Güneş
Kollektörleri-Kullanımı-Özellikleri:
1--Turistik Oteller, hastaneler ve birçok endüstriyel
sanayi tesisi için buhar üretimi ve soğutma önemli bir ihtiyaçtır.
2-- Günümüzde özellikle turizm sektörünün ihtiyacı
olan buhar, genelde doğalgazın bulunmadığı yöreler de, yüksek maliyetli sıvı
yakıt, LPG veya elektrik enerjisi ile üretilmektedir.
3--Buhar sıkıştırmalı merkezi soğutma uygulamalarında
ise elektrik tüketimi yoğun olan kompresörler kullanılmaktadır Yeni
geliştirilmiş güneş kollektörü destekli sistemler ile buhar üretimi son derece
ekonomik bir durum arz etmektedir.
4--Kış aylarında ısıtmada kullanımının yanı sıra, yaz
aylarında da alışılmış buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinin kullanımı
yerine, buhar girdili soğurmalı soğutma gruplarının kullanılması, güneş
kollektörlerini binaların yıl boyunca soğutma, ısıtma, pişirme ve sıcak su ihtiyaçlarının
yüksek yük faktörü ile karşılanmasını olanaklı kılmaktadır.
5--Güneş kollektörlerinde birim enerji yakıt payının
olmaması nedeniyle enerji maliyeti doğrudan kollektörün yatırım maliyetine,
dolayısıyla amortisman giderine bağlıdır
6--Amortisman giderini ise en başta yıllık ortalama
kollektör yük faktörü belirler. Yıllık ortalama yük faktörü yerel koşullara
bağlı olarak, düzlemsel kollektörlerde en düşük, güneş takipli çizgisel
odaklamalı kollektörlerde ise çok daha yüksektir.
7--Bu nedenle gelişmiş kollektör destekli alışılmış
enerji sistemleri yıl boyunca proses,ısıtma ve soğutma yükleri bulunan tekstil
ve benzeri endüstriyel tesisler için enerji ve çevre ekonomisi yönünden uygun
bir çözüm oluşturmaktadır
8--Orta ve yüksek sıcaklık uygulamalarında (100-300
°C) çizgisel odaklamalı güneşi doğu-batı yönünde tek eksende takip eden ışın
yoğunlaştırıcı sistemler, noktasal odaklamalı sistemlere kıyasla daha ekonomik
olmaktadır.
8.1--Bu nedenle ticari yönden pazarlanabilir ve
sürekli kullanılabilir, yüksek verimli, hafif, düşük yatırım maliyetli
yoğunlaştırıcı güneş kollektörlerinin geliştirilmesi gerekmektedir.
9--Sistem geliştirme işleminin deneme yanılmaya dayanan
uzun erimli, zahmetli ve pahalı deneysel incelemelerle yapılması, pratik ve
ekonomik olmamaktadır.
9.1--Bu nedenle, sistem geliştirilmesinde daha etkin
ve ucuz bir yaklaşım olan, sistemin matematiksel modelinin türetilmesi ve
bilgisayar simülasyonlarıyla elde edilen veriler yardımıyla en uygun tasarım
verilerinin belirlenmesi metodu, öne çıkmaktadır.
10--Güneş enerjisinin, yüksek ekserjili ısı
gerektiren, ekonomik sektörel (konut, endüstri, ulaşım, tarım, enerji çevrim)
uygulamalarında yoğun biçimde kullanımı; ancak yüksek ekserjili güneşsel ısı
üreten odaklamalı yoğunlaştırıcı güneş kolektörlerinin geliştirilebilmesi ve
ekonomik yönden uygun bir seri üretimin gerçekleştirilebilmesine bağlıdır.
11--Burada diğer önemli bir konu ise, gündüz saatlerinde
kullanılmayan fazla güneşsel ısı enerjisinin teknik ve ekonomik yönden uygun
biçimde depolanmasıdır. Depolanan güneşsel fazla ısı enerjisi ile, bir yandan
gündüzleri güneş enerjisinin kesikli olmasından kaynaklanan yük değişimleri
dengelenirken, bir yandan da depolanan bu fazla enerjinin gece saatlerinde kullanımını
sağlanarak, geceleri de istenilen kapasitede sürekli güneşsel ısı akışı
sağlanabilir.
