İçindekiler

İçindekiler
Güneş Enerjisi ile Isıtma Sistemleri.................................................................................. 4
Güneş ......................................................................................................................................... 4
Güneşin kütlesinin belirlenmesi ........................................................................................... 7
Güneşin Yüzey Sıcaklığı ......................................................................................................... 8
1-) Stefan Boltzmann Yasası / Yöntemi ........................................................................ 8
2-) Wien Yasası ................................................................................................................... 9
3-) Tayf Sıralaması Yöntemi............................................................................................ 9
Güneşteki Enerji Üretimi ................................................................................................... 12
Peki, güneş neden o kadar sıcak? .................................................................................. 12
Dünya ve Güneş hakkında bilgi ................................................................................... 13
Enerji birimlerinin dönüşümleri ................................................................................. 13
Güç (Power) birimlerinin dönüşümü .......................................................................... 13
Peki, Güneş Nasıl Enerji Üretir?................................................................................... 13
Güneşte Neler Var? ............................................................................................................. 14
Güneşin Katmanları ............................................................................................................... 15
Güneş hakkında bilgiler ....................................................................................................... 16
Atmosferin Katmanları; ...................................................................................................... 18
Atmosfer Katmanların Genel Olarak Özellikleri ....................................................... 18
Hava Kütle ............................................................................................................................. 20
Yeryüzüne Gelen Güneş Işınları ....................................................................................... 22
Güneş Sabiti ( Atmosferin Dışı Güneş Işınımı ) ........................................................... 24
Solar Radyasyonun Ölçülmesi ........................................................................................... 25
1-) Güneş ışığı kaydediciler ........................................................................................... 26
Campbell – Stokes Güneş Işığı Kaydedicisi ........................................................... 26
Foster Güneş Işığı Anahtarı ..................................................................................... 27
2-) Solar enerjinin ölçülmesi; ....................................................................................... 27
Piranometre .................................................................................................................. 27
Prelyometre .................................................................................................................. 29
Dünya’nın Geometrik Şekli................................................................................................. 30
Deklikasyon Açısı ( 𝜹 ); ................................................................................................ 31
Saat Açısı (w); .............................................................................................................. 32
Sayfa 1 / 63
......................................................................................................................................... 33
Yükseklik Açısı ( 𝜶 ); ................................................................................................... 33
Güneş Azimut Açısı (𝛃 ); ............................................................................................ 33
Yüzey Azimut Açısı (𝜸); ............................................................................................. 33
Zenit Açısı (𝜽𝒛);........................................................................................................... 33
Enlem Açısı (∅ ); .......................................................................................................... 33
Yüzey Açısı (S); ........................................................................................................... 34
Geliş Açısı (𝜽);.............................................................................................................. 34
Güneye Bakan Eğik Yüzey Geliş Açısı (𝜽𝒕); ............................................................ 34
Yatay Yüzeye Dünya Dışında Dik Gelen Radyasyon Miktarı ...................................... 36
Güneş Enerjisinin Bazı Kullanım Alanları ........................................................................ 40
Güneşten Enerji Elde Etme Yöntemleri .......................................................................... 41
Işınım. ............................................................................................................................ 43
İletim ............................................................................................................................. 43
Taşınım ........................................................................................................................... 44
Pasif Isıtma ve Havalandırma Sistemleri ...................................................................... 44
Doğrudan Kazançlı Pasif Sistemler ............................................................................. 44
Dolaylı Kazançlı Pasif Sistemler ....................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.
Trombe Duvarı .................................................. Hata! Yer işareti tanımlanmamış.
Su Duvarları ....................................................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.
Çatı Havuzları .................................................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.
İlave Güneş Mekânları-Seralar ..................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.
Termosifon Kollektörleri ................................ Hata! Yer işareti tanımlanmamış.
