Download - Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
1/27
BLM 1-GR
1.1. Gne Enerjili Istma Sistemlerinin Tarihi
Gne enerjisinden istifade edebilmek iin insanlarn yapt almalar
milat ncesi tarihlere dayanmaktadr. Kaynaklara gre ilk defa Sokrat (M..400)
evlerin gney ynne fazla pencere konularak gne nmnn ieri alnmasn
belirtmitir,Arimed (M.. 250) i bkey aynalarla gne nmn odaklayarakSirakuzay kuatan gemileri yakmtr. almalar 1600l yllarda Galilenin
mercei bulmasyla gelime gstermitir, ilk olarak 1725 ylnda Belidor
tarafndan, gne enerjisi ile alan bir su pompas gelitirilmitir. Fransz bilim
adam Mohuchok 1860 da parabolik aynalar yardmyla gne nmn
odaklayarak kk bir buhar makinas almtr,gne pompalar ,gne ocaklar
zerinde deney yapmtr.
Gne enerjisi ile alan, i yapan akkann hava olduu makine 1868 de
Ericson tarafndan gelitirilmitir. Bu yllarda gne enerjisi konusundaki
almalar younlam tatl su elde edilmesi ve gne ocaklar konusunda ok
sayda alma yaplmtr.
Birinci dnya sava ve esnasnda petroln nem kazanmasyla gne
enerjisine ynelik almalar azalmtr. 1930 ylndan itibaren ilgili almalar
artmsa da fazla uygulama alan bulamam,almalar aratrma kurumlarnn
dna kamamtr. Ancak 1960l yllardaki global petrol krizinin ortaya
kmas insanlar alternatif enerji kaynaklar konusunda alma yapmaya itmi
ncelikli olarak almalar temiz ve masrafsz enerji kayna olan gne enerjisi
zerinde younlamtr.
H. Buchberg ve J.R. Roulet adl bilim adamlar gne kolektr ve
deposunu akuple bir sistem yaparak maliyetleri azaltmak iin almalar
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
2/27
yapmlardr. Kurduklar sistemin fiziki olarak yeterliliklerini incelemilerdir.
Y.Jaluria veS.K.Gupta adl bilim adamlar gne enerjisinin depolama teknikleri
zerinde almalar yapmlardr. Normal bir evre artlar altnda depoda sirkle
olan suyun depo ierisinde scaklk farkna neden olduunu belirtmilerdir.Bu
yzden deponun alt tabakasnda daha souk, st tabakasnda ise daha scak su
bulunmaktadr.
Mahmoud S.Audi, adl rnl bilim adam kurduu gne enerjili hava ile
stma sisteminde rdnde bulunan yerel kayalar s depolama nitesi olarak
kullanmtr.Bu kayalarn iyi birdepolama malzemesi olabileceini gstermitir.
W.Stahl, K.Voss ve A.Goetzberger adl bilim adamlar ise Freiburgda yaptklar
gne evi ile bir evin kendi kendine yetebileceini gstermitir. Bu evde sadece
stma deil ayn zamanda havalandrma,piirme ve elektrik enerjisi iinde enerji
kayna olarak gne kullanlmtr.
lkemizde corafi konumu nedeni ile,yenilebilir enerji kaynaklar
arasnda gne enerjisi ynnden olduka ansldr. Ortalama olarak gneten,yllk 36.106 ta kmrne edeer enerji salayabilecek potansiyele sahiptir.
Ylda yaklak 2500 saat gne alan yurdumuzda ortalama gne enerjisi miktar
100 cal/m2 nin zerindedir.
lkemizde gne enerjisi almalar 1965 den sonra niversitelerde
balam,su stma ve kurutma teknikleri zerinde allarak enerji ile allarak
enerji ile ilgili kongrelerde gne enerjisinin avantajlarndan ve potansiyelindenbahsedilmitir.1973 enerji krizijle, gne enerjisi yeni bir enerji kayna olarak
ileri srlm,Enerji ve Tabii kaynaklar Bakanlnca Gne Enerjisi
Koordinasyon Kurulu kurulmutur. ok sayda Bakanln itirak ettii
kurul,baz seminerler dzenlemi fakat yetersiz kalm,1976da da son toplantsn
yapmtr.
Koordinasyon Kurulunun almalar durdurulduktan sonra Maden Teknik
ve Arama Enstits tarafndan Marmariste Gne ve Enerjisi Aratrma Merkezi
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
3/27
kurulmutur. Rzgar ve gne enerjisinin farkl zellikte yerler istedii
belirtilerek daha sonralar gne enerjisi aratrma almalar Elektrik leri Ett
daresine verilmitir
.
Gne enerjisinin konut zerine uygulamalar da son yllarda nemli
ilerlemeler gstermitir. Gne enerjisi artk birok lkenin devlet politikas
olarak karmza kmaktadr.Gne enerjili konut uygulamalar bata Amerika
olmak zere birok lkede fiili hale getirilmitir.
