PARABOLİK GÜNEŞ KOLEKTÖRÜ ISIL ANALİZİ İbrahim ERCİYAS Kemal Ersin ERİÇYEL Uğur KARAGÖZ
İçerik Parabolik Güneş Kolektörü Nedir? Sistem Bileşenleri Sistemin Çevrimi Dünyadaki Uygulamaları Parametrik Hesaplamalar Elde Edilen Grafikler 1
Tezin Amacı Parabolik güneş kolektöründe tasarım ve çalışma parametrelerinin sistem performansına etkisinin Engineering Equation Solver (EES) paket programıyla bilgisayar ortamında incelenmesi amaçlanmıştır. 2
Neden Parabolik Güneş Kolektörü Yatırım ve birim maliyet açısından avantajlı ve yaygın olarak kullanılan bir sistemdir. En olgunlaşmış güneş enerjisi teknolojisi parabolik oluk sistemidir. Güneş izleme sistemleri sayesinde gün boyu gün ışığından iyi bir şekilde yararlanır. Yüksek sıcaklıklara çıkılabildiğinden elektrik üretiminde kullanılabilir. 3
Kolektör Tipleri Işın Yoğunlaştırmasız Çizgisel Odaklı Işın Yoğunlaştırmalı Noktasal Odaklı İsimlendirme Düz Kolektör Parabolik Oluk Tipi Heliostat, Çanak Uygulama Alanı Sıcak Su Kullanımı Proses Buharı, Isıl Güç Çevrimi Güneş Fırınları Sıcaklık Aralığı 90-110 C 110-400 C 400-1400 C Yoğunlaştırma Oranı 1 >1 >100 Ortalama Isıl Verim %35 %55 %70 Güneş Takibi Yok Tek Eksenli Çift-Tek Eksenli Işın Gelme Açısı <<1 0.95 1 Yatırım Maliyeti Düşük Orta Yüksek 4
Dünyadaki Örnekler 354 MW Kapasite 5
Dünyadaki Örnekler 6
Dünyadan Örnekler Amerika Las Vegas ta 50 MW güç üretebilen santral. 7
Sistem Bileşenleri 8
Hibrit Sistemin Çevrimi 9
Nelere Dikkat Edilmeli? Alıcı boru, ısı iletim katsayısı yüksek malzemeden yapılmalıdır. Cam örtünün geçirgenliği yüksek olmalıdır. Alıcı yüzey malzemesinde yutuculuk katsayısının, yansıtma katsayısından büyük olması istenir. Sistemin kurulacağı yer. Sistemde kullanılan akışkanın termodinamik özellikleri. 10
Sistem Bileşenleri Özellikleri Yansıtıcı Yüzey Malzemesi Yansıtma Oranı Gümüş 0,94 ± 0,02 Altın 0,76 ± 0,03 Alüminyum kaplı akrilik 0,86 Alüminyum 0,82 ± 0,05 Bakır 0,75 Arkası gümüş kaplı su beyazı ayna 0,88 Özel cilalanmış ince alüminyum tabaka (Alanod) 0,88 Yutucu Yüzeyler Işıma Özellikleri α ε α / ε Beyaz boya 0,20 0,91 0,22 Su 0,94 0,95 0,96 0,98 Siyah boya (cilalı) 0,90 0,90 1,00 Siyah boya ( mat) 0,94 0,98 0,88 1,07 1,11 Galvanizli çelik 0,65 0,13 5,00 Alüminyum 0,15 0,05 3,00 Krom 0,49 0,08 6,13 Parlatılmış çinko 0,46 0,02 23,00 Yutucu Yüzey Emici Boru Işıma Özellikleri Kaplaması Malzemesi α ε α / ε Nikel Galvanizli çelik 0,93 0,08 11.6 Krom Çelik 0,95 0,16 5,90 Demir oksit Çelik 0,83 0,06 13,80 Kobalt Alüminyum 0,92 0,13 7,10 Kurşun oksit Alüminyum 0,89 0,20 4,50 Nikel Çinko kaplı alüminyum 0,94 0,10 9,40 Krom Çinko 0,91 0,08 11,40 Çinko oksit Çinko 0,95 0,08 11,90 11
