GÜNEŞ ENERJİSİ ve UYGULAMALARI DERSİ NOTLARI - II Yrd. Doç. Dr. Mesut ABUŞKA GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ Güneş enerjisi sistemleri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte, iki ana başlık altında incelenebilir: A. Güneş enerjili ısıl sistemler: Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı enerjisi doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir. B. Güneş enerjili elektrik sistemleri: Fotovoltaik-güneş pili-pv olarak anılan bu sistemler güneş ışığını (ısısını değil) elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir. Güneş enerjisi uygulamaları elde edilen sıcaklık değerlerine göre; - Düşük sıcaklık (20-100 C) uygulamaları - Orta sıcaklık (100-300 C) uygulamaları - Yüksek sıcaklık (>300 C) uygulamaları Düşük Sıcaklık Uygulamaları - Kullanım sıcak suyu eldesi - Bina ısıtılması-soğutulması - Sera ısıtılması - Tarım ürünlerinin kurutulması - Yüzme havuzu ısıtılması - Güneş ocakları ve fırınları - Deniz suyundan tatlı su eldesi - Tuz üretimi - Sulama - Toprak solarizasyonu - Güneş pilleri (PV) sistemler Orta Sıcaklık Uygulamaları - Endüstriyel kullanım için buhar üretimi ve elektrik üretimi - Büyük ısıtma-soğutma sistemleri Yüksek Sıcaklık Uygulamaları - Parabolik çanak ve merkezi alıcılarla elektrik üretimi 41
Güneş enerjili su ısıtma sistemleri (GESIS): Güneş enerjisi, en çok ve yaygın olarak sıcak su üretiminde kullanılmaktadır. Güneş enerjili su ısıtma sistemleri hazırlanacak suyun kullanma yerine, suyun ısıtılma şekline, sistemdeki suyun dolaşımına ve amacına göre değişiklik gösterirler. Güneş enerjili su ısıtma sistemleri, güneş enerjisini toplayan kollektörler, ısınan suyun toplandığı depo ve bu iki kısım arasında bağlantıyı sağlayan yalıtımlı borular, gerekirse pompa ve kontrol edici gibi sistemi tamamlayan elemanlardan oluşmaktadır. Kollektör tipine göre gesıs ler düzlemsel ve vakum tüplü olmak üzere ikiye ayrılırlar. Düzlemsel (flat plate) kollektörler: Düzlemsel toplayıcılar genel olarak saydam örtü (cam), enerji toplayan yüzey (panel-absorber), yutucu yüzeye bağlanmış ısı taşıyıcı borular, yalıtım malzemesi ve kasadan ibarettir. Kollektörler galvaniz, alüminyum, bakır ve selektif yüzeyli olarak isimlendirilmekte olup burada kastedilen kollektörün kasası değil panel çeşididir. 42
Kollektör Kasası: Kollektör kasalarının üretiminde kullanılan malzeme genelde galvaniz, gofrajlı galvaniz ve elokse edilmiş alüminyumdur (Eloksal: Alüminyumun metalik rengini koruyarak tercihe göre mat veya parlak bir görünüm sağlama ve korozyona karşı direnç kazandırma amaçlı uygulanan bir işlemdir. Elektrokimyasal bir reaksiyon ile alüminyumun yüzeyinde oksit tabakası oluşturulur.) Kasa, yalıtkanın ıslanmasını önleyecek biçimde yapılmalıdır. Özellikle kollektör giriş ve çıkışlarında kasanın tam sızdırmazlığı sağlanmalıdır. Kasanın her yanı 100 kg/m 2 (981 Pa=N/m 2 ) basınca dayanıklı olmalıdır. Sıvılı kollektörlerde sızdırmazlığın yüzde yüz sağlanamadığı durumlarda camda yoğunlaşan su buharını dışarıya atmak amacıyla kasanın iki yan kenarına tam karşılıklı ikişer adet 2-3 mm çapında delik açılmalıdır. 43
Kollektör yapımında kullanılan alüminyum güneş kollektörü profilleri: 44
1. Cam yerleşim yatağı: Camın izolasyonu sağlandıktan sonra camın güvenliğini, emniyeti ve sızdırmazlığını sağlayan bölümdür. Kasa profil ile bütün olarak üretilmiştir. 2. Cam altı fitil yatağı: Camın emniyetini ve sızdırmazlığını önleyen kauçuk fitil yatağıdır. 3. Cam üstü fitil yatağı: Camın emniyetini ve sızdırmazlığını önleyen EPDM kauçuk fitil yatağıdır. Atmosfer etkenlerinden ve dış etkenlerden kasa emniyetini korur, ömrünü uzattır. 4. Kasa emniyet kolonları (çizgili kolon): Kasa emniyetini sağlayan ince düz ve 1 mm aralıklarla birleştirilmiş 4 adet ince kolondan oluşturulmuştur. Kendiliğinden çizgili olan bu kolonlar, kasa dayanıklılığını sağlamakta ve deformasyonunu engellemektedir. 5. İzolasyon malzemesi yatağı: 20 mm klima levhası izolasyonu yapılarak kollektörün ısı yatılımı sağlanmakta ve sıcaklık değeri korunmaktadır. 6. Kasa tırnağı: Kasa bütünlüğünü sağlamak ve korumak için gofrajlı veya galvaniz sac döşeme tırnağıdır. 7. Dış kasa tırnağı: 0,40 Gofrajlı sac veya 0,40 Galvanizli sacın yerleşim yatağıdır. 45
Yutucu (panel-absorber) Yüzey: Toplayıcılarda yutucu plaka toplayıcıların en önemli kısmıdır. Güneş ışınları, yutucu plaka tarafından yutularak ısıya dönüştürülür ve sistemde dolaşan sıvıya aktarılır. Yutucu (absorber) plaka düz toplayıcılarda tabanda ve üstte birer manifold (header) ile bunların arasına yerleştirilmiş akışkan boruları ve yutucu plakadan oluşur. Yutucu plakanın ışınları yutması için koyu bir renge genellikle siyaha boyanır. Kullanılan boyanın yutma katsayısının yüksek, uzun dalga boylu radyasyonu yayma katsayısının düşük olması gerekmektedir. Bu nedenle de bu özelliklere sahip seçici yüzeyler kullanılmaktadır. İdeal bir yutucu yüzeyin seçici yüzeyli olarak yapılması verimi artırmaktadır. Mat siyah boyanın yutuculuğu 0.95 gibi yüksek bir rakam iken yayıcılığı da 0.92 gibi istenmeyen bir değerdedir. Yapılan seçici yüzeylerde yayma katsayısı 0.1 in altına inmiştir. Seçici yüzey kullanılması halinde toplayıcı verimi artar. Güneş panelleri genelde galvaniz, alüminyum ve bakırdan imal edilmektedirler. Galvaniz panel: Güneş Işınlarını ısıya dönüştürecek etkenlerle donatılmış 0.75 ile 1.00 mm kalınlığında galvanizli saclardan 910*1910 mm ölçüsünde imal edilen, suyun akışkanlığını sağlayan 12 kanaldan oluşan, epoksi boya ile boyanan, dikiş kaynağı ile iki sacın birleştirilmesi ile sabitlenmiş monoblok sistemdir. Yaklaşık 20 kg ağılık, 5 lt akışkan kapasitesi, 6 bar işletme ve 9 bar test basıncı değerlerine sahiptir. 46
Alüminyum panel: Özel olarak üretilmiş 12 adet boru ve oval ekstrüze alüminyum birleştirilip ¾ toplayıcı alüminyum boru ile kaynatılmasıyla üretilir. Epoksi siyah mat boya ile boyanan alüminyum panel açık ve kapalı sistemlerde kullanılır. Alüminyum panel imalatında kullanılan profil tipleri: 47
48
Bakır panel: Panel, 8-10 adet bakır taşıyıcı boru üzerine, bakır levha saclarının lehim-ultrasonik ve lazer kaynağı ile birleştirilmesi ile yapılır. Selektif Panel: Alüminyum ve bakır panellerin üzerine selektif özellikli boya veya kaplama uygulaması ile yapılmış panellerdir. 49
Dağıtıcı-toplayıcı borulu, Serpantin borulu ve roll-bond tip paneller Emici plakanın ön yüzünün düzgün olması dışarıya bakan yüzeyin daha az olmasını sağlar. Dışarıya bakan emici yüzeyinin az olması, kızılötesi ışın radyasyonunu azaltacağından verimi yükseltir. Emici plaka 0,5 mm kalınlığında bakır plakadan yapıldığında, aralarında 15 cm uzaklık bulunan 12,5 mm çapındaki borularla iyi bir termal iletkenlik sağlanabilir. Kanat verimliliği %97 ye kadar çıkarılabilir. Bakır plakadan borulara doğru olan ısıl iletkenliğin oluşumu sırasında %3 kadar ısı kaybı olur. Serpantin şeklinde panel düzenleme, dağıtıcı ve toplayıcı borularla yapılacak kollektördeki kaynağın iyi yapılamayışından oluşabilecek sızıntıları önler ancak basınç kaybını artırır. Kollektör verimine etki eden faktörler: Güneş Işınımı Şiddeti Çevre Sıcaklığı Rüzgâr Hızı Kollektörün 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 Sıvı kollektörlerinde panel performansını etkileyecek önemli hususlar şunlardır: 1. Akışın dengelenmesi 2. Emici plaka ile ısı akış kanallarının entegrasyonu 3. Emici plakanın ön yüzünü düzgün yapmak 4. Korozyondan korunma 5. Konstrüksiyonun fazla kaynak işlemi gerektirmeyecek biçimde olması 50
