1--Güneş Kollektörlü Sıcak Su Uygulaması-Toprak Depolamalı- 2:

1—Güneş kolektörü sistemin sıcak su ihtiyacaını karşılamaktadır.

2—Güneş enerjisinin toprakta depolanması ile sıcak su ihtiyacını karşılama işlemi normal toprak depolamaksızın sisteme göre daha yüksektir.

3—Almanya da yapılan bir çalışmada ;  mevsimlik güneş enerjisi depolamalı merkezi ısıtma sistemi planlamış ve uygulamaya konulmuştur.Bu sistem ile yıllık hacim ısıtması ve sıcak su ihtiyacının % 50’den daha çok kısmı güneş enerjisinin mevsimlik depolanması ile sağlanmıştır.

4--Mevsimlik depolama sistemi ile , güneş enerjisinin bir bölümünden kullanım suyu için faydalanılırken geri kalanı ısı depolama ünitesi ve onu çevreleyen toprakta depolanabilmektedir.

5—Sistem Elemanları:

5.1—Güneş Kollektörü Grubu:% 25 Etilen Glikol+% 75 Su karışımını ısı taşıyıcı olarak barındıran grup,vakum borulu örneğin 4 m2 kollektör yüzey alanına sahip,olup,kolektör İstanbulda güneye  bakacak şekilde çatıya 41 Derece eğimle yarleştirilmiştir.Güneşten gelen ısı etkisiyle kolektörde dolaşan etilen glikol+su karışımı kolektörde ısınmakta,boylere girmekte boylerde-plakalı eşanjörde ısısını vererek tekrar güneş kolektörüne geri dönmektedir.Sistemde devirdaim pompa ile sağlanmabilmekte.

5.2-- Isı depolama ünitesi, silindirik su tankı ve etrafındaki kum hacminden oluşmaktadır. Tankın  İçinde enerji aktarımını sağlayacak ısı değiştiricileri yer almaktadır.Isı depolama ünitesi yeraltına yerleştirilmiştir. Açılan 1,5-2 m derinlikli 1 m çaplı toprak kuyu içinde Tankın etrafı kum ile doldurulmuştur.Su tankı çift cidarlı olup galvanizli saçtan imal edilmiştir. Örneğin Yüksekliği 0,70 m ve çapı 0,65 m’dir.

5.3—Sistemin Çalışması:

1.Model:

1--1.ci devrede Güneşle ısınan su güneş kolektörü-pompa plakalı eşanjör devresinde dolaşmakta ve plakalı eşanjöre ısısını vermekte.

2-- 2.devrede pompa ile devir daim olan sıcak su  Plakalı eşanjörle(güneş güneş kollektörünün beslediği-1.cil devre) ısındıktan sonra  su toprakaltı sı depolama ünitesine girmekte ve burada topraklatı depolama tankı içindeki  suya ısıyı bırakıp tekrar pompaya girmekte ve ordan tekrar plaklı eşanjöre geri dönmekte.

3—3. Devre ise şehir şebekesinden gelen su topraklatı tankına girmekte ve burada ısındıktan sonra  çıkan hatla sıcak su üretecinde(kombi,kazan boyleri vs)  giriş yapmakta kısaca ısınmış sıcak su kullanma hattına-kombi girişleri ortak hattına  gitmekte ve burada-kombide daha az bir ısınma ile sıcak su olarak kullanıma katılmakta.

4—Bu sistem ile kullanma sıcak suyu örneğin kombiye girmeden önce güneş kolektörü ile ısıtılmakta ve toprakaltı tankı ile sıcak su depolanmakta.Bu sistem ile kullanma sıcak suyu üretiminde % 50 üstü tasarruf sağlanabilir.

5—2.Model:

5.1--Sistem daha basit olarak şehirlerde şöyle yapılabilir.:

--Apartmanda düşeyde 3 adet boru merdiven kovasından çıkar.Bunlardan 1.si her dairenin soğuk su hattına bağlanır.ve bu hat çatıda güneş kollektörünün girişine bağlıdır.

--2.boru güneş kollektörü ile toprakaltı tankı arasındadır.Güneş kollektörün de ısınan sıcak suyu aşağı toprakaltı tankına iletir.

--3.boru ise toprak altı tankından çıkan depolanmış sıcak suyu her dairenin kombi sıcak su girişine bağlayan düşey hattır.

