GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ

Transkript

1 GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ

2 Paramı güneşe ve güneş enerjisine yatırırdım. Ne büyük bir güç kaynağı! Umarım bunu ele almak için petrol ve kömürün bitmesini beklemeyiz. Thomas Edison ( )

3 GÜNEŞ Yarıçapı km (dünya yarıçapının yaklaşık 109 katı), Kütlesi 1, kg (dünya kütlesinin yaklaşık katı)olan bir yıldızdır. Dünyada kullanılan çeşitli enerji kaynaklarının birçoğu, güneş enerjisinden kaynaklanmaktadır.

4 Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde oluşan yüksek basınç ve sıcaklık ile hidrojen gazının helyuma dönüşmesi sonucunda oluşan enerjidir (nükleer füzyon). Güneşte bir saniyede üretilen enerji yeryüzünde şimdiye kadar tüketilen enerjiden daha fazladır. Dünyaya güneş enerjisinin sadece milyarda biri ulaşmaktadır [7].

5 GÜNEŞ ENERJISI İnsanlık için tükenmez bir enerji kaynağıdır. Güneşin yaklaşık % 90 ı hidrojendir. Güneşte yaklaşık 5 milyar yıl yakıt sağlayacak hidrojen bulunmaktadır. Güneşin korunda hidrojen çekirdekleri füzyon yaparak helyum çekirdekleri oluşmakta ve bu tepkimeler sonucu büyük bir enerji ortaya çıkmaktadır. Güneşin merkezinde sıcaklık milyon derecedir. Güneş bir saniyede yaklaşık 600 milyon ton hidrojen tüketmektedir.

6 GÜNEŞ ENERJISI Dünyaya güneşten ulaşan enerji miktarı, yaklaşık 4x10 26 J/s dir Güneşin saldığı toplam enerji göz önüne alındığında bu çok küçük bir orandır, ancak Dünyada kullanılan toplam enerjinin bin katıdır. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti 1370 W/m² değerindedir. Yeryüzünde W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır.

7 GÜNEŞ ENERJISININ ÜSTÜNLÜKLERI Tükenmeyin bir enerji kaynağıdır. Temiz bir enerji kaynağıdır. Herkesin yararlanabileceği bir enerji kaynağıdır. Hiçbir ulaştırma harcaması olmaksızın her yerde sağlanabilir. Güneş enerjisi hiçbir karmaşık teknoloji gerektirmemektedir.

8 Güneş kollektöründe üretilen enerjinin diğer kaynaklarla karşılaştırılması [8]

9 GÜNEŞ ENERJISININ DEZAVANTAJLARı Yoğunluğu azdır ve sürekli değildir. İstenilen anda istenilen yoğunlukta bulunamayabilir. Güneş enerjisinden yararlanmak için yapılması gereken düzeneklerin yatırım giderleri yüksektir. Güneşten gelen enerji miktarı bizim isteğimize bağlı değildir ve kontrol edilemez. Bir çok kullanım alanının, enerji arzı ile talebi arasındaki zaman farkı oluşmaktadır. Güneş enerjisi yoğun olduğu zamanlarda depolanabilir, ancak bu ek maliyet getirmektedir.

10 DÜNYA GÜNEŞ ENERJISI POTANSIYEL ATLASı

11 TÜRKIYE GÜNEŞ ENERJISI POTANSIYEL ATLASı

12 Türkiye de kurulu olan güneş kolektörü yaklaşık 12 milyon m² Güneş enerjisi potansiyeli 76 TEP Yıllık üretim hacmi m² Kişi başına 0,15 m² güneş kolektörü kullanılıyor Güneş enerjisinden ısı enerjisi yıllık üretimi TEP civarında Türkiye dünyada önemli bir güneş kollektörü üreticisi ve kullanıcısı durumundadır [8].

13 Ülkeler bazında güneş enerji sistemleri üretim kapasitesi [8]

14 Güneş ışınlarının yutulması ve yansıması

15 GÜNEŞ IŞINIMININ ÖLÇÜLMESİ Güneş ışınımının ölçümü, Normal doğrultuda gelen güneş ışınımının ölçülmesi, Yatay düzleme gelen yayılı ve direkt(tüm) güneş ışınımının ölçülmesi, Atmosfer ışınımının ölçümü, Yer ve yüzeylerden yayılan güneş ışınımının ölçülmesi, Işınım ölçerler, Pirheliometre Piranometre Piradiometre

16 PIRHELIOMETRE Normal doğrultuda gelen direkt güneş ışınımlarını ölçer.

17 PIRANOMETRE Tüm güneş ışınımlarını ölçer. Piradiometre: Kısa ve uzun dalga boylu ışınımları ölçer.

18 Güneş ışınımını ölçmek için kullanılan ekipmanlar [8]

19 GÜNEŞ ENERJISI UYGULAMALARı Güneş enerjisi uygulamaları iki grupta incelenir, 1- Güneş Enerjisi Isıl Uygulamaları Güneş enerjisi doğrudan ısı enerjisi olarak veya elde edilen ısı elektrik üretiminde kullanılır. 2- Güneş Enerjisi Elektrik Uygulamaları Güneş enerjisi elektrik enerjisi üretiminde kullanılır, bu dönüşüm Güneş pilleri (Fotovoltaik piller) ile yapılır.

