PV güneş enerjisi santrallerinin aktif rüzgâr yönünden yararlanarak soğutulması ve dizaynı

Abstract

Sanayi tesisleri, enerji maliyetlerini düşürmek için çatı tipi PV santrallerine yönelmektedir. Bu sistemlerin verimli çalışabilmesi için panellerin sıcaklığını düşürmek kritik öneme sahiptir, çünkü yüksek sıcaklıklar PV panellerin verimliliğini azaltmaktadır. Bu çalışmada, Bursa’da bir fabrika çatısında kurulu 5,9 MW’lık PV santralde, panellerin rüzgâr etkisiyle soğutulması incelenmiştir. Yaz döneminde yapılan meteorolojik ve sıcaklık ölçümleri, rüzgârın panel sıcaklığını düşürdüğünü göstermiştir. Rüzgâr yönünden bağımsız olarak yapılan değerlendirme de rüzgâr hızı farklarının 1 m/s’nin üzerine çıktığı durumlarda PV panellerdeki soğuma etkisinin 3 - 7 °C aralığında olduğunu göstermektedir. Rüzgâr hızının yanı sıra, yön etkisi de analiz edilmiş ve bölgedeki hâkim rüzgârların kuzey, kuzeydoğu ve doğu yönlerinden estiği belirlenmiştir. Bu rüzgârların panellere arkadan, 45° açıyla arkadan ve yandan çarptığı tespit edilmiştir. Üç farklı çatı modeli üzerinde yapılan HAD analizlerinde, rüzgâr hızının 2 m/s, ortam sıcaklığının 30 °C ve güneş ışınımının 800 W/m2 olduğu analiz sonuçları, aynı çevresel şartlardaki deneysel ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçlarına göre, rüzgâr arkadan geldiğinde çatı geometrisinin etkisiyle akış bozulmuş ve rüzgârın soğutma etkisi azalmıştır. Bu nedenle, arka rüzgâr durumunda panel sıcaklıkları 60 °C’ye yaklaşırken, 45° açıyla arkadan gelen rüzgâr durumunda 52 °C’ye, yan rüzgâr durumunda ise 50 °C’ye düştüğü tespit edilmiştir. Yan rüzgâr durumunda en düşük panel sıcaklıkları elde edilmesine rağmen, rüzgâr akış yönünde panel sıcaklıklarının arttığı gözlemlenmiştir. Panel sıralarının uzunluğu arttıkça, sıcaklıkların daha da yükselme potansiyeline sahip olduğu görülmüştür. Bu sonuçlar, PV santral tasarımı sırasında, rüzgâr hızının yüksek olduğu alanların tercih edilmesi ve rüzgârın tüm PV dizilerine ulaşmasını sağlayacak uygun santral konfigürasyonlarının oluşturulması gerektiğini göstermektedir.

Industrial facilities are increasingly adopting rooftop PV systems to reduce energy costs. For optimal performance, it is crucial to lower the temperature of the panels, as high temperatures reduce their efficiency. This study investigates the cooling effect of wind on the panels in a 5,9 MW PV plant installed on a factory roof in Bursa. Meteorological and temperature measurements conducted during the summer showed that wind helps lower panel temperatures. When wind speed differences exceed 1 m/s, the cooling effect on the PV panels ranges from 3 to 7 °C. The prevailing winds in the region come from the north, northeast, and east, hitting the panels from behind, at a 45° angle, and from the side. In HAD analysis performed on three different roof models, with a wind speed of 2 m/s, ambient temperature of 30 °C, and solar radiation of 800 W/m², the results were compared with experimental measurements under the same conditions. The analysis showed that when wind comes from behind, the flow is disrupted due to roof geometry, reducing the cooling effect. As a result, panel temperatures approached 60 °C with rear wind, 52 °C with wind coming at a 45° angle, and 50 °C with side wind. Despite the lowest panel temperatures being observed with side wind, panel temperatures increased in the wind flow direction. As the length of the panel rows increased, temperatures were found to rise further. These findings suggest that during PV plant design, areas with high wind speeds should be preferred, and plant configurations should be designed to allow wind to reach all PV arrays effectively