Parabolik oluk tipi fotovoltaik güneş kollektörü entegreli kalina çevriminin termodinamik ve termoekonomik analizi

Abstract

Güneş panellerine entegre edilmiş güç çevrimlerinin kullanımı son yıllarda oldukça artmıştır. Bu çalışmada parabolik oluk tipi konsantre fotovoltaik güneş kollektörü entegreli Kalina çevriminin termodinamik ve termoekonomik analizi incelenmiştir. Fotovoltaik güneş panelinin hesaplanması için bir boyutlu ısıl direnç ağları ve Kalina çevriminin hesaplanması için ise termodinamik bağıntılar kullanılmıştır. Sistem çıktıları olarak türbinden elde edilen güç, panelden elde edilen güç, ısıl verim ve ekserji verimleri, panel sıcaklığı, üretilen net güç, seviyelendirilmiş elektrik maliyeti (LCOE) ve geri ödeme süresi belirlenmiştir. Bu parametreler değişken radyasyon miktarları, konsantrasyon oranı, fotovoltaik panel yüzey alanı, türbin izentropik verimi ve türbin giriş basıncı parametrelerinin değişimine bağlı olarak incelenmiştir. Isıl verimi en fazla etkileyen parametre güneş radyasyonu miktarı ve konsantrasyon oranıdır. Isıl verimin güneş radyasyonu miktarı parametresi için maksimum %17,8 olduğu, konsantrasyon oranı parametresi için ise maksimum %17,5 olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca ekserji veriminin güneş radyasyonu miktarı parametresi için maksimum %19 olduğu ve konsantrasyon oranı parametresi için ise maksimum %19,5 olduğu gözlemlenmiştir. Sistemde üretilen toplam elektriksel gücü en fazla etkileyen parametrenin %44 artış ile konsantrasyon oranı olduğu tespit edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde mevcut sistemden optimum şartlar altında yaklaşık 28,5 kW toplam güç üretildiği ve üretilen bu gücün yaklaşık 21 kW' lık kısmının güneşv panelinden elde edildiği gözlemlenmiştir. 20 yıl tesis yaşam ömrüne sahip olan bu sistemin yaklaşık 3 yıl kadar geri ödeme süresi olduğu saptanan bir diğer sonuçtur. Bu da 20 yıllık bir süreçte önemli bir kazanç sağlanacağını göstermiştir.

The usage of power cycles integrated with solar panels has increased considerably in recent years. In this study, the thermodynamic and thermoeconomic analysis of the Kalina cycle with parabolic trough type concentrated photovoltaic solar collector was investigated. One-dimensional thermal resistance networks were used to calculate the photovoltaic solar panel and thermodynamic equations were used to calculate the Kalina cycle. Power obtained from the turbine, power obtained from the panel, thermal and exergy efficiencies, panel temperature, net power produced, leveled electricity cost (LCOE), and payback time were determined as system outputs. These parameters were investigated depending on the variation of the inlet pressure turbine, concentration ratio, photovoltaic panel surface area, turbine isentropic efficiency, and variable radiation amounts parameters. The parameter that most affects the 1st law efficiency was the amount of solar radiation and the concentration ratio. It has been observed that the first law efficiency is 17.8% for the solar radiation amount parameter and 17.5% for the concentration ratio parameter. Also, it was observed that the 2nd law efficiency was 19% maximum for the solar radiation amount parameter and 19.5% for the concentration ratio parameter. It was determined that the most dominant parameter affecting the total electrical power produced in the system was the concentration ratio with a 44% increase. When the results were examined, it has been observed that approximately 28.5 kW of total power is produced from the current system under optimum conditions and approximately 21vii kW of this power was obtained from the solar panel. Another result is that this system, which has a facility life of 20 years, has a payback period of approximately 3 years. This has shown that a significant gain will be achieved in 20 years.