--Akış şeması:dairelerden soğuk su hattı..düşey ana hat..güneş kollektörü..düşey ana hat...toprakaltı tankı..düşey ana hat...daireler kombi sıcak su girişine hat

--Ayrıca bu sistemde hatların havasını almak için ana düşey hat uçlarına pürjör konulmalıdır.Sistem basıncı dairelerden gelen soğuk su hattı ile beslenildiği için şehir şebekesi ile beslenilmektedir.

--Yine güneş kollektöründe dolaşan su aşırı ısınmış ise hatta konulacak termostatik vana ile bağlanır.Yani termostatik vana sıcaklığı 50 C ye ayarlanır.50 C nin üstünde güneş kollektöründen gelen sıcak su  kapatılır  altında ise gelen su kombi sıcak su bağlantısına geçer.

--kombiye ısınmış su girdiği için kombinin bu suyu fazla ısıtmasına gerek kalmamakta-enerji tasarrufu olmakta

3—Otomatik Kontrol:

3.1--Otomatik kontrol için silindirik su tankının alt ve üst noktalarına ve ısı toplama ünitesi çıkışına birer adet sensör yerleştirilmiştir. Su tankı içindeki ortalama su sıcaklığı ile toplayıcı çıkış sıcaklığı arasındaki farka göre sistemi otomatik olarak açar ve kapatır.

3.2--İkinci otomatik kontrol ünitesi ise bina ısıtması için kullanılan ısıtıcı ve ısı depolama ünitesi ile bağlantılıdır. Isıtıcı çıkış sıcaklığı ile silindirik su tankı içindeki ortalama su sıcaklığı farkına göre sistemi açar ve kapatır.

4--Güneş enerjisi deposu içinde su sıcaklık değerleri 60- 80°C arasında değişmektedir. Özellikle gece saatlerinde yüksek depo su sıcaklıklarında etraftaki kuma ve toprağa ısı geçişi artmaktadır.

5--Isı depolama ünitesinin üst yüzlerindeki toprak sıcaklıları daha düşük değerdedir. Dış ortamdaki rüzgâr hızına bağlı olarak topraktan dış havaya ısı geçişi olmaktadır.

6--En düşük aylık dış hava sıcaklıkları ortalaması Ocak ayında kaydedilebilir. Bu durumda bile depo etrafındaki ortalama toprak sıcaklıkları 10°C civarında olabilir.

7-Ocak Ayında dış hava sı caklılığı (-10) ÷ (-13,5) °C olması durumunda dahi tank içindeki su sıcaklık değeri 6 gün için 13°C olarak kalmıştır. Bu durumda ısı depolama ünitesini çevreleyen toprak sıcaklık ortalaması da 4° C’dir.

8--Deponun yeraltında bulunması nedeni ile yüksek sıcaklıklarda problem oluşturmaması için depo üstüne emniyet ventili konulmasına rağmen maksimum depo su sıcaklığı 75- 80 °C ayarlanmıştır. Bunun sebebi ise depo içinde ısı depolama maddesi suyun sabit durmasıdır.

9—Bir çalışmada Özel olarak ısı depolama ünitesi içindeki en yüksek su sıcaklığı 52 °C olarak Ağustos ayında kaydedilmiştir. En düşük su sıcaklığı Ocak ayında 19 °C olarak kaydedilmiştir.

2--Parabolik Oluk Tipi Güneş Kollektörlerinde Malzeme Seçimi:

1—Enerji üretiminde emisyonu olmaması, kolay bulunabilmesi ve diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre maliyetinin daha ucuz olmasından dolayı yatırımlarda güneş enerjisi üzerinde daha çok yoğunlaşılmaktadır.

2--Güneş enerjisinden yüksek sıcaklıklarda buhar elde ederek elektrik üretimi yapılması yaygınlaşmaya da başlamıştır. Buhar ve buhar türbinleri kullanılarak elektrik üretmek  için yüksek sıcaklıklara ihtiyaç vardır. Orta ve yüksek sıcaklık uygulamaları için ise yoğunlaştırıcılı güneş sistemleri kullanılmaktadır.

2.1--Bu sistemlerin başında da parabolik oluk tipi güneş kolektorleri gelmektedir. Sistem güneş ışınlarını yansıtıcı yüzeyi sayesinde,ışınımı  parabolik oluk tipi güneş kolektörünün odak noktasında yer alan alıcı boruya yansıtarak burada ışın yoğunlaştırması yapmaktadır. Sistemin en önemli kısmı yansıtıcı yüzeyleri ve toplayıcı kısmıdır.Toplayıcı kısım emici boru ve üzerine kaplanan seçici yüzeyden oluşmaktadır.