1. Emici plakanın verimliliğini artırmak için, ısıtıcı akışkanın bütün akış kanallarından eşit miktarda geçmesi sağlanmalıdır. 2. Akış kanalları ile emici plakanın birleşik şekli kollektör performansını büyük ölçüde etkiler. İlk sıvı tip emici plakalar borulu yapılmıştır. Borular, düz yüzeyli emici plakanın altına kaynak edilmiştir. Isı önce emici plakada toplanır ve daha sonra kaynaklı borudan geçerek ısıtıcı akışkana ulaşır. Bu ısı transfer verimini düşürür. Eğer borular emici plakanın bir parçası şeklinde yapılabilirse (roll-bond vb.) ısı, ısıtıcı akışkana daha kolay geçer ve kollektör verimi artar. 3. Sıvı emici plaka ön yüzünde oluk ve yüzey attırıcı şekiller olmamalıdır. Sıvı akış boruları plakanın arka yüzeyine kaynak edilmelidir. 4. Diğer önemli husus korozyondan korunmadır. Korozyondan korunmanın en iyi yolu emici plaka ve boruların bakırdan yapılmış olmasıdır. Boşaltmalı açık sistemlerde, ısıtıcı akışkan olarak normal musluk suyu kullanılır. Musluk suyu alüminyum ve karbon çeliğinden yapılmış emici plakalara çok çabuk etki ederek paslandırır. Paslanmaz çelik emicilerin de kaynak yerlerinde paslanma olur. Antifrizli kapalı devre sistemlerde bakır, paslanmaz çelik, alüminyum ve karbon çeliği kullanılabilir. Fakat son ikisi aşağıdaki şartların yerine getirilmesi halinde kullanılmalıdır.; a. Isıtıcı akışkan yeterli miktarda korozyon önleyici ihtiva ediyorsa (korozyon önleyici kimyasal bileşimler) b. Eğer glikol türü antifriz kullanılıyorsa, oluşabilecek glikolik asitin yapacağı zararları önlemek maksadı ile ısıtıcı akışkana özel kimyasal bileşimler ilave edilmişse, c. Isıtıcı akışkan kimyasal dengesi en az altı ay arlıklarla kontrol ediliyor ve optimum korozyon ve asit önleyiciler sistemde muhafaza ediliyorsa, d. Diğer korozyon önleyici tedbirler alınıyorsa (katodik koruma vb.). İki ayrı metalin temas etmesi halinde elektromekanik korozyon prosesi oluşur. Metallerin ek yerlerindeki teması, seramik ya da lastikle kesilmelidir. Normal musluk suyunda bulunan metal iyonları korozif etki yapar. Bu nedenle kapalı devre sistemlerde iyonları alınmış ve yumuşatılmış su kullanılır. Yumuşak su, iyonları alınmış su değildir. Yumuşatma işleminde sudaki kalsiyum (Ca) iyonları, sodyum (Na) iyonları ile değiştirilir. Bu şekilde su daha koroziftir. En iyisi kolektörü bakırdan, hiç olmazsa boruları bakırdan yapmak ileride oluşabilecek bazı problemleri önler. Bakırın kullanım süresi, diğer metallere göre oldukça fazladır. Bakırın ömrünü kısaltacak olan olay erozyon korozyonudur. Bu bakır borular içindeki suyun akışının türbülanslı oluşundandır. Gereksiz türbülansların oluşumuna engel olmak hem bakır malzemenin erozyonunu, hem de sistemde kullanılacak pompanın gücünü azaltır. Bakırdan sonra kullanılabilecek en iyi metal paslanmaz çeliktir. 5. Sıvılı kollektörlerde dikkate alınacak son performans faktörü de konstrüksiyonun önemidir. Kollektörün sağlam ve dayanıklı olması mümkün olduğu kadar az kaynak işlemi gerektirmesiyle sağlanabilir. Emici plaka, güneş kolektörünün en önemli parçasıdır. Kollektör ve sistem verimliliği emici plakaya bağlıdır. Emici plaka bir enerji ve ısı dönüştürücüsüdür. İçinden geçen ısı taşıyıcı akışkanın akışına da bir direnç gösterir. İyi bir güneş kolektörü sadece güneş ışığını absorbe etmekle kalmayıp absorbe ettiği ısının en fazlasını ısıtıcı akışkana geçirir ve akışkanın akışına en az direnç gösterir. 51
GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİNDE KULLANILAN ABSORBER YÜZEYLER Güneş kollektörlerinde kullanılan siyah yüzeyler temelde dört çeşittir. Bunlar; 1. Siyah boyalı yüzeyler, 2. Siyah kaplama selektif/seçici yüzeyler, 3. Yarı selektif sayılabilen ve yüzeye sonradan yapıştırılan siyah bant veya örtülerdir, 4. Siyah renkli plastik esaslı malzemelerdir. Selektif yüzeyler genelde boya ve kaplama bazlı olmak üzere iki uygulama şekli vardır. Boyama işleminde boyanın kalınlığı önemlidir. Bu kalınlık 20-30 mikrometre civarındadır. 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 oranıdır. Bu oran 4 ün üzerinde olduğunda yüzey selektif (seçici) yüzey olarak kabul edilir. Bunun altında olan yüzeyler 2-4 arası semi selektif (yarı seçici) yüzey olarak adlandırılır. Diğer yüzeyler siyah boyalı yüzeyler olarak adlandırılır. Siyah boyalı yüzey: Siyah boyalı yüzeyler genelde bakır, alüminyum ve çelik paneller üzerine kompresör ile kollektör boyası diye adlandırılan siyah mat boyanın püskürtülmesi ile imal edilirler. Yüzeye püskürtülen boya yüzey üzerinde siyah bir film tabakası oluşturur. Siyah film kalınlığının 1,3 2,5 mikron arasında olması gereklidir. Belirtilen değerlerden daha ince veya kalın olması ısıl verimi düşürür. Siyah mat boyalı yüzeyin güneş ışınımını yutma değeri çok (% 90-98) yüksektir. Buna karşılık, ışınım geri yayma değeri de (% 85-92) çok yüksektir. Siyah mat boyalar genellikle polyester, akrilik ve epoksi reçine esaslıdır. Bu boyalarda kullanılan dolgu malzemeleri ve bağlayıcılardaki organik kökler, yüzeyin seçici özellik kazanmasına engel olurlar. Düşük çalışma sıcaklıklarında seçici olmayan siyah boyalı kaplamalar daha uygun görülmektedir. Fakat yüksek sıcaklık çalışmalarında seçici yüzeylerin verimleri daha yüksektir. Seçici yüzey: Seçici yüzey, kısa dalga boylu ( 0,2 2,5 µm ) ışınımın tamamına yakınını tutan, uzun dalga boylu ( 2,5 50 µm ) ışınımın geri yayılımını en aza indiren yüzeydir. Böylece, emici plakanın sıcaklığı daha fazla arttırılarak, akışkana daha fazla ısı iletimi sağlanmış olur. Seçici yüzeyler sıcaklık yükselmesinde daha az ışınım geri yayarlar, dolayısıyla kollektör verimi daha yüksek olur. Yutma ( α ) ve geri yayma ( ε ) değerlerine göre emici yüzeyler şu şekilde sınıflandırılır: Seçici olmayan yüzey : [ α > 0.90 ve 0.50 ε 1.00 ] Yarı seçici yüzey : [ α > 0.90 ve 0.20 ε 0.50 ] Seçici yüzey : [ α > 0.90 ve 0.00 ε 0.20 ] 52
Yutucu yüzeylere göre kollektör verimleri G : 800 W/m 2 ( Güneş Işınım Değeri ) T d : 20 C ( Dış Ortam Sıcaklığı ) T m : 60 C ( Kollektör içinde akışkanın ortalama sıcaklığı ) Nominal İşletim Noktası ΔT / G = ( 60 20 ) / 800 = 0.05 Seçici Yüzeyli Kollektör Verimi : % 56 Siyah Boyalı Kollektör Verimi : % 34 Seçici Yüzeyli Kollektör yaklaşık % 65 daha fazla verimlidir 1 m 2 seçici yüzeyli kollektör 1.65 m 2 siyah mat boyalı kollektör 53
Malzeme Özellikleri Yoğunluk Sıcaklık C kg/m 3 20 100 200 400 Bakır Ticari 8300 372 Alüminyum Saf 2702 237 302 237 240 Alaşım 2024 (%4,5 Cu, %1,5 Mg, 2770 177 165 163 186 Çelik Paslanmaz Çelik Sac %0,6 Mn) Sade karbonlu 7854 60,5 58 56,7 48 302 kalite 8055 15,1 16 17,3 20 304 kalite 7900 14,9 12,6 16,6 19,8 316 kalite 8238 13,4 15,2 18,3 21,3 Çeşitli malzemelerin sıcaklığa bağlı olarak ısı iletim katsayıları (W/mK) 54
Kaplama Alt tabaka Işınım yutma Işınımı geri Çalışma Neme karşı oranı, α, % yayma, ε, % sıcaklığı, C direnci Siyah krom Bakır Çelik 0,95-0,97 0,91-0,97 0,08-0,14 0,07-0,16 316 427 İyi Zayıf Nikel üzerine siyah krom Bakır Çelik Alü 0,90-0,95 0,90-0,95 0,95 0,09-0,15 0,09-0,15 0,5 427 427 427 Çok iyi Çok iyi Bilinmiyor Siyah Nikel Çelik 0,89-0,96 0,07-0,17 Değişken Siyah bakır Bakır Alü Nikel 0,85-0,95 0,81-0,93 0,81-0,93 0,1-0,15 0,11-0,17 0,11-0,17 200 200 200 Zayıf Bilinmiyor Bilinmiyor Alü-oksit - 0,85-0,95 0,11-0,34 900 Bilinmiyor Demir oksit Çelik 0,85 0,08 427 İyi Mat siyah Bakır 0,90-0,98 0,85-0,92 120-130 Zayıf boya Çelik Alü 0,90-0,98 0,90-0,98 0,85-0,92 0,85-0,92 120-130 120-130 Zayıf Zayıf Titanyum Nitrit Asit Bakır 0,97 0,5 (Tinox) Selektif yüzeyler ve siyah boyalı yüzeylerin teknik özellikleri Piyasada kollektörler panel özelliğine göre isimlendirilirler. Bunlar; Galvaniz, Alüminyum, Bakır ve Selektif yüzeyli kolektörlerdir. 55
56
Kollektör-boyler entegre güneş enerjisi sistemleri: Panel ve boylerin bir arada bulunduğu sistemlerdir. Kışın donmaya karşı elektrikli rezistans kullanılır. 57
58
Havuz ısıtmasında kullanılan kollektörler: Havuz ısıtmasında normal bilinen kollektörler kullanılabileceği gibi son yıllarda kasasız ve camsız propilen-epdm malzeme esaslı kolektörlerdir. Özel EPDM-Matlar çatıya veya uygun bir yere yerleştirilir ve güneş ışınları bunlar tarafından emilir. Devir daim pompası yardımı ile ayrı bir su (havuz suyu değil) EPDM mat içinden geçirilir Buradan geçen su, solar enerji matlarıyla emilen güneş enerjisi ile ısıtılır ve dönüş yoluyla eşanjöre verilir. Sürecin sensörler ve emiciler yoluyla elektrikli olarak kontrol edilmesi nedeniyle sistem otomatik biçimde çalışır. Solar sistemin verimli çalışabilmesi için hassas kontrol çok önemlidir. Devir daim pompası emici yüzeydeki sıcaklık havuz sıcaklığının 4 C üstüne çıktığında açılır; havuz suyu ile geri dönüş borusundaki ısı farkı 1 C altına düştüğünde ise kapanır. Termal enerji kaybı olmaması için sensörlerin ve kontrollerin son derece hassas olmaları önemlidir. Teknik veriler: Emici alan: 1.523 m 2 / EPDM-Mat m 2 Malzeme: EPDM Genişlik: Yolların genişliği 10 tüpten oluşan 120mm çap yaklaşık 9mm Uzunluk: 60 metreye kadar değişken Ağırlık: Boş: 5.5 kg/m 2 Dolu: 8.5 kg/m 2 Kapasite: 3.0 lt/m 2 m 2 den geçen su miktarı: 80-100 lt/saat İşletme basıncı: 0.5-2.5 bar Basınç kaybı: 0.2-0.3 mss (20m uzunlukta) Isı direnci: -50-+150 C (Donmuş emici yüzey üstünde yürünebilir) Enerji tasarrufu: 6kWh/m 2 emici alan (Günlük) 300-500kWh/m 2 EPDM-Mat alan (Yaz sezonu) 59
