EXPERİMENTAL INVESTİGATİON OF A SOLAR-ASSİSTED HEAT PUMP SYSTEM EMPLOYİNG PHOTOVOLTAİC THERMAL (PV/T) COLLECTOR

Abstract

Küresel enerji krizi ve fosil yakıtların tüketiminden kaynaklanan çevre kirliliği alternatif enerji kaynaklarını araştırmayı ve enerji verimli sistemler geliştirmeyi zorunlu kılmaktadır. Güneş enerjisi çevre dostu, tükenmez, ekonomik ve erişilebilir olan yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarından biridir. Isı pompalarının bir ısı kaynağı olarak güneş enerjisini kullanan sistemler daha verimlidir. Isı pompalarını güneş kollektörleri ile birleştirmek için üç yöntem vardır: güneş enerjisi destekli ısı pompaları, fotovoltaik destekli ısı pompaları ve fotovoltaik/termal (PV/T) destekli ısı pompaları. İlk iki yönteme kıyasla PV/T kollektörlerin ısı pompası ile birleşimi özellikle umut vericidir. Çünkü PV/T kollektörler fotovoltaik panelleri ve bir güneş enerjili kollektörü tek bir kollektör içinde birleştirerek hem elektriksel hem de ısıl enerjiyi eş zamanlı üretebilmektedir. Bu birleşik sistemi kullanarak, ısı pompası buharlaşma sıcaklığındaki artış ve PV/T panel çalışma sıcaklığındaki düşüşten dolayı ısı pompası performansı ve PV/T verimi arttırılabilmektedir. Ayrıca güneş kollektörü tarafından üretilen elektrik enerjisi kompresörleri ve pompaları tahrik için kullanılabilmektedir. PV/T destekli güneş enerjili ısı pompası sistemleri PV/T kollektördeki çalışma akışkanına göre sınıflandırılabilmektedir: sıvı soğutmalı kollektör, hava soğutmalı kollektör ve soğutucu akışkan soğutmalı kollektör. Bu çalışmada, hacim ısıtması için sıvı soğutmalı PV/T destekli bir ısı pompası deneysel olarak incelenmektedir. Elde edilen sonuçlara göre, PV/T sistem kontrol yöntemlerinin her biri için önemli parametrelerin PV/T sistem enerji kazancı, toplam enerji tüketimi, ortalama ısı pompası performans katsayısı ve toplam sistem performansı üzerindeki etkileri sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: PV/T destekli güneş enerjili ısı pompası, PV/T güneş kollektörü, Performans, Kontrol yöntemiThe global energy crisis and environmental pollution caused by the consumption of fossil fuels make it necessary to seek alternative energy resources and develop energy-efficient systems. Solar energy is one of the renewable alternative energy resources which is environment-friendly, limitless, economical, and attainable. Systems using solar energy as a heat resource of heat pumps are more efficient. There are three methods for coupling heat pumps with solar collectors: solar thermal assisted heat pumps, photovoltaic powered heat pumps, and photovoltaic/thermal (PV/T) assisted heat pumps. Compared to the former two methods, the combination of PV/T collectors with heat pump is particularly promising since PV/T collectors combine photovoltaic panels and a solar thermal collector into a single integrated collector, and are capable of producing both electrical and thermal energy simultaneously. By using this combination, the heat pump performance and the PV/T efficiency can be improved due to the increase in the evaporating temperature of the heat pump and the decrease in the PV/T panel operating temperature. In addition, the electrical energy generated by the solar collector can be used to drive the compressors and pumps. PV/T assisted solar heat pump systems can be classified according to the typical working fluid in the PV/T collector as: liquid-cooled collector, air-cooled collector, and refrigerant- cooled collector. In this study, a liquid-cooled PV/T assisted heat pump for space heating is experimentally investigated. Based on the results, the effects of the key parameters for each of the PV/T system control methods on the PV/T system energy gain, overall energy consumption, average heat pump coefficient of performance (COP), and the overall system performance were presented. Keywords: PV/T assisted solar heat pump, PV/T solar collector, Performance, Control method.