Girdaplı ters dairesel akış jet çarpmasıyla yeni bir güneş toplayıcının enerji ve ekserji özelliklerinin deneysel incelenmesi

Güneş panellerini serin tutmanın önemi

Güneş panelleri temiz enerjinin temel taşlarından biri haline geliyor, ancak bir ahil topları var: sıcağı sevmezler. Bir panel güneşte ısındıkça yüzey sıcaklığı yükselir ve güneş ışığını elektriğe çevirme yeteneği giderek düşer. Bu çalışma, panelleri daha serin tutmak için altlarına yerleştirilen zekice şekillendirilmiş hava kanalları kullanarak hem güç çıkışını hem de güneşten elde edilebilecek kullanılabilir enerji miktarını artırmanın yeni bir yolunu araştırıyor.

Panel soğutmada taze bir yaklaşım

Çoğu çatı üstü sistem, panelin arkasının rüzgarda durmasına izin vermekten ibarettir. Mühendisler, panelin arkasına hava veya su iterek ısıyı uzaklaştırmanın daha etkili olduğunu biliyor. Bu ekibin odağı, ücretsiz, temiz ve kullanımı kolay olduğu için hava oldu. Hava jetlerinin panelin arkasına çarptığı daha önceki “jet çarpması” tasarımlarının üzerine inşa ederek, hava akışına girdaplı bir hareket ekleyen yeni bir toplayıcı yarattılar. Plastikten 3B yazdırılmış küçük kase biçimli parçalar panelin altındaki sığ bir kutuda oturuyor. Hava her kasenin yanından giriyor, içinde dönüyor ve ardından güneş hücrelerinin arkasına doğru yukarıya doğru jet halinde çıkıp toplayıcıyı terk ediyor.

Yeni sistem nasıl test edildi

Araştırmacılar küçük bir güneş düzenekinin üç versiyonunu inşa ettiler: özel soğutma olmayan çıplak bir panel, standart ters dairesel akış jet çarpması (RCFJI) toplayıcılı bir panel ve yeni girdaplı tasarıma sahip SRCFJI adını verdikleri bir panel. Üçü de iç mekânda, orta ila güçlü parlaklık seviyeleri (metrekare başına 500 ila 900 watt) arasında ayarlanabilen yapay güneş ışığı altında test edildi. Ayrıca toplayıcıdan geçirilen havanın miktarını, hafif bir esintiden çok daha güçlü bir akışa kadar değiştirdiler. Her test sırasında panel sıcaklıklarını, elektrik çıktısını, havayla taşınan ısıyı ve gelen güneş enerjisinin pratikte ne kadarının işe dönüştürülebileceğini dikkatle ölçtüler.

Daha serin paneller, daha iyi performans

Sonuçlar açık bir eğilim gösterdi: daha yüksek hava akışı, daha serin paneller ve daha iyi performans sağladı; daha güçlü güneş ışığı ham gücü artırırken aynı zamanda sıcaklıkları yükseltti ve nihayetinde verimi olumsuz etkiledi. Çıplak panelle karşılaştırıldığında, her iki jet tasarımı da yüzey sıcaklıklarını anlamlı ölçüde düşürdü, ancak girdaplı versiyon en iyi sonucu verdi. En zorlu test koşulunda—yüksek güneş ışığı ve güçlü hava akışı—çıplak panelin yüzeyi yaklaşık 80 derece Celsius’a ulaştı. Standart jet tasarımı bunu yaklaşık %21,6 oranında düşürdü ve girdaplı tasarım indirimi yaklaşık %25,3’e kadar taşıyarak paneli birkaç derece daha soğuk tuttu. Bu ekstra soğutma doğrudan daha yüksek elektriksel verimlilik ve daha fazla üretilen watt anlamına geldi.

Basit verimliliğin ötesine bakmak: kullanılabilir enerji

Sistemi daha derinlemesine değerlendirmek için ekip, yakalanan enerjinin kaçının kaçınılmaz kayıplar hesaplandıktan sonra pratik işe dönüşebileceğini tahmin eden “ekserji” analizini de kullandı. Burada da girdaplı tasarım önde çıktı. Çıplak bir panele kıyasla SRCFJI toplayıcı elektriksel enerji verimini yaklaşık %12 ve termal enerji verimini %4’ün üzerinde artırdı. Ekserji açısından elektriksel performans yaklaşık %11 iyileşti ve gerçekten kullanılabilir kabul edilebilecek ısı oranı neredeyse %5 arttı. Yükseltilmiş düzenekten elde edilen toplam güç çıkışı ise standart panelle karşılaştırıldığında yaklaşık %22 arttı.

Gelecekteki güneş sistemleri için ne anlama geliyor

Uzman olmayanlar için mesaj basit: bir güneş panelinin altındaki hava kanallarını, havanın daha etkili şekilde girdap oluşturarak panelin arka yüzeyine çarpmasını sağlayacak şekilde yeniden şekillendirerek paneli daha serin tutabilir ve aynı güneş ışığından daha fazla kullanılabilir enerji elde edebiliriz. Yeni girdaplı jet toplayıcı, panel yüzüne hareketli parçalar eklemeden veya nadir malzemelere dayanmadan daha fazla elektrik ve daha fazla kullanılabilir ısı sunuyor. Bu prototip kontrollü iç mekân koşullarında ve küçük ölçekte test edilmiş olsa da, aşırı ısınmanın sürekli bir sorun olduğu sıcak iklimlerde özellikle gerçek dünya güneş kurulumları için pratik yükseltmelere işaret ediyor.

Atıf: Alzoubi, M.A., Ibrahim, A., Alkhedher, M. et al. Experimental investigation of energy and exergy characteristics of a novel solar collector with swirling reversed circular flow jet impingement. Sci Rep 16, 6812 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37654-0

Anahtar kelimeler: güneş paneli soğutma, fotovoltaik termal, jet çarpması, girdaplı hava akışı, enerji verimliliği