20 1- GÜNEŞ ENERJISI ISıL UYGULAMALARı Düşük Sıcaklıklarda:100 o C Orta Sıcaklıklarda:600 o C a kadar olan sıcaklıklar Yüksek Sıcaklarda:600 o C nin üzeri sıcaklıklar

21 GÜNEŞ ENERJISI ISıL UYGULAMALARı Düşük Sıcaklıklarda:100 o C Kullanma suyunun ısıtılması Bina ısıtma Tarım da ürün kurutma Seracılık Su damıtımı (Saf su elde etme) Tuz üretimi Yüzme havuzu ısıtılması

22 GÜNEŞ ENERJISI ISıL UYGULAMALARı Orta Sıcaklıklarda:600 o C a kadar olan sıcaklıklar Küçük motorlar, güneş tencereleri Buhar jeneratörüyle elektrik üretimi Yüksek Sıcaklarda:600 o C nin üzeri sıcaklıklar Güneş fırınları Elektrik üretimi Özel amaçlı uygulamalar (egzotik madde yapımı, seramik)

23 GÜNEŞ ENERJISI ISıL UYGULAMALARı SıNıFLANDıRMA [8] Düzlemsel toplayıcılar Vakum borulu toplayıcılar Doğal dolaşımlı Zorlanmış Açık sistem Kapalı sistem

24 GÜNEŞ ENERJISI ISıL UYGULAMALARı Düzlemsel toplayıcılar Vakum borulu toplayıcılar Doğal dolaşımlı Zorlanmış Açık sistem Kapalı sistem

25 KOLLEKTÖR VERIMINE ETKI EDEN FAKTÖRLER Güneş Işınımı Şiddeti Çevre Sıcaklığı Rüzgâr Hızı Kollektör Konstrüksiyonu Saydam Örtü (Cam) Özellikleri Yutucu Yüzeyin Işınım Yutma ve Yayma Değerleri Yutucu Yüzeyin Kalınlığı ve Isı İletkenliği Yalıtım Malzemesinin Cinsi, Kalınlığı ve Isı İletkenliği

26 KOLLEKTÖR VERIMINE ETKI EDEN FAKTÖRLER Yüzeye gelen enerji verimini arttırmak için [9]; a) çevreye olan ısı kayıplarının azaltılması, b) yüzeyin yutuculuğunun artırılması, c) kap içindeki akışkana ısı geçişinin iyileştirilmesi ve bunların yanında ısınan suyun değiştirilmesi ve ışınımın yoğunlaştırılması gerekir.

27 DÜZLEMSEL KOLLEKTÖRLER (TOPLAYıCı) Düz toplayıcılar akışkan sıcaklığının yaklaşık 80 C'den düşük olan sistemlerde (yüzme havuzu ısıtılması, sıcak su temini vb.) kullanılır. Daha yüksek sıcaklık değerleri için yoğunlaştıran toplayıcıların kullanılması gerekmektedir. Düz toplayıcıların konstrüksiyonları yoğunlaştıran toplayıcılara göre [9], Daha basittir Yerleştirilmeleri kolay, İşletme masrafları az, Mukavemetli ve Uzun ömürlüdür.

28 Toplayıcılar, ısı taşıyıcı akışkan cinsine göre; sıvılı gazlı (havalı) toplayıcılar olarak iki grupta incelenebilir. Sıvılı toplayıcıların verimi havalı toplayıcıların veriminden daha yüksek, yapımı kolay ve ucuzdur. sıvının donma tehlikesi, korozyon ve sızdırma gibi problemleri mevcuttur. Havalı toplayıcılar ise daha uzun ömürlü, ağırlıkça daha hafif ve donma ve korozyon gibi problemleri olmamasına rağmen yapımları daha zordur, ayrıca tozlanma ve sızdırma problemleri vardır [9].

29

30 DÜZLEMSEL TOPLAYıCı BÖLÜMLERI Güneş kollektörü aşağıdaki ana bölümlerden oluşmaktadır [9]. Güneş ışınımını geçiren ve üstten ısı kaybını önleyen bir veya daha çok sayıdaki saydam örtü, Enerji toplayan yutucu yüzey, Isı taşıyıcı akışkanın dolaştığı borular, Yutucu yüzeyin güneş almayan kısımlarındaki ısı yalıtımı, Kasa

