Dr. Fatih AY. Tel: ayfatih@nigde.edu.tr

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Dr. Fatih AY. Tel: 0 388 225 22 55 ayfatih@nigde.edu.tr"

Özlem Güçlü
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Dr. Fatih AY Tel: ayfatih@nigde.edu.tr

2 Düzlemsel Güneş Toplayıcıları Vakumlu Güneş Toplayıcıları Yoğunlaştırıcı Sistemler Düz Toplayıcının Isıl Analizi 2

3 Yapı olarak havası boşaltılmış cam boru, güneş enerjisini yutan toplayıcı yüzey, ısı transfer akışkanı, bu akışkanın içinde dolaştığıısı borusu ve manifolddan oluşur. 3

4 Yüksek sıcaklıklarda su elde edilir Az yer kaplar Kolay montaj yapılır Mimari görünüşe uygundur 4

5 Düzlemsel toplayıcılara göre teknolojisi zordur Yüksek ilk yatırım maliyeti vardır 5

6 Maliyeti arttıran en önemli etkenler, vakum ve cam tüpleridir. Ayrıca kullanım sırasında toplayıcılarda vakum kaybı olması dolayısıyla yeniden vakumlama ilave bir külfet getirmektedir. 6

7 Vakum tüplü güneş toplayıcı 7

8 Vakum Tüplü Güneş Toplayıcılarının Yapısı: Cam Tüp: Optik kayıplar, güneş ışınlarının toplayıcının saydam kısmından geçişisırasında meydana gelir. Bu kayıpların başlıca nedenleri: - Geçirgen yüzeyin, kalınlığı ile orantılı olarak ışınlarınbirkısmını yutması, ya da yansıtmasıdır. Düzlem toplayıcılarda ortalama cam geçirgenliği %85 8

Bu kayıpların başlıca nedenleri: - Geçirgen yüzeyin, kalınlığı ile orantılı olarak

9 Vakum Tüplü Güneş Toplayıcılarının Yapısı: Cam tüp: Kayıpları minimum seviyede tutacak İncelik (2 mm) Saydamlık < torr basınç Pyrex 9

10 Vakum sayesinde tüpler çevresi boyunca düzgün bir atmosferik basınca tabidirler. Basınç Camların mekanik mukavemeti 10

11 Taşınımveiletimkayıpları ortadan kalkar. Dış ortama karşı yalıtım mükemmel olduğundan sıcaklık ve rüzgar şartları ne olursa olsun toplayıcınınverimideğişmez. Yapılış özellikleri dolayısıyla kollektör basit taşıyıcı iskelelere kolayca monte edilebilir Rutubete ve ısıya karşı ek bir yalıtım gerektirmez. 11

olursa olsun toplayıcınınverimideğişmez.

12 Yutucu Yüzey: Malzeme olarak bakır, alüminyum, çelik gibi ısıl geçirgenliği yüksek malzemelerden yapılır Absorberin üst yüzeyi genellikle siyah krom seçici yüzey ile kaplanır ve içinden ısı transfer akışkanının geçtiği boru boyunca monte edilir Absorber ile borunun ısı iletimi açısından birbirine tam temas halinde olmasına dikkat edilmelidir 12

kaplanır ve içinden ısı transfer akışkanının geçtiği boru boyunca monte edilir

13 Isı Boruları: Absorber plaka üzerine monte edilmiş ve içinde ısı transfer akışkanının dolaştığı ısı borusu, absorber tarafından yutulan güneş enerjisini ısı transfer akışkanına aktaran elemandır. Termal olarak Soğuk su borusu Sıcak su borusu Soğuk su içteki küçük çaplı borudan geçerek aşağı iner ve dıştaki boruda absorberden alınan güneş enerjisi ile ısınarak sıcak su manifolduna yükselir. Bakır, çelik, alüminyumdan yapılır 13

Termal olarak Soğuk su borusu Sıcak su borusu Soğuk su içteki küçük çaplı borudan geçerek aşağı iner ve

