Su Isıtmalı Düzlemsel GüneĢ Kollektörlerinde Doğrusal Odaklamalı Ġki Modelin Ġncelenmesi

Transkript

1 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), May 211, Elazığ, Turkey Su Isıtmalı Düzlemsel GüneĢ Kollektörlerinde Doğrusal Odaklamalı Ġki Modelin Ġncelenmesi M. Ali ERSÖZ UĢak Üniversitesi UĢak / Türkiye, maliersoz@hotmail.com INVESTIGATION OF THE TWO MODELS WITH LINEER FOCALIZATION ON THE PLANAR SOLAR COLLECTORS WITH WATER HEATING Abstract In this paper; two different models were developed which can condense sun radiation comes from different angles on fluid pipes at planar sun collector which was made to obtain usage hot water. In first model, aileron which was in vertical position was appended to purchaser fluid pipes placed in collector safe and V formed reflectors which were prepared from plane mirrors were located under it. And in second model, half cylindrical reflectors were located under fluid pipes made material from chrome-nickel sheet. These collectors designed and manufactured were examined experimentally under Usak city conditions in Turkey. Once datums obtained from experiments were evaluated, it can be realized that average efficiency of collector has V reflector is %36,4 and average efficiency of collector has cylindrical reflector is %38,6. Keywords Solar collectors, linear focalization, energy efficiency. I. GĠRĠġ GüneĢ enerjisinin ısı enerjisine dönüģtürülmesinde en sık kullanılan sistemler, düzlemsel güneģ kolektörlü sistemlerdir. Bunlar, diğer güneģ enerjisi ısı kazanım sistemlerine göre daha basit çalıģma sistemlerine sahip ve daha ucuzdurlar. Bu özellikleri ile konutlarda ve düģük sıcaklık gerektiren endüstriyel uygulamalarda sıcak su ve sıcak hava ihtiyaçlarının karģılanması için yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu nedenlerle düzlemsel güneģ kolektörleri birçok araģtırmacının ilgi odağı olmuģ ve bu sistemlerin geliģtirilmeleri amacıyla araģtırmacılar tarafından birçok çalıģmalar yapılmıģtır. Yapılan literatür araģtırmasında, geliģtirilen V yansıtıcılı ve yarım silindirik yansıtıcılı düzlemsel güneģ kollektörlerine yönelik herhangi bir çalıģmaya rastlanılmamıģtır. Ancak, Yılmaz (1989) tarafından yapılan bir çalıģmada, düzlem kolektörlerde yansıtıcı kullanımına yönelik olarak 3 farklı yansıtıcılı kolektör geliģtirilmiģtir. Bunlardan birincisi yutucu yüzeyli karıģık parabolik yansıtıcılı kollektör (YYKPYK) olarak tasarlanmıģ ve düzlem kolektör içerisine 3 KPY yerleģtirilmiģtir. Burada alıcı borular birbirine seri olarak bağlanmıģlardır. GeliĢtirilen ikinci ve üçüncü düzlem kolektörlerde parabolik yansıtıcılar (PY) kullanılmıģtır. Bunlarda da 3 adet PY kullanılmıģ ve alıcı boru bağlantıları seri ve paralel olarak yapılmıģtır (ġekil 2) (Ġleriki açıklamalarda seri bağlı parabolik yansıtıcılı kolektör SBPYK ve paralel bağlı parabolik yansıtıcılı kolektör de PBPYK olarak tanımlanacaktır.) GeliĢtirilen 3 kollektörün de yüzey alanı eģit olup doğal dolaģımlı açık sistem ve depo bağlantıları iptal edilerek sürekli akıģlı olarak farklı debilerde test edilmiģlerdir. Yapılan doğal dolaģımlı açık sistem deneyleri sonucunda, sistem su hacmi 1 L ve 3 gün için ısıl