Isıtma Yükünün Hesabı ...................................................................................................... 58
Camlardan gelen ısı kazancı ....................................................................................... 58
Dış duvardan ve çatıdan gelen ısı kazancı; ................................................................ 59
İç bölmeler Tavan ve Döşemeden Gelen Isı Kazancı ............................................... 60
İnsanlardan Gelen Isı Kazancı ...................................................................................... 60
Aydınlatmadan gelen ısı kazancı................................................................................... 60
Sayfa 2 / 63
Elektrikli cihazların verdikleri ısı miktarı ................................................................. 60
Diğer ısı kaynakları ......................................................................................................... 60
İçerisinden sıcak akışkan geçen boru ..................................................................... 60
İçerisinde sıcak sıvı bulunan depolar ...................................................................... 60
Üstü açık bir kapta kaynayan sıvının buharlaşmasından kazanılan ısı kazancı 61
Yapı elemanları arasından sızan nemden kaynaklanan ısı kazancı .......................... 61
Düzlem Toplayıcılar .......................................................................................................... 51
Açık Sistem ................................................................................................................... 51
Kapalı Sistem ................................................................................................................ 52
Doğal Dolaşımlı Sistemler ......................................................................................... 52
Pompalı Sistemler ........................................................................................................ 52
Yoğunlaştırıcı Sistemler ..................................... Hata! Yer işareti tanımlanmamış.
Referanslar ............................................................................................................................ 61
Sayfa 3 / 63
Güneş Enerjisi ile Isıtma Sistemleri
Güneşe duyulan merak sayesinde birçok teknolojik gelişmeler oluşmuştur.
Başlarda elden ele geçen bir bayrak yarışı gibiyken sonlara geldikçe bu konularda
çok yoğun çalışmalar yapılmış atomun yapısının bulunmasından elektromanyetik,
optik, kuantum gibi fen bilimlerinin gelişmesinde öncü olmuştur[1].
Güneş
İnsanların güneşle olan ilişkisi insanlığın var olmasıyla başlamıştır. Bu dönemlerde
güneş, gündüzleri doğayı aydınlatan ve ısıtan geceleri yok olan tanrı olarak kabul
ediliyordu. Birçok farklı medeniyetler güneşe farklı isimler vermiştir.
Mısırlılar Amon-Ra
Slavlar  Boy-Yarilo
Yunanlılar Rhoebus-Apollo
Türkler Küntoyon “Güneş doğumunun sembolü, güneş tanrısı”
İnsanoğlunun güneşin özelliklerini ( uzaklık, sıcaklık yapısı vb. ) merak etmesi
M.Ö.400 ‘lü yıllarda başlamıştır. İlk olarak Yunanlı filozof Anaksagoras M.Ö.433
yılında güneşin yaklaşık 6000 km yüksekte bulunan bir ateş topu olduğunu öne
sürmüştür. Bu hesaplamaları yapmak için; yukarı Nil vadisine giden yolculardan
Syene kentinde yaz gün dönümünde öğle güneşinin tam tepede olduğu saatlerde
cisimlerin hiç gölgesi olmadığı duymuş ve Şekil 1’de verilen basit bir çizimi
kullanmıştır.
7o
İskenderiye
Syene
5000 mısır stadionu=800 km
Şekil 1
Sayfa 4 / 63
Bu hesaplamalar sayesinde Anaksagoras Yunanistan’ın güney yarımadasının
büyüklüğünü de kabaca hesapladı. Ancak dine karşı biri olmak suçuyla tutuklandı
ve kenti olan Atina’dan ebediyen kovuldu.
Anaksagoras’ın fikirleri yaklaşık 200 yıl güncelliğini korudu. Daha sonra, gene bir
Yunan
filozofu
olan
Eratosthenes
tarafından
bu
fikir
alt
üst
edildi.
Eratosthenes’e göre dünya eğriydi ve güneş ışınları dünyaya paralel geliyordu
(Şekil 2).
s=r.
800km=r.0,122 rad
7
iskenderiye
o
r=6557 km
s
r
=7
Syene
o
r
Şekil 2
Eratosthenes Şekil 2’deki çizimi çizerek Anaksagoras’ın aslında bulduğu değerin
Dünyanın yarıçapı olduğunu ispatladı ve kendi hesapladığı bu değer, günümüzde
modern hesaplamalarla bulunan değere (6376km) oldukça yakındır.