Üst Örtü Cam (glass-glazing): Toplayıcıların ısı kayıplarını en aza indirgeyen ve güneş ışınlarının geçişini engellemeyen malzemelerden seçilmektedir. Saydam yüzey olarak genellikle cam veya plastik esaslı malzemeler kullanılır. Bu örtüleri kullanmaktaki asıl amaç, ortamdaki rüzgâr nedeniyle yutucu yüzey ile ortam arasındaki taşınım katsayısının büyümesini önlemektir. Kullanılan örtü malzemesinde uzun dalga boylu ışınım geçirme oranlarının düşük olması sebebiyle ısı kaybını önlemektedirler. Cam, güneş ışınlarını geçirmesi ve ayrıca yutucu plakadan yayılan uzun dalga boylu ışınları geri yansıtması nedeni ile örtü maddesi olarak son derece uygun bir maddedir. Bilinen pencere camının geçirme katsayısı 0.88 dir. Son zamanlarda özel olarak üretilen düşük demir oksitli camlarda bu değer 0.95 seviyesine ulaşmıştır. Bu tür cam kullanılması verimi arttırır. Cam, güneş enerjisi sistemlerinin en üst tabakasını oluşturmaktadır. Camın ışık ve ısı geçirgenliği performansları, güneş enerjisi sistemlerinin verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Sistemlerin uygulanacağı coğrafi bölgeye göre kullanılan cam tipi değişiklik gösterebilmektedir. Sistemlerin verimini arttırmak için yüksek performanslı camlar kullanılması önerilmektedir. Dış etkenlere maruz kalan güneş enerjisi sistemlerinde camın dayanıklılığını arttırmak ve ısıl gerilimlere karşı direncini arttırmak için temperli cam kullanılması gereklidir. Güneş enerjisi sistemleri camları TS EN 12150-1/T1 nolu cam yapılarda kullanılan ısıl olarak temperlenmiş soda kireç silikat emniyet camı standardına göre üretilmektedir. Güneş kollektörlerinde yağmur, kar gibi sebeplerden dolayı kollektör içine su girmesini önlemek için cam tutucu conta olarak UV dayanımlı Epdm (Etilen Propilen Dien Monomer) kullanılmaktadır. Köşe noktalarda oluşabilecek sızıntılara karşı cam contası tam sızdırmazlık sağlar. Güneş kollektörlerinde ürün tipine bağlı olarak dört tip cam kullanılmaktadır. Bunlar; a- Düz pencere camı b- Temperli cam c- Düşük demir oksitli temperli cam d- Antireklektif cam Düz pencere camları %10 demir oksit içermektedir. Demir oksit cama mukavamet kazandırmakla birlikte camın güneş ışığını geçirme oranını düşürmektedir. Düşük demirli (su beyazı) camlarda demir oksit yerine, cama farklı maddeler ilave edilerek gerekli mukavemeti sağlamanın yanı sıra güneş ışığı geçirgenliği % 92 ye çıkmaktadır. Su beyazı-düşük demirli camda demir oranı %0,15 civarındadır. Normal pencere camları, standart imalar işlemlerinin dışında ekstra olarak temperleme işlemine tabi tutulduğunda, mukavemeti artmakta ve kırılganlığı azalmaktadır. Temperli camların ışık geçirgenlik oranı, normal pencere camları ile aynıdır. 60
Normal demirli temperli düz cam - DURASOLAR F: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan normal demirli temperli düz camdır. Güneş ışığı ve ısı geçirgenlik oranları düşük demirli, yüksek performanslı cama kıyasla daha düşük olmasına rağmen hava koşullarının elverişli olduğu bazı pazarlarda Durasolar F tercih edilmektedir. İşleme ve Uygulama: Durasolar F temperleme işlemi öncesinde kesim, marka baskı, çapak alma gibi işlemlerden geçmektedir. Performans ve Özellikler Kalınlık Açıklama 3,2 mm & 4 mm Kalınlık Toleransı ± 0,2 mm Yoğunluk 2,5 gr/cm 3 Yüzey İşleme Kenar İşleme Temper Bilgisi Isı Dayanımı Desenli Rodaj/Çapak Temperli/Tempersiz 250 o C Normal demirli buzlu cam - DURASOLAR P: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan normal demirli, temperli buzlu camlardır. Desenlerin derinliği ve dokusu buzlu camın ışık ve görüntü geçirgenliğinde etkin rol oynar. Güneş ışığı ve ısı geçirgenlik oranları düşük demirli, yüksek performanslı camlara kıyasla daha düşük olmasına rağmen hava koşullarının elverişli olduğu bazı pazarlarda Durasolar P tercih edilmektedir. İşleme ve Uygulama: Durasolar P temperleme işlemi öncesinde kesim, marka baskı, çapak alma gibi işlemlerden geçmektedir. Tül Mandalin Açıklama Performans ve Özellikler Kalınlık 4 mm Kalınlık Toleransı ± 0,2 mm Yoğunluk 2,5 gr/cm 3 Yüzey İşleme Desenli Kenar İşleme Rodaj/Çapak Temper Bilgisi Temperli/Tempersiz Isı Dayanımı 250 o C 61
Düşük demirli temperli buzlu cam - DURASOLAR P+: Güneş enerjisinden sıcak su üreten güneş kolektörleri ve elektrik üreten güneş pilleri sistemlerinde kullanılan düşük demirli, yüksek performanslı, temperli buzlu camlardır. Demir oksit oranı daha düşük olan Durasolar P+ camların, ışık ve ısı geçirgenliği normal demirli cama göre daha yüksektir. Cam, güneş enerjisi sistemlerini çevre koşullarından koruyan; ısı ve ışık kaybını azaltan en üst yüzeydir. Durasolar P+ camlar, güneş enerjisi sistemlerinin performansında maksimum verimlilik sağlamaktadır. İşleme ve Uygulama: Durasolar P+ temperleme işlemi öncesinde kesim, marka baskı, çapak alma gibi işlemlerden geçmektedir. Prizma Sandy Açıklama Performans ve Özellikler Demir Oranı 0.02 %Fe2O3 Kalınlık 3,2 mm & 4 mm Kalınlık Toleransı ± 0,2 mm Yoğunluk 2,5 gr/cm 3 Yüzey İşleme Desenli Kenar İşleme Rodaj/Çapak Temper Bilgisi Temperli/Tempersiz Isı Dayanımı 250 o C Anti reflektif Kaplamalı Cam: Anti reflekte (AR) kaplama, cam yüzeyinden ışık yansıtıcılığını azaltan özel bir kaplamadır. AR kaplama cam yüzeyinin yansıtıcılığını azaltacak şekilde çalışır. Bu uygulama camın güneş geçirgenliğini arttırarak PV modül ve güneş kollektörlerinde performans artışı sağlar. 62
Isı Yalıtım: Kollektörün arkadan olan ısı kayıplarını minimuma indirmek için absorber plaka ile kasa arası uygun bir yalıtım maddesi ile yalıtılmalıdır. Absorber plaka sıcaklığı, kollektörün boş kalması durumunda 150 C ye kadar ısınması nedeniyle kullanılacak olan yalıtım malzemesinin sıcağa dayanıklı yalıtım malzemesi olması gerekmektedir. Isı iletim katsayıları düşük ve soğuk yalıtım malzemesi olarak bilinen poliüretan kökenli yalıtım malzemeleri tek başına kullanılmamalıdır. Bu tür yalıtım malzemeleri, absorber plakaya bakan tarafı sıcak yalıtım malzemesi ile takviye edilerek kullanılmalıdır. Kollektör izolasyonunda genellikle camyünü, taşyünü ve poliüretan izolasyon kullanılmaktadır. Güneş kollektörlerinin ısı yalıtım uygulamalarında kollektör şilte ve levhaları birlikte kullanılmaktadır. Yutucu yüzeyden gövde içine doğru ışıma ile meydana gelen ısı kayıplarını önlemek ve seçici yüzeye geri yansıtmak amacı ile alüminyum folyo kaplı camyünü levhaları kullanmak da mümkündür. Bu uygulamada, kasa yüksekliğinin izin vermesi durumunda soğurucu yüzey ile alt yüzey yalıtımı arasında 10-20 mm boşluk bırakılmalıdır. Kollektörlerin havalandırılması için, yağmur sularının giremeyeceği yerlere 2-3 mm lik delikler açılmalıdır. Aksi halde, su buharı geceleri camlarda yoğuşarak, buğu oluşturup kollektörün verimsiz çalışmasına neden olabilir. 63
Güneş kollektörlerinde kullanılan ısı yalıtım malzemeleri; Cam yünü; Isı geçiş katsayısı k= 0.035 W/m-K dir. Dayanabildiği sıcaklık; sürekli halde 150 C, Geçici halde 250 C (kısa süreli). Taş yünü; Isı geçiş katsayısı k= 0.035 W/m-K dir. Dayanabildiği sıcaklık 650 C, Geçici halde maksimum 850 C. Poliüretan; k = 0.028 W/m-K, Dayanabildiği maksimum sıcaklık 80 C Yalıtım malzemesi Isı iletim katsayısı Maksimum çalışma Yoğunluk (W/mK) sıcaklığı ( C) (kg/m 3 ) Cam yünü 0,034 250 15-120 Taş yünü 0,036 650-1050 Polistren köpük 0,029 70-80 20 Poliüretan köpük 0,023 104 35-45 PVC 0,035 100-130 40-80 Kalsiyum silikat 0,055 650 Perlit 0,048 820 Isocyanurate 0,025 121 Fenolik köpük 0,033 135 Gözenekli plastik 0,040 100 64
Vakum tüplü (evacuated tube) kolektörler: Vakum tüplü (direkt ve endirekt) ve ısı borulu (heat pipe) vakum tüp olmak üzere iki tipi mevcuttur. Direkt akışlı vakum tüpte ısıtıcı akışkan vakum tüpün içinde doğrudan dolaşır. Cam vakum tüpler güneş enerjisi sistemlerinin en temel parçasını oluşturmaktadır. Vakum tüplerde her bir vakum tüp iç içe geçmiş iki adet cam tüpten oluşmaktadır. Dış tüp, darbelere son derece dayanıklı bir malzeme olan borosilikattan imal edilmiş olup 25 mm'lik çapa sahip dolu darbelerine bile dayanıklıdır. İç tüp de aynı malzemeden üretilmiş ancak özel bir selektif yüzey (Al - N/Al) ile kaplanmıştır. İki tüp arasındaki hava emilerek vakum ortamı oluşturulmakta ve her türlü ısı kaybı en düşük seviyeye indirilmektedir. İç tüpte yer alan özel kaplama ve paslanmaz çelik reflektör sayesinde güneş ışınlarının %93'ü maksimum verimle emilerek ısıya çevrilmekte ve güneş ışınlarının geri yansıma oranı da minimuma (%7) indirilmektedir. İki tüp arasındaki vakum ortamını oluşturmak için baryum toplayıcı kullanılmaktadır (televizyon tüplerinde olduğu gibi). Üretim esnasında bu toplayıcı çok yüksek sıcaklıklara maruz bırakılır ve bu şekilde vakum tüpün dip kısmı saf bir baryum tabakası ile kaplanır. Bu baryum tabakası aktif olarak işlem esnasında tüpten açığa çıkan CO, CO 2, N 2, O 2, H 2 O ve H 2 gibi gazları absorbe eder ve bu sayede vakumun oluşmasını sağlar. Baryum tabakası aynı zamanda vakumun doğru bir şekilde yapılıp yapılmadığını da gösterir. Eğer tüpteki vakum kaybolacak olursa gümüş renkli baryum tabaka resimde de görebileceğiniz gibi beyaza döner. Bu da bir vakum tüpün doğru şekilde çalışıp çalışmadığının kolayca anlaşılmasını sağlar. 65
