Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Güneş Enerjisinden Sıcak Su Elde Etme ve Güneş Kollektörleri

No description
by

elçin kılıç

on 16 November 2015

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Güneş Enerjisinden Sıcak Su Elde Etme ve Güneş Kollektörleri

Güneş Enerjisinden Sıcak Su Elde Etme ve Güneş Kollektörleri
YALOVA ÜNİVERSİTESİ
Fen Bilimleri Enstitüsü
Enerji Sistemleri Mühendisliği
Tezli-Yüksek Lisans
Elçin KILIÇ

Güneş Enerjisi
Güneş'in çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışınım enerjisidir.
Dünya atmosferinin dışında Güneş ışınımının şiddeti, yaklaşık 1370 W/m2 değerindedir; ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir.
Bu enerjinin Dünya'ya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır.

Türkiye Dünya üzerinde 36o-42o kuzey enlemleri ve 26o-45o doğu boylamları arasında bulunmaktadır.
Türkiye'nin yıllık ortalama Güneş Işınımı 1303 kWh/m2yıl, ortalama yıllık güneşlenme süresi ise 2623 saattir.
Yılın 10 ayı boyunca teknik ve ekonomik olarak ülke yüzölçümünün %63'ünde ve tüm yıl boyunca %17'sinden yararlanılabilir.
Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı
Türkiye'de Güneş Enerjisinden Faydalanma Yolları
Tarımsal ürünlerin kurutulması,
Seraların ısıtılmasında,
Konutların ısıtılmasında,
Sıcak su elde edilemesin de,
Buhar elde edilmesinde,
Binaların serinletilmesi uygulamalarında,
Güneş pilleri aracılığı ile elektrik enerjisi üretilmesinde
Güneş Enerjisi Teknolojileri
Güneş ışınlarından yararlanmak için pek çok teknoloji geliştirilmiştir.
Bu teknolojilerin bir kısmı Güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde direk olarak kullanırken, diğer teknolojiler Güneş enerjisinden elektrik elde etmek şeklinde kullanılmaktadır.
Güneş enerjili sıcak su sistemleri, suyu ısıtmak için Güneş ışınlarından yararlanır. Bu sistemler evsel sıcak su ya da bir alanı ısıtmak için kullanılabildiği gibi bir havuzu ısıtmak içinde kullanılır.

GÜNEŞ KOLLEKTÖRLÜ SICAK SU SİSTEMLERİ
Güneş kollektörlü sıcak su sistemleri, güneş enerjisini toplayan düzlemsel kollektörler, ısınan suyun toplandığı depo ve bu iki kısım arasında bağlantıyı sağlayan yalıtımlı borular, pompa ve kontrol edici gibi sistemi tamamlayan elemanlardan oluşmaktadır.

Güneş enerjili su ısıtıcıları iki grupta toplanır.

Aktif sistemler, suyun ya da ısı transfer sıvısının çevirimi için pompa kullanırlar.

Pasif sistemler suyun ya da ısı transfer sıvısının devrini doğal çevirim ile sağlarlar.

Pasif güneşle ısıtma, harici mekanik pompalama sistemleri olmaksızın ısının güneşten toplanıp dağıtılmasıyla gerçekleştirilir.

Güneş Enerjisi ile Evlerde Aktif Isıtma Sistemleri
Güneş Kollektörleri
Günümüzde evlerde hem sıcak su ihtiyacını karşılamak hem de ısıtma amacıyla kullanılmak üzere güneş kolektörleri kullanılmaktadır.
Bu sistemler;
Tabii dolaşımlı sistemler
Pompalı sistemler
Açık sistemler
Kapalı sistemler

Tabii dolaşımlı:
Tabii dolaşımlı sistemler ısı transfer akışkanının kendiliğinden dolaştığı sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine dayanmaktadır. Bu tür sistemlerde depo, kollektörün üst seviyesinden en az 30 cm yukarıda olması gerekmektedir.

Pompalı sistemler:
Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir. Deposunun yukarıda olma zorunluluğu yoktur.
Açık sistemler:
Kullanım suyu ile kollektörlerde dolasan suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde kullanılırlar.

