Concentrated Photovoltaic (PV) Cogeneration Systems

Abstract

Solar photovoltaic (PV) technology systems utilize solar energy to generate electricity. The increment in PV cell's operating temperature causes a significant reduction in the electrical efficiency. In this thesis, a water cooling system was combined with a PV module to construct a type of collectors known as hybrid photovoltaic/thermal (PV/T) collector. PV/T collector operates as a cogeneration system by converting solar energy into electrical energy and thermal energy simultaneously. A concentrating photovoltaic/thermal (CPV/T) collector was then formed by concentrating sunlight onto the collector surface using a set of ordinary flat mirrors to generate more electricity and thermal output at minimal costs. Performance of the CPV/T collector was investigated experimentally and compared with a PV module used as reference. The reference PV module was an ordinary i.e. it was neither concentrated nor cooled. The experimental investigation was conducted in January under climatic conditions of Northern Cyprus. By using two mirrors, the CPV/T collector produced a maximum electrical power output of 32.55 W which is 2.17 times the 15 W rated power of the PV module under standard test conditions (STC) and maximum thermal energy output of 126.23 Wh. When three mirrors were used, the maximum electrical power output was found to be 49.74 W which is 3.3 times the PV rated power and maximum thermal energy output of 189.35 Wh. Keywords: Photovoltaic, CPV/T collector, Electrical power, Thermal energy.

ÖZ: Güneş fotovoltaik (FV) teknolojisi sistemleri, güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir. FV hücresindeki çalışma sıcaklığının artışı, elektrik verimliliğinde önemli azalmaya neden olur. Bu çalışmada, bir su soğutmalı sistem ile FV modül kombine edilerek hibrit fotovoltaik/termal (FV/T) olarak bilinen kolektör oluşturuldu. Kojenerason sistemi olarak çalışan FV/T kolektörü güneş enerjisini hem elektrik hem termal enerjiye dönüştürmektedir. Elektrik ve termal enerji üretimini minimum maliyetle artırmak için bir dizi düz ayna kullanılarak kolektör yüzeyine güneş ışınlarını konsantre eden konsantre fotovoltaik/termal (KFV/T) kolektör oluşturuldu. KFV/T kolektörün performansı deneysel olarak incelendi ve referans olarak kullanılan, bir FV modülünün performansı ile karşılaştırıldı. Referans olarak kullanılan FV modüle güneş ışığı konsantresi veya soğutma uygulanmadı. Deneysel inceleme Kuzey Kıbrıs iklim koşullarında Ocak ayı içerisinde gerçekleştirildi. İki ayna kullanılarak oluşurulan KFV/T kolektöründen elde edilen 32.55 W maksimum güç, referans olarak kullanılan ve standard test koşulunda 15W nominal gücü olan modülden 2.17 kat fazladır ve elde edilen maksimum termal enerji 126.23 W saat’tır. Üç ayna kullanıldığı zaman KFV/T kolektöründen elde edilen 49.74 W maksimum güç, referans FV’nin nominal gücünün 3.3 katıdır, ve elde edilen maksimum termal enerji 189.35 W saat’tır. Keywords: Fotovoltaik, KFV/T kolektör, Elektrik enerjisi, Termal enerji.