T.C. DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MM G Ü Z D Ö N E M İ

Transkript

1 T.C. DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MM G Ü N E Ş E N E R J İ S İ G Ü Z D Ö N E M İ

2 AVRUPA ÜLKELERİNDE GÜNEŞ

3 METEOROLOJİK GÜNEŞ ÖLÇÜMÜ Global güneş radyasyonu : Pyranometre, aktinometre, aktinograf Direkt güneş radyasyonu : Pyrheliometre Diffuse güneş radyasyonu : Gölge bantlı pyranometre Toplam güneş radyasyonu ve net radyasyon : Pyrgeometre ve pyranometre Güneşlenme süresi ölçümleri : Helyograf /Güneşlenme Süresi Ölçer

4 GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI Global Güneş Radyasyonu Ölçümü (Pyranometre): Güneşten yatay yüzeye 2π lik açıyla gelen radyasyon toplamıdır. Dalga boyu nm dir. (Kısa dalga radyasyon). Aktinometre, aktinograf ve Pyranometre ile ölçülür. Direkt ve diffuse radyasyonun toplamıdır. Diffuse radyasyon bileşenini ayırmak için gölgeleme bandı, disk veya top kullanılır. Pyranometre: Yatay düzleme gelen global (küresel) radyasyon şiddetini ölçmede kullanılır. Termal radyasyondan voltaj üretir (Thermopile-Termoelektrik). Dalga Boyu: nm dir. Sensör güneş radyasyonu şiddetine göre μv seviyesinde voltaj üretir. Bu değer Sensör sensivity değerine bölünerek W/m² olarak güneş radyasyon şiddeti elde edilir. Direkt ve diffuse radyasyon toplamını ölçer. Diffuse radyasyon bileşenini belirlemek için gölgeleme bandı, disk veya top kullanılır

5 GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI Global Güneş Radyasyonu Ölçümü (Pyranometre): Güneşten yatay yüzeye 2π lik açıyla gelen radyasyon toplamıdır. Dalga boyu nm dir. (Kısa dalga radyasyon). Aktinometre, aktinograf ve Pyranometre ile ölçülür. Direkt ve diffuse radyasyonun toplamıdır. Diffuse radyasyon bileşenini ayırmak için gölgeleme bandı, disk veya top kullanılır. Pyranometre: Yatay düzleme gelen global (küresel) radyasyon şiddetini ölçmede kullanılır. Termal radyasyondan voltaj üretir (Thermopile-Termoelektrik). Dalga Boyu: nm dir. Sensör güneş radyasyonu şiddetine göre μv seviyesinde voltaj üretir. Bu değer Sensör sensivity değerine bölünerek W/m² olarak güneş radyasyon şiddeti elde edilir. Direkt ve diffuse radyasyon toplamını ölçer. Diffuse radyasyon bileşenini belirlemek için gölgeleme bandı, disk veya top kullanılır

6 GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI Direkt Güneş Radyasyon Ölçer (Pyrheliometre): Yansıma ve dağılmaya uğramadan yere kadar dik ulaşan güneş radyasyonudur. Pyrheliometre ile ölçülür. Dalga boyu nm. Pyrheliometrenin güneşi sürekli dik görmesi gerekir. Güneşi dik takip etmesi için güneş izleyici (sun tracker) kullanılır. Takip açısı < 5º doğrulukla olmalıdır, w/m² olarak direkt güneş radyasyonu ölçülür. Direkt güneş radyasyonun 120 W/m²üzerinde olduğu dakikalar güneşlenme süresi olarak kaydedilir

7 GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI 10 Temmuz 2012 tarihli resmi gazetede, Orman ve Su İşleri Bakanlığı nın (Meteoroloji Genel Müdürlüğü) güneş enerjisine dayalı lisans başvuruları (1 MW üstü için) için zorunlu yapılacak 1 yıllık güneş ölçümleri uygulamalarına dair tebliğe (tebliğ no: 2012/01) göre güneş ölçüm istasyonu örnek şeması ve asgari özellikleri;

8 GÜNEŞ ÖLÇÜM SİSTEMİ

9 GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Tanımı 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,

10 GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ 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)

11 GÜNEŞ ENERJİSİ Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir: Fotovoltaik GüneşTeknolojisi: Fotovoltaik hücreler denen yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler. Isıl GüneşTeknolojileri: Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir

12 FOTOVOLTAİK HÜCRELER Güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş hücreleri alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,1-0,4 mm arasındadır. Güneş hücreleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Hücrenin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş enerjisi, güneş hücresinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 30 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş hücresi birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş hücresi modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan MEGA Watt'lara kadar sistem oluşturulur

13 FOTOVOLTAİK HÜCRELER

14 FOTOVOLTAİK HÜCRELER

15 DÜZLEM TOPLAÇ DÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ (TOPLAYICILARI) Güneş kollektörleri, güneş radyasyonunu toplayıp bir akışkana (sıvı veya hava) aktaran bir ünitedir. Üç değişik biçimde olabilir. Birinci grup düz yüzeyli tipler güneş ışığını odaklamazlar ve genel olarak sabit çalışırlar ve ulaşılan sıcaklık seviyesi 95 C nin altındadır. İkinci grup odaklamalı tiplerdir. Güneş ışınlarını sürekli olarak bir odak noktasına toplarlar. Sadece direkt radyasyondan yararlanırlar. Üçüncü grup ise vakumlu-boru kollektörlerdir. Bu tip kollektörlerde vakumlu bir cam boru (absorber) içerisine bir ısı borusu yerleştirilmiştir

