipe assembly charged with TiO2 nanoparticle working fluid reduces the average output voltage value of the photovoltaic panel by 1.42% and its maximum value by 0.70%, increases the average output power value by 2.68% and the maximum value by 9.68%.
Experimental investigation of the electrical values of a photovoltaic panel cooled with a nanofluid loop heat pipe
Keywords: Efficiency; Electric power production; Elektrik güç üretimi; Fotovoltaik (PV) hücre; Photovoltaic (PV) cell; PV module cooling; PV panel soğutması; Solar energy; Solar enerji; Verim