Anaksagoras’ın güneşin uzaklığı diye hesapladığı değerin aslında dünyanın yarıçapı
olduğu anlaşıldıktan sonra güneşin gerçek uzaklığının bulunması için yeni
çalışmalara başlandı. Bu yöndeki ilk cesur çalışmalar gökbiliminin babası kabul
edilen Hipporchus tarafından M.Ö.160-125 yıllarında yapılmıştır.
Şekil 3
Sayfa 5 / 63
Hipporchus güneşin uzaklığını bulmak için Ay tutulması durumunda; Güneş, Dünya
ve Ay’ın konumlarını kullanmış ve Şekil 3’te gösterilen çizimi yaparak Ay’ın Umbra
bölgesinden 2,5 saatte ve Penumbra bölgesinden de 10 saatte geçtiğini
gözlemleyerek şekil üzerinde yaptığı basit geometrik hesaplamalarla Ay’ın ve
Güneş’in uzaklıklarını bulmuştur. Yapılan hesaplamalarda Ay’ın Dünya’ya olan
uzaklığını Dünyanın yarıçapının 67 katı olduğunu (ki bu değer bugün için verilen
60,267r ye oldukça yakındır.) ve Güneş’in Dünya’ya olan uzaklığının ise Dünyanın
yarıçapının 2480 katı olduğunu, Güneşin çapının da Dünyanın çapından 12 kat daha
büyük olduğunu bulmuştur.
Bu değerler oldukça hatalıdır. Bunun nedeni de; güneş çok uzak olduğundan MC ve
ND çizgi çiftleri ile NC/OD çizgi çiftlerinin hemen hemen paralel olmasından
dolayı A ile B kesişme noktaları ve buradaki açının bulunmasında yapılan
hata/belirsizlik tir.
Bulunan bu değerler 17 yüzyıla kadar kabul görmüştür. 1752 yılında Fransız
Gökbilimci Nicolas Louis de Lacaille Dünya üzerindeki iki farklı noktadan Venüs’ün
Güneş üzerindeki iz düşümünü gözlemleyerek Venüsü atlama taşı olarak kullanmış
(Şekil 4) ve Güneşle Dünya arasındaki uzaklığın Hipporchus’un bulduğu değerden
yaklaşık 10 katı daha fazla olduğunu göstermiştir. Nicolas’ın bulduğu bu yeni
değerler günümüzde hesaplanan değerlere oldukça yakındır.
Şekil 4
Nicolas’ın kullandığı bu yöntem “Paralaks” yöntemi olarak bilinir. Buna göre bir
kalemi burnunuzun dibine yaklaştırır önce sağ gözünüzle sonrada sol gözünüzle
bakarsınız,
kalemin yer değiştirdiğini görürsünüz. Bu açısal yer değiştirmeye
Paralaks denir. Kalem gözünüzden uzaklaştıkça yer değiştirmede azalacaktır.
Neden?
Sayfa 6 / 63
Bu yöntemle uzak bir cismin konumunu ölçmek için birbirinden uzak iki noktaya
Teodolit ( açıölçerli teleskop ) yerleştirilip iki farklı gözlemciden tek gözüyle
uzakta belirtilen noktaya bakmaları ve açıları bulmaları istenir. İki Teodolit
arasındaki uzaklık belli ve açılarda belli ise buradan yola çıkarak basit geometrik
hesaplarla uzak cismin uzaklığı bulunur.
Örneğin ekvator ekseni üzerinde birbirinden en uzak iki farklı noktadan Ay’ın
fotoğrafları çekildiğinde, Ay’ın arka formunda bulunan en yakın yıldızların
konumlarının yaklaşık 1o 24” 5’ derece farklı olduğunu görülür. Bu bilgilerle yapılan
hesaplamalarda Ay’ın Dünya’ya olan uzaklığın Dünyanın çapından 30,14 kat uzakta
olduğu bulunur (384403 km).