14 Sıcak ve Soğuk Su Manifold Sistemi: Birbirine paralel iki borudan meydana gelmektedir. Vakumlu toplayıcının üst kısmında sıcak ve soğuk su ısı borularına monte edilir Toplayıcılara soğuk su dağıtımını ve elde edilen sıcak suyun toplanmasını sağlar 14

Vakumlu toplayıcının üst kısmında sıcak ve soğuk su ısı

15 15

16 16

17 Güneş enerjisi uygulamalarında düzlemsel güneş toplayıcılarında düzlemsel güneş toplayıcı sistemlerinin yanı sıra daha yüksek sıcaklıklara ulaşmak için yoğunlaştırıcı toplayıcı sistemleri kullanılmaktadır. Açıklık alanı: Toplayıcılarda güneş enerjisinin düştüğü net alan Alıcı yüzey: Güneş enerjisinin yutularak ısı enerjisine dönüştürüldüğü yüzey 17

18 Düzlemsel güneş toplayıcılarında açıklık alanı ile alıcı yüzey alanı birbirine eşittir. Yoğunlaştırıcı toplayıcılarda ise güneş enerjisi, alıcı yüzeye gelmeden önce optik olarak yoğunlaştırıldığı için alıcı yüzey, açıklık alanından daha küçük olmaktadır. Yoğunlaştırma Oranı: Açıklık alanının alıcı yüzey alanına oranı. 18

Yoğunlaştırıcı toplayıcılarda ise güneş enerjisi, alıcı yüzeye gelmeden önce

19 İki boyutlu yoğunlaştırıcılarda (Parabolik oluk) 300 Üç boyutlu yoğunlaştırıcılarda (Çanak oluk)

20 Parabolik Oluk Toplayıcılar: - Termal sistemlerin en yaygınıdır - Toplayıcılar, kesiti parabolik olan yoğunlaştırıcı dizilerden oluşur 20

21 Parabolik Oluk Toplayıcılar: - Toplayıcılar genellikle, güneşin doğudan batıya hareketini izleyen tek eksenli bir izleme sistemi üzerine yerleştirilirler - Enerji absorban sıvıda dolaştırılan sıvı ile toplanır - Toplanan ısı elektrik üretimi için enerji santraline gönderilir - Yoğunlaştırma yaptıkları için daha yüksek sıcaklığaulaşabilirler ( C) 21

22 Parabolik Oluk Toplayıcılar: 22

23 Parabolik Çanak Toplayıcılar: - Yüzeylerine gelen radyasyonu noktasal odaklarında yoğunlaştırırlar - Yüzeyleri oluk toplayıcılarda olduğu gibi yansıtıcı aynalarla kaplanmıştır - Gelen ışın stirling motoru üzerine yoğunlaştırılır - Stirling motoru ısı enerjisini elektrik jeneratörü için gerekli mekanik enerjiye dönüştürür 23

24 Parabolik Çanak Toplayıcılar: Stirling motoru çalışma prensibi 24

25 Parabolik Çanak Toplayıcılar: - Elektrik üretiminin yanında buhar ya da sıcak hava üretimi için de kullanılırlar 25

26 Merkezi Alıcı Güç Santralleri: - Güneş enerjisi heliostat denen aynalar yardımı ile bir kule üzerine yerleştirilmiş olan alıcıya yansıtılır. - Sıcaklık 1000 C - Heliostatlar güneşi takip ederek güneş enerjisini kule üzerindeki alıcıya yansıtırlar - Alıcıda ısıtılan akışkan buhar jeneratörüne gönderilerek buhar üretilir - Buhar türbinden geçirilerek elektrik enerjisine dönüştürülür 26

27 Merkezi Alıcı Güç Santralleri: 27

28 28

29 Toplayıcıda meydana gelen kayıplar; Toplayıcı üzerine gelen direkt ve yayılı güneş ışınımı şiddeti Çevre sıcaklığı Rüzgar hızı Toplayıcıların konstrüksiyonu ve boruların yerleştiriliş şekli 29

30 Saydam örtü sayısı ve özellikleri Toplayıcıya giren akışkanın özellikleri (sıcaklık, basınç, özgül ısı, viskozite vb.) Yutucu levhanın özellikleri (ışınım yutmaoranı, geçirme oranı, ısı iletim katsayısı,kalınlık vb.) Yalıtım şekli ve yalıtım malzemesi özellikleri 30