Vakum tüpün örnek özellikleri: Yapısı: Tüm cam konsantrik çift katman tüp geometriye sahiptir. Cam malzeme: Borosilikat cam (borcam). Soğurma özelliği: > 0,92 Işınım yayıcılığı: <0.08 (80 o C) Vakum: 0,005Pa Sıcaklık dayanımı: > 200 o C Camın et kalınlığı: 1,6mm Termal genleşme: 3.3x10-6o C Ömrü: >15 yıl İki tür seçici kaplama kullanılmaktadır. Al/N/Al (Alüminyum/Azot/Alüminyum): 0,93 soğurma özelliği (Air Mass 1,5'de) vardır. Işınım yayıcılığı 0.08'dir (80 o C'de).(soldaki) ALN/AIN-SS/Cu (Alüminyum nitrür/ain- SS/Bakır): Geleneksel vakum tüplerinden (AL/N/AL'den) ışınım soğurma bakımından %12 daha iyi ve ışınım yayıcılığı %30 daha azdır. Seçici yüzey kaplaması daha yüksek sıcaklıktadır.(sağda) BARYUM AYNASI: Vakum tüpün dış boru alt ucunun iç kısmı özel bir teknikle buharlaştırılan baryum metali ile kaplanarak bir baryum aynası oluşturulur. Baryum metali bir ring şeklinde merkezleme yayının tepesine tutturularak kaplama yapılacak bölgeye yerleştirilir ve özel bir cihaz yardımıyla buharlaştırılarak boru ucunda bir ayna oluşumu sağlanır. Aynanın birinci görevi, başlangıçta iki boru arasında oluşturulan vakum boşluğuna, zamanla selektif kaplamadan gelebilecek CO, C0 2, N 2,0 2, H 2 0 ve H 2 gibi gazları emerek vakum özelliğinin bozulmasını önlemektir, ikinci görevi de, bir nedenle vakum bozulursa, sütsü beyaz bir renge dönerek durumun açıkça görülmesini sağlamaktır. Güneş enerjisi selektif yüzey kaplaması tarafından emilerek iç boru içindeki suya aktarılır ısınan su yukarı doğru sıcak su tankına hareket eder. 66
Endirekt akışlı vakum tüplü gesıs: Endirekt akışlı vakum tüpte ise ısıtıcı akışkan vakum tüp içerisinden geçirilen bakır borular içersinden geçirilir. Vakum tüp içi bakır borulu endirekt akışlı sistem Isı borulu vakum tüplü GESIS: Isı borulu vakum tüpte ise ısı borusunun kondenser üst ucu manifolta yerleştirilerek ısısını buradan geçen ısıtıcı akışkana bırakır. Isı çubuklu vakum tüp de yukarıda bahsettiğimiz gibi, iç içe geçmiş ve aralarındaki hava vakum edilmiş iki adet cam tüpten oluşmaktadır. Buna ek olarak tüpün içerisine bakır bir ısı çubuğu yerleştirilmiştir. Vakum tüp içerisindeki bakır ısı çubuğu, ısıyı uç kısmındaki yoğunlaşma çubuğu bölümüne iletir ve ısı bu kısımdan suya aktarılır. Alttaki resimde ısı çubuklu vakum tüpü oluşturan, cam vakum tüp, bakır ısı çubuğu ve alüminyum ısı transfer kanatları görülmektedir. Bakır ısı çubuğu iki adet alüminyum ısı transfer kanadının arasına yerleştirilerek cam vakum tüpün merkezine yerleştirilmiştir. Alüminyum kanatlar, hem bakır ısı çubuğu hem de vakum tüpün iç yüzeyi ile temas alanının maksimize edilmesi için kalıpta özel forma sokulmuştur. Bu özel form bakır ısı çubuğuna ve dolayısıyla da suya yapılan ısı transferini büyük oranda artırmaktadır. Bakır ısı çubuğunun iç kısmı deliktir ve bu boşlukta ısı transfer sıvısı dolaşmaktadır. Bu sıvı bakır ısı çubuğunun merkezindeki boşluğa enjekte edilirken aynı zamanda içerideki hava da 4x10-6 Pa derecesinde vakum edildiği için 25-30 C gibi çok düşük sıcaklıklarda dahi içerideki sıvı buharlaşabilir. Bakır ısı çubuğu ısındığında buharlaşan sıvı, yoğunlaşma çubuğu bölümüne doğru yükselmeye başlar ve bu bölümde ısı suya transfer edilir. Kaybedilen ısı sebebiyle buhar yoğunlaşarak sıvı hale döner ve aynı döngüyü tekrar gerçekleştirmek üzere bakır çubuğunun tabanına doğru geri döner. 67
68
Isı borulu vakum tüplü güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemi 69
SÜPER İLETKEN METAL VAKUM TÜP: Teknik Özellikler (örnek) Uzunluk 1900mm Vakum tüp dış çap 70mm Ağırlık 2.2kg Cam kalınlığı 2.5mm Malzeme Borosilikat Cam 3.3 Selektif kaplama Al - N/Al Vakum seviyesi P<5x10-3 Pa Işıma sıcaklığı > 250 C Absorbe oranı >93% Yansıtma oranı <8% Soğuğa karşı dayanıklılık -50 C Dolu tanesi direnci Ø 35mm Rüzgara karşı dayanıklılık 30m/s Çalışma sıcaklığı <=25 C SİMV Tüpler, orijinal bir forma sokulup selektif yüzey ile kaplanmış alüminyum plaka ile bakır ısı borularının hassas lazer kaynak teknolojileriyle birleştirilmesi ve vakum tüp içerisine özel metal aparatlarla monte edilmesinden oluşmuştur. Özel teknolojisi ve hızlı reaksiyon vermesi sayesinde normal vakum tüplü sistemlere göre yaklaşık iki kat daha fazla ısı verimi sağlamaktadır. SİMV tüplü sistemlerde basınca dayanıklı depo kullanıldığından dolayı sistem su takviyesini otomatik yapmakta ve kullanım suyunda basınç sorunu yaşanmamaktadır. Depo içerisinde oluşan sıcak su buharı da otomatik ventil ile dışarı atılmaktadır. Vakum tüplerin içerisinde su dolaşmadığı için tüplerden birinin kırılması durumunda bile sistem ufak bir verim kaybıyla sızıntı türünden sorunlar çıkarmaksızın normal işleyişine devam etmektedir. Su ile tüpün arasında koruyucu özel bir silikon tabaka bulunmaktadır ve bu malzeme paslanma, aşınma ve kırılmaya karşı dayanıklıdır. Bu sayede SİMV tüplü sistemlere bir kez yatırım yapılarak ömür boyu fayda sağlanmaktadır. 70
71
Devre tipine (dolaşan suyun) göre gesıs leri açık (direkt) ve kapalı (endirekt) devre olmak üzere ikiye ayrılırlar: 1. Açık (direkt) devre GESIS: Açık sistemler kullanım sıcak suyu ile kollektörlerde dolaşan suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde kullanılır. Sıcak su kullanıldıkça depoya tekrar şebekeden soğuk su girdiği için yeni gelen su kollektörlerde kireçlemeye neden olur. Kireçte kollektörün ısı geçişini engeller. Sistem zamanla suyu ısıtmaz hale gelir ve kolektörler çürür. Açık sistemler bu problemlerden dolayı tercih edilmezler. a. Açık Devre Tabii Dolaşımlı GESIS: Isı transfer akışkanının (suyun) tabii olarak dolaştığı sistemlerdir. Kollektörlerin çalışması ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine dayanır. Suyun bu şekilde hareketine termosifon olayı denir. Depodaki su sıcaklığı ile kollektördeki su sıcaklığı eşit oluncaya kadar dolaşım devam eder. Bu tür sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden 30-50 cm yüksekte olması gerekir. Tabii dolaşımlı sistemde, suyun sistemde dolaşımını sağlayan basınç değeri aşağıdaki gibi hesaplanır. Sıcak-soğuk su kolonu yüksekliği H ise bu borulardaki sıcak ve soğuk suyun statik basınçları; P sıcak = H x ρ sıcak ve P soğuk = H x ρ soğuk olacaktır ve buna göre sirkülasyonu sağlayan etkin basınç; P e = H x (ρ soğuk - ρ sıcak ) şeklinde olacaktır. Tabii dolaşımlı açık devre (direkt) GESIS 72
b. Açık Devre Pompalı GESIS: Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir. Deponun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su borularındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın yeterli olmaması ve büyük bir deponun yukarıda tutulması zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur. Pompalı sistemler otomatik kontrol devresiyle çalışır. Depo tabanına ve kolektör çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri, kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10ºC daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3ºC olduğunda ise pompayı durdurur. Açık devre pompalı sistemde sistemin tamamına soğuk su girişi olduğundan kolektörle depo sıcaklıkları arası çok sık değişeceğinden pompa devreye çok sık girer. Suyun içindeki kireç kolektörün özelliğini bozduğundan bu sistem tercih edilmez. Açık devre (direkt) pompalı GESIS Sistem kapasitesi büyüdükçe daha büyük bir depo kullanmak icap eder. Bu durumda depoyu kollektör üzerine koymak doğru olmaz. Böyle durumlarda depoyu çatı arasına veya bodrum kata koymak daha iyidir. Bu tip sistemler soğuk bölgeler için çok uygundur. Kollektör devresinde antifrizli su dolaştırılarak donma önlenir. Depo ise çatı arasında veya bodrumda olduğundan donma tehlikesi yoktur. Fakat ısıl kayıpları azaltmak için mutlaka izole edilmelidir. Depo tarafı direkt olarak şebekeye bağlandığı için bu devrede pompaya gerek yoktur. 73