Kapalı sistemler:
Kullanım suyu ile ısıtma suyunun farklı olduğu sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan su bir esanjör vasıtasıyla ısısını kullanım suyuna aktarır. Donma, kireçlenme ve korozyona karsı çözüm olarak kullanılırlar. Maliyeti açık sistemlere göre daha yüksek verimleri ise esanjör nedeniyle daha düşüktür.
Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Çeşitleri ve Uygulama Şekilleri
1- Depo sayısına göre;
- Tek depolu,
- Çift depolu,
2- Deponun pozisyonuna göre;
- Dik depolu,
- Yatık depolu,
3- Mantolu olup olmadığına veya kapalı yada açık oluşuna göre;
- Mantosuz (açık sistem) depo,
- Mantolu (kapalı sistem) depo,
4- İçinde bulunan serpantin sayısına göre;
- Tek serpantinli,
- Çift serpantinli,

5- İçinde hazne bulunmasına göre;
- Hazneli sıcak su deposu,
- Haznesiz sıcak su deposu,
6- Sıcak su deposundaki basınç seviyesine göre;
- Basınçlı sıcak su deposu,
- Basınçsız sıcak su deposu,
7- Akışkanın sirkülasyon şekline göre;
- Doğal sirkülasyonlu (pompasız),
- Cebri sirkülasyonlu (Pompalı)

Gibi değişik şekilde sınıflandırma veya gruplandırma
yapmak mümkündür.

Doğal Sirkülasyonlu Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri
Bu sistemlerde, sistemde suyun dolaşımı doğal yolla gerçekleştirdiği için, güneş kollektörün de ısınan sıcak suyun toplandığı sıcak su tankının kollektör seviyesinin üstünde olması gerekmektedir.
Doğal sirkülasyonlu, açık sistem sıcak su ısıtma sistemleri
Doğal sirkülasyonlu, kapalı sistem sıcak su ısıtma sistemleri
Doğal sirkülasyonlu, açık sistem sıcak su ısıtma sistemlerinde sadece alt kısımdaki sıcak su tankı izolelidir. Sisteme giren taze su sistemde depo ve kollektörler dahil tüm kısımlarda dolaşır.
Bu dolaşımın sonucu olarakta tesisata gelen taze su sahip olduğu tüm kireci güneş enerjisi sisteminin özellikle kollektör kısmında bırakarak sistemden ayrılır. Kollektör borularının iç kısımları kireç taşı ile kaplanır. Bu durum siyah yüzeyden suya ısı transferini engellediği için sonuçta güneş kollektörlerinin daha az su ısıtmasına sebep olur.
Bu sistemler şekilde görüldüğü gibi alt ve üst kısımdaki sıcak ve soğuk su tanklarının ikisi de yalıtımlıdır. Sisteme giren taze su sistemde depo ve kollektörler dahil tüm kısımlarda dolaşır.

Doğal dolaşımlı güneş enerjili su ısıtma sistemi uygulamaları
Cebri Sirkülasyonlu Kapalı devre Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri
Otomatik kontrol üniteleri iki ayrı sıcaklık probundan gelen sıcaklık değerleri arasındaki farka göre çalışırlar.
Sıcaklık propları bir diferansiyel termostat görevi yaparak sistemin çalışması ve durması için alt ve üst sıcaklık seviyelerini belirlerler.

DÜZLEMSEL GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ
Güneş enerjisini toplayarak bir akışkana aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki ısı esanjörleridir.
En çok sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır.
Güneş kollektörlerin de kullanılan siyah yüzeyler
Güneş kollektörlerinde kullanılan siyah yüzeyler temelde üç çeşittir. Bunlar;
Siyah boyalı yüzeyler,
Seçici (selektif) yüzeyler,
Yarı seçici (selektif) Yüzeyler

Boyama işleminde boyanın kalınlığı önemlidir. Bu kalınlığın 20-30 mikrometre civarındadır.
Ahşap, plastik ve cam gibi malzemeler ısı iletim katsayıları düşük olduğu için genellikle siyah yüzey olarak kullanılmazlar (boyanmazlar).

Siyah boyalı veya kaplama olan yüzeylerde, yüzeylerin üzerine gelen ışınımı yutma, yayma oranları, yüzey kalitesinin iyiliğini gösteren en önemli özellik;

Işınım yutma oranı / Işınım yayma oranı
Bu oran 4 ün üzerinde olduğunda yüzey selektif (seçici) yüzey olarak kabul edilir.
2-4 arası olan yüzeyler semi selektif (yarı seçici) yüzey olarak adlandırılır.
Diğer yüzeyler siyah boyalı yüzeyler olarak adlandırılır.
Kollektör giriş - çıkış bağlantıları
HESAP YÖNTEMİ
Güneşli sıcak su üretim sistemlerinde, tesis için gerekli sıcak su tüketimi hesaplandıktan sonra, belirlenen sıcak suyu üretecek olan güneş enerjisi sisteminin boyutlandırılması yapılır.