11.1--Güneşsel ısı enerjisinin depolanması ile ilgili
teknik ve ekonomik yönden uygun enerji depolama teknolojileri geliştirilip,
uygulamaya konulana kadar geçecek sürede, doğalgaz ve LPG uygun bir destek ve
ikame yakıtı (enerji kaynağı) olarak ortaya çıkmaktadır.
12--Noktasal odaklı içbükey yoğunlaştırıcı güneş
kollektörlerinde (heliostat), endüstriyel proses ısısının üretildiği odak
noktasının (güneş fırınları) sıcaklığı, çizgisel odaklamalı kollektörlere
kıyasla çok daha yüksektir.
13--Endüstriyel yüksek ergime sıcaklıklarının
sağlanabilmesi için bu sistemlerin güneşi iki eksende (doğu-batı ve
kuzey-güney) takip etmeleri gerekir. Bu nedenle noktasal odaklı güneş kollektörlerinin
özgül yatırım maliyetleri çizgisel odaklamalılara oranla çok daha yüksektir.
14--Ekonomik sektörlere yönelik, orta ve yüksek
sıcaklıklarda (100-300°C) ve debilerde iş akışkanı üretmek için en uygun güneş
kollektörü türü, üretim ve işletmedeki basitliği, büyük çizgisel odaklama
hacmi, kolllektörlerin yan yana eklenmesi yolu ile ısıl kapasite artırma özelliği,
tek eksende (doğu-batı) güneş takibinin yeterli olması vb. nedenlerden dolayı parabolik
oluk tipi güneş kollektörüdür.
14.1--Bu tip kollektörler ile elde edilen ısı, sadece
soğurmalı soğutma uygulamalarında değil, proses buhar üreti mi ve sıcak su
temini için de kullanılabilir. Böylece kurulan sistemin birçok uygulamada
kullanılmasıyla, işletme giderleri azalır ve amortisman süresi kısaltılarak
sistemin ekonomik uygulanabilirliği artırılabilir.
15-- Yük faktörü, güneş enerjisi sistemlerinde
yaklaşık % 20-0,20 civarında olup, ısıl depolama ile arttırılabilir.
16--Düz güneş kollektörleri sadece güneş öğlesinde 3-4
saat (çan eğrisi),
16.1--çizgisel odaklamalı güneş kolektörleri,güneş
doğuşu ile batışı arasında yeterli etkinlikte (yüksek yük faktörlü, dar yamuk),
16.2--noktasal odaklamalı güneş kollektörleri ise gün boyunca en etkin biçimde (en yüksek yük faktörlü, geniş yamuk) ışın emmekte ve güneşsel ısı üretmektedir.
17--Yatırım amortisman maliyeti doğrudan sistemin yük
faktörüne (F) bağlıdır.Bu nedenle düşük maliyetli düz güneş kollektör
sistemleri, düşük yük faktörleri ile ancak sıcak su üretimi gibi düşük
ekserjili uygulamalarda kendilerini uygun sürede amorte edebilmektedir.
17.1--Yüksek sıcaklık uygulamalarında, yüksek verimli
ve pahalı çizgisel odaklamalı kollektörlerin kullanımının ekonomik olabilmesi
için sistemin yük faktörünün yükseltilmesi gerekir.
18--Maliyeti düşürmek uygun sistem konfigürasyonunun
belirlenmesi ile olur. Bu nedenle sistem yüklerinin, güneş enerjisi ve destek
enerji kaynakları ile ortak karşılanması en düşük maliyetli yaklaşımı
oluşturur.
19--Alışılmış enerji sistemlerinin genelde ilk yatırım
maliyeti düşük, yıllık işletme giderleri yüksektir. Güneş enerjili sistemlerde
ise, ilk yatırım maliyetinin yüksek olmasına karşın, işletme giderleri çok
düşüktür.
20--Güneş enerjisi sistemlerinin kendilerini en kısa sürede amorte
edebilmeleri, sistemin yük ve kullanım faktörlerinin arttırılmasını gerektirir.
20.1--Bu şekilde ilk yatırım maliyeti yüksek, fakat işletme giderleri
çok düşük olan güneş enerjisi sistemleri, ilk yatırım maliyeti düşük ancak
işletme giderleri yüksek olan alışılmış sistemlere karşı ekonomik ve avantajlı
hale getirilebilir.