2. Kapalı (endirekt) devre GESIS: a. Kapalı Devre Tabii Dolaşımlı GESIS: Isı transfer akışkanının tabii olarak dolaştığı sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine dayanır. Bu tür sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden 30 50 cm yüksekte olması gerekir. Deponun alt seviyesinden alınan soğuk su kollektörlerde ısınarak hafifler ve deponun üst seviyesine yükselir. Gün boyu devam eden bu işlem sonunda depodaki su ısınmış olur. Tabii dolaşımlı sistemler daha küçük miktarlarda su ihtiyaçları için kullanılır. Şamandıralı Sistemler: Bu tür sistemler genelde üst üste iki ayrı depodan oluşur. Üst depo soğuk su deposudur. Soğuk su deposunda bir adet şamandıra (flatör) bulunur. Şamandıraya soğuk şebeke suyu bağlanır. Alt taraftaki depo sıcak su deposudur. Deponun dış kısmında bir ceket bulunmaktadır. Kolektör bu cekete bağlanır. Antifrizli su (kolektör devresi) bu cekette dolaşarak güneşten aldığı ısıyı şehir şebekesinden gelen kullanım suyuna transfer eder. Soğuk su deposu ile sıcak su deposu ayrıca birbirine bağlanır. Sıcak su kullanıldığında eksilen su, soğuk su deposundan takviye edilir. Soğuk su deposundaki seviye eksildiğinde şamandıra devreye girerek eksilen suyu şebekeden takviye eder. Kapalı Devre Tabii Dolaşımlı GESIS 74
75
Basınçlı Sistemler: Basınçlı sistemlerde soğuk su beslemesi, ilave bir şamandıralı depo olmaksızın direkt şebekeden sıcak su deposu içerisine yapılır. Dolayısıyla sistem daha çalışmaya başlamadan şebeke basıncına ulaşır. Sistem çalışmaya başladığında da sıcaklık arttıkça basınç da artar. Kapalı kaplar prensibine göre de basınç arttıkça deponun içindeki suyun sıcaklığı diğer şamandıralı sistemlere göre daha yüksek değerlere ulaşır. Basınçlı sistemler açık devre veya kapalı devre olarak imal edilir. Basınçlı sistemlerin şamandıralı sistemlere göre bir avantajı da kullanım yerinde sıcak suyun soğuk su ile aynı veya daha yüksek basınçta olmasıdır. Bu sayede banyoda sıcak su ile haşlanma riski daha azdır. Şamandıralı sistemlerde sıcak su basıncı, sadece depo seviyesi ile kullanım yeri arasındaki kot farkından kaynaklanan statik basınç kadardır. Bu ise tesisatta soğuk suyun sıcak suyu yukarıya ötelemesine ve dengesiz bir sıcaklık akışına neden olmaktadır. 76
Taze Su (fresh water) Isıtmalı Gesıs: Kullanım su hattının basınçlı, depo-kollektör arasının basınçsız olduğu sistemdir. Şebekeden gelen suyun direkt olarak spiral eşanjör vasıtası ile boylerde ısıtılan sudan geçirilerek kullanım yerine gönderildiği sistemdir. Sistemin boyler kısmı basınçsızdır. Kollektör ile boyler arasındaki su tabii olarak sirküle eder ve kapalı devre çalışır. Lejyoner hastalığına karşı faydalı bir tasarıma sahiptir. 77
b. Kapalı Devre Pompalı GESIS: Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir. Deponun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su borularındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın yeterli olmaması ve büyük bir deponun yukarıda tutulması zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur. Pompalı sistemler otomatik kontrol devresi yardımı ile çalışırlar. Depo tabanına ve kolektör çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri, kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10ºC daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır. Bu fark 3ºC olduğunda ise pompayı kapatır. Kapalı Devre Pompalı GESIS Cebri sirkülâsyonlu kapalı devre sistemlerde sistemin büyüklüğüne ve özelliklerine göre farklı ısı değiştiriciler kullanılır.- Küçük kapasiteli sistemlerde (2-6 adet güneş kolektörlü) genellikle gömlekli ısı eşanjörü - Orta büyüklükteki sistemlerde (7-20) serpantinli ısı eşanjörü - Büyük kapasiteli sistemlerde (20 adet ve üzeri güneş kolektörlü) plakalı ısı eşanjörü kullanılmaktadır. Bazı İller İçin Antifriz Oranları İl Antifriz Antifriz Antifriz Antifriz İl İl İl oranı % oranı % oranı % oranı % Adana 25 Bursa 20 Antep 25 Malatya 35 Afyon 35 Çanakkale 15 Isparta 25 Manisa 15 Ankara 35 Denizli 20 İstanbul 15 Muğla 15 Antalya 5 Diyarbakır 25 İzmir 10 Trabzon 15 Aydın 15 Edirne 25 Kars 70 Uşak 25 Balıkesir 20 Erzurum 50 Kayseri 40 Van 50 Bolu 40 Eskişehir 35 Konya 35 Sivas 45 78
PV/T (PhotoVoltaic-Thermal) Hibrit Kollektörler: Fotovoltaik ve termal su ısıtma kollektörünün birleştirilmiş halidir. Güneş pilleri, güneşten gelen enerjinin yaklaşık %15 ni elektrik enerjisine dönüştürebilirler, kalan enerjinin büyük bir kısmı ısı enerjisine dönüşerek güneş pilinin ısınmasına neden olur. Güneş pilinde ki her 1 C sıcaklık artışı elektrik üretimini % 0,45 düşürmektedir. Güneş pillerinin ideal çalışma sıcaklığı 25 C olarak hesaplanırken (sıcaklığın daha da düşük olması verimi artırmaktadır), ortam sıcaklığı 25 C olan bir bölgede çalışan güneş pili 45 C ye çıkmaktadır (güneş pilinin sıcaklığı; ortam sıcaklığına, nem ve rüzgâr miktarına bağlıdır), bu durum karşısında güneş pillerinin elde ettiği bu ısıdan faydalanmak ve güneş pilini soğutmak amacı ile hibrit sistemler geliştirilmiştir. Bu sayede hem elektrik, hem de sıcak su/hava sağlanmış olur. Bir yandan güneş pilinin soğutulması ile verim artışı sağlanırken, diğer yandan ısı enerjisi kullanabilir bir hal alır. Fotovoltaik modülün altına bütünleşmiş su veya hava kanalları ile modül soğutulur. Su kanalları ile bütünleşik panellerde bulunan su, pompa yardımı ile sirkülâsyonu yapılır (zorlanmış dolaşımlı). Hava kanalları bütünleşik sistemler de ise ısıtılan havanın enerjisi, enerji transfer ünitesi ile suya aktarılır ve ısıtılan hava doğrudan iç ısıtmada kullanılır. Modül sıcaklığını azaltarak, artan elektrik eldesi ve aşırı ısınmadan dolayı meydana gelebilecek olası hataları önleme (Ortam sıcaklığı 20 C olan bir bölgede, 50 C ye ulaşmış bir güneş pili %15 verimsiz çalışır). Fiyat olarak normal fotovoltaik sistemlerden % 25 daha maliyetlidir fakat kendilerini kısa süre içerisinde amorti edebilir. Fotovoltaik termal kollektörler su ve hava ısıtma olarak iki tipte imal edilirler. PV/T Hibrit Kollektörün Test Değerleri (Test: 1000watt/m 2, ΔT=10 C, Q=55 1/h/m 2 ) T çıkış W th/m 2 W e /m 2 η 10 C >680 146 >%82 20 C 680 138 %81 40 C 557 123 %68 60 C 475 108 %68 80 C 370 96 %46 T çıkış :Çıkış sıcaklığı, W th : Termal Watt eşdeğeri, W e : Fotovoltaik çıkış gücü, η:toplam Verim 79
Test değerlerinden de anlaşılacağı gibi, modülün ısınmasından dolayı fotovoltaik etkinin sıcaklık etkisi görünmekte, sıcaklık artıkça kollektör ve ortam arasında ki ısı kaybının da artmasından dolayı, termal verim de düşmektedir Isı borulu fotovoltaik kollektörler: Isı borularının fotovoltaik panelle birleştirilmiş halidir. 80
Gesıs ve Lejyoner Hastalığı 1976 yılında Philedphia daki Amerikan ordu birliklerin kısa sürede hastalanan 221 kişiden 34 kişinin ölümü ile sonuçlanan salgın sonrasında yapılan araştırmalar sonucunda hastalığa yol açan bakteri bulunmuştur. Bakteriye, Legionella Pneumophila ve hastalığada Lejyoner hastalığı ismi verilmiştir. Risk Faktörleri: 1- Solunabilen aerosolde (pülverize haldeki su ile hava karışımında) su tanecik büyüklükleri 1 ila 5 mikron çap aralığındadır. Tanecik çapı küçüldükçe tehlike riski artar. Çünkü 5 mikron ve altındaki su zerrecikleri Akciğerin en derin noktalarına kadar geçebilir ve bunlar tekrar kolayca dışarı atılamaz. Öte yandan küçük tanecikler hava akımları ile çok uzak mesafelere (soğutma kulelerinden) taşınabilir. 2- Lejyoner hastalığının oluşabilmesi için Lejiyonella bakterisi ile kirlenmiş suyun aerosol halinde solunması gerekir. Böylece mikrop akciğere ulaşarak hastalığı oluşturabilir. 3- Hastalık riski solunan mikrop sayısı ile orantılıdır. Solunan aerosol ne kadar yoğun bir biçimde Lejiyonella ile kirlenmişse ve bu aerosol ne kadar yoğun ise, aynı oranda hastalığa yakalanma riski vardır. 4- Bir diğer önemli risk faktörü de temas süresidir. Duş yaparken temas süresi dakikalar mertebesindedir. Halbuki bir terapi havuzunda veya jakuzide bu süre daha uzundur. Örneğin bir soğutma kulesinden kaynaklanarak kirlenmiş bir binada ise her gün 8-10 saat temas süresi söz konusudur. Hastanelerde veya evlerde karşılaşılan bazı özel durumlarda ise sürekli temas mümkündür. 5- Özetle lejyoner hastalığı riski havadaki Lejiyonella sayısı, solunum hızı ve solunum süresiyle artmaktadır. Özetle: 1- Lejiyonella bir bakteridir. 2- Suda ve nemli ortamda yaşamını sürdürür. 3- Suyun 5 8,5 PH değerleri yaşamı için uygun değerlerdir. 6,9 PH Lejiyonella nın yaşamı için en uygun ortamı oluşturur. 4-5 63 C sıcaklık aralığı yaşamı için sınır değerlerdir. 5-25 - 45 C hızlı çoğalma sıcaklık aralığıdır. 6-37 C su sıcaklığında 2 saatte 2 kat çoğalır. 48 saat sonunda sayısal olarak patlama yaparak, tehdit edici boyuta ulaşır. 7- Pülverize su içinde solunum yolu ile akciğerden alınır. 8- Hastalığı alma riski, solunan mikrop sayısı ile orantılıdır. 9- Kirlenmiş pülverize su ile temas süresinin fazla olması risk faktörünü artırır. 10- Solunum ile alındıktan 2 10 gün kuluçka döneminden sonra çoğalarak enfeksiyon yapar. 11- Belirtileri; kuru öksürük, solunum sıkıntısı, halsizlik, bitkinlik, başağrsı, kas kasılmaları, yüksek ateş vb. 12- İnsandan insana geçtiğine dair bulgu yoktur. 13- Türkiye de risk, İngiltere den daha fazla. Antalya da daha da fazladır. (sıcak iklim) 14- En etkili savaşma yöntemi, bakterinin çoğalmasının ve yayılmasının önlenmesidir. (Hastalığın insana geçmesini önlemek için) 15- Hastalığa yakalananlarda ölüm oranı %15 20 mertebesindedir. Güneşli kullanma sıcak suyu ısıtma sistemleri Lejiyonella için yüksek kirlenme riski olan sistemlerdir. Yılın büyük kısmında sıcaklıklar 30-45 C arasında kalmaktadır. Bu nedenle güneşle su ısıtma sistemlerinde çift serpantinli boyler kullanılmalı ve ikinci serpantine sıcak su kazanı gibi konvansiyonel bir enerji kaynağından bağlantı yapılmalıdır. Belirli zamanlarda bu kaynak yardımı ile su sıcaklığı yükseltilerek, sistemde termik dezenfeksiyon yapılmalı veya Lejyoner riskini azaltan depo tasarımları dikkate alınmalıdır. 81
