Güneş panellerine etkiyen rüzgar yüklerinin nümerik analizi

Abstract

Fosil yakıtların gün geçtikçe azalması nedeniyle dünyanın enerji ihtiyacının karşılanması için yapılan alternatif enerji çalışmaları her geçen gün artmaktadır. Güneş enerjisi enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılabilecek en önemli kaynaklar arasında olduğundan güneş panelleri enerji üretiminde büyük bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada güneş panelleri üzerine etki eden rüzgar yükleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yöntemlerinden yararlanılarak incelenmiştir. Analizler 3 boyutlu bir akış alanı içerisinde sürekli durumlu ve standart k-ε türbülans modeli kullanılarak yürütülmüştür. Yapılan çalışmalarda 10 m/s ve 20 m/s olmak üzere iki farklı rüzgar hızı, 25°, 35° ve 45° olmak üzere üç farklı panel eğim açısı ve 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150° ve 180° olmak üzere yedi farklı rüzgar yönü kullanılmıştır. Her iki rüzgar hızında da benzer hız ve basınç dağılımları elde edilmiştir. En yüksek net basınç katsayısı değeri 45° eğimli panelde 180° rüzgar yönünde 1,21 olarak tespit edilmiştir. En düşük net basınç katsayısı ise 45° panel eğim açısı ve 60° rüzgar yönünde oluşup -0,81 değerine sahiptir. En yüksek sürüklenme katsayısı olan 1,12 değeri 45° eğimli panelde 180° rüzgar yönünde elde edilmiştir. Maksimum kaldırma katsayısının değeri 1.51 olup 25° eğim açılı panelde 120° rüzgar yönünde tespit edilmiştir.

Due to decrease of fossil fuels day by day, alternative energy research for providing adequate energy to the world are increasing. Solar energy is one of the most important sources of energy in order to utilize to provide required energy. Hence solar panels are playing an important role on energy production. Producing more efficient solar panels is the main goal of the current studies. In this study, wind loads on a stand-alone solar panel have been investigated. Computational Fluid Dynamics methodology was used to carry out Computer-Aided analysis. Standard k-ε has been chosen as the turbulence model. 3-D continuous flow analysis has been run in a flow field. The study has been done for two different velocities, three different inclination angles and seven different wind directions which are respectively, 10 m/s and 20 m/s, 25°, 35° and 45° and 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150° and 180°. For two different wind velocities, results showed similar patterns of velocity vectors and pressure coefficient distributions. Maximum net pressure coefficient is occurred for 45° inclination angle and 180° wind direction as 1.21. Minimum net pressure coefficient is provided for 45° inclination angle and 60° wind direction as -0.81. Increase of panel inclination angle is resulted in increase of drag coefficients. Maximum drag coefficient is found for 45° inclination angle and 180° wind direction as 1.12. Lift coefficients has decreased by increasing inclination angles. Maximum lift coefficient is observed for 25° inclination angle and 120° wind direction as 1.51.