verimler YYKPY için,4, SBPY kollektör için,37 ve PBPY kollektör için de,1 olarak bulunmuģtur. Sürekli akıģlı ve 8 farklı debide yapılan deneylerde performans katsayıları Re D ye belirlenerek en yüksek performansın sırasıyla SBPYK, YYKPYK ve PBPYK olduğu belirtilmiģtir [1]. Düzlemsel kollektörlerle ilgili yapılan çalıģmalar, genellikle, düzlemsel kolektörlerin temel bileģenlerinin, çalıģma prensiplerinin ısıl verime etkileri, düzlemsel kolektörlerde kullanımı yaygınlaģan ısı borulu sistemlerin ısıl verim analizleri ve ekonomik analizlerle ilgili olarak karģımıza çıkmaktadır. II. DOĞRUSAL YOĞUNLAġTIRICILI KOLLEKTÖRLER GüneĢ ıģınlarını, çizgisel bir hat üzerinde yoğunlaģtıran düzeneklere doğrusal yoğunlaģtırıcılı toplayıcı denir. GüneĢ toplayıcılarını kullanmaktaki maksat, üzerine düģen güneģ ıģınımının mümkün olduğu kadar büyük bir kısmından faydalanabilmektir. Bu bakımdan düzlemsel toplayıcıların yanında ıģınımı yoğunlaģtıran bu toplayıcılar önemli bir yer tutar. YoğunlaĢtırılmıĢ toplayıcıların teorik olarak üç sebepten dolayı kullanılması düģünülebilir [2]. 1. GüneĢ enerjisinden dönüģtürülen enerjinin, özellikle ısı enerjisinin sıcaklık seviyesini artırmak. 2. Isı kayıpları olan yüzeyi küçülterek toplayıcının verimini yükseltmek. 3. Daha kullanıģlı ve ekonomik bir toplayıcı meydana getirmek. Odaklayıcı kollektörlerin fonksiyon itibariyle temel iki temel bileģeni vardır. Bunlar, optik sistem ve alıcıdır. Optik sistemin iģlevi güneģ radyasyonunu yoğunlaģtırmaktır. Alıcının görevi ise güneģ radyasyonunu yutmak ve bunu baģka bir enerji Ģekline dönüģtürmektir. GüneĢ ıģınımı yansıtıcı yüzey ile bir doğrusal bir alıcıya yoğunlaģtırılır. Alıcı; cam tüp, yüzeyi yaklaģık %97 lik bir absorbtiviteye sahip çelik alıcı boru ve cam-metal birleģtiricilerden oluģur. Alıcı boru üzerinde meydana gelen yüksek sıcaklık nedeniyle oluģan ısı kayıplarını azaltmak için, cam tüp ile alıcı boru arasındaki hava vakumlanmıģtır. Bu boģluk basıncı yaklaģık 18

2 Su Isıtmalı Düzlemsel Güneş Kollektörlerinde Doğrusal Odaklamalı İki Modelin İncelenmesi,1 atm dir. Isıya dayanıklı cam tüp, yüksek bir geçirgenliğe ve radyasyon kayıplarını en aza indirgemek için anti yansıtıcı bir yapıya sahiptir. Sıcaklık nedeniyle meydana gelen genleģmelerin etkilerini gidermek için körüklü cam-metal birleģtiriciler kullanılmaktadır [3]. Aynı açıklık alanına gelen güneģ ıģınımından yoğunlaģtırıcı kolektörler ile düz kollektöre nazaran daha fazla miktarda faydalanılabilir. Alıcı yüzeyin küçültülmesi ile ısı kayıpları azaltılabilir. Ayrıca, küçülen yüzey üzerinde toplam ısı geçiģ katsayısını da küçültecek önlemler alınması daha kolay ve ucuz olur. Sıcaklığın, dolayısıyla çevre ile sıcaklık farkının artması ısı kaybının artmasına sebep olursa da aynı sıcaklıktaki toplayıcılar için alıcı yüzeyin ve bilhassa toplam ısı geçiģ katsayısının küçülmesi ile toplayıcı verimi bakımından diğer kayıplar (gölge, iyi takip edememe, yansıtılan ıģınların alıcı yüzey üzerine düģmemesi, vb.) yüzünden de verim azalır. Bu yüzden yoğunlaģtıran kollektörlerde vakum borulu alıcılar kullanılır [4]. Geleneksel yoğunlaģtırıcı tip toplayıcılar güneģi takip etmelidirler. GüneĢin hareketini