Kollektörlerin yerine montajında dikkat edilecek hususlar: - Sistemden maksimum performans sağlamak için kollektör ısı emici yüzeyi (camlı yüzey) güneye bakmalıdır. - Kollektör eğim açısı tüm yıl kullanımı için bulunduğu şehrin enlem derecesinde olmalıdır. Sadece yaz aylarında kullanılacaksa kollektör eğim açısı, enlem derecesinden 15 eksik olmalı, sadece kış ayları için kollektör monte edilecekse şehrin bulunduğu enlem derecesinden 15 fazla açı ile monte edilmelidir. Kollektör eğim açıları açılı terazi ile kontrol edilmelidir. Enleme ilave edilen sayısal değerlerin nedeni Zenit açısıdır. Bu açı kışın büyümekte yazın ise küçülmektedir. İdeal konumdan 15º sapma halinde enerji kayıp oranı %6 dır. Mimari ve diğer etkenler nedeni ile ideal açı uygulanamazsa enerji kayıpları büyük olmayacaktır. - Kollektörün alt tabanı zemine sıfır olmamalıdır. Zemine yapışık olursa arkadan esen rüzgâr kollektöre direnç yaparak olumsuz etkiler. Bu nedenle kolektör çatı zemininden en az 100 mm yüksekte olmalıdır. - Kollektör monte edilecek çatıda baca var ise, kollektör yine güneye bakmalı fakat bacanın batı tarafına konulmalıdır. Aksi halde bacanın gölgesi kolektöre düşebilir. Kollektörün monte edileceği çatı ağaç, bina veya diğer yükseltilerin gölgelerinden etkilenmemelidir. - Kollektöre giriş ve çıkış boruları hemen hemen eşit uzunlukta olmalıdır ki basınç kayıpları dengelensin. Tesisatta, basınç kayıplarının düşük olması için vana, çek valf, dirsek vb. bağlantı elemanları minimum sayıda kullanılmalıdır. - Isı dönüştürücüye giren şebeke suyu basıncı 7 bar dan fazla ise giriş hattına basınç regülatörü konulmalıdır. - Sıcak su çıkışına, kullanıcının ani sıcak sudan zarar görmemesi için karıştırıcı vana konulmalıdır. - Borular ısı kayıplarına karşı izole edilmelidir. - Plastik veya galvaniz türü borular kesinlikle kullanılmamalıdır. Güneş enerjisi tesisatında çelik veya bakır boru ve ek parçaları tercih edilmelidir. - Tesisat çalışırken oluşan havanın kolay tahliyesi için, borular döşenirken akış yönünde yaklaşık %1 yukarıya doğru eğim verilmelidir. - Cebri sirkülasyonlu sistemlerde kollektör hattının en üst noktasına, oluşabilecek havayı atmak için otomatik hava purjörü konulmalıdır. - Tesisattaki boru çapları, minimum basınç kaybı oluşturacak büyüklükte olmalıdır. Kollektör giriş-çıkış boru çaplarının en az ¾ olmalıdır. Tesisattaki boru çaplarının mümkün oldukça yüksek seçilmelidir. - Özellikle kış aylarında, yüksek sıcaklıkta su elde etmek için kollektörlerin seri olarak ikili bağlanmasından kaçınılmalıdır. - Sistemde, kullanılan kollektör sayısı üç ten fazla ise gömlekli ısı değiştiricisi kullanılmamalıdır. - Kollektörler yan yana geçişli paralel bağlandığında, kollektörden kollektöre akışkan aktarıldığında, yüksek debilerde yüksek basınç kayıpları meydana gelmektedir. Kollektörler yan yana 3 den fazla bağlanmamalıdır. - Kollektör grupları ve otomatik purjör öncesi arıza durumunda kullanılmak üzere küresel vana kullanılmalıdır. 82
Tesisat Bağlantılarında Boru Uzunlukları 83
Güneş Kollektörlerinin eşit Basınç kaybı oluşturması için tek tek bağlanması 84
Örnek güneş enerjili su ısıtma tesisatı bağlantı şeması (Thickelman sistemine göre) 85
86
Kollektörlerin Seri Bağlanması: Kış aylarında, gün uzunluğu ve güneşlenme süresinin azalması ile birlikte, dış ortam ve şebeke suyu sıcaklığının düşmesinden dolayı, kollektörlerin enerji kayıpları arttığından istenen sıcaklıklarda su elde edilememektedir. Kış aylarında, yüksek sıcaklıkta su eldesi için güneş kollektörleri Şekil-4 deki gibi seri bağlanmaktadır. Bu bağlantı ile daha sıcak su elde edilmekle birlikte, özellikle ikinci kollektörün veriminde önemli ölçüde düşme meydana gelmektedir. Şekilden de görüldüğü üzere b kollektörünün verimi a kollektörüne göre büyük oranda düşüktür. Şekil-4 Kollektörlerinin seri bağlanması Şekil-5 Kollektörlerinin seri bağlanmasında kollektör ısıl veriminin değişimi. Tesisatta Havanın Tahliyesi: Güneş enerjisi sistemlerinde gün içinde suyun yüksek sıcaklık farkından dolayı hacim değişimi ile su soğuk iken bünyesine aldığı hava, ısındığında ayrılmaktadır. Bu hava, kapalı sistemde otomatik hava tahliye cihazları yardımı ile dışarı atılmaktadır. Sistemin kendinden kaynaklanan havanın tahliyesi için kollektör-boru bağlantıları yukarıya eğimli olmalı ve tahliye cihazı sisteme yerleştirilmelidir. 87
Kollektörlerde Basınç Düşümü: Kollektörlerde basınç düşümü, dolaşan akışkan debisi ve hıza bağlıdır. Hız arttıkça kollektördeki basınç kaybı artmaktadır. Şekilde görüldüğü gibi 150 kg/h debide 0.25 kpa olan basınç kaybı, 400 kg/h debide 2 kpa değerine ulaşmaktadır. Basınç kayıplarının artması, sistem için güçlü pompa gerektirdiğini göstermektedir. Güneş Enerjisi Sistemlerinde Kullanılan Tesisat Malzemeleri: Malzeme Görevi Resmi Fittings Ekleme parçaları Çekvalf Otomatik çalışan ve akışkanın geri akmasını önleyen ventillerdir. Akışkan kendi basıncı ile ventili açar ve akar. İletilen, akışkanın pompalanması durduğunda ventil akışı keserek geçmiş olan akışkanın geri akmasını önler. 88
Emniyet Ventili Boşaltma vanası Yüksek basınçlı su, buhar, gaz, hava benzeri akışkanların basıncı istenilen değeri aştığı zaman sistemde birçok zararlar meydana gelebilir. Bu durumda sistemde zararlı basınca sebep olan akışkan fazlasına otomatik olarak yol veren emniyet ventilleri kullanılır. Akışkan basıncı, ayarlı sınırı aşınca ventil açılarak, fazla basınç düşürülür. Sistemdeki suyun boşaltılmasında kullanılır. Basınç Düşürücü Ventil Flatör (Şamandıralı ventil) Elektrikli rezistans Genleşme tankı Otomatik hava purjörü Akışkanlar çoğu kez kullanılacakları yerlere yüksek basınç altında depolanarak sevk edilirler. Kullanıldıkları yerlerde bunların basıncını istenilen basınca düşürmek için basınç düşürücü ventiller kullanılır. Genellikle depolarda kullanılan ventillerdir. Depodaki sıvı ayarlanan seviyeye geldiğinde flatör akışkanı keserek deponun taşmasını engeller. Seviye düştüğünde tekrar akışkana yol verir. Güneşin olmadığı ve yetersiz kaldığı günlerinde kullanılmak üzere ek ısıtıcı. Sistemdeki suyun termal kaynaklı meydana gelen genleşmeyi absorbe edebilmesi için kullanılır. Tesisatta oluşan havanın atılması için kullanılır. 89
Kollektör seri bağlantı flex borusu Kollektörlerin seri bağlantısında kullanılır. Termal Karışım vanası Solar diferansiyel fark termostatı Karışım vanası, yüksek sıcaklıkta su taşıyan bir borudaki sıcak suyu, soğuk şebeke suyu karıştırarak istenen sıcaklığa getiren karıştırıcı vanadır. Diğer adı mix vanadır. Karışım vanaları son derece basit ve kolay bozulmaz bir yapıya sahiptir. Karışım vanasının gövde içerisinde yüksek hassasiyetli ve sıcaklık etkisiyle hareket eden bir termal eleman bulunmaktadır. Bu termal eleman gövde içerisinde hareket ederek sıcak ve soğuk suyu orantılı olarak karıştırır ve istenen sıcaklıkta karışım suyunu oluşturur. Güneş kolektörünün çıkış ağzındaki sıcaklık ile kullanım suyu boylerinin sıcaklığı arasındaki farka göre pompayı çalıştırır ve kontrol eder. Kısaca tek serpantinli boylerin olduğu durumlarda sadece kolektör -boyler arası otomasyonunu sağlar. Pompa grubu Üzerinde debi göstergesi bulunan, sistemin debisinin ayarlanmasına imkan sağlayan hazır montaj kitidir. Opsiyonel bir kittir. Belirli kapasitelere kadar hazır sunulur.büyük kapasitelerde hazır bulunmaz. Pompamat Mini hidrofor akış anahtarlı olup herhangi bir musluk açıldığında otomatik olarak devreye girer, su kullanımı bittiğinde otomatik olarak devreden çıkar. Güneş enerjisinden gelen basıncı düşük sıcak suyun basıncının arttırılmasında kullanılır. 90