Güneşin uzaklığının bu yöntemle ölçülmesi zordur. Çünkü Güneş çok uzak
olduğundan Dünya’nın iki ucundan ölçüm alınsa bile Paralaks açısı çok küçüktür. Bu
da hata sınırları içinde olduğundan ölçüm yapılamaz. (Kalemin gözünüzden
uzaklaşmasıyla yer değiştirmedeki azalmanın nedenini hatırlayınız). Bunun yerine
Nicolas ‘ın yaptığı gibi üçüncü bir cisim ( atlama taşı ) kullanılır ve bu cismin iz
düşümleri uzaktaki çisim üzerinde gözlenir.
Yapılan modern ölçümler sonucunda ( Genelde Eros Asteroid’i atlama taşı olarak
kullanılır. )
Güneş’in Dünya’ya uzaklığı = 149.540.000 km ± 17.000 km.
Güneşin çapı = 1.390.600 km
olarak bulunmuştur.
Güneşin kütlesinin belirlenmesi
Güneşin kütlesinin belirlenmesi ise Newton’un evrensel çekim yasası kullanılarak
bulunur. Evrensel çekim yasası,
𝐹=𝐺
𝑀1 𝑀2
𝑟2
[1]
İfadesi ile verilir. Burada G; evrensel çekim sabiti, M1 ve M2 birbirlerinden r
kadar uzaklıktaki iki cismin kütlesidir. Bu yasadaki G sabiti ilk olarak ( 1731-1810
) yıllarında yaşamış Henry Cavendish tarafından yapılan deneyle bulunmuştur. Bu
deneyde Henry Cavendish bir fanus içine Şekil 5’te ki gibi yerleştirdiği
kütlelerden büyük olanlarını çok yavaşça çevirdiğinde küçük olan kütlelerin dönen
Sayfa 7 / 63
kütleleri takip ederek aynı eksene geldiklerini gözlemlemiş ve bilinen kütleler
kullanarak G sabitini hesaplamıştır.
Şekil 5
Dünya ile Güneş arasındaki çekim kuvveti dünyanın merkez kaç kuvvetine
(F=mv2/r) eşittir. Çekim kuvveti bilindiğine göre, yapılan deneyler sonucunda
Dünya’nın kütlesini 5.966± 0,001 x 1027 gr ve yoğunluğunu yaklaşık 5,52 gr/cm³ (
suya göre ) olarak bulmuştur. Güneş’in kütlesini ise 1,983x1033 gr yani dünyanın
331950 katı ve yoğunluğunu da 1,41 gr/cm³ olarak bulmuştur. Ancak bu yoğunluk
ortalama yoğunluk olup güneş ve dünya üzerinde homojen değillerdir.
Güneşin Yüzey Sıcaklığı
Uzak cisimlerin sıcaklıklarını ölçmek için 3 farklı yöntem vardır [1,2,3]. Bunlar;
1-) Stefan Boltzmann Yasası / Yöntemi
Sıcak bir cisim tarafından birim zamanda birim yüzeyden yayılan toplam enerji
miktarı mutlak sıcaklığın dördüncü kuvveti ile orantılıdır ve
𝐸 = 𝐴𝜎𝑇 4
[2]
İfadesi ile verilir (Şekil 6).
Şekil 6
Sayfa 8 / 63
Burada A; Alan (m2), ; Stefan Boltzman sabiti (=5,67x10⁻⁸ W/(m².K⁴)) ve
T; sıcaklık (K) olmak üzere toplam enerjinin (E) birimi joule (J) dur.
Bu ifade aynı zamanda siyah cisim ışıması da denmektedir. İlk olarak 1879 da
Boltzman tarafından yazılmıştır.  katsayısı ise 1884 yılında Ludwing tarafından
deneysel olarak bulunmuştur.
2-) Wien Yasası
Bu yasaya göre; Belli bir T sıcaklığındaki sıcak bir cisim tarafından yayılan bir
tayftaki en büyük şiddeti taşıyan dalga boyu bu sıcaklıkla ters orantılıdır ve bu
oran
[3]
𝜆𝑚𝑎𝑥 . 𝑇 = 𝑊
İfadesi ile verilir. Burada W; Wien sabitidir ve W=2897,8 µm.K değeri ile verilir.
max;
sıcak bir cisim tayfıdaki max. Işınıma karşı gelen dalga boyu (µm) ve
T; sıcaklıktır (K).
10000K
5000K
500K
Şekil 7
Buna göre sıcaklık artınca cisim sıcaklığına bağlı olarak sırayla, önce uzun dalga,
kırmızı ötesi ışıma, kırmızı ışık, beyaz ışık, mor ötesi ışık yayarlar. Örneğin 5000 K
sıcaklığındaki Güneş 5000 A luk, 310 K sıcaklığındaki bir insan yaklaşık 9 µm’lik ve
10⁸K sıcaklığındaki Nötron yıldızı yaklaşık 0,3 A dalga boyunda max ışınım yayar
(Şekil 7).
3-) Tayf Sıralaması Yöntemi
Her cisim ısındığında sıcaklığına bağlı olarak belli bir renkte ışık yayarlar. Tayf
sıralaması yönteminde daha önceden sıcaklıkları belli cisimlerin hangi renkte ışık
yaydıkları deneysel olarak belirlenerek bu bilgiler ışığında sıcaklığı bilinmeyen bir
cismin rengine bakarak sıcaklığı hakkında bilgi sahibi olunabilir.
Sayfa 9 / 63
Örneğin; Akkor lamba sarı ışık verirken sıcaklığı 2000 oC olan bir ışık yayar. Bu
renk beyaza doğru kaydığına sıcaklık 4000 oC doğru artar.
Her üç yöntemde temelde, ışığın dalga boyundan yararlanılır. Her bir dalga boyu
bir enerji miktarı taşır (E=h=h.c/) ve her dalga boyu için ya da tüm dalga
boyları için bu enerjinin tümü özel aygıtlarla ölçülerek tayf eğrisi oluşturulur ve
sıcaklık hesaplamaları yapılır.
1.Yöntemde gelen ışının %100 nün soğrulduğu bolometre diye adlandırılan (Şekil
8) özel bir aygıtla yapılır. Bu yöntemde dalga boyu ayrımı yapılmaz.
Gelen ışın
Uzaya yerleştirilen 1cm2 lik soğurucu yüzey
Termocouple
G
Galvonometre
Şekil 8
İkinci yöntemde temelde, ışığın dalga boyundan yararlanılır. Işığı oluşturan her
bir dalga boyunun enerjisini ayrı ayrı ölçmek için ışık bir prizmadan geçirilerek
ışığın tayflarına ayrılması sağlanır. Her bir dalga boyunun sahip olduğu enerji özel
aygıtlarla (termocouple) ölçülerek tayf eğrisi oluşturulur ve her bir tayfın
sıcaklığı direk termoçift üzerine düşürülerek okunur (Şekil 9).
G
Gelen ışın
Galvonometre
G
Termocouple
Şekil 9
Sayfa 10 / 63
Dünya dışında ( uzayda ) yapılan ölçümlerde 1cm² başına 1 dakikada gelen ışın
miktarı 1,94 kalori ya da 1 saniyede cm² alana gelen ışın miktarı 0,032 kalori
olarak bulunmuştur.
Işımanın şiddeti uzaklığın karesi ile azalır. (I1/r2) I0; Güneşin 1cm2 lik
yüzeyinden yayılan enerji miktarı ve I; Dünyanın atmosferinin 1cm2 sine gelen
enerji miktarı (0,032 kalori) olarak alırsak ve bunları birbirine oranladığımızda
I0
rD
I
𝐼0
𝐼
∝
rG
1
𝑟2
𝑔
1
𝑟2
𝑑
𝑟
𝑟𝑔
2
⇒ 𝐼0 = 𝐼. ( 𝑑 )
Şekil 10
rD; Dünya ile Güneş arasındaki uzaklık (yörünge yarıçapı) ve rG; güneşin yarıçapı
olarak yerlerine konduğunda
I0=1,5x103 kalori
Olarak bulunur. Bu enerji miktarını Stefan Boltzman eşitliğinde yerine
koyduğumuzda (𝐸 = 𝐴𝜎𝑇 4 ) T=5800 K olarak bulunur.