21-- Isı depolamanın yapıldığı güneş enerjili
sistemlerle, güneş enerjisinden faydalanma süresi arttırılabilir.
21.1--Örneğin turistik bir tesiste yazın saat 10 – 17
arası dış hava çok sıcak olmasına karşın, insanların havuz, deniz ve açık
restoranlarda olması sebebiyle soğutma ihtiyacı azalmaktadır.Bu nedenle bu
saatler arasında, öncelikle enerji depolanmalı, hamam, sauna, çamaşırhane ve mutfak
gibi bölümlere buhar temin edilerek bu bölümler aktif olarak işletilmelidir.
21.2--Ayrıca aynı tesiste, Ekim ayından sonra soğutma
ihtiyacının tamamen bitmesiyle, elde edilen enerji mutfak ve çamaşırhanede
kullanılmalı, havuz, hamam, sauna ısıtılmasında ve kış aylarında da bunlara ek
olarak mahal ısıtılmasında kullanılmalıdır.
22--Güneş enerjili sistem yatırımlarının, yapılan analizlerde genelde ekonomik çıkmamasının en önemli nedeni, ilk yatırım maliyetinin alternatif sistemlere göre çok yüksek olması ve yıllık ortalama yük faktörünün düşük olmasıdır.İlk yatırım maliyetini etkileyen en büyük gider kalemini güneş kollektörü oluşturur.
23--Güneş kollektörleri yakıt ve elektrik giderlerine
duyarsızdır. Bu nedenle yakıt ve elektrik tüketiminin hızla arttığı günümüzde,
turizm ve tekstil sektöründe olduğu gibi güneş destekli, yükseltilmiş yük
faktörlü, tümleşik enerji uygulamalarının (ısıtma, soğutma, proses, pişirme,
yıkama vb. ısıl yükler) artan bir hız la yaygınlaşması beklenmektedir.
24--Dünyanın 2070'lerdeki hidrojene dayalı enerji
dengesi, güneş ışıma veya güneş ısıl enerjisi kullanımıyla doğrudan sudan
hidrojen üretilebilmesine bağlıdır.
24.1—Güneş,Hidrolik vs enerjilerin depolanmasında en
iyi kullanılabilecek yöntem hidrojen depolama olabilir.Geleceğin enerjisi
yenilenebilir enerji kaynaklı hidrojen enerjileri olabilir.Eğer sizin bir güneş
tarlanız var ve buradan elektrolizle hidrojen üretip,bunları otomobillere
verebiliyorsanız,enerjide en önemli sorun aşılmış olabilir.Hidrojen depolamalı yakıt
pillerinden üretilecek elektrik ile bütün sanayiyi çevirebilirsiniz.
25--Klima uygulamalarında en uygun mühendislik
yaklaşımı, soğutma yüküne sebep olan, yakıt maliyetsiz güneş enerjisinin, bu
yükün karşılanmasında doğrudan kullanılması olmalıdır.
25.1--Bu yaklaşım, soğutma sistemindeki sıkıştırma
işleminin yerine doğrudan güneşsel ısı ekserjisinin kullanıldığı soğurmalı
(absorpsiyonlu) soğutma sistemleridir.
25.2--Performans katsayısı daha yüksek olan çift
kademeli soğurmalı soğutma sistemlerinde, daha yüksek ekserjili buhar
kullanıldığından, kullanılan buhar debisi tek kademeli sistemlere kıyasla daha
düşüktür.
26--Önümüzdeki yıllarda yüksek verimli güneş
kollektörlerinin ülkemizde daha ucuz maliyetlerde üretilmesiyle, güneş destekli
çok amaçlı tümleşik enerji sistemlerinin kullanımı, ülkemiz için başlıca döviz
getirisi olan turizm, tekstil vb. sektörlerin, dış dünyaya karşı ekonomik ve
çevresel yönden rekabet güçlerinin artırılmasında önemli rol oynayacaktır.
Kaynakça:Tesisat Mühendisliği Dergisi Sayı: 96, s.
21-28, 2006--Güneş Kollektörü Uygulamaları ile İlgili Ekonomik
Analizler--Levent ÇOLAK--Ali DURMAZ