Bu aşamada, kolektör sayısının veya toplam kolektör alanının belirlenmesi için birçok hesap tarzı veya yöntemi bulunmakla birlikte en pratik ve kısa hesaplama yöntemi aşağıdaki denklem ile yapılmaktadır. Burada Atop; ihtiyaç duyulan toplam kolektör alanı olmak üzere;


Bu ifadedeki Q; sıcak su üretimi için gerekli toplam ısı yüküdür. Q ifadesi aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.

Bu denklemdeki, m; tesisin toplam sıcak su ihtiyacı, c; suyun özgül ısısıdır. Ti; güneş enerjisi ile ısıtılması istenen suyun sıcaklığı, Tş; güneş enerjisi sistemine şebekeden gelen su sıcaklığıdır. (1) denkleminde yer alan D ifadesi ise, güneşten temin edilen ve yararlı hale dönüşen net ışınım enerjisi olup, aşağıdaki gibi ifade edilebilir[1,2].

G; kolektörün birim yüzeyine gelen günlük güneş ışınımı miktarı,
S; Işınımın geldiği eğik yüzeyin eğim açısına göre değişen bir katsayıdır.
nk; sistemde kullanılması düşünülen güneş kolektörünün ortalama ısıl verimi
ns; güneş kolektörü dışında kalan, sıcak su depolama tankı, boru tesisatı, ısı değiştiricisi gibi elemanlarda meydana gelen ısıl kayıplarından dolayı alınan sistem verimidir.
Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Hesabı ve Kurulumunda Dikkat Edilmesi gereken Hususlar
1- Kollektör ile sıcak su deposu ve gidiş-dönüş boru uzunluğu ve basınç kaybının eşit olması,
2- Tesisattaki boru çapları, minimum basınç kaybı oluşturacak büyüklükte olmalıdır.
3 - Tesisatlarda, basınç kayıplarının düşük olması için, vana, çekvalf, dirsek vb. bağlantı elemanların minimum sayıda kullanılması,
4 - Özellikle kış aylarında, yüksek sıcaklıkta su elde etmek için kollektörlerin seri olarak ikili bağlanmasından kaçınılması,
5- Güneş enerjili sıcak su boru tesisatlarında oluşan havanın sistemden kolayca tahliyesi için, borulara akış yönünde yukarıya doğru yeterli eğim verilmelidir,
6- Kollektörler yan yana geçişli seri bağlandığında, kollektörden kollektöre akışkan aktarıldığında, yüksek debilerde yüksek basınç kayıpları meydana gelmektedir. Kollektörler yan yana 3 den fazla bağlanmamalıdır.

Güneş enerjisinin diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına ve fosil yakıtlara göre avantajlarından bazıları şunlardır
Bol ve tükenmeyen tek enerji kaynağıdır.
Temiz enerjidir. Çevreyi kirletici duman, gaz, CO gibi artıkları yoktur.
Yerel ve dağıtık uygulamalar için elverişlidir. Enerji ihtiyacı duyulan hemen her yerde güneş enerjisinden yararlanmak mümkündür.
Dışa bağımlı olmadığından, doğabilecek ekonomik sorunlardan da bağımsızdır.
Birçok uygulama için karmaşık teknolojiye gerek duyulmamaktadır. Tesislerin kurulumları daha kolaydır.

Güneş enerjisinin daha önce belirtilen üstünlüklere rağmen günümüzde uygulama azlığının sebeplerinden bazıları şunlardır
Birim alana gelen ışınım az olduğundan büyük yüzeylere ihtiyaç duyulması.
Güneş ışınımı sürekli olmadığından yüksek maliyetli depolama gerektirmesi.
Enerji ihtiyacının fazla olduğu kış aylarında güneş ışınımının az olması.
Güneş ışınımından yararlanılan birçok tesisin ilk yatırım maliyetlerinin diğer enerji kaynaklarına göre fazla olmasıdır.

Kaynaklar
https://tr.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCne%C5%9F_enerjisi
http://www.eie.gov.tr/eie-web/turkce/YEK/gunes/guneskollektor.html
Prof. Dr. Necdet ALTUNTOP, Yapı Teknolojisinde Yenilenebilir Enerji ve Alternatif Sistemler “Güneş Enerjisi”,
Prof. Dr. Olcay KINCAY, Güneş Enerjisi

Teşekkürler
Full transcript