31 Toplam Isı Transfer Katsayısı Taşınım, ışınım ve iletim kayıplarının gösterimi 31

32 Toplayıcı için enerji korunumu; : toplayıcı yüzey alanı (J): depolanan ısı (J): faydalı ısı (J): kayıp ısı 32

33 Düz toplayıcılarda, çevreye olan ısı geçişi, toplayıcıların üst, alt ve yan yüzeylerinden olur. Yutucu yüzey sıcaklığının Tpolduğu kısım ile Ta sıcaklığındaki çevre arasındaki ısı kayıp katsayısı, alttan ve üstten ısı kayıp katsayılarının toplamıdır. : toplayıcı alanı : toplam ısı katsayısı 33

34 Toplayıcıların altındaki enerji kayıpları ilk olarak alttaki yalıtım malzemesinin içinden alt kısma doğru nakledilir. Daha sonra birleştirilmiş taşınım ve ışınımla da çevreye ısı transferi olur. Alt kısımdaki enerji kayıpları hesabında, genellikle düşük sıcaklıkta ışınımın küçük olmasından dolayı ihmal edilir. Bu şekilde ısıl dirençler; = 34

35 = : ğ : (W/m C) : ü ç ş (W/m C) : ü (W/m C) 35

36 36

37 İyi tasarlanmış bir toplayıcıda kenardan oluşan kayıplar küçük ve ihmal edilebilir kayıplardır. Toplam ısı transfer katsayısının hesabı için verilen eşitlikler iki ya da tek saydam örtü sistemleri için geliştirilebilir. Üst taraf toplam ısı transfer katsayısı hesaplamaları için iterasyon süreci usandırıcı ve zaman alıcı olduğu için aşağıdaki ampirik ifade kullanılır. 37

38 ü. + 38

39 f = ( ,0005 )( N) C = 365.9( β ) N = cam örtülerin sayısı Tp = Yutucu yüzeyin sıcaklığı, K Ta = Çevre sıcaklığı, K = Yutucu yüzeyin yayma katsayısı = Camın yayma katsayısı β = Toplayıcı eğim açısı = Stefan-Boltzman sabiti, 5.67x = V dış yüzey ısı taşınım katsayısı V = rüzgar hızı 39

40 Toplayıcı toplam ısı katsayısı; ü 40

41 İki boru arasındaki yutucu levha, borular üzerinde kanatçık gibidüşünülür. = (W-D) F [ S

42 = (W-D) F [ S - - S : yutucu yüzey tarafından yutulan ışınım enerjisi F : kanatçık verimi 42

43 Borunun iki yanındaki kanatlardan boruya geçen ısı = D [ S - - Birim uzunluk için faydalı enerji, kanatçık ve boru yüzeyinde toplanan enerjidir: = + = [(W-D) F + D] [ S

44 Yararlı enerji kazancı boru içindeki dolaşan akışkana transfer edilmelidir. Bu eşitlik aynı zamanda, Tf: Boru içindeki akışkan sıcaklığı Tb: Yüzey sıcaklığı, : Boru içindeki ısı taşınım katsayısı (W/ Di: Boru iç çapı Cb: Birleştirme (kaynak) iletkenliği (W/ : Isı iletim katsayısı (W/ b: genişlik 44

45 Toplayıcı verimi; Anlık verim Günlük ortalama verim : toplayıcı ısı kazanç faktörü 45

46 Bu ders ve içeriği oluşturulurken «Güneş Enerjisi» kitabı (Prof.Dr.Abdulvahap YİĞİT ve Yrd. Doç. Dr. İbrahim Atmaca) ders kitabı olarak kullanılmıştır. 46

Benzer belgeler

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri VAKUM TÜPLÜ GÜNEŞ KOLLEKTÖR DENEYİ 1. DENEYİN AMACI: Yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinde kullanılan vakum tüplü kollektör tiplerinin tanıtılması, boyler tankına sahip olan vakum tüplü