Sabit Değerler Malzeme Özellikleri Sabit Birim Yayma Katsayısı(ε) 0.9 - Cam (Pyrex) İletim Katsayısı(k) 1.04 W/m*K Yutuculuk Katsayısı(α) 0.02 - Geçirgenlik Katsayısı(τ) 0.92 - Yayma Katsayısı(ε) 0.11 - İletim Katsayısı(k) 400 W/m*K Alıcı Yüzey Yutuculuk Katsayısı(α) 0.92 - Annulus [3] Taşınım Katsayısı(h) 0.00007499 W/m 2 *K 12
Kullanılan Akışkanlar HTF k [W/(m-K)] μ [kg/(m-s)] c p [J/(kg-K)] ρ [kg/m 3 ] Syltherm 800 0,12 0,00299 1745 864,05 Downtherm A 0,1259 0,00097 1800 994,9 Downtherm G 0,1172 0,00178 1825 984,9 Downtherm T 0,12 0,0027 2201 818,1 Therminol 66 0,134 0,00352 1840 954 Water 0,6791 0,000281 4219 958 13
Ana Denklemler ve Direnç Devresi 14
Enerji Denklemleri Q c o n v ; 1 2 = h H TF A a b s ; i ( T 2 T 1 ) Q c o n d ; 2 3 = 2 p k a b s o rb e r L ln T 3 T 2 D a b s ; o D a b s ; i Q ra d ; 5 7 = s e g la s s A g la s s ; o ( T 5 4 T 7 4 ) Q c o n v ; 5 6 = h a ir A g la s s ; o ( T 5 T 6 ) 15
Ana Denklemler ve Direnç Devresi Q c o n v ; 1 2 = Q c o n d ; 2 3 Q S o la b s = Q c o n d ; 2 3 + Q c o n v ; 3 4 + Q ra d ; 3 4 Q c o n v ; 3 4 + Q ra d ; 3 4 = Q c o n d ; 4 5 Q S o lg la s s + Q c o n d ; 4 5 = Q c o n v ; 5 6 + Q ra d ; 5 7 Q h e a t lo s s = Q c o n v ; 5 6 + Q ra d ; 5 7 16
Grafik Analizi 0,34 hth 0,33 0,32 0,31 Therminol 66 Dow ntherm T Syltherm 800 Dow ntherm G w ater Dow ntherm A 0,3 0,29 Q sol = 1000 (W/m^2) T in = 373 (K) v = 0,2 (m/s) DT (K) 50 45 0,28 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 Re HTF 40 35 30 Syltherm 800 Dow ntherm A Dow ntherm G Therminol 66 Dow ntherm T w ater 25 20 Q sol = 1000 (W/m^2) m = 0,2 (kg/s) v = 0,2 (m/s) 15 250 300 350 400 450 500 550 600 T in (K) 17
Grafik Analizi Q heatloss (W) 1450 1400 1350 Therminol 66 Dow ntherm T Dow ntherm G Dow ntherm A Syltherm 800 Water 1300 1250 Q sol = 1000 (W/m^2) m = 0,2 (kg/s) T in = 373 (K) 1200 0 5 10 15 20 25 v air (m/s) 18
Grafik Analizi Q heatloss (W) 4000 3500 3000 Therminol 66 Dow ntherm A Dow ntherm T Syltherm 800 Dow ntherm G w ater 2500 2000 1500 Q sol = 1000 (W/m^2) m = 0,2 (kg/s) v = 2 (m/s) hth 0,35 0,34 0,33 w ater Dow ntherm A Dow ntherm G Dow ntherm T Syltherm 800 Therminol 66 1000 500 300 350 400 450 500 550 600 T ort (K) 0,32 0,31 0,3 0,29 Q sol = 1000 (W/m^2) v = 0,2 (m/s) m = 0,2 (kg/s) 0,28 300 350 400 450 500 550 600 T ort (K) 19
Grafik Analizi 1800 Q heatloss (W) 1600 1400 Therminol 66 Dow ntherm T Dow ntherm G Dow ntherm A Syltherm 800 Water 1200 1000 T in = 373 (K) v = 0,2 (m/s) m = 0,2 (kg/s) 800 600 420 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 T out (K) Q Sol (W/m 2 ) 410 Dow ntherm A Dow ntherm G Therminol 66 Dow ntherm T Water Syltherm 800 400 390 380 T in = 373 (K) v = 0,2 (m/s) m = 0,2 (kg/s) 370 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Q Sol (W/m 2 ) 20
DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER