Hybrid Systems for Photovoltaic Thermal Regulation

Abstract

The cost of photovoltaic (PV) panels has decreased significantly in recent years, making their use widespread in homes for generating electricity. Despite the fact that PVs rely on the free energy of the sun, they have low conversion efficiency. Moreover, their efficiency decreases as the temperature of the cells rises, which is inevitable under solar radiation. The current study aims to find a solution to the previously mentioned problem by examining phase change material (PCM)-based passive hybrid cooling systems for reducing PV temperatures. This examination was done through an experimental approach. Four different hybrid cooling systems which incorporate various melting point PCMs (25°C and 35°C) along with different heat transfer elements (fins and porous medium) were manufactured and tested under laboratory conditions. The experiments measured the temperature of the PV panels, as well as the generated current and voltage. Results showed that the hybrid cooling system consisting of low melting point PCM and fins resulted in the greatest temperature drop of 17°C compared to the test case of a PV without any cooling system. The maximum efficiency increase was found to be 17% through experimental calculation and 7% through theoretical calculation, using the low melting point PCM and porous medium configuration. The results also indicated that configurations with low melting point PCM are effective when the environmental temperature is moderate.

ÖZ: Güneşten ışınları ile bedava enerji üretimine olanak tanıması ve son yıllardaki fiyat düşüşüyle evlerde enerji üretimi amacıyla kullanımı yaygınlaşan fotovoltaik (FV) panellerin ne yazık ki enerji verimliliği konusunda yetersiz oluşu su götürmez bir gerçektir. Buna ek olarak ise, FV verimliliği yükselen güneş hücre sıcaklıklarıyla daha da düşmektedir, ki bu durum güneş ışınlarından enerji üreten bir araç için kaçınılmazdır. Bu çalışma, daha önceden bahsedilen sorunun çözümü için faz değiştiren malzeme (FDM) tabanlı pasif hibrit soğutma sistemlerinin kullanılmasını öneren deneysel bir çalışmadır. Laboratuvar ortamında iki farklı ergime sıcaklığı olan FDM (25°C ve 35°C) ve iki farklı ısı iletim elemanı (kanatçık ve gözenekli ortam) kullanılarak dört ayrı hibrit soğutma sistemi test edilmiştir. Deney süresi boyunca FV panel sıcaklıkları ile birlikte üretilen gerilim ve akım ölçülmüştür. Deney sonuçlarında düşük ergime sıcaklığına sahip FDM ve kanatçık kombinasyonun sadece FVnin olduğu kontrol durumuna göre anlık olarak 17°C daha soğuk kaldığı kaydedilmiştir. Buna ek olarak, düşük ergime sıcaklığına sahip FDM ve geçirgen ortam içeren durumun FV verimliliğini deneysel olarak %17 ve teorik olarak %7 seviyesinin üzerine çıkardığı hesaplanmıştır.