Halen, spanya da 1983te yaplan,330 m2 alanda faaliyet gsteren LOS
MOLNOS projesi, talya da 45.enlemde 40 daireli bir konut rnei olan
ORBASANO projesi, Fransa da 48. paralelde 19 blok,593 komutun enerji,
ihtiyacn gideren LEVRE DOR projesi, Hollanda da 52. paralelde,1985-1987
de yaplm ve 275 dubleks ev iin tasarlanan OVERBOS8 projesi, rlanda da
52.3 paralelde,22 tane gne evini ieren CLOMEL projesi, dnya zerinde gne
enerjisinden faydalanarak konutlarn snma ve scak su ihtiyacn temin eden
projelere rnek olarak gsterilebilir.
lkemizde gne enerjisinden faydalanarak scak su ihtiyalarn gideren
ev rnekleri, gney sahillerinde bol miktarda mevcuttur. Ancak evin scak su
gereksiniminin yan sra asl sorun olan snma sorununda zld ev rnekleri
maalesef sadece baz niversitelerin ilgili blmlerinde aratrma amal olarak
mevcut bulunmaktadr.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
4/27
BLM 2- GNE IINIMI
2.1. Gnein yaps
Gne,1.39x109 m apnda youn scak gazlar ieren bir kredir ve dnyadan
1.5x1011m uzaklktadr. Yzey scakl 5770 Kdir. Bu scaklk merkeze doru 4x106
ile 8x106 K arasnda deiim gsterir. Sudan 100 kez daha youndur. Gneten gelen
raydan enerji eidi fzyon reaksiyonlara uramaktadr. Gneteki yksekscaklktan dolay elektronlar atom ekirdeklerine ayrlr. Bu sebeple, gnete serbest
elektron ve atom ekirdekleri bulunur. Drt hidrojen ekirdei birleerek, bir helyum
ekirdeini oluturur. Fizyon ad verilen bu reaksiyon ok yksek scaklkta oluur.
Gnete oluan helyum miktar, harcanan hidrojen miktarndan daha azdr. Aradaki
fark gne nm ile oluan enerjiyi verir. Bu enerji eitli dalga boylarnda nlar
halinde dnyaya ular. Gneten dnyaya nlar 32o a ile gelir.
2.2. Atmosfer D Gne Inm
Atmosfer dnda gne nlarna dik birim alana btn dalga boylarnda bir
anda gelen gne nmnn deeri dnya-gne mesafesi deitiinden sabit deildir.
Bunun iin ortalama dnya gne uzaklndaki gne nm deerinin kullanlmas
hesaplamalarda kolaylk salar. Bu deere gne sabiti denir. Bu deer son yllarda
yaplan lmler ve hesaplamalar sonucunda % 1 hata ile 1367 W/m2 olarak kabul
edilmitir.
2.3. Gne Inm lmleri
Gne nm bileenlerinin lm iin eitli cihazlar gelitirilmitir. Bu
cihazlardan direkt,difz ve yansyan gne nm bileenlerinin tmn birden len
cihazlara pirradyometre, toplam gne nmn len cihazlara ise piranometre ad
verilir. Sadece difz gne nm llmek isteniyorsa, pirrannometrenin zerine
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
5/27
gelen direk gne nmn nleyecek metal bir bant taklp ayarlamak suretiyle cihaz
gne nmlarn ler hale getirilir. Direkt gne nmn lmek iin
pirheliometre denilen cihazlar kullanlmaktadr. Pirometrelerin ou yzeylerin
nm, yutma ve yanstma zellii dikkate alnarak gelitirilmilerdir. Inmn
dt ksmda biri siyah, dieri beyaz iki yzey bulunmaktadr. Siyah yzeylerin
scakl yutulan nm sebebiyle artmakta ve yzeyler arasndaki scaklk fark
llmektedir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
6/27
BLM 3- GNE ENERJL ISITMA SSTEMLERNN
NCELENMES
Gne enerjili stma sistemlerinin s transferinde kullanlan akkann
eidine gre ilk iki gruba ayrmak mmkndr. Sv bazl ve hava bazl stma
sistemleri. Bu sistemlerde kullanlan eleman eitlerine gre alt gruplara ayrlrlar.
Is pompal gne enerjili bileik sistemler bir ok deiik alma modeline
sahiptirler. Bu modeller akkann sisteminde izledii yolun deiik
kombinasyonlaryla mmkndr. Bu alma modellerini deitirmek, sistemi ve ayar
mekanizmalarn daha kompleks bir hale getirmek mmkndr. Sistem
karmaklatka enerji tasarrufu artsa bile yatrm maliyeti nemli bir art gsterir.
3.1. Sv Bazl Istma Sistemleri
Gneten elde edilen enerjiyi depoya ve eve aktarmak iin kullanlan akkann
sv olduu sistemdir. Bu sv ise genel olarak udur.
Bu sistemler genel olarak bir gne kolektr, bir su deposu ve bir s
deitiriciden meydana gelirler. Sistemin yeterliliine bal olarak harici bir yardmc
s kayna da devreye balanabilir. Gne kolektrlerinden transfer edilen s bir
sirkilasyon pompas ile depoya aktarlr.Depodaki scak suyun evrimi otomatik
olarak kontrol edilebilir. rnein yaz aylarnda depodaki scak suyun stma
devresine ak kesilebilir ve sadece scak su gereksinimleri iin devreye verilir. K
aylarnda ise stma sisteminin vanalar sya termostatlarn kontrolnde stma
devresine (kalorifer tesisatna) scak su verilebilir. Bu sistemler ayrca yardmc
stclarla da donatlmtr.htiya duyulduu durumlarda yardmc stc devreye
otomatik olarak girer. ekil 1 de bu sistemler iin basit bir devre emas izilmitir.