Wien yasasına göre ise bir güneş tayfı boyunca bolometre ile yapılan dikkatli
ölçümlerde 0,48 µm de dalga boyunda () en şiddetli tayf olduğu bulunmuş. Buna
göre güneş sıcaklığı Wien eşitliğinden (𝜆𝑚𝑎𝑥 . 𝑇 = 𝑊) 6000 K olarak bulunur.
Wien yasası özellikle uzaklığı bilinmeyen yıldızların sıcaklığını bulmak için
kullanılır ve tüm enerji tayfının ölçülmesi yerine iki farklı dalga boyunun şiddetini
ölçmek ve bunları oranlamak yeterlidir.
Bu oran yıldız yüzey sıcaklığına I₁ / I₂ kesin bir biçimde bağlıdır. Bunun için önce
uzak cismin gözle parlaklığı ölçülür. ( Göz sarı ışığa duyarlı olduğundan sarı ışığın
şiddetini ölçülecektir.) daha sonra uzak çimsin fotoğrafı çekilerek parlaklık
ölçülür. ( Fotoğraf makinesi mavi ve mora duyarlı olduğundan bu renk ışınların
şiddetini ölçecektir. ). Bu iki ölçümün oranı yüzey sıcaklığını verir. Bu oran
kırmızımsı soğuk yıldızlar için büyük, mavimsi kızgın yıldılar için ise küçüktür. Bu
iki yöntemde kara cisimler için doğru sonuç verir.
Sayfa 11 / 63
Güneşteki Enerji Üretimi
Acaba Güneş 1 çaydanlık dolusu suyu ne kadar sürede ısıtır? Sorusunun cevabına
yaklaşık sıfır saniyede diyebiliriz. Peki, Güneşin birim kütlesinde üretilen enerji (
ısı enerjisi ) bir çaydanlık suyu ne kadar sürede ısıtır ( kaynatır )? Sorusunu
cevabı ise o kadar kolay değildir. Bu soruyu cevaplayabilmek için Güneşte üretilen
ortalama ısı hızını hesaplamak gerekir.
Güneş’in yarıçapı 6,95 x 10¹ºcm ve yüzey alanı 4π.r² den 6,07 x 1022 cm² olarak
bulunur. Güneş yüzeyinin 1 cm² saniyede 1,5 x 10³ kalori yaydığını daha önce
bulmuştuk. Buna göre Güneşin tüm yüzeyinden yayılan toplam ışınım (enerji)
1,5 x 10³ x 6,07 x 1022 = 9,10 x 1025 kaloridir.
Güneşin kütlesi 2 x 10³³ g ise Güneş içerisinde birim zamanda üretilen ısı; 9,11 x
1025/ 2x1033 = 4,6 x 10-8 kaloridir. Eğer çaydanlık tamamen yalıtılmış ise bu kadar
bir ısı ile çaydanlık en az 1 yılda kaynayacaktır.
Peki, güneş neden o kadar sıcak?
Bir hacimdeki enerji üretimi o hacimle yani boyutunun küpü ile orantılıdır. Öte
yandan ısı kayıpları cismin yüzeyi ile yani boyutunun karesi ile orantılıdır. Bu
nedenle cisim ne kadar büyük olursa sıcaklığını korumak için gerekli ısı üretim
miktarı o denli azalır. Yani bir fil, serçeden 30 kat daha yavaş ısı üretir. Aksi
taktirde fil’in vücut sıcaklığı çok yükselir. Bizimde ısı üretme hızımız serçeden
daha yavaştır.
Güneşin yüzeyi hacmine göre daha küçüktür. Ancak ürettiği ısıyı yayabilmesi için
yüzeyinin 6000 K de tutabilmesi gerekir. İnsanda vücut sıcaklığını 36 oC tutmalı
ki
ürettiği
ısıyı
dışarı
atsın.
Hastalandığımızda
ürettiğimiz
ısıyı
dışarı
atamadığımızdan vücut sıcaklığımız yükselir. Bu da bakteri ve virüslerin ölümüne
neden olur. Ancak; insanlarda vücut ısısı 40 oC fazla artarsa hücrelerimizde geri
dönüşü mümkün olmayan değişimler olabilir ve bu organlarımıza zarar verir.