2.2—Kollektörde Emici boru uzerine gelen enerji, boru içindeki akışkana verilerek akışkanın sıcaklığı arttırılır. Emici boru üzerine yansıtıcılığı düşük, soğurması yüksek olan selektif malzeme ile kaplanir. Böylece yoğunlaştırılmış enerjinin çoğunun boruda soğurulması amaçlanır.

2.3--Yoğunlaştırma işlemi neticesinde borunun sıcaklığı yükselmektedir. Emici borudan çevreye oluşan sıcaklık farkından dolayı ısı transferi de olmaktadır. Bu durum emici boruda sıcaklığı duşüreceğinden istenmemektedir. Bu yüzden emici borunun çevresi cam örtüyle kaplanmıştır. Cam örtü ile emici boru arası ise vakumlanmıştır.Bu durumda ortamdan daha sıcak olan emici borudan çevreye olan ısı kayıplarının azaltılması sağlanmış olur.

2.4—Öte yandan Emici boruya yoğunlaştırılan ışınların büyük bir bölümünün emici boru tarafından emilmesi istenir. Bu yüzden emici boru selektif malzemelerle kaplanır. Selektif malzemeler, emiciliği yüksek yansıtıcılığı düşük malzemelerdir.Bu malzemeler , Kısa dalga boylu ışınların tamamına yakınını emen, buna karşın uzun dalga boylu ışınların olabildiğince az yayan yüzeyler olarak da tanımlanabilir. Bu malzemelerle kaplama işlemi ; püskürtme yöntemi, elektroliz kaplama, kimyasal banyo suretiyle olur

2.4.1--Emici boru malzemeleri olarak genellikle aluminyum, bakır ve paslanmaz çelik kullanılabilir. Bu malzemelerin içinde piyasada en çok bulunanı çeliktir.

3—Bazı araştırmacılar  yaptıkları çalışmalarda düz kolektör yerine parabolik oluk tipi kolektörler kullanmışlardır ve düz kolektörle kıyaslamışlardır. Elde ettikleri sonuçlara göre parabolik oluk tipi kolektörde daha yüksek sıcaklık ve performansa ulaşmışlardır.

3.1--İki geçişli parabolik oluk kolektör kullanıldığında ise ısı transfer kayıplarının azaldığı saptanmıştır.

3.2—Ayrıca yapılan başka bir çalışmada ise sürekli parabolik oluk kolektörün iki eksenli günes takip sisteminde ,Kolektörün topladığı enerji ölçülmüş ve 40° güneye dogru eğilmiş sabit yüzeyli kolektor ile kıyaslanmıştır. Sonuç olarak hareketli iki eksenli güneşi takip eden kolektorün sabit kolektorden %46.46 dana fazla enerji topladığı saptanmıştır.

4—Sonuç olarak , kaynakça tarafından yapılan deneysel çalışmaya göre , hesaplamalardan görüldügu gibi Mayıs, Haziran ve Temmuz aylarmda ısı transfer akışkanına aktarılan enerji en çok krom-nikel paslanmaz çelik üzerine, krom kaplamalı emici bora malzemesi ve cam örtü malzemesi olarak düşük demirli borasilikat cam seçildiğinde olmaktadır.

4.1--Kullanılan selektif yüzey kaplı çelik malzemenin emiciliği kıyaslandığı diğer malzemelere göre daha iyidir. Aynı şekilde Borosilikat cam örtü malzemesinin günes ışınların geçirme oranı diğer malzemelere göre yüksekken, soğurma ve yayıcılık değerleri düşüktür.

4.2--Bu yüzden parabolik oluk tipi günes kolektorü sistemimizde kullamlacak cam örtü malzemeleri olarak düşük demirli borasilikat  cam ve  kolektör olarak krom-nikel paslanmaz çelik uzerine krom kaplama seçilmelidir.

Kaynakça:Mühendis ve Makina • Cilt: 51 Sayi: 6oç--Parabolik oluk tipi guneş kolektorlerin performans analizi--Harun Kemal OZTURK-Pamukkale Universitesi, Enerji Arştırma ve Uygulama Merkezi, Temiz Enerji Evi, Kirakli, Denizli

Gorkem SANLI, Ahmet YILANCI-Pamukkale Universitesi, Enerji Arastırma ve Uygulama Merkezi, Temiz Enerji Evi, Kimkli, ,Denizli http://tee.pau.edu.tr