Devre konutun hem scak su ihtiyacn karlamak hem de konutun stlmasn
salamak iin kurulu basit bir sistemdir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
7/27
Temelde ayn olan fakat biraz daha kompleks devre uygulamalar da
mevcuttur. Bu sistemlerin ileyileri daha farkl ve daha verimlidirler ancak ilk
yatrm maliyetleri basit devrelere gre daha yksektir. Bu sistemde ilk etapta gne
kolektr tarafndan emilen snm kollektr akkan (bu akkan genel olarak glikol
bazl bir karmdr) vastas iles deitirici tarafndan suya aktarld grlr. Is
deitiricisinin alabilmesi iin d ortam scaklnn deitiriciyi altrabilecek
scaklkta olmaldr. Birinci s deitiricisi ile depo tarafndan stlan su, deponun
scaklnn artmasna neden olur. D ortam scaklnn dmesiyle birlikte evin s
ihtiyac ortaya kacandan depodan s ekilmeye balanacaktr. Ayn zamanda depo
suyu scaklna bal olarak dier bir hat vastas ile ev ii musluklarda kullanlacak
su iin n stma yaplabilir. Depodan alnacak suyu, ikinci s deitiricisinden
geirerek musluklara gnderilecek suyun biriktirildii n stma scakln arttrmaya
alabiliriz.Eer depo suyu scakl n stma tankn yeteri kadar stmaz ise
yardmc bir s kayna ile suyun scakln istenilen bir seviyeye karabiliriz.
Dier taraftan, evin stlmas iin ana deponun scak st ksmndan su
ekilmeye balanr. Depodan evin s ihtiyacna gre alnan su, nc s
deitiricisine gider. Bu sirklasyon srasnda evin stma tesisatna (radyatr hattna)gnderilen su stlm olur. Eer depodaki su scakl evin s ykn karlayacak
seviyede deilse ek bir yardmc stc ile evin ihtiyac karlanr. Depo suyu scakl
nc s deitiricisini altramayacak kadar dk ise evin tm s yk bu
yardmc kayna tarafndan salanr.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
8/27
Bu sistemin almasn kk bir(C )kontrol mekanizmas ile salayabiliriz.
Bu kontrol mekanizmas kollktrden gelen akkann,ana deponun, n stma
tanknn ve evin scakl ile s ihtiyacn alglayarak pompalar ap kapar ve
vanalarn konumunu deitirerek akkana yol verir. Bylece sistemin almas
mantk elemanlaryla kontrol edilmi olur. Ayrca bu kontrol sayesinde yardmc s
kaynaklarnn ne kadar devrede kalacaklar belirlenmi olur.
3.2. Hava Bazl Istma Sistemleri
Baz gne enerjili stma sistemlerinde s iletim akkan olarak hava
kullanlr. Hava bazl sistemlerin su bazl sistemlere kar birtakm stnlkleri
olmasna su bazl sistemler daha fazla rabet grrler. Hava bazl sistemlerin dinamik
cevab su bazl sistemlere gre daha hzldr nk hava bazl sistemlerin s
kapasiteleri daha az ve dolaysyla scaklklar dktr. Bu kolektr verimini artrr.
Ancak hava bazl stma sistemlerinde en byk sorun elde edilen enerjinin
depolanmasdr. Scak hava,suya gre birka kat daha fazla yer igal eder. Enerjinin
depolanmas byk hacim gereksinimleri duyar.depolama ilemleri de bu nedenle
doal yerlerde rnein kaya yataklarnda yaplr. Ayrca depolanan enerji scak hava
olduundan havay sirkle etmek iin daha byk glere ihtiya vardr.
Hava bazl sistemler ihtiva ettikleri depo saysna gre tek depolu, iki depolu
ve deposuz olmak zere ksma ayrlr. ekil 2 de hava bazl bir stma sisteminin
prensip emas grlmektedir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
9/27
3.2.1 Is Pompal ve Yardmc Is Kaynakl Sistemleri
Deposuz sistemlerden olan bu sistemler pek ok projede uygulama alan
bulmutur.
Sistem genel olarak 4 temel moda alr.
1. Evin s ihtiyac yokken s fleleri kapal durumdadr. Yani sistem kapal
modadr.
2. D ortam scaklnn 0o Cnin altndaolmad ve kondensr kndaki hava
scaklnn s ihtiyacn karlamaya yettii durumlarda alan moddur. Ek stma
olmaz.
3. Kondansr k scaklnn yeterli olmad durumlarda alan moddur.
lave stc devrededir.
4. D ortam scaklnn ok dk olduu durumlarda s pompasnn almas
gleir. Bu modda evin s ihtiyacnn tm yardmc stcdan karlanr.
Is pompal sistemler elektrikli stmaya nazaran 3-6 misli daha iyidirler. evre
kirliliine neden olmamalar ayn tesisatla hem stma hem soutma yapabilmeleri gibi
zellikleri nedeni ile son yllarda uygulama alan bulmulardr. Elektrik kaynakl
stma sistemleri, elektrikli stclar ve pahal yaktlara gre geni bir yer tutar.
Souk k aylarnda buharlama scaklnn evaporatre haval olan
sistemlerde ebeke suyu scaklndan dk olmas youma scaklnn da dk
olmas da,elden geldiince yksek tutulmas gereklilii nedeni ile youma ve
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
10/27
buharlama scaklklar arasndaki fark byr, bu yzden kompresr daha sk devreye
girer ki bu da daha ok elektrik enerjisi demektir. Bu nedenle buharlama scaklnn
baka bir kaynak yardm ile ykseltilmesi gerekir ki, bu i iin en uygun kaynak
gne enerjisidir.
Gne enerjisinin yetmedii anlarda devreye girecek yardmc stma
sistemlerinden biride s pompasdr. Yksek buharlama scaklklarnda s
pompasnn performans olduka yksektir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
11/27
Blm 4- GNE ENERJSNN DEPOLANMASI
Gne enerjisinin gnlk ve mevsimlik depolanarak konutlarn stlmasnda
kullanlmas zellikle Hollanda, Kanada, sve, Finlandiya, svire, Fransa gibi
Avrupa lkelerinde ve Amerika da 1970li ylardan beri uygulanmaktadr.
lkemizde yllk gnelenme miktar gz nne alndnda bu uygulamann ne kadar
byk avantajlar getirecei ortadadr.