31 Düzlemsel toplayıcı

32

33 SAYDAM ÖRTÜ Saydam örtü olarak cam ve plastik malzemeler kullanılır [9]. hava hareketi sebebiyle meydana gelen ısı kayıplarını azaltmak çevreden gelen tesirlerden (yağmur, dolu, kar, vb.) korur yayılan uzun dalga boylu (ısıl ışınım) ışınımı geriye yansıtarak, ışınımla olan ısı kaybını azaltır. Saydam örtü özellikleri, güneş ışınımın büyük bir kısmını geçirmeli, ısıl ışınımı geçirmemeli, aşınmamalı, çizilmemeli, sıcaklıkla şekil değiştirmemeli,

34 yüksek sıcaklığına karşı (en az 100 C) dayanıklı olmalı, kolay kırılmamalı, mor ötesi (ultraviyolet) ışınımdan bozulmamalı, zamanla ışınımı geçirme oranı kötüleşmemeli, hafif olmalı, ucuz olmalı, kolay temin edilebilmelidir. Düz toplayıcılarda, genellikle saydam örtü olarak camlar ve plastik esaslı saydam malzemeler kullanılır [9].

35 Normal geçirme oranı Kalınlık mm Kırma İndisi Güneş ışınımı 0,2-4,0 um Neşredilen ışınım 3,0-50 um Dayanıklılığı C Lexan 3,2 1,586 0,73 0, Acrylic 3,2 1,49 0,80 0, Teflon 0,13 1,34 0,90 0, Tedlar 0,10 1,45 0,88 0, Mylar 0,13 1,65 0,80 0, Sımlite 0,63 1,54 0,75 0,08 90 Düzgün Cam 3,2 1,52 0,79 0, Temper Cam 3,2 1,52 0,79 0, Su-beyazı cam 3,2 1,50 0,92 0, Tablo, pratikte kullanılan bazı saydam örtülerin özelikleri [9]

36 CAM ÖRTÜLER Camlar dalga boyu 0,3 μm ile yaklaşık 3,0 μm olan güneş ışınımının büyük bir kısmım geçirir Güneş ışınımından bozulmadıkları gibi yüksek sıcaklıklara da dayanıklıdır Aşınmaya ve çizilmeye karşı dirençlidir Bunlara rağmen kırılgan olduklarından taşınması, toplayıcı üzerine takılması ve işlenebilme güçlüğü sebebiyle hassas boyutlarda kesilmesi (veya şekil verilmesi) zordur. Plastik esaslı saydam örtülere göre çok ağırdır [9].

37 Camların toplam geçirme oranı, bileşimindeki demir-oksit miktarı arttıkça azalır. Bu sebeple, içindeki demir-oksit miktarı %0,05 ' en düşük olan camlar tavsiye edilir. Pencere camlarındaki demir-oksit miktarı %0,10 mertebesindedir. Su beyazı (waterwhite) tipi camlarda bu oran %0.015 'den daha düşüktür. Bileşimindeki demir-oksit miktarı düşük olan tek tabaka camın normal doğrultuda gelen ışınımı geçirme oranı %92 iken pencere camlarında yaklaşık %80 'dir. Yansıtmayı azaltmak için üst yüzey, kırma indisi küçük (hava ile camın kırma indisleri arasında) olan Teflon (FEB, fluorinatedethllenepopylene), magnezyum-florür veya poroz silika gibi malzemelerde bir film ile kaplanır. Yansıtma azaltıcı filmin üst yüzeyi atmosfere açık olduğundan aşınma, çizilme ve toz birikimi olmakta, uzun süre özelliğini koruyamamaktadır [9].

38 PLASTIK ÖRTÜLER Güneş ışınımını geçirme oranları da cam gibi yüksektir, hatta camdan daha da iyi olduğu söylenebilir. Akrilik, polikarbonat, cam takviyeli plastik (GRP, glassreinforcespolyster), Teflon saydam örtü olarak kullanılan malzemelerden bazılarıdır. Bunların yoğunlukları küçüktür ve kolay yerleştirilebilirler. Fakat plastik örtülerin güneş ışınımını geçirme oranları yüksek olduğu gibi ısıl ışınımı geçirme oranları da yüksektir [9].

39 Birçok yarısaydam plastikler yüksek sıcaklıklarda, hatta orta sıcaklıklarda özelliklerini kaybeder. Isıl genişleme katsayıları büyük olduğundan sızdırma ve bükülme problemleri vardır. Cam takviyeli plastik ve akrilik 90 C a, polikarbonat 130 C ve teflon 200 C a kadar mukavemetini koruyabilmektedir. Yarısaydam plastikler, ucuz, hafif, kolay nakledilebilir, kolay taşınabilir, kırılmaz olmalarına rağmen, ısıl ışınımı geçirme oranları ve ısıl genişleme katsayıları büyük olduğu ve yüksek sıcaklığa, morötesi ışınıma ve aşınmaya karşı dirençli olmadıklarından, esnek olduklarından daha az tercih edilirler [9].

40 KAYNAKLAR [7] Kayfeci, M., Alternatif enerji kaynakları, [8] Abuşka, M., Güneş enerjisi ve ygulamaları ders notları. [9] Altınışık, K., Güneş enerjisi ders notları.