Güneşte böyledir.
Güneş ürettiği bu ısıyla bu güne kadar yaklaşık 500.000.000 yıldır parıldıyordur.
Güneşte herhangi bir yanma (Oksidasyon Kimyasal Tepkimesi ) olmuyor. Böyle bir
şey olsaydı güneş ancak 100 yıl parlardı. Örneğin 1 g benzin O₂ karışımı yandığında
200 kalori açığa çıkar. Aynı şekilde güneşin ürettiği 4,6 x 10 ⁻⁸ kalorilik enerji 1
gramının yanması sonucu açığa çıksaydı, Güneş ancak 100 yıl dayanırdı.
Sayfa 12 / 63
Dünya ve Güneş hakkında bilgi
G (evrensel çekim sabiti)
Dünyanın kütlesi (MD)
Dünyanın yarıçapı (rD)
Dünya-Güneş arası uzaklık
Dünya-Ay arası uzaklık
6,67 x 10-11 Nm² / kg²
5,98 x 1024 kg
Güneşin kütlesi (MG)
6
6,37x10 m
Güneşin yarıçapı (rG)
8
1,49x10 km
Güneşin yüzey sıcaklığı
5
3,8x10 km
Güneşin merkez sıcaklığı
2x1030 kg
7x108 m
5777 K
4-8x106 K
Enerji birimlerinin dönüşümleri
1 J = 0,2388 cal = 6,242 x 1018 eV = 2,78 x 10⁻⁷ kW.h
1 cal = 4,187 J = 2,614 x 10¹⁹ eV = 1,163 x 10⁻⁶kW.h
1 eV = 1,6 x 10⁻¹⁹ J = 3,826 x 10⁻²⁰ cal
Güç (Power) birimlerinin dönüşümü
1 kW = 1,341 hp = 238,8 cal/s
1 cal/s = 4,187 W
Peki, Güneş Nasıl Enerji Üretir?
Güneşin enerji üretimi ile ilgili ilk önermeleri Lord Kelvin ( İngiliz ) ve Helmholtz (
Alman ) yapmışlardır. Bu önermeye göre güneş kendi çekim kuvveti altında yavaş
yavaş büzülen dev bir gaz küresi olarak düşünülmüştür. Bu süreç içerisinde açığa
çıkan kütle çekimi enerjisi ısıya dönüşerek güneşi sıcak ve parlak tutulduğu
düşünülmüştür.
Ancak atom çekirdeğinin içinde büyük miktarda enerji depolanmış olduğunu
ortaya çıkartan radyoaktivitelerin keşfedilmesiyle, Güneş içinde enerjinin füzyon
( FÜZYON: Kararsız küçük atom çekirdeklerinin kararlı büyük atom çekirdeğine
dönüşmesi olayıdır. Örnek: Hidrojen Bomba
Kararsız büyük atom çekirdeğini nötronla bombardıman edilerek kararlı küçük
atom çekirdeklerine dönüşmesi olayına fizyon adı verilir. örnek: Atom Bombası)
sonucu oluştuğu anlaşılmıştır. Kısacası Güneşte oluşan termonükleer tepkimeler
sayesinde enerji üretir. Temel yakıt Hidrojendir ve bu yakıt tüketilerek helyuma
dönüştürülür. Aynı zamanda Karbon ve Azot Hidrojenle de tepkimeye girer.
Ancak Karbon ve Azotta bir azalma olmaz sadece hidrojen azalır.
Güneşin enerjisi kaynağı 4 hidrojen atomunun 1 helyum atomuna dönüşmesinde
gizlidir. 4 H atomu 4,032 atomik birim kütlesine sahipken, 1 He atomu 4,003
atomik birim kütlesinde sahiptir. Güneşte 4 H atomunun 1 He atomuna
dönüştüğünde 0,029 atomik birim kütle artar ve bu kütle miktarı, Einstein’ın
enerji ifadesi ile (E = m.c²) enerjiye dönüşür. Güneşte 1 saniyede 564 milyon ton
Sayfa 13 / 63
H atomu, 560 milyon ton He atomuna dönüşür. Bunun sonucunda 4 milyon ton
kütle karşılığı 3,86 x 1026 J enerji açığa çıkar. Güneşin toplam enerji rezervi
1,785 x 10⁴⁷ J olduğundan daha milyonlarca yıl ışımaya devam edecektir.