4.1.Gnlk Depolama
Gne enerjili stma ve kullanm scak suyu elde edilen sistemlerde en yaygn
olarak kullanlan depolama tekniidir.Depolarda biriktirilen enerji uzun sre bekleme
gerektirmediinden depo hacmi ve izalosyon problemi dier depolama tekniklerine
gre byk sorun oluturmaz.Ancak gnlk depolama teknii ile stma teknii
destekleniyorsa s kayplarn azaltmak iin izolasyona ihtiya duyulur. zellikle
sadece kullanm suyu elde etmek iin oluturulmu sistemlerde ok kullanlan bu
depolama teknii ucuz ve problemsiz bir tekniktir. Basit bir yaltm yeterli olur. Genel
olarak paslanmaz eliklerden silindirik ve kubik olarak imal edilirler.
4.2. Mevsimlik Depolama
Mevsimlik depolama, yaz aylarnda depolanan enerjinin k aylarnda
kullanlmak zere depolanmas tekniidir. Gne enerjisinin mevsimlik depolanarak
konut stmada kullanld stma sistemlerinin prensip emas ekil 2 de
gsterilmitir. Bu sistemde mevsimlik depo olarak, eitli geometri ve farkl fiziksel
zelliklere sahip depolar kullanlabilir. Yaz aylarnda gne kolektrlerinden elde
edilen s enerjisi srekli olarak depoya aktarlr. Depolanan enerji konutun s
ihtiyacnn olduu aylarda depodan ekilir. Deponun enerjisi konutu tasarm i
scaklnda sabit tutmaya yetmedii zaman, bir yardmc stc devreye girer. Bu
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
12/27
yardmc stc s pompas veya elektrikli stc olabilir. Bu tr sistemlerde ayrca
konutlarn scak su ihtiyalarn da karlamak mmkndr.
Prensipte mevsimlik depolama tekniini kullanan stma sistemlerinin ekli
gne enerjisi kullanan dier sistemlerden farkl deildir. Mevsimlik depolamal konut
stma sistemlerini gnlk depolamal sistemlerden,temel fark gnlk depo yerine
mevsimlik depo kullanlmasdr. Bu sistemlerde kullanlan elemanlar boyut olarak
daha byk olup maliyetleri daha fazladr. Mevsimlik depolamal sistemlerde en
nemli husus seilen depo elemanlarnn yaz aylarndaki gne enerjisini kullanm
srasnda ek stmaya ihtiya duymakszn toplayacak byklkte olmas gereklidir.
Dolaysyla depo hacmi/kolektr oran gnlk depolama tekniine gre byk
olmaldr.
4.2.1- Su Depolar
Gne enerjisinin depolanmasnda kullanlan su tanklar yaltml yada
yaltmsz olabilir. Yaltml tanklar elik, beton ve benzeri malzemelerden imal
edilebilir. Bu depolama sistemi ilk defa 1939 Cambridge Massachusetts-ABDdeMTH gne evinde kullanlmtr. Bu depolama sisteminde su, yksek s depolama
kapasitesine sahip olduundan daha kk hacim kullanlr. Su vastasyla snn
tanmas kolaydr. Bu tr sistemlerde kn s ekildii zaman depo su scakl
dk olabilir. Takn su szdrmazlnn temininde ilave masraf ve zel tedbirlere
ihtiya vardr. Sistemin iletilmesi ve meydana gelebilecek arzalarn giderilmesi
olduka kolaydr. Su tanklarnn ilk imalat ksmen daha basittir.
Depo olarak topraa gml yaltmsz su tanklar da kullanlabilir. Bu
teknikle depolama sistemi topran yksek s kapasitesiyle birletirilmi olur. Tankn
gmld toprak yanal s kaybn azaltr. D yzeye olan s kayb yaltm yaplarak
azaltla bilir. Is tanmnn tamamyla su ile yapld bu sistemde gne enerjisinin
uzun sreli depolanmas, herhangi bir toprak trnde gerekletirilebilir. Topran s
iletim katsays geni bir aralkta deimektedir( k= 0.06-3 W / m.K). sl iletkenlik,
toprak partikllerinin hacimsel dalm ve bu partikllerde ki nem oranna baldr.
Nem oran arttka malzemenin sl iletkenlik katsays artar. Nemli iklim
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
13/27
blgelerinde,nem k aylarnda toprak ierisine tanr ve bu da s kaybnn artmasna
neden olur. Bu tr depolama sisteminde doldurma periyodunda topraa kaybolan
snn bir ksm boalma periyodunda tekrar kazanlmas en nemli zelliidir. Bu
depolama sistemlerinde yamurlu mevsimlerde yamur sularnn depodan
uzaklatrlabilmesi iin iyi bir drenaj sisteminin oluturulmas gerekmektedir. ekil 3
a-b de su depolar ile ilgili basit bir ekil grlmektedir.
4.2.2 Boru Depolama Sistemleri
Enerjinin toprakta depolanmasnda boru kullanlmas fikri olduka yeni olup
uygulamas da basit bir sistemdir. Kullanlan borular toprak ierisine yatay veya dikey
olarak yerletirilebilirler. Borularn boyu 1-100 m arasnda deiir. alma
scaklklar 10-100 oC dir. Borularn dey yerletirildii sistemlerde genellikle elik
ve plastik borular kullanlr. Daha ok plastik borularn kullanld yatay sistemlerde
genellikle, stma sistemi bir s pompas ile desteklenir. Boru depolama sistemi
kurulurken yer alt sularnn etkisiyle meydana gelebilecek korozyon (elik borular
iin), boru cidarndaki sl direncin bykl plastik boru kullanldndauygulamalarda scaklk snrlandrlmas dezavantajlar gz nne alnmaldr.