takip edebilmek için kullanılan iki yöntem vardır. Bunlardan birincisi güneģi hem enlem hem de boylam yönlerinde takip edebilme özelliği olan bir cihazla çalıģan altazimuth sistemdir. Düz plaka tipi güneģ toplayıcıları genellikle bu yöntemi kullanmaktadırlar. Ġkinci yöntem ise toplayıcının güneģi bir eksen üzerinde takip etmesidir. Bu eksenler doğu-batı veya kuzey-güney dir. Parabolik oluk tip toplayıcılar genelde bu yöntemi kullanılırlar. Bu sistemin kullanımında günesin düzgün takip edilmesi için günesin gökyüzündeki hareketi hakkında düzenli ve kesin veriler gereklidir. YoğunlaĢtırıcı toplayıcılar düģük yoğunlaģtırma oranlarına sahip değillerse yalnızca direk ıģınım için kullanılabilirler. Çünkü bu toplayıcıların birçok tipi dağınık ıģınımı yoğunlaģtıramamaktadır. Böylece bulutlu havalarda yoğunlaģtırıcı toplayıcılar düz panel tip toplayıcılara oranla, birim toplayıcı açıklığından emilen ısınım miktarı olarak daha verimli olacaklardır [3]. Doğrusal yoğunlaģtırıcı tip toplayıcılarla ilgili birçok tasarım yapılmıģtır. YoğunlaĢtırıcı yansıtıcı, dairesel veya oluk seklinde parabolik yansıtıcı, karıģık parabolik yansıtıcı, sürekli veya parçalı toplayıcılar kullanan tasarımlar vardır. Toplayıcı Ģekilleri düz, içbükey, silindirik, dıģbükey olabilir. Toplayıcı yüzeyleri örtü malzemesi ile kaplanmıģ veya kaplanmamıģ olabilir. Optik kalitenin iyileģtirilmesi ve optik konumlandırma sistemlerinin kullanılması ile bu toplayıcılardaki sıcaklıklar ve yoğunlaģtırma oranları arttırılır. III. DENEYSEL ÇALIġMA A. Deney Setinin Hazırlanması Bu çalıģmada, su ısıtmalı düzlemsel güneģ kolektörlerinde değiģik yansıtıcı yüzeye sahip iki modelin deneysel karģılaģtırılması yapılacağından bu amaçla imal edilen düzlemsel kollektörde ilk önce V yansıtıcı, ikinci olarak ise yarım silindirik yansıtıcı kullanılmıģtır (Ġleriki açıklamalarda VE yansıtıcılı kollektör, VEYAK ve silindirik yansıtıcılı kolektör ise SĠYAK olarak tanımlanacaktır). VEYAK de güneģ ıģınımlarını kasa içerisinde, kanatçıklı olarak hazırlanan alıcı borular üzerine odaklamak için x88 mm boyutlarında hazırlanan düzlem aynalar, aralarında 9 O olacak Ģekilde V biçiminde yerleģtirilmiģlerdir. SĠYAK ünde ise krom-nikel sacdan r = 4 mm yarıçapında ve 88 mm boyunda yarım silindirik biçimde hazırlanan yansıtıcı, kanatçıklı alıcı borular altına yerleģtirilmiģtir. Her iki kolektörün yansıtıcılarında güneģ alma açıklığı birbirine eģittir. Belirtildiği üzere deney sisteminin sadece yansıtıcı bölümleri farklıdır. Sistemin diğer bileģenlerinin özellikleri aynı olup aģağıda açıklandığı gibidir (ġekil 1). ġekil 1. VEYAK ile SĠYAK ün üst ve önden kesit görünüģü Deney seti, doğal dolaģımlı açık sistem olarak imal edilmiģtir. Kolektör kasası x1x1 mm boyutlarında 18 mm kalınlığındaki mdf malzemeden yapılmıģtır. Kolektör kasasının altına ise kaplama malzemesi olarak mm kalınlığındaki kontraplak kullanılmıģtır. Ø 22 mm ve boyu 42 mm olan dağıtım ve toplama borularının arasına Ø 16 mm ve boyu 9 mm olan adet bakır boru, aralarında eģit uzaklık olacak Ģekilde sert lehimleme ile birleģtirilerek akıģkan kollektörü oluģturulmuģtur (ġekil 1). GüneĢ ıģınımlarından daha fazla yararlanabilmek için, mm