Comparison of photovoltaic (PV) panel usage in different climates

Abstract

ABSTRACT: In this thesis, PV panel usages will be analyzed in variable climates. By the way, during the research several case studies selected from both hot and cold climates will be observed, researched and calculated in order to find the best design principles for PV panel designs. So, comparative design method is selected to compare cold climate PV panel designs with hot climate PV panel designs. According to the findings, before designing the PV panel to the roof or facade or to the site, it is the most important to know the latitude of the place. The reason is to find the correct optimum tilt angle. According to the investigations, tilt angle that is known as inclined angle of the photovoltaic (PV) panel, is changeable due to the location of place, climatic conditions and the solar radiation. In Cyprus, tilt angle is 20° in summer and 50° in winter. On the other hand, if the panels designed fixed in North Cyprus, optimum tilt angle will be taken between 28° and 30°. Secondly, optimum tilt angle of England is 65° in winter and 35° in summer periods. By the way, due to variable tilt angles during a year, sun trackers can be given as a suggestion. On the other hand, orientation of the PV panel is the second important aspect to consider. This is because; PV panels should be oriented to south direction in Northern Hemisphere and to the north direction if the location is in Southern Hemisphere. Solar radiation should be considered to know the countries solar radiation amount to select the correct PV panel type and size. At the same time, electricity usage of the building should be calculated in order to find panel numbers to install. Keywords: PV Panels, Climates, Tilt Angle, Orientation, Sun-Tracker.

………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Bu tezde değişik iklimlerdeki fotovoltaik panel kullanımı analiz edilecektir. Bu yüzden araştırma sırasında sıcak ve soğuk iklimlerden çeşitli örnekler; araştırmak, hesaplamak ve gözlemlemek üzere en iyi fotovoltaik panel tasarım ilkelerini bulmak için seçilmiştir. Karşılaştırmalı tasarım yöntemi, sıcak iklim fotovoltaik tasarımlarını ve soğuk iklim fotovoltaik tasarımlarını karşılaştırmak üzere seçilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; panellerin çatıya, cepheye ve zemin alana tasarlanmadan önce ilk olarak bölgenin enleminin (paralelinin) bilinmesi gerekir. Bunun sebebi ise fotovoltaik panelin en uygun eğim açısını bulmak içindir. Araştırmalara göre, panelin eğim açısı bölgenin konumuna, iklim koşullarına ve güneş ışınımına(radyasyonuna) göre değişiklikler göstermektedir. Kıbrıs’ta eğim açısı yazda 20° ve kışta 50° olmalıdır. Eğer paneller sabit tasarlanacak ise eğim açısı 28° ve 30° Aralığında olması gerekmektedir. Diğer bir yandan İngiltere’nin kış ayları için olması gereken açı 65° ve yaz ayları için 35° olmalıdır. Görüldüğü üzere yaz ve kış ayları için iki farklı açı önerilmiştir. Bu yüzden, güneş takipçi sistemleri açı ve yön ayarlı olduğundan ötürü daha verimli sonuçlar verebilir. Dikkate alınması gereken bir diğer önemli kural ise panellerin yönlendirilmesidir. Bölge kuzey yarım kürede ise paneller güneye bakmalı; güney yarım kürede ise kuzeye bakmalıdır. Ayrıca doğru panel (hücre tipi) seçimi yapabilmek içinse, bölgenin güneş ışınım miktarına da bakılmalıdır. Paneller sayısı, binanın elektrik kullanım miktarına göre ayarlanmalıdır. Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik Panel, İklim, Eğim açısı, Yönlendirme, Güneş-takipçisi.