Enerjinin doldurulduu periyotta, fiziki artlar srekli olmay nedeniyle
topran fiziksel zellikleri ile transfer mekanizmas olduka karmaktr. Toprak
snrken nem dar doru hareket edecek ve toprak kuruyacaktr. Kuru toprak dk
sl iletkenlie ve sl kapasiteye sahip olacaktr. Eer kuruluk devam ederse yaltma
gerek kalmayacaktr. Ancak bu durum, snn k aylarnda ekilmesi periyodundaekilen s miktarn snrlayacaktr. Bu durumu gidermek iin borunun hemen
bitiiinde oluturulmu nemli toprak ile kaplanm kuru toprakl yap kullanlabilir.
ekil 3 d-e de bu depolama tekniine ilikin basit ekil grlmektedir.
4.2.3. Akiferler
Gne enerjisinin uzun sreli olarak akiferler de depolanmas fikri ilk defa
1973 ylnda Texas AFM niversitesinde Davison ve Harris tarafndan gelitirilmitir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
14/27
Akiferlerde sl depolama mevsimlik depolama iin olduka cazip bir uygulamadr.
Akiferli yap iersinde su tutabilen, su geirme ve tutma zelliine sahip bir yapdadr.
Akiferlerde enerji depolama kategoride gerekleir. Birinci aamada scak
su elde edildiinde toprak ierisine pompalanr. kinci aamada ihtiya duyuluncaya
kadar scak su o blgede tutulur. Sonra stmak amac ile geri alnr. Bu tr sistemlerin
fizibilitesini ve verimliliini deerlendirebilmek iin enerji ilavesi, depolamada ve
enerjinin geri ekilmesi devreleri ayr ayr ele alnacaktr.
Akifelerde depolama da;
Yeterli oranda enerji giri/ knn salanmas,
Is taycs ortam olarak kullanlan akkann scaklk ve basncndaki dzensiz
deiimlerden dolay akiferli sistemin yapsal uygunluu ,
Su kalitesinin korunmasndaki zorluk,
Is kaybnn fazlal
Geni scaklk aral,
hususlarna dikkat edilmelidir.
Akiferler; serbest akiferler, basnl akiferler, yar basnl akiferler ve yar
serbest akiferler olmak zere drt ksma ayrlr.Serbest akifer ksmen su ile dolu olan
geirimli bir tabaka ile bunun altna gelmi olan geirimsiz bir tabakadan oluur.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
15/27
Basnl akiferler ise alt ve st snrlar geirimsiz ve tamamen doygun olan bir
tabakadan oluur. ekil 3.f de sz konusu teknie ilikin kesit grlmektedir.
4.2.4. Kaya Maaralarnda Depolama
Hava bazl stma sistemlerinde ok kk hacimlere ihtiya duyulur. Bu
byk hacimlerin inas ok masrafl ve g olduundan kaya yataklarndan
faydalanma fikri ortaya atlmtr. Yerin olduka derin ksmlarnda, s deiiminin de
kk olmas depolamada kayplarn da azaltc ynde etken olmutur. Gne
enerjisinden elde edilen enerji buralara kuvvetli fanlar ile baslr. Daha sonra benzer
ekilde scak havaya ihtiya duyulduunda fanlarla hava kanallarna gnderilir. ekil
6 da bu ynteme rnek verilebilecek Lyckebo projesinin prensip emas verilmitir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
16/27
BLM 5- GNE KOLLEKTRLER
5.1 Genel
Gne nm ile bir akkann artmasn salayan gerelere gne
toplayclar denir. Basit anlamda, bir yzeye den gne nlarndan bir ksm
yzey tarafndan yutulur ve akkana iletim ve tanm ile s geii olurken, d
yzeyden de evreye, yzey scaklna ve s tanm m katsaysna bal olaraktanm ile s geii olur. Yutulan snmla evreye olan s kaybnn fark faydanlan
gne enerjisidir ve stlmak istenen akkana geer.
Basit olarak bir kap ierisine konulan su gne altnda braklrsa ekil 5 de
grlen parametrelere bal olarak snr. Bu bir anlamda gne kollektrdr. Belli
bir zaman aralnda kap zerine gelen gne nmndan (q),kabn nm yutma
oran olmak zere .q kadar kap yzeyi tarafndan yutulduktan sonra kabn
yzey scakln (Ty) ve kap ile evre arasndaki s tanm katsaysna (h d) bal
olarak tanmla ve nmla evreye s kayb olur.
Yutulan enerjinin evreye gideninden geri kalan, kap malzemesinin s iletim
katsays (k) kalnlna bal olarak iletimle ve i yzeyden de su scaklna (T i)
ve i yzeyle su arasndaki s tanm katsaysna (h i )bal olarak tanmla suya
geen faydal nmdr.
Kollektrler, ierisinde dolatrlan akkan cinsine gre de svl ve haval
toplayclar olarak iki guruba ayrlabilir. Svl toplayclarn verimi havalar
toplayclardan daha yksek, imalat daha kolay ve ucuzdur. Toplanan enerjinin daha
kk hacim yeterlidir. Buna ramen svnn donma tehlikesi, korozyon ve szdrma
gibi problemler meydana gelebilir
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
17/27
ekil 5: Kolektr Sistemlerinde Isl Analize Giren Temel Parametreler.
.
Gne enerjisinden faydalanma, en yaygn olarak toplayclarla olmaktadr.