kalınlığında ve 3x88 mm boyutlarında olan bakır levha malzemeler alıcı borulara dikey konumda, kanatçık olarak sert lehimleme ile eklenmiģlerdir. Hazırlanan akıģkan kolektörünün tüm yüzeyi güneģ ıģınımlarını daha iyi absorbe edebilmesi için mat siyah metal boyası (kollektör boyası) ince bir film tabaka oluģturacak Ģekilde boyanmıģtır. Kolektör örtü malzemesi olarak 3 mm kalınlığında saydam, renksiz, sodakalsik camı (düzcam) kullanılmıģtır. Kolektör kasasında hazırlanan kanala yerleģtirildikten sonra ısıl kayıpları en aza indirmek için Ģeffaf silikon ile yapıģtırılarak, krom-nikel sacdan L biçiminde hazırlanan köģe malzemesi ile sabitlenmiģtir. AkıĢkan kollektörü ile cam örtü arasında 3 mm açıklık bırakılmıģtır. Sistemin deposu, Ø 2 mm ve boyu mm olmak üzere silindirik olarak.7 mm kalınlığındaki galvanizli sacdan üretilmiģtir. Depo hacmi 2 L dir. Depoya sistemin giriģ çıkıģ boru bağlantıları için ¾ manģonlar kaynatılmıģtır. Depo yalıtımı için mm kalınlığındaki cam yünü kullanılmıģ ve 19

3 M.A. Ersöz üzeri Amerikan bezinden hazırlanan sargı bezi ile sarılmıģ ve onun da üzerine alçı-tutkal karıģımından hazırlanan yapıģtırıcı sürülmüģtür (ġekil 2). Ölçme Cihazları Sıcaklık ölçme cihazı Çizelge 1. Ölçme cihazları ve özellikleri. Özellikleri Fe-Const. Termokupl malzeme ile 12 kanallı Elimko-6 tipi sıcaklık ölçüm cihazı, cihazın kanal direnci,2 ohm dan daha küçük, çalıģma gerilimi 22 Volt, Hz ± %1 ve güç sarfiyatı 4 W. Seçilen kanalın değeri ± %,2 doğruluktadır. Resimleri Veri kaydedici HOBO U14 LCD Temp/RH Datalogger, HOBOware 3.1 yazılım ġekil 2. Deney setinin görünümü TaĢıyıcı sistem GüneĢ kolektörü yatay ile yapacak Ģekilde ve kolektör üst seviyesi ile depo arasında 2 mm mesafe olacak biçimde 2x2 mm köģebent malzemeden üretilmiģtir. Gri renk antipas boya ile boyanmıģtır. Kolektör ile depo arasındaki bağlantılar 2 mm PPRC boru ve ek parçaları kullanılarak yapılmıģtır. Yalıtımlarında ise kauçuk polietilen boru yalıtım malzemeleri kullanılmıģtır (ġekil 2). B. Deney Planı VEYAK ün deneyleri 28, 29, 3 Mayıs 21 tarihlerinde SĠYAK ün deneyleri ise 1,16 ve 17 Haziran 21 tarihlerinde 3 er gün süre ile yapılmıģtır. Her iki sistem, gölgeleme faktörü olmayan bir yerde, yatayla lik bir açı ve güneye bakacak bir Ģekilde konumlandırılarak UĢak/Türkiye Ģartlarında deneysel olarak incelenmiģtir. Deneylere her sabah 9.3 da baģlanmıģ, akģam 17.3 da son verilmiģtir. Deney yapılan her gün için deney sistemine Ģebeke suyu konulmuģ ve her gün deney sonunda bu su boģaltılmıģtır. Deneylerde, ölçümler belirtilen saatler arasında 1 er dakikalık periyotlarda yapılmıģtır. Deneylerde çevre sıcaklığı, kanatlı kollektör borusunun yüzey sıcaklığı, kolektöre giriģ ve çıkıģ suyu sıcaklığı, 2 cm çapındaki silindirik deponun alt seviyesinden cm ve 2 cm seviyelerine yerleģtirilen termokupllar ile depo alt ve üst seviyelerinde su sıcaklıkları, ıģınım Ģiddeti değerleri ölçülerek kaydedilmiģtir. Deneyler yapılırken kullanılan ölçme cihazları ve özellikleri Çizelge 1 de verilmiģtir. GüneĢ ıģınımı ölçüm cihaz C. Verim Analizi S-LIB-M3Silicon Pyranometer Sensor w/3m kablolu; Ölçüm Aralığı; -128 W / m 2, çalıģma aralığı sıcaklığı; -4 C C 7 (- 4 F 167 