16 DÜZLEM TOPLAÇ DÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ Isı borusunda kolayca faz değiştiren akışkan bulunur. Güneş radyasyonu etkisiyle ısı borusundaki akışkan buharlaşarak yükselir ve ısı eşanjörüne (kondenser) gelir. Burada kollektör akışkanına (su) ısısını aktararak yoğuşur

17 DÜZLEM TOPLAÇ DÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ Toplaçlar, yörenin enlemine bağlı olarak en yüksek oranda güneş alacak şekilde, sabit bir açıyla yerleştirilirler. En uygun eğim açısı aşağıdaki gibi belirlenir; Bütün yıl için yaklaşık olarak eğim açısı = enlem derecesi Yaz mevsimi için eğim açısı = enlem derecesi -10 Kış mevsimi için eğim açısı = enlem derecesi

18 DÜZLEM TOPLAÇ DÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ Düzlem toplaçlar; ısı taşıyıcı akışına bağlı olarak Havalı tip ve Sıvılı tip olmak üzere iki grupta incelenebilir. Havalı toplaçlar genellikle konutların ve küçük ticari binaların ısıtılmasında ve kurutma işlemlerinde kullanılmalarına karşın, sıvılı toplaçlar büyük binaların ısıtılmasında, endüstriyel ısıtma işlemlerinde ve güneş enerjisiyle soğutma uygulamalarında kullanılırlar. Sıvılı toplaçlar, daha fazla enerji toplar ve verimleri daha yüksektir. Bunun nedeni, havalı toplaçların daha fazla ısı kaybetmesidir

19 DÜZLEM TOPLAÇ DÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ Havalı toplaçların soğurucu plakasının sıcaklığı daha yüksek olacağından çevreye olan ısı kaybı da artar. Suyun ısı taşıma verimliliği daha yüksek olduğundan, sıvılı toplaçlarda soğurucu plakasının sıcaklığı, içindeki ısı taşıyıcı akışkandan sadece birkaç derece yüksektir. Hava iyi bir ısı taşıyıcı akışkan değildir. Bu nedenle, havalı toplaçların soğurucu plaka sıcaklığı, içlerinde dolaşan hava sıcaklığından 15 C daha yüksek olabilmektedir. Soğurucu plakanın sıcak olması, daha fazla ısı kaybına neden olur ve verimde düşme meydana gelir

20 DÜZLEM TOPLAÇ DÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ Güneş enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır. En çok evlerde sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Ulaştıkları sıcaklık 70 C civarındadır. Düzlemsel güneş kolektörleri, üstten alta doğru, camdan yapılan üst örtü, cam ile absorban plaka arasında yeterince boşluk, metal veya plastik absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve bu bölümleri içine alan bir kasadan oluşmuştur. Absorban plakanın yüzeyi genellikte koyu renkte olup bazen seçiciliği artıran bir madde ile kaplanır. Kolektörler, yörenin enlemine bağlı olarak güneşi maksimum alacak şekilde, sabit bir açıyla yerleştirilirler

21

22 DÜZLEM TOPLAÇ DÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ Güneş kollektörlü sistemler tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılır. Bu sistemler evlerin yanında, yüzme havuzları ve sanayi tesisleri için de sıcak su sağlanmasında kullanılır. Bu konudaki Ar-Ge çalışmaları sürmekle birlikte, bu sistemler tamamen ticari ortama girmiş durumdadırlar. Dünya genelinde kurulu bulunan güneş kolektörü alanı 30 milyon m 2 'nin üzerindedir. En fazla güneş kolektörü bulunan ülkeler arasında Çin, ABD, Japonya, Avustralya İsrail ve Yunanistan yer almaktadır. Türkiye 18 milyon m² kurulu kolektör alanı ile dünyanın önde gelen ülkelerinden biri konumundadır

23

24 GÜNEŞ PANELLERİ NASIL ÇALIŞIR? Güneş ışığı foton adı verilen küçük enerji paketlerinden oluşur. Her dakika güneşten gelen fotonlar dünyanın bir yıllık enerji tüketimine yetecek kadar enerjiyi dünyamıza ulaştırırlar. Güneşten gelen bu enerjiyi kullanarak elektrik üretme amacı ile güneş panelleri, başka bir deyişle fotovoltaik paneller kullanılır. Güneş panelleri yani fotovoltaik paneller, birçok solar hücreden oluşur. Bu hücreler silisyum adı verilen ve dünyamızda çokça bulunan elementlerden yapılır. Her bir hücre, aynen pillerde de olduğu gibi, elektrik akımı yaratmak için bir pozitif ve bir negatif katmandan oluşur. Güneşten gelen fotonlar güneş panelinin üzerinde bulunan bahsettiğimiz bu hücreler tarafından emildiklerinde, açığa çıkan enerji elektronları özgürce hareket etmelerine yol açar

25 GÜNEŞ PANELLERİ NASIL ÇALIŞIR? Elektronlar panelin alt kısmına doğru yol alır ve bağlantı kablosundan dışarı çıkarlar. Elektronların bu akımına elektrik denir. İstenilen enerji miktarına göre solar hücreleri bir araya getirip birçok farklı alanda kullanmak ve enerji üretmek mümkündür. Kullanılan panelin boyutu yapılacak ise göre değişse de, işleyiş prensibi aynıdır. Fotovoltaik sistemlerin güneş enerjisinden elektrik enerjisi ürettiğini bilmekteyiz. Fakat bu şekilde elektrik üretmek için sadece güneş panelleri yeterli değildir. Bir fotovoltaik sistem güneş panelinin dışında birçok cihazın bir arada kullanılmasını gerektirir

26 YİNE GELDİK BİR DERSİN SONUNA!