Yapmlar iin karmak bir teknolojiye gerek olmadndan dier sistemlere gre
daha ucuzdurlar. Konutlarn scak su, stma sistemlerinde ve yzme havuzlarnn
stlmasnda ve endstri iin gerekli scak su temininde dz toplayclar kullanlr.
Bu ksmda yaplan bu almada da yer alacak olan dz toplayclardan
bahsedilecektir.
Dzlemsel ve vakum tpl kolektrler evsel su temininde ve yardmc
kayna olarak 20 yldr kullanlmaktadr. Avrupa pazarnda yllk olarak 0.5 milyon
m2 kollektr retilmekte bu pazar srekli bymektedir. Trkiyede benzeri durum
yaanmaktadr ve yllk 200.000 m2 kollektr retimine ulalmtr.
5.2. Haval Gne Kollektrleri
Haval gne kollektrleri, yutucu yzey ile alma akkan hava yardmyla
gne enerjisini s enerjisine dntren sistemlerdir. Yutucu yzeye gelen gnenlarnn byk bir ksm yutulur ve tanmla sistemde dolatrlan alma
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
18/27
akkan havaya aktarlr. Kollektrden elde edilen yararl s; kollektrden geirilen
alma akkannn giri ve k entalpileri farkna eittir.
Haval gne kollektrleri, farkl tasarmlarla retilmektedir. Yutucucu yzey
olarak kanatkl metal levhalar, V-ekli verilmi metaller, dz metaller, iinden
alma akkannn getii a eklindeki malzemeler ile yarlm ve alm metaller,
sentetik ve doal krkler kullanlmaktadr (ekil) ayrca birden fazla yutucu yzey
kullanlmas da mmkndr. Kollektr zerine metal ve plastik elek eklinde ikinci
bir yutucu yzey yerletirilmesi gibi deiik modeller gelitirilmitir.
Haval gne kollektrlerinde, gelen gne nmn yksek oranda geilen
buna kar kollektrden evreye tanml s trasferinin ve uzun dalga boylu nn
geiine engel olan levha veya film trnde saydam malzemeleri kullanlr.
Haval gne kollektrlerinde yutucu yzey ile alma akkan arasnda s
transfer katsays kk olduundan, seilen malzemenin (s transfer alan/hacim)
orann byk olmas gerekmektedir. Bu ekilde s transfer alan artacandan
alma akkanna aktarlan enerji miktar da artar. Yutucu yzeyin przl olmass transferinde arta neden olur. Przllk s verimini olumlu ynde etkilerken,
kollektrde oluacak basn kaybn dolaysyla fan gcn arttrr.
Haval toplayclar uzun mrl arlka hafif verimleri niform ve hacim
stmas iin uygun donma korozyon gibi problemleri olmayan sistemlerdir. Haval
gne kollektrleri, tarmsal rnlerin kurutulmas seralarn stlmas ve hava bazl
bina stma sistemlerinde kullanlr.
5.3. Dzlemsel Svl Gne Kolektrleri
Dzlemsel svl gne kollektrleri, gne nmn s enerjisine dntren
en basit ve yaygn olarak kullanlan sistemlerdendir. Dzlemsel gne kollektrleri
ekil 7 de grld gibi genel olarak saydam rt, enerjiyi toplayan yutucu yzey,
yutucu yzey entegre edilmi tayc borular, yaltm malzemesi ve kasadan ibarettir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
19/27
5.3. Saydam rt
Kolektr rts, tanmla evreye olan s kaybn azaltmasnn yannda
kollektre gne nmnn giriinin salanmas ve yutucu yzeyin yamur, dolu ve
toz gibi d etkenlerden de korunmas grevini de yerine getirir. Kullanlan saydam
rtnn; ksa dalga boylu gne nmn geirme oran byk ( s kazanc kk ),
yutucu levhadan yaylan uzun dalga boylu gne nmlarnn dar kmamas
iinde uzun dalga boylu nmlar geirme orannn kk olmas istenir. Ayrca
kullanlan rt malzemesi yksek geirgenlik oranna sahip olmal, yutma ve
yanstma oranlar minimum tutulmaldr. Kollektr rts olarak genellikle cam veya
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
20/27
plastik esasl malzemeler kullanlmaktadr. Camn avantaj, optik ve mekanik
zelliklerinin uzun dnem kararldr. Plastik malzemeler ise cama gre daha
dayankl ve elastiktirler. Ancak izilmeye ve anmaya kar retalif olarak daha
dk direnlidirler ve hava koullarndan abuk etkilenebilirler.
Kollektr rt malzemelerinin optik zelliklerinin dnda mekanik zellikleri
de test edilebilir. Dolu hasar ve kar ykne direnci belirlenmelidir. Yksek miktarda
kar yann olduu blgelerde minimum eim 30o lik eim as tavsiye edilir. Kar
yksek eim as ile kollektrn zerinden atlabilir.
Gelen gne nmn bir fonksiyonu olan yansma , geirgenlik ve yutmadeerleri rt malzemesinin kalnlna, krlma indisine ve azaltma katsaysna bal
olarak deiir. Gne nm kollektr rts zerine dt zaman yzey
tarafndan bir ksm yanstlr, bir ksm yutulur ve byk bir ksm geirilir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
21/27
5.3.2. Yutucu Yzey
Gne kollektrlerinin en nemli ksmn yutucu yzey oluturmaktadr.
Kollektrn verimi yutucu yzey kaplamasna, geometrisine ve yzey iin seilen
malzemenin zelliine bal olarak deiir. Bu yzey, svl dzlemsel gne
kolektrlerinde, bakr, alminyum, paslanmaz elik, sa,plastik vb. sl iletkenlii
uygun herhangi bir malzemeden imal edilebilir. Akkan kanallar, roll-bond,
ekstrzyon, presleme veya benzeri ilemlerden biri ile dorudan plaka iinde,
stnde ve altnda meydana getirilebilir.