F), Çözünürlüğü; 1.2 W/m 2, doğruluk; ±1 W/m2 ile ±%. Kollektör yüzeyine gelen güneģ ıģınımının bir kısmı saydam örtüden yansır, bir kısmı yutulur ve geri kalan kısmı yüzeye ulaģır. Yutucu yüzeye gele ıģınımın bir kısmı, ısı taģıyıcı akıģkana geçerken, bir kısmı ise yüzeyde depolanır, geri kalan kısmı çevreye kaybolmaktadır. Kollektörde meydana gelen ısı kayıpları çok sayıda değiģkene bağlıdır. GüneĢ ıģınımı Ģiddeti, çevre sıcaklığı, rüzgâr hızı, kollektörün konstrüksiyonu, saydam örtü özellikleri, yutucu yüzeyin ıģınım yutma, yayma değeri, ısı iletim katsayısı kalınlığı, yalıtım malzemesinin cinsi ve kalınlığı, bu değiģkenlerden bazılarıdır. Tüm değiģkenler dikkate alınarak kollektörün ısıl analizi yapılmaktadır. Kollektörde, akıģkana geçen enerji (q u ), ısı kayıplarının toplamı (q k ) ve depolanan enerji (q d ) olmak üzere düzlemsel kollektör için enerji dengesi; A c ( ) I c = q u + q k + q d (1) Yukarıdaki denklemde yer alan, depolanan enerjinin miktarı, kayıp ve akıģkana geçen faydalı enerjiye göre çok küçük olduğu için genellikle ihmal edilmektedir. Kollektörlerde ısıtılan akıģkana geçen toplam ısı enerjisinin, kollektör yüzeyine gelen güneģ enerjisine oranı kollektör verimi olarak tanımlanır. Kollektör üzerine gelen güneģ ıģınımı, çevre sıcaklığı ve akıģkanın kollektöre giriģ sıcaklığına bağlı olarak günün saatlerine göre değiģtiğinden kollektör verimi de değiģir. Seçilen bir yerin çevre sıcaklığı ve kollektör üzerine gelen güneģ ıģınımının bilinmesine rağmen genellikle akıģkanın kollektöre giriģ sıcaklığı değiģken olup göz önüne alınan sisteme bağlıdır. Uygulamada, daha ziyade günlük kollektör verimine ihtiyaç duyulur. Bir gün boyunca toplanan ıģınımın, kollektör üzerine gelen günlük ıģınıma oranı Ģeklinde tarif edilen günlük kollektör verimi, anlık verimin pozitif olduğu değerler için ve küçük zaman aralıkları için değiģkenlerin sabit oldukları kabul edilerek; bulunabilir. Anlık 11

4 9:3 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 1: 1:3 16: 16:3 17: 17:3 Sıcaklık ( C) 9:3 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 1: 1:3 16: 16:3 17: 17:3 Sıcaklık 9:3 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 1: 1:3 16: 16:3 17: 17:3 Sıcaklık Su Isıtmalı Düzlemsel Güneş Kollektörlerinde Doğrusal Odaklamalı İki Modelin İncelenmesi verim hesaplamaları için ise zaman aralığı Δt = 1 h kabul edilmesi genel bir uygulamadır. Kolektörün ısıl verimi, Termodinamiğin I. yasası, enerji dengesinden yola çıkarak aģağıdaki gibi hesaplanabilir. AkıĢkana geçen enerji = Kollektör yüzeyinin emdiği enerji - Çevreye olan ısı kayıpları Bu ifade, matematiksel olarak aģağıdaki gibi yazılabilir []. q u = A c I c (τα) U c A c (T c T a ) (2) Kolektörün anlık verimi, kullanılabilir enerjinin, birim kollektör yüzey alana gelen güneģ ıģınım miktarına oranlanarak EĢitlik 2 de gösterildiği gibi hesaplanır []. η = q u / (A c I c ) (3) Kolektörün anlık verimine kullanılan malzeme, emici plakanın yapısı, camın özelliği, hava ve deney Ģartları v.b. faktörler etki eder. GüneĢ kollektörlerinde emici veya alıcı yüzeye gelen enerji, iletim ve taģınım yoluyla akıģkana aktarılmaktadır. Dolayısıyla, doğal dolaģımlı açık sistemde