Hidromat (akışkan kontrol cihazı) Güneş enerjisi kontrol cihazı Hidromat üniteleri, pompaların basma ağzına takılarak denge tankı, basınç şalteri vs. olmadan pompayı hidrofor haline getirirler. Hidromat gövdesinin altında dâhili çek valf bulunmaktadır. Kuru çalışmaya karşı korumalı olduğundan depo olmadan şebekeye direkt bağlanabilir. Fluid kontrol cihazının piyasada ki diğer adı hidromattır. Fluid kontrol, tıpkı denge tanklı hidroforlar da olduğu gibi su ihtiyacına göre pompayı otomatik olarak devreye alır ya da durdurur. Yani bir pompayı çeşmenin açılmasıyla otomatik olarak çalıştıran ve kapanmasıyla durduran bir kontrol ünitesidir. Bir pompaya fluid kontrol takıldığında o pompa artık hidrofor adını almaktadır. Pompalı sistemlerde pompanın otomatik kontrolü için kullanılır. Boru izolasyonu Kollektör bağlantı borularını don ve korozyona karşı korumak için İmbisat deposu (antifiriz kabı) Kapalı devre sistemlerde anitfirizi depo etmek için. Kollektör ara bağlantı rakoru Kollektör çıkış bağlantılarında kullanılır. Kollektör kör tapası Kollektörün kullanılmayan çıkışlarını körlemek için kullanılır. 91
Besleme ventili Tesisatın doldurulmasında kullanılır. Güneş enerji sıvısı Kapalı devre sistemde donmaya karşı kullanılır. Solar kit Tortu ve pislik ayrıcı Güneş enerji sisteminde elde edilen sıcak su, önceden solar kit de bulunan Yön değiştirici Vana Termostatı cihazında ayarlanan, sıcaklık değerinden daha yüksek bir değerde ise solar kitte bulunan yönlendirme valfi, direkt olarak güneş enerji sisteminden elde kulanım sıcak suyun kullanıma sunulmasını sağlanmaktadır. Güneş enerji sisteminde, Yön değiştirici Vana Termostatı cihazında ayarlanan sıcaklık değerinden daha küçük değerde sıcak su olması durumunda, Solar kitte bulunan yönlendirme valfi konum değiştirerek, güneş enerjisinden elde edilen düşük sıcaklıktaki kullanım sıcak suyunun, doğalgazla ısıtma gerçekleştiren kombi cihazından geçmesi sağlanmakta ve böylelikle istenilen sıcaklıkta kulanım sıcak suyunun hazırlanması gerçekleştirilmektedir. Sistemden gelen su içindeki tortu, pislik, cürufların aşınma, tıkanma ve arızaları önlemek amacıyla kullanılmaktadır. 92
Hava ve tortupislik ayırıcı Hava ayırıcı Isıtma ve soğutma sistemlerindeki, mevcut oluşan hava ve pisliklerin tek cihaz yardımı ile sistemden ayrıştırılmasında kullanılmaktadır. Tesisattaki mevcut havanın, sisteme vereceği korozyon, kavitasyon, ses gibi zararları önlemek amacıyla kullanılmaktadır. Magnezyum anot Sistemde bulunan anot çubuğu zaman içinde oluşacak suyun iyonik etkilerinden kaynaklanan (oksitlenme, çürüme, paslanma, vs..) durumlara karşı depoyu korur. Manyetik kireç önleyici Akış anahtarı (flow switch) Su kesintisinde pompayı korur Açık genleşme (imbisat) depoları Genleşen suyu depo etmek 93
Plakalı eşanjör Sistemde elde edilen ısının ikincil devreye aktarımı için kullanılır. Solar hortum Kollektör sehpası (kollektör montaj kiti) Çatı içi Çatı üstü Düz çatı Çatı içi Düz çatı Çatı üstü 94
BOYLERLER (boiler): Boyler, ısı transferinin gerçekleştiği, sıcak kullanım suyunun hazırlanmaya ve depo etmeye yarayan bir çeşit ısı değiştiricisidir. Güneş enerjili sistemlerde kullanılan boylerleri; termisifonik sistemlerde kullanılan boylerler ve pompalı sistemlerde kullanılan boylerler ve endüstriyel tip boylerler olmak üzere üçe ayrılabilir. Kolektör ve deponun bir birine akuple olarak kullanıldığı termosifonik sistem uygulamalarında, (genelde 300lt ye kadar) güneş enerjisi boylerleri (cidarlı boyler) kullanılmaktadır. Termosifonik sistem uygulamalarında kolektör ve boyler bir arada kullanılmaktadır. TERMİSİFONİK SİSTEMLERDE KULLANILAN BOYLERLER: Yatık cidarsız boyler (açık sistemde kullanılır) Yatık cidarlı boyler (kapalı sistemde kullanılır) Yatık serpantinli boyler 95
Boylerin Kısımları: Boyler gövdesi: Boyler gövdesi, sac bir levhanın kıvrılarak bir birine kaynatılması şeklinde imal edilmektedir. Boyler gövdesi için kullanılan sac levhanın kalınlığı, boylerin çalışma koşullarına göre 0,5 mm ile 3 mm arasında değişmektedir. Atmosferik güneş enerjisi sistemlerinde, 0,5 mm ile 1 mm arasında sac levhalar kullanılmaktadır. Atmosferik sistemlerde kullanılan boylerler, basınca karşı dayanıksızdırlar. Basınçlı sistemlerde kullanılmakta olan boylerler ise 2 mm 3 mm arasında değişen kalınlıklara sahip sac levhalardan imal edilmektedirler. Bu sistemler şebeke basıncı altında çalışmaya uygun şekilde imal edilmektedirler. İç yüzey: Boylerler iç malzemelerine göre, emaye, paslanmaz ve diğerleri olarak sınıflandırılmaktadırlar. Emaye boylerler ise, hijyenik ve uzun ömürlüdürler. Bu nedenle, güneş enerjisi sistemlerinde emaye boylerler tercih edilmektedir. Paslanmaz boylerler, hijyenik ve uzun ömürlüdürler. Ancak, üretim maliyetleri çok yüksektir. Bu nedenle çok tercih edilmemektedirler. Emaye ve paslanmaz boylerler dışında kalan boylerler, diğerleri sınıfına girmektedir. Epoksi boyalı boylerler, galvaniz boylerler bu sınıfa girmektedir. Ancak bu boylerlerin iç yüzeyleri uzun ömürlü olmadığından dolayı pek tercih edilmemektedirler. Anod çubuğu: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan boylerleri, korozyona karşı korumak için magnezyum anod çubuğu kullanılmaktadır. Magnezyum anod çubuğu, sistemde oluşan statik yükü üzerine çekmektedir. Böylece magnezyum anod çubuğu statik yükü üzerine çekerek harcanırken, boyler gövdesi korozyona karşı korunur. Magnezyum anod çubuğunun periyodik olarak kontrol edilmesi ve tükendiğinde hemen değiştirilmesi gerekmektedir. Rezistans: Güneş enerjisi sistemleri, güneş olduğu sürece, güneşten ısı alacak ve bu ısıyı kullanım suyuna iletecektir. Ancak yeteri kadar güneş olmadığı zamanlarda ( örneğin kış aylarında) ya da su tüketiminin fazla olduğu zamanlarda, güneşten alınan ısı yeterli olmayabilir. Bu nedenle, ihtiyacı karşılayabilmek için boylerin içine bir rezistans (elektrikli ısıtıcı) yerleştirilmektedir. Su sıcaklığı belli bir değerin altına indiğinde, rezistans devreye girerek suyu kullanım sıcaklığına getirmektedir. Böylece, güneş enerjisi sistemi ile, güneşin yeterli olmadığı zamanlarda bile konforlu bir kullanım sağlanmış olur. Yan kapaklar: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan boylerlerin, yan kapaklarında ABS ya da sac kullanılmaktadır. ABS dayanıklı bir malzeme olduğu için, güneş enerjisi boylerlerinde kullanılması tercih edilmektedir(akrilonitril bütadien stiren - hafif ve sert bir polimerdir). İzolasyon: Boyler izolasyonu, güneş enerjisi ile elde edilen sıcak suyun ısısını muhafaza edebilmesi için büyük önem taşımaktadır. İzolasyon malzemesi seçiminde ise önemli 4 kriter bulunmaktadır. Bu 4 kriter ise; izolasyon malzemesinin ısıl geçirgenliği, kalınlığı, yoğunluğu ve çevresel etkileridir. İzolasyon malzemesinin ısıl geçirgenliğinin küçük olması istenir. Örneğin cam yününün ısıl geçirgenlik değeri λ 0,040 W/mK, armaflexin ısıl geçirgenlik değeri λ 0,038 W/mK dir, poliüretanın ısıl geçirgenlik değeri ise 0,022 W/mK dir. İzolasyon malzemesinin yeteri kadar kalın olması istenir. İzolasyon malzemesi yeteri kadar kalın değilse, ısı kaybı çok olur. Su sıcaklığı düşer. Genellikle izolasyon malzemesinin yoğunluğu 96
arttıkça ısıl iletkenliği azalmaktadır. İzolasyon malzemesinin çevresel etkilerine gelince, eğer izolasyon malzemesi üretilirken ozon tabakasına zarar veriyorsa, küresel ısınmaya neden oluyorsa, bu malzeme ile gerçekleştirilen izolasyonun çevreye olumlu etkisinden bahsedemeyiz. Ayrıca, izolasyon malzemesi üretilirken, ısı izolasyonu uygulaması ile sağlanacak enerji tasarrufuna eşdeğer ya da daha fazla enerji tüketiyorsa, izolasyonun getireceği enerji tasarrufundan da bahsedemeyiz. Son olarak, eğer izolasyon malzemesi pahalı ise, ısı izolasyon uygulamasının geri ödeme süresi uzayacak ve tüketiciye olan ekonomik katkısı da azalacaktır. Boyler izolasyonunda cam yünü, poliüretan, armafleks ve izolasyon süngeri kullanılmaktadır. Cam yünü, daha çok açık devreli basınçsız sistemlerde kullanılmaktadır. Darbelere karşı dayanıklı değildir. Poliüretan ise, geç soğur. Darbelere karşı dayanıklıdır. CFC maddesi içermediğinden dolayı, çevre dostudur. Büyük çaptaki güneş enerjisi sistemlerde, sistemde kullanılan boylerlerin veya tankların ölçüleri oldukça büyümektedir. Bu durumda boylerlerin taşınması, zaman zaman sorun teşkil etmektedir. Bu nedenle, genelde 800lt ve 800lt den büyük tanklarda izolasyonun tanktan bağımsız olması tercih edilir. Böylece tank ayrı, izolasyon ayrı daha kolay taşınır. Kazan dairesinde tanka izolasyon malzemesi giydirilir. Bu gibi durumlarda, izolasyon süngeri kullanımı tercih edilmektedir. Esnek, kapalı hücreli, yapısında CFC halojen maddeler (klor, brom vb.) ve PVC içermeyen, siyah renkli elastomerik kauçuk esaslı yalıtım malzemesidir. Dış yüzey: Yatık cidarlı güneş enerjisi boylerlerinin dış yüzeylerinde elektrostatik toz boyalı, galvaniz kaplama sac kullanılmaktadır. Dik serpantinli boyler ve akümülasyon tanklarında ise dış yüzey kaplaması elektrostatik toz boyalı sac veya vinleks kullanılmaktadır. Büyük boyuttaki boylerlerde özel alüminyum kaplama kılıflar kullanılmaktadır. Bu kaplamalar boyler yerine konulduktan sonra yapılmaktadır. 97