Saydam kollektrler rty gerek yutucu yzeye gelen nmn byk bir
ksm yzey tarafndan yutulur ve geri kalan ksm yanstlr. Yanstlan nm
saydam rtnn alt ksmna gelir ve bir ksm yeniden yzeye yanstlrken bir ksm
da saydam rtye geer
Gne kollektrlerinin verimi arttran en nemli parametre yutucu yzeye
uygulanan kaplamann zelliidir. Yutucu yzey kaplamalarn grevi mmknolduu kadar yutmas ve sya dntrmesidir. Yutucu yzey kaplamas olarak siyah
mat boya ve seici yzey kaplamalar kullanlr. Siyah mat boyann gne nn
yutma miktar ( %90-98 ) yksektir. Buna karlk, yaycl daha ok yksektir.
(%85-92) buyutlardadr. Siyah boya olarak genellikle polyester, akrilik ve epoksi
reine esasl mat boyalar kullanlr. Mat siyah boyalarda kullanlan dolgu
malzemeleri ve balayclardaki organik kkler, yzeyin seici zelliklerini tahrip
etmektedir. Dolaysyla boyalar, yalnzca atmosferik artlara kar koruyucuolmaktadr.
Yutucu yzey kaplamalar olarak seici yzeylerde kullanlr. Seici yzeyler
ksa dalga boylu nmn tamamna yaknn tutar, buna karlk uzun dalga boylu
nmn yaycln en aza indirir. Bu ekilde plann scakl arttrlarak akkan
daha fazla s iletimi salanr. Seici yzeyler scaklk ykselmesinde daha az nm
yayarlar, dolaysyla kollektr verimi yksektir. Seici yzeyleri hazrlamak iin,
sputtering, kimyasal buhar depozisyonu , metal spreyi kimyasal oksidasyon ve
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
22/27
elektroliz gibi eitli teknikler kullanlr. Bu teknikler arasnda, elektroliz ilemi ,
gerek basit gerekse ekonomik olmas nedeniyle yaygn olarak kulanlmaktadr .
5.3.3. zolasyon Tabakas
zolasyon malzemesi olarak cam yn, ta yn, poliretan kpk veya levha
kullanlr. Cam yn veya ta yn kullanlmas durumunda d gaz akm
incelenmelidir. Mineral ynlerin balayc malzemelerinde kan gazlar gereken
tedbir alnmazsa saydam rtye birikebilir. Kasann yan yzeyleri ve arasndaki
yaltm, cam yn ise srasyla 20-50 mm ve 50-100 mm, poliretan levha ise 8.5 cm,
poliretan kpk ise en az 9.5 cm alnmaldr. Ayrca yutucu plaka ile arka yaltm
arasnda 1-2 cm boluk braklarak yaltm yutucu plakaya bakan ksm alminyum
folyo ile kaplanarak uzun dalga boylu nlarn plakaya dn ve yaltmn
szdrmazl salanmaldr.
5.3.4. Kollektr Kasas
Kollektr kasas olarak alminyum, paslanmaz elik, galvanize elik plastik
ve tahta gibi deiik malzemeler kullanlmaktadr. Kullanlan malzemeye gre,
gvde tasarm deiiklik gsterir. Birok modl kollektr ekstruze alminyum
profilden yaplmtr. Ekstruze alminyum profil hafiftir. Modl boyutlarnda
mmkn olan en yksek esneklie sahiptir. Daha karmak ekiller profile entegre
edilebilir. Maliyetleri de olduka dktr. Galvanize veya paslanmaz elik
uygulamal gvdelerin kullanm ile arl olduka yksek kasalar eldeedilmektedir. Kasa yaltkann slanmasn nleyebilecek szdrmazlkta olmaldr.
zellikle kollektr giri ve klarnda kasnn tam szdrmazl salanmaldr.
Yapmnda kullanlan malzemelerin sl genlemeleri dikkate alnarak
boyutlanmaldr.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
23/27
5.3.5. Akkan Borular
Kolektr zerine gelen gne nmnn bir ksm saydam rtde, yansr, bir
ksm yutulur ve geri kalan ksm yutucu yzeye ular. Yutucu yzeye gelen
enerjinin, bir ksm s tayc akkana geerken ( faydal s ) bir ksm toplaycda
depolanr, geri kalan ksm nm, tanm ve iletimle evreye gider. Is tayc
akkan yutucu yzey ile izolasyon malzeme arasnda bulunan borulardan geer.
Borular genel olarak paslanmayan metal alamlardr. Uygulamada daha ok s
iletim katsays yksek olan metaller kullanlr. Yaygn olarak bakr, paslanmaz elik
ve alminyum borular tercih edilir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
24/27
BLM 6 ALIMA KOULLARININ TANIMLANMASI
Gne kollektrlerinden maksimum verim elde etmede en nemli konulardan
biri, atlarn zemine yerletirilen kollektrlerin birbirini glgelememesi iin
kollektrler aras minimum uzakln belirlenmesidir. Kollektr minimum uzaklktan
daha yakn mesafeye konduunda glgeleme nedeni ile belli bir miktar alan yalnz
difz radyasyon olacandan efektif kullanlm olacaktr. Dier yandan minumum
uzaklktan byk mesafe seilecek olursa kollektrn yerleim alan byyecektir.