Ģartların aynı olduğu göz önünde bulundurularak elde edilen depo suyu sıcaklıkları ile verim hesaplamaları yapılır. Kollektördeki akıģkan tarafından toplanan enerji (Q u ) ; Q u = m s C p.s (T s T b ) (4) eģitliği ile hesaplanır []. Kollektöre gelen güneģ enerjisi (Q c ) ise; kolektör yüzey alanı ve birim yüzey alana gelen güneģ ıģınımı dikkate alınarak; Q c = A c I c () ifadesi ile hesaplanır. EĢitlik 4 ve den yararlanarak bulunan her iki değer EĢitlik 6 da gösterildiği gibi birbirine oranlanarak kollektör verimi bulunur []. η = Q u / Q c = [m s C p.s (T s T b )] / (A c I c ) (6) IV. BULGULARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ A. Deney Sonuçları Yapılan tüm deneylerde, depo suyu sıcaklığı, deponun alt ve üst noktalarından ölçüldüğü için hesaplamalar depo suyunun ortalama sıcaklık değerleri ile yapılmıģtır. VEYAK ün günü yapılan deneyinde, depo suyu sıcaklığı 18, C den 49,9 C ye yükselmiģtir. En yüksek depo suyu sıcaklığına 16.1 te ulaģılmıģ ve 1, C olarak ölçülmüģtür. Buradan depo suyu sıcaklığında bir miktar azalma olduğu anlaģılmaktadır. Bunun nedeni sistemden çevreye olan ısıl kayıplar yani yetersiz yalıtımdır. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 33, C, eğik yüzeye gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 77,7 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. Kolektör çıkıģında ölçülen en yüksek sıcaklık ise 66,8 C dir (ġekil 3) (Alt) (Üst) ġekil 3. VEYAK de günü elde edilen veriler VEYAK ün günü yapılan deneyinde, depo suyu sıcaklığı 17,6 C den, C ye yükselmiģtir. En yüksek depo suyu sıcaklığına 16. te ulaģılmıģ ve,8 C olarak ölçülmüģtür. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 32,6 C, eğik yüzeye gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 741,1 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. Kolektör çıkıģında ölçülen en yüksek sıcaklık ise 66,8 C dir (ġekil 4) ġekil 4. VEYAK de günü elde edilen veriler (Alt) (Üst) VEYAK ün günü yapılan deneyinde depo suyu sıcaklığı 14,9 C den 1,6 C ye yükselmiģtir. En yüksek depo suyu sıcaklığına 16. te ulaģılmıģ ve 2, C olarak ölçülmüģtür. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 33,9 C, eğik yüzeye gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 762,7 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. Kolektör çıkıģında ölçülen en yüksek sıcaklık ise 6,4 C dir (ġekil ) (Alt) (Üst) ġekil. VEYAK de günü elde edilen veriler 111

5 η (%) 9:3 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 1: 1:3 16: 16:3 17: 17:3 Sıcaklık 9:3 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 1: 1:3 16: 16:3 17: 17:3 Sıcaklık 9:3 1: 1:3 11: 11:3 12: 12:3 13: 13:3 14: 14:3 1: 1:3 16: 16:3 17: 17:3 Sıcaklık ( C) M.A. Ersöz SĠYAK de günü yapılan deneylerde depo suyu sıcaklığı 18,9 C den 2,4 C ye yükselmiģtir. En yüksek depo suyu sıcaklığına saat 16. te ulaģılmıģ ve 3,4 C olarak ölçülmüģtür. Buradan depo suyu sıcaklığında bir miktar azalma olduğu görülmektedir. Bunun nedeni sistemden çevreye olan ısıl kayıplar, yani; yetersiz ısı yalıtımdır. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 3,9 C, eğik yüzeye gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 71,6 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. Kolektör çıkıģında ölçülen en yüksek sıcaklık ise 6,9 C dir (ġekil 6) (Alt) (Üst) ġekil 6. SĠYAK de günü elde edilen veriler SĠYAK de günü yapılan deneylerde depo suyu sıcaklığı 17,4 C den 1, C ye yükselmiģtir (ġekil 7) (Alt) (Üst) ġekil 7. SĠYAK de günü elde edilen veriler En yüksek depo suyu sıcaklığına 16. te ulaģılmıģ ve 2,4 C olarak ölçülmüģtür. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 36,6 C, eğik yüzeye gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 746,4 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. Kolektör çıkıģında ölçülen en yüksek sıcaklık ise 61, C dir (ġekil 7). SĠYAK de günü yapılan deneylerde depo suyu sıcaklığı 16, C den 49,7 C ye yükselmiģtir. En yüksek depo suyu sıcaklığına 16.1 te ulaģılmıģ ve 1,6 C olarak ölçülmüģtür. Çevre sıcaklığı günlük ortalama 3,8 C, eğik yüzeye gelen güneģ ıģınımı Ģiddeti günlük ortalama 74,3 W/m 2 olarak gerçekleģmiģtir. Kolektör çıkıģında ölçülen en yüksek sıcaklık ise 8,1 C dir (ġekil 8) (Alt) (Üst) ġekil 8. SĠYAK de günü elde edilen veriler B. Kolektör Veriminin Değerlendirilmesi Anlık kolektör verimleri, eģitlik 6 dan yararlanılarak ve zaman aralığı Δt = 1 dakika kabul edilerek belirtilen deney günleri için ayrı ayrı hesaplanmıģtır. Anlık verimler, VEYAK de günü yapılan deneylerde saat 16.3 dan sonra, ve günü yapılan deneylerde ise saat 17. den sonra negatif değer almaya baģlamıģtır. Günlük kolektör verimleri, eģitlik 6 dan yararlanılarak belirtilen deney günleri için iki farklı Ģekilde hesaplanmıģtır. Ġlk olarak, belirtilen deney günleri için ölçüm saatleri 9:3-17:3 dikkate alınarak yani verimin 16:3 dan sonra negatif değerler aldığı süreler de dâhil edilerek hesaplamalar yapılmıģtır. Buna göre VEYAK ün günü için kolektör verimi,318, günü için kolektör verimi,334 ve günü için kolektör verimi,37 olarak bulunmuģtur (ġekil 9). Diğer günlük kolektör verimi hesaplamasında, belirtilen deney günlerinde kolektör verim değerlerinin negatif değerler verdiği 16.3 dan sonraki süre çıkartılarak zaman aralığındaki veriler kullanılmıģtır. Buna göre günü için kolektör verimi.339, günü için kolektör verimi.362 ve günü için kolektör verimi.391 olarak bulunmuģtur. VEYAK ün 3 günlük ortalama verimi zaman aralığı için.341 ve zaman aralığı için.364 olarak tespit edilmiģtir (ġekil 9)., 4, 3, 3, 2, 2, 1, 1,,, 28.May 29.May 3.May ηort Deney yapılan günler 9:3-17:3'a 9:3-16:3'a ġekil 9. VEYAK ün günlük verimi ve ortalama verimi 112

6 η (%) Su Isıtmalı Düzlemsel Güneş Kollektörlerinde Doğrusal Odaklamalı İki Modelin İncelenmesi SĠYAK de ise anlık verimler, ve günü yapılan deneylerde saat 17. dan sonra, günü yapılan deneylerde ise saat 16. den sonra negatif değer almaya baģlamıģtır. Ġlk olarak, belirtilen deney günleri için ölçüm saatleri dikkate alınarak yani verimin 16.3 dan sonra negatif değerler aldığı süreler de dâhil edilerek hesaplamalar yapılmıģtır. Buna göre SĠYAK ün günü için kolektör verimi.343, günü için kolektör verimi.32 ve günü için kolektör verimi.363 olarak bulunmuģtur. Diğer Ģekilde yapılan günlük kolektör verimi hesaplamasında, belirtilen deney günlerinde kolektör verim değerlerinin