POMPALI SİSTEMLERDE KULLANILAN BOYLERLER: Pompalı (cebri sirkülâsyonlu) sistem uygulamalarında ise, dik boyler veya süper boyler de denilen serpantinli boylerler ya da akümülasyon tankları (eşanjörlü sistem) kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda boylerler genellikle kolektörlerden ayrı bir yerde, kazan dairesinde bulunmaktadır. Bu nedenle mimari olarak daha hoş görünmektedirler. Ayrıca güneş enerjisi ile mekan ısıtmasına destek sistemlerinde hazneli boylerler kullanılmaktadır. Akümülasyon tankları: Güneş enerjisi sisteminden elde edilen ısının bir plakalı eşanjör veya ilave bir boyler yardımı ile kullanım sıcak suyuna aktarılması ve bu aktarım sonucu oluşan sıcak suyun basınçlı bir şekilde depo edilmesini sağlamaktadır. Çelik malzemeden emaye kaplı, poliüretan izolasyonlu, 100-2000 lt kapasitesinde üretilirler. 98
Tek serpantinli boyler: Güneş enerjisi sisteminde elde edilen ısının serpantin yardımı ile kullanım suyuna aktarılmasını ve kesintisiz şekilde kullanım suyunun elde edilmesini sağlayan boylerdir. Çelik malzemeden emaye kaplı, poliüretan izolasyonlu, 100-2000 lt kapasitesinde üretilirler. 99
Çift serpantinli boyler: Güneş enerjisi sistemi ile kazan ısıtma sistemlerinin ortak şekilde kullanıldığı boylerdir. Boyler içersinde altta ve üstte olmak üzere iki adet serpantin bulunmaktadır. Güneş kollektörlerinde elde edilen ısı alt serpantin yardımı ile kullanım suyuna aktarılmaktadır. Güneş enerjisinin yetersiz olduğu durumlarda ise kazan veya kombiden elde edilen ısı üst serpantin yardımı ile kullanım suyuna aktarılmaktadır. Böylelikle kesintisiz şekilde kullanım suyunun elde edilmesini sağlayan sistemlerdir. 100
101
Kombi-boyler tip boyler: Güneş enerjisinden faydalanarak hijyenik sıcak su temini sağlayan ve villa tipi meskenlerin yerden ısıtma sistemine destek veren kombi boylerleridir. Güneş enerjisinden beslenen serpantin kalorifer devresi olarak kullanılan dış tankı ısıtarak ortam ısıtmasında kullanılır. Ayrıca dış tankın içerisindeki su kütlesinin fazla olması, kullanım suyunu depolayan emaye kaplı iç tankın hızlı ısıtılmasını sağlayarak, kullanıcıların sürekli hijyenik sıcak su ihtiyaçlarını ekonomik şekilde karşılanmasını sağlar. Yerden ısıtma sistemleri gibi düşük sıcaklıkla çalışan sistemler için kullanışlı bir çözümdür. 500-2000 lt kapasitelerinde, emaye kaplama ve poliüretan izolasyonlu olarak üretilirler. 102
103
Boylerli Solar Kombiler: Kombi boylerin kombiye entegre edilmiş hazır paket halidir. 104
105
Endüstriyel tip boylerler: Endüstriyel tip büyük ölçekli güneş enerji sistemlerinde elde edilen sıcak suyun basınçlı bir şekilde depo edilmesinde kullanılan boylerlerdir. Bu boylerler imalat şekline göre yatık veya dik tip silindirik, serpantinli veya cidarlı (gömlekli) tip üretimleri bulunmaktadır. Depo iç yüzey kaplama malzemesi olarak daldırma veya solventsiz epoksi kaplamalar kullanılmaktadır. Gömlekli boylerler 100 C'nin altındaki düşük basınçlı sıcak sulu sistemlerde kullanılırken Kızgın su ve buhar sistemlerinde serpantinli modelleri tercih edilmektedir. Birden fazla birincil ısı kaynağının kullanıldığı durumlarda (merkezi kalorifer sistemi ve güneş enerjisi sistemi gibi) boyler gömlekli ve serpantinli olarak imal edilir ve gömlekte kazan devresi, serpantinde ise güneş kolektörü devresi ile iki sistem aynı cihaz üzerinde kullanılabilir. Standart olarak St-37 kalite siyah sacdan üretilen cihazlar, gövdesi sıcak daldırma galvaniz, ısıtıcı serpantini bakır veya çelik çekme borulu olarak üretilebilmektedir. Talep halinde cam yünü veya taş yünü ile izole edilerek üzeri alüminyum veya galvanizli sacla kaplanabilir. Yatık Tip cidarlı (gömlekli) Boyler Yatık Tip Serpantinli Boyler 106
GÜNEŞ ENERJİLİ SU ISITMA SİSTEMLERİNDE OTOMATİK KONTROL Primer ve sekonder devre için ikiye ayrılabilir. Primer Solar Kontrol Cihazı (tek serpantinli boylerde): Cebri Sirkülasyonlu sistemlerde güneş kollektörü ve boyler arasındaki pompa grubunu veya sirkülasyon pompasını kumanda eder. Kollektör sıcaklığı boyler sıcaklığından ayarladığımız farktan fazla ise pompa grubunu çalıştırır. Aksi halde pompa grubunu çalıştırmaz. Ayrıca boylerdeki kullanım suyu sıcaklığını belli bir değerde sınırlama özelliğine sahiptir. Tek serpantinli boylerli sistemlerde kullanılır. Genelde 9 farklı şekilde programlama seçeneği bulunur. 2 Adet Pt1000 Sensör ile sıcaklık ölçümü yapılarak, tek röle çıkışı kontrolünü sağlar. Programlar: 107
Sekonder Solar Kontrol Cihazı (çift serpantinli boylerde): Elektronik kontrol paneli, cebri sirkülâsyonlu güneş enerji sistemlerin de güneşten elde edilen ısı enerjisinin kullanım veya ısıtma suyuna aktarıldığı primer devrenin, kullanım sıcak suyunun bulunduğu sekonder devrenin ve güneş enerji sisteminin yetersiz olduğu durumlarda ilave ısıtma devresinin, otomatik olarak diferansiyel sıcaklık fark yöntemine göre kontrollerini sağlanmak amacı ile geliştirilmiştir. Elektronik Kontrol Paneli genelde 20 adet farklı uygulama programı ve Türkçe menü gibi bir çok özelliği ile klasik güneş enerjisi kontrol panellerine göre, montaj ve kullanım kolaylığı sağlayan yüksek fonksiyonlu bir cihazdır. Cihazın Sağladığı Özellikler Programlar: Sıcaklık sensörü girişleri (3 Adet - Pt1000) Röle çıkışları (Pompa veya 3 Yollu Valf için 230V 20 Adet Çeşitli Fonksiyonel Uygulama Programı Çalışma veya Arıza durumunu görüntülemek için led aydınlatma (kırmızı / yeşil) Zamansal bazlı (günlük - aylık - yıllık) ısı ölçüm ve grafik analiz fonksiyonu Zaman ve ısı kontrollü termostat fonksiyonu Güneş yoluyla Anti Legionella koruma fonksiyonu (bakteriyel akciğer hastalığı-zature) Sistem Soğutma fonksiyonu Cihaz Kurulum sihirbazı Sistem koruma fonksiyonu Kollektör koruma fonksiyonu Depolama koruma fonksiyonu Don koruma fonksiyonu (Antifriz programlama) Elde edilen verileri depolama, istatistik ve grafik analizi çıkarma fonksiyonu Cihaz Hata bellek analiz fonksiyonu ( tarih ve saat bazlı) Menü Kilit fonksiyonu PC yazılımı ile Ethernet bağlantısı (üst versiyon opsiyonel isteğe bağlı) 108
109
110
111
KOLLEKTÖR VE SİSTEM VERİMLERİ Düzlemsel güneş kolektörlerinin yapıldığı malzeme ve kalitesi ne olursa olsun, Şekil-1 de görüldüğü gibi a noktası olarak isimlendirilen ve güneş kolektörlerin çalışması esnasında sadece sabah saatlerinde kısa bir süre için ulaşılabilen Optik Verimleri hemen hemen aynıdır. Kalitesiz kolektörler de, kolektördeki suyun ısınması ile ısıl verim büyük oranda düştüğü şekil-1 de görülmektedir. Kaliteli kolektörlerdeki ısıl verim azalması, kalitesizlere göre çok az olmaktadır. Kolektör verimlerinin düşmesinin en önemli iki sebebi; Kolektörlerde kullanılan camların düşük ışınım geçirgenliği. Kaliteli kolektörlerde ışınım geçirgenliği % 90 92 civarında ve kalitesiz camlarda ise % 75 80 civarındadır. Camlardan kaynaklanan bu kayıplar optik kayıplar olarak adlandırılmaktadır. Kolektör sayısının hesabında, kolektör verimi olarak optik verim yerine, şekilde b noktası olarak adlandırılan günlük ortalama verim değerinin dikkate alınması gereklidir. Şekilde optik verim ( a ) ve günlük ortalama ısıl verim ( b ) noktaları görülmektedir. Günlük ortalama verimin, optik verimden oldukça düşük olduğu diyagramdan da anlaşılmaktadır. Güneşli sıcak su ısıtma sistemlerinde kollektör dışında kalan, ısı eşanjörü, sıcak su tankı, boru tesisatı gibi diğer sistem elemanlarından meydana gelen kayıplar sistem verimi olarak adlandırılmaktadır. Sistem verimi (η sis ), uygulamada % 80-95 arasında alınmaktadır. Bu değer, tesisatta kullanılan toplam boru uzunluna, boruların yalıtımına, sıcak su tanklarının yalıtım durumuna göre değişmektedir. 112