K aylarnda gne enerjisinden en iyi ekilde yarar salayan optimum
kollektr eim as deeri; enlem dairesi asnn 16o fazlasna eit olan, yaz
aylarnda 16o eksiine eit olan deerdir. Btn yl uygulamalarnda ise kollektr
eim as, enlem dairesine eit olmaldr. Kollektr her zaman gney yne
bakmaldr. Kollektr bakm iin yrtme platformlar ile kollektrlere kolayca
ulama imkan salanmaldr. Gneli scak su sistemlerinde bir scak su tesisat ne
gerektiriyorsa bulunacandan, olaya yalnz kollektr olarak bakmamal balantlar,
su borularnn aplar ve uzunluklar kritik devre hesaplar, pompa seimi, genleme
depolar, scak ve souk su depolar, vanalar kontrol cihazlar ve yaltm iin ayr
zen gsterilmelidir.
Su datm ve toplama borular genellikle 1 lik ve bu ikisine kaynak ile
balanan aralar 10 cm olan su tama borular da 1/2 lik borulardan yaplmaldr.
Daha sk boru demek sureti ile verim %2-3 mertebesinde ykseltilebilir. Su
borularn kasa ve evreye dememeleri salanmaldr. Su balant yerleri, kaynak
yerleri kontrol edilerek ileride su kaaklar nedeni ile yaltm malzemesinin slanmas
nlenmelidir.
Souk blgelerde, kollektrlerde suyun donma tehlikesi mevcuttur. Bu
problemi ortadan kaldrmak iin kollektr devresindeki suyu boaltmak en kolay ve
en basit yntemdir. Baka bir nlem olarak pompal kapal sistemler uygulanmal ve
antifirizli su dolatrlmaldr. Yine pompal ak devreli sistemlerde donma
tehlikesinin olduu gnlerde srekli olarak pompann altrlmas gerekir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
25/27
Sistemin doldurulmas ve boaltlmas srasnda, eitli yerlerinde hava
kalmas skma sorunu yaratabilir. Buna engel olabilmek iin dikine konulmu
dirseklerden kanlmal ve uygun yerlere hava alma musluklar konulmaldr. Boru
datm ve kollektr yerleim hattna su hareketi ynnde ok az bir eimle
yerletirilmesi ile sistemde hava olumas nlenebilir.
Kollektrn havalandrlmas iin, yamur sularnn iine girmeyecei
yerlerine 2-3mmlik delikler almaldr. Ancak bu delikler yaltcn arkasnda
olmaldr,cam tarafnda olursa tanm kayplar artabilir. Deliklerin bulunmamas
durumunda geceleri havada mevcut su buhar camlarda younlaarak terlemeye
neden olabilir ve bu da kollektrn verimini drr.
Kollektrn tozlu ve rzgarl blgelerde bulunmas durumunda geirgen
rtnn (camn) kirlenmemesi ve kollektrn verimsiz almamas iin belirli,
aralklarla kollektr cam temizlenmelidir.
Kollektrn, iinde su yokken mmkn olduu kadar gne altnda
braklmamasna dikkat edilmelidir. Aksi takdirde zellikle cam krlmas ve
boyalarn kabararak dklmesi sk rastlanan olaylardandr.
Kapal devreli genleme depolu sistemler iin su stcs, ar snma ve
buhar olumas tehlikesine kar bir emniyet sbab olarak konulmaldr.
Kollektr termik verimine kirelenmenin etki ettii ve birka sene gibi ksa
srede verimi drd bilinmektedir. Kirelenmeyi nlemek iin siliphos denilen
polyfosfatlar 60 C ye kadar CaCO3 kmesini nlemektedir. Kollektrn souk su
giriine polyfosfat tank monte edilerek su bunun zerinden getikten sonrakollektre verilebilir.
Gne scak su hazrlama sistemlerinin lkemizde olduka yaylm olmas
ilgili standartlarn TSE tarafndan hazrlanm olmutur.
TSE tarafndan hazrlanan retici ve kurucu firmalara yararl olacak
standartlar TSE 3680, TS 3817, TS 4801 atf yaplan standarlardr.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
26/27
BLM 7: GNE ENERJS VE DER ENERRJ
KAYNAKLARI
7.1. Gne Enerjisinin Dier Enerji Trlerine Gre Avantajlar
1. Her eyden nce, gne bol ve tkenmeyen enerji kaynadr.
2. Temiz trdr, evreyi kirletici, duman, gaz, karbonmonoksit, kkrt ve
radyasyon gibi atklar yoktur.
3. Yerel uygulamalar iin elverilidir. Enerjiye ihtiya duyulan, hemen hemen
her yerde gne enerjisinden yararlanmak mmkndr. Bir akman, bir
saatin, bir hesap makinesinin veya bir deniz fenerinin, bir orman gzetleme
kulesinin enerji ihtiyac yerinde karlanabilir.
4. Da bal olmadndan, doabilecek ekonomik bunalmdan bamszdr.
5. Bir ok uygulamas iin karmak teknolojiye gerek duyulmamaktadr.
letme masraflar ok azdr.
7.2. Gne Enerjisinin Dier Enerji Trlerine Gre Dezavantajlar
1. Birim yzeye gelen gne nm az olduundan byk yzeylere ihtiya
vardr.
2. Gne nm srekli olmadndan depolama gerekmektedir. Depolama
imkanlar ise snrldr.
3. Enerji ihtiyacnn ok olduu k aylarnda gne nm az ve geceleri de hi
yoktur.
4. Gne nmndan faydalanan sistemin gne n srekli alabilmesi iin
evrenin ak olmas, glgelenmemesi gerekir.
Gne nmndan yararlanlan bir ok tesisatn ilk yatrm maliyeti fazladr ve henz
bazlar ekonomik deildir.
-
8/2/2019 Gunes Enerjili Isitma Sistemleri
27/27