negatif değerler verdiği 16.3 dan sonraki süre çıkartılarak zaman aralığındaki veriler kullanılmıģtır. Buna göre günü için kolektör verimi.371, günü için kolektör verimi.382 ve günü için kolektör verimi.44 olarak bulunmuģtur. SĠYAK ün 3 günlük ortalama verimi zaman aralığı için,33 ve zaman aralığı için.386 olarak tespit edilmiģtir (ġekil 1)., 4, 3, 3, 2, 2, 1, 1,,, 1.Haz 16.Haz 17.Haz ηort Deney yapılan günler 9:3-17:3'a 9:3-16:3'a ġekil 1. SĠYAK ün günlük verimi ve ortalama verimi V. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER Yapılan deneyler ve değerlendirmeler sonucunda, tasarlanan ve imal edilen VEYAK ün verimi % 36,4 ve SĠYAK ün verimi % 38,6 olarak bulunmuģtur. VEYAK ile SĠYAK de aynı yansıtıcı malzeme (Örneğin; ayna) kullanılması halinde VEYAK ün hem üretim kolaylığı hem de ekonomikliği önemli üstünlükler olarak değerlendirilmektedir. VEYAK de yansıtıcı yüzeylere gelen güneģ ıģınımlarının çok büyük bir bölümü mat siyaha boyalı alıcı boru ve kanatçığa verildiğinden insan gözünü rahatsız edecek ve çevredeki malzemelere zarar verecek boyutta parlama ve yansıtıcılık oluģmamaktadır. VEYAK ün bu üstünlüklerine karģılık, SĠYAK de en yüksek yansıtıcılığa sahip malzeme olan aynanın kullanılması halinde ısıl verimin daha yüksek olabileceği düģünülmüģtür. Kollektör eğim açısının, yaz uygulaması yani enlem -1 olarak yapılması, yalıtımda daha dikkatli olunması ve alıcı boru çapının küçük seçilmesi her iki modelin ısıl veriminde önemli miktarda artıģ sağlayacağı düģünülmektedir. Her iki modelin geliģtirilmeye ve araģtırılmaya açık birçok yönü bulunmaktadır. Yansıtıcıların yatayla paralel konumlandırılması, yansıtıcılarda güneģ alma açıklığının daha geniģ uygulanması, ısı boruları ile hibrid kullanım, farklı akıģkan performansları, farklı yansıtıcı malzemeler için tasarımlar geliģtirilerek güneģ enerjisinden daha etkin yararlanma yolları araģtırılabilir. SEMBOLLER q u : Kullanılabilir faydalı enerji yükü (W) A c : Kollektör yüzey alanı (m 2 ) I c : Kollektör yüzeyine gelen ıģınım Ģiddeti (W/m 2 ) τ : Camın güneģ ıģınımını geçirme oranı α : Kollektör yüzeyinin absorblama oranı U c : Tüm yüzeyin ısı kayıp katsayısı (W/m 2 C) T c : Emici plaka yüzey sıcaklığı T o : Çevre sıcaklığı Q u : Isı taģıyıcı akıģkanın topladığı ısı yükü (W) m s : Suyun toplam kütlesi (kg) C p.s : Suyun özgül ısınma ısısı (kj/kg C) T b : Deneye ait su baģlangıç sıcaklığı T a : Deney süresi sonunda ulaģılan su sıcaklığı T : Deney süresi (h) η : Verim KAYNAKLAR [1] YILMAZ, R., Parabolik Yansıtıcılı GüneĢ Kolektörleri Ġmal ve Testi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 33-66, [2] YAMAÇ, Ö., GüneĢ Enerjisi Destekli Isı Pompalarının Teorik Ġncelenmesi, Mustafa Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 1,13.s. Antakya,. 2. [3] AYDAR, E., LĠVATYALI, H., ÜRESĠN, E., GÜNAL, A., YoğunlaĢtırmalı GüneĢ Enerjisi Teknolojileri, Solar Future-21 Bildiriler kitabı, Ġstanbul, 6-7, 21. [4] YARGICI, N., Vakum Borulu Kolektörlerin Ġstanbul ġartlarında Teorik Analizi, Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans tezi, Ġstanbul, 1-4, [] UYAREL, A.Y., ÖZ, E.S., GüneĢ Enerjisi ve Uygulamaları, Birsen yayınevi, Ankara,