Analysis of dust and shadow effect on photovoltaic modules

Bu tez çalışmasında, 5 Watt gücündeki mini fotovoltaik (FV) panellerde tozlanma ve gölgelenme etkisi, dış ortam saha deneyleri ve iç ortam laboratuvar deneyleri ile incelenmiştir. Dış ortam saha deneylerinde, Hacettepe Üniversitesi Güneş Evi bahçesinde 6°-50° aralığında 5 farklı eğim açısında yerleştirilen mini FV paneller, özdeş konumda, elle temizlenmiş ve temizlenmemiş olarak iki gruba ayrılmıştır. Havanın açık ve güneşli olduğu günlerde öğle saatlerinde her bir panel için kısa devre akımı, sıcaklık ve ışınım değerleri ölçülerek ve kısa devre akım değerleri 1000 W/m2 ve 25°C standart test koşullarına göre normalize edilerek, günlük tozlanma ve birikimli tozlanma etkisi incelenmiştir. Günlük tozlanma etkisinde, temizlenmiş panellerin kısa devre akım değerinin temizlenmemiş panellerdekinden fazla olduğu görülmüş ve buradan elle yapılan temizliğin yüzeydeki tozları temizleyerek panel performansını arttırdığı sonucuna varılmıştır. Birikimli tozlanmada, eğim açısı arttıkça tozlanma kaybının azaldığı görülmüştür. Elle temizlemenin yanı sıra, yağmur nedeniyle oluşabilecek doğal temizlemenin de etkisi incelenmiştir. Yağış ile tozlanma kaybının azalması, yağmurun temizleme etkisini göstermesine karşın, bazı yağışlı günlerde tozlanma kaybında meydana gelen artışın yağışın tozu temizlemek yerine toz birikimine neden olması ile açıklanmıştır.İç ortam laboratuvar deneylerinde, yapay tozlanma ve yapay gölgeleme deneyleri yapılmıştır. Yapay tozlanma için, toz haline getirilmiş kırmızı kil, sarı silt toprak ile siltli kum örnekleri kullanılmıştır. Farklı miktarlarda tozlar panel üzerine homojen olarak serpiştirilerek, FV panellerin aydınlatma altında akım-gerilim (I-V) karakteristikleri incelenmiştir. Toz yoğunluğu arttıkça üç farklı tozlanma malzemesi için de gücün azaldığı gözlenmiştir. Deneyler 6°-40° eğim açısı aralığı için gerçekleştirilmiş ve eğim açısı arttıkça panel üzerindeki toz miktarının azaldığı ve artan toz yoğunluğu ile normalize güç değerinin azaldığı gözlenmiştir. Kırmızı kil toprağın su ile karıştırılması sonucu oluşan karışım, panel üzerine püskürtülmüş ve aynı miktardaki kırmızı kil toprağa göre daha fazla güç elde edildiği görülmüştür. Laboratuvar koşullarında gölgelenme etkisinin incelenmesi için karton, pelür ve yağlı kağıt ile homojen gölgelenme ve farklı doğrultularda kısmi gölgelemeler yapılarak panellerin aydınlatma altında I-V karakteristikleri incelenmiştir. Geçirgenliği daha yüksek olan yağlı kağıt ile yapılan gölgelenme koşullarında, karton ve pelür kağıda oranla daha fazla güç değerleri elde edilmiştir. Homojen gölgeleme koşulunda, artan gölgelenme oranı ile I-V, P-V eğrilerinin lineer olarak kaymasına karşın, kısmi gölgelemede köprüleme diyotu içermeyen panel davranışı incelenmiştir. In the present study, the effect of dust deposition and shade on 5 Watt mini photovoltaic (PV) panels was analyzed through outdoor fieldwork and indoor laboratory experiments. For the outdoor field tests, two groups of mini PV panels were set up at five different angles within a range of 6°–50° in the Hacettepe University Solar House garden, with one group being manually cleaned and the left for dust to accumulate. The effects of daily dust deposition and accumulated dust deposition were analyzed by measuring the short circuit current, the temperature and radiation values for each panel at noon on clear and sunny days, normalizing the short circuit current values to 1000 W/m2 and 25°C standard test conditions. It was observed that the short circuit current value of the cleaned panels was higher than the uncleaned panels under the effect of the daily dust deposition, and that after cleaning the dust from the surface, panel performance improved. It was also observed that the level of dust deposition reduced as the angle of tilt was increased. In addition to manual cleaning, the effect of natural cleaning though such means as rainfall was also analyzed. Increase occuring in dust deposition on some rainy days shows that rainfall may cause the accumulation of dust instead of cleaning the dust.In the indoor laboratory experiments, artificial dust deposition and artificial shading experiments were carried out using powdered red clay, yellow silty soil and silty sand samples as artificial dust depositions. The current-voltage (I-V) characteristics of the PV panels under illumination were analyzed by scattering various amounts of dust onto the panels in a homogeneous manner, and it was observed that the obtained power decreased as the density of the three different dust deposition materials increased. Experiments were conducted for the 6°–40° tilt angle range, and it was observed that as the tilt angle increased, the amount of dust on the panel decreased, and that the normalized power value decreased with increased dust density. Red clay soil was mixed with water and sprayed onto the panel, and it was found that more power was obtained than with the same amount of red clay soil but without water. In order to analyze the effect of shade under laboratory conditions, the I-V characteristics of the panels under illumination were analyzed by creating homogenous shading and partial shading in different directions using cardboard, tissue paper and waxed paper. Under the shaded conditions simulated using waxed paper, which has high permeability, higher power values were obtained that with cardboard and tissue paper. Although the I-V, P-V curves linearly shift as the shading rate increases under homogenous shading conditions, the panel behavior without bridging diode at partial shading is analyzed. 120