Fotovoltaik termal (PVT) panel ve hava kaynaklı ısı pompası bütünleşik sisteminin termodinamik analizi

Abstract

Isıtma-soğutma ihtiyacını karşılamak ve elektrik üretmek amacıyla kullanılabilecek bir PVT (fotovoltaik termal) ve ısı pompası bütünleşik sisteminin enerjetik analizi yapılmıştır. Öngörülen sistemde sabit ve/veya değişken devirde çalışabilen hermetik scroll kompresörlü hava kaynaklı R404A soğutucu akışkanlı bir ısı pompasının kullanıldığı düşünülmüş ve sistemin çözüm algoritmaları EES'ye (Engineering Equation Solver) aktarılarak parametrik analizler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, ışınım miktarı ve panel alanının artması, çevre sıcaklığının ise azalması durumunda üretilen elektrik gücünün lineer olarak arttığı belirlenmiştir. PVT-Evaporatör entegrasyonu yapılarak panelin soğutucu akışkanla soğutulması durumunda elektriksel veriminin arttığı tespit edilmiştir. Sabit devirde çalışan kompresörlü ve PVT'li bir bütünleşik sistemde ışınım veya panel alanının artması veya çevre sıcaklığının azalması durumunda kondenser sıcaklığı ve kompresör gücü düşmekte ve COPIP yükselmektedir. Değişken devirde çalışan kompresörlü ve PVT'li bir bütünleşik sistemde ışınım ve alan artışı ile kompresör devir sayısı artmakta COPIP ise kompresörde tüketilen güç ve kondenser kapasitesindeki artışa bağlı olarak ilk başta hızla artmakta belirli bir değerden sonra ise artış oranı yavaşlamaktadır. Değişken devirli kompresörlü sistemde çevre sıcaklığı 0 oC ve kondenser sıcaklığı 55 oC iken, PVT'li ısı pompasının ısıtma performans katsayısı, PVT'siz sisteme göre %27,87 daha yüksektir. Sabit veya değişken devirde çalışan kompresörlü ve 1,65 x9 m2 panel alanlı bütünleşik bir sistemin Antalya iline kurulması durumunda öğle saatlerinde üretilen elektriğin, ısıtma sezonu boyunca (Ekim-Mart) kompresör tüketim gücünü karşılayacağı belirlenmiştir. Ancak, sabit devirli bütünleşik sistemde kondenser sıcaklığının öğle saatlerinde 25 oC'ye kadar düşeceği, değişken devirli sistemde ise devir sayısı ayarlanarak kondenser sıcaklığının 55 oC'de sabit tutulabileceği ve ısıtmanın daha konforlu yapılabileceği tespit edilmiştir. Antalya ili için ısıtma sezonunda değişken devirli kompresörlü bütünleşik sistemin COPIP'unun PVT'siz sisteme göre ortalama %34,55 daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Antalya ili için soğutma sezonunda (Nisan-Eylül), kondenser sıcaklığı 45 oC iken, sabit devirli bütünleşik sistemde 09.45-14.45 saatleri arasında, değişken devirli bütünleşik sistemde ise 08.45-16.45 saatleri arasında elektrik üretimi kompresör tüketim gücünü karşılayabileceği tespit edilmiştir.

An energetic analysis of a PVT (photovoltaic thermal) and heat pump integrated system that can be used to meet the heating-cooling needs and to generate electricity has been carried out. In the envisaged system, an air source R404A refrigerant heat pump with a hermetic scroll compressor that can operate at constant and/or variable speed is considered to be used and the solution algorithms of the system are transferred to EES (Engineering Equation Solver) and parametric analyzes are performed. According to the results obtained, it was determined that the electrical power generated increases linearly when the irradiation amount and panel area increase and the ambient temperature decreases. It is determined that the electrical efficiency increases when the panel is cooled with refrigerant by integrating PVT-Evaporator. In an integrated system with a constant speed compressor and PVT,the condenser temperature and compressor power decrease and COPIP increases when the irradiation or panel area increases or the ambient temperature decreases.. In an integrated system with a variable speed compressor and PVT, the compressor speed increases with the increase in radiation and area, and the COPIP increases rapidly at first due to the increase in the power consumed in the compressor and the condenser capacity, and the rate of increase slows down after a certain value. In the system with variable speed compressor, when the ambient temperature is 0 oC and the condenser temperature is 55 oC, the heating performance coefficient of the heat pump with PVT is 27.87% higher than the system without PVT. It is determined that if an integrated system with a fixed or variable speed compressor and a panel area of 1.65 x9 m2 is installed in Antalya province, the electricity generated at noon will meet the compressor consumption power during the heating season (October-March). However, it was determined that in the integrated system with constant speed, the condenser temperature will drop to 25 oC at noon, while in the variable speed system, the condenser temperature can be kept constant at 55 oC by adjusting the number of revolutions and heating can be done more comfortably. In the heating season for Antalya province, the COPIP of the integrated system with variable speed compressor is 34.55% higher than the system without PVT. In the cooling season (April-September) for Antalya province, when the condenser temperature is 45 oC, it is determined that the electricity generation can meet the compressor consumption power between 09.45-14.45 hours in the fixed speed integrated system and between 08.45-16.45 hours in the variable speed integrated system.