Güneşte Neler Var?
Bir prizmadan geçen güneş ışığı farklı renklere ayrıldığı Isaac Newton tarafından
bulunmuştu. Ancak 1787 – 1826 yıllarında yaşayan alman fizikçi Joseph von
Fraunhofer bu gökkuşağı çizgilerinin ince karanlık çizgilerle birbirinden ayrıldığı
gördü. Bu çizgiler Güneş, ay ve diğer yıldızlardan gelen ışıklarda görülürken
laboratuarda üretilen ışıklarda görülmüyordu. Bu da; bu karanlık çizgilerin güneş
kökenli olduğunun ispatıydı ve bu çizgilere Fraunhofer çizgileri denmiştir.
1824 ve 1887 yılları arasında alman fizikçi Gustav Kirchoff bu Fraunhofer
çizgilerinin nedenini açıkladı. Bunun nedeni güneşin içinden gelen ışınların güneş
yüzeyinde oluşan gazlar tarafından soğrulmasıydı. Buna göre Kirchoff, optiğin
temel yasalarından biri haline gelen “sıcak gaz ( ya da buhar ) halindeki her
elementin kendi yayabildiği aynı tayf çizgilerini soğurduğunu” söylemiştir.
Kısaca bu Fraunhufer çizgileri ( D çizgisi ) güneşin atmosferinde var olan
elementlerle ilgili bilgiyi taşımaktadır.
Bu buluşlar uzak cisimlerin kimyasal yapılarının bulunmasını sağlayan tayf
çözümleme biliminin gelişmesini sağlamış ve bu konularda yapılan çalışmalar temel
bilimlerde ve teknolojide çığır açmış;
İsveç fizikçi
JR Rydberg
İngiliz fizikçi
Joseph John Thomson
İngiliz fizikçi
Sir William Crookes
İngiliz fizikçi
Nelson Lordu Rutherford
İngiliz fizikçi
LordRayleigh ( 1890 )
İngiliz fizikçi
Sir James Jeans ( 1890 )
Alman fizikçi
Max Planck ( 1858 – 1947 )
Alman fizikçi
Albert Eistein ( 1905 )
Alman fizikçi
Arthur Compton ( 1923 ) x ışınları saçılması
Sayfa 14 / 63
Danimarkalı fizikçi
NieslBohr ( 1923 )
Gibi tarihimizde en önemli fizikçilerin çalışması sonucu
𝜗=
𝐸0
ℎ
1
1
(𝑚2 − 𝑛2 )
[4]
m ve n sayıları kuantum tam sayıları olmak üzere, farklı kuantum yörüngelerinden
saçılan dalgaların frekansını veren ifadeyi bulmuşlardır. Bu ifade 30 yıl önce
yapılan tayf ölçümleriyle kesişiyordu. Fraunhofer çizgilerinin yorumlanmasıyla
farklı elementlerin farklı iyonizasyon potansiyellerine sahip olmasının büyük bir
önemli vardır. Güneş içindeki elementlerin;
% 81,76 Hidrojen
% 18,17 Helyum
Başta olmak üzere; Karbon, azot, oksijen, sodyum, magnezyum, alüminyum,
silisyum, sülfür, potasyum, kalsiyum, titanyum, vanadyum, kromyum, manganez,
demir, kobalt, nikel, bakır, çinko bulunmaktadır.
( Güneş diye bir yıldız, CEB 44 G26 1991, G.Gamow )
Güneşin Katmanları
Güneş temelde 7 bölgeden oluşur (Şekil 11). Bu katmanların toplam uzunluğu
(Güneşin yarıçapı) 7x108 m dir. Kor da oluşan enerjinin yüzeye ulaşması ise
yaklaşık bir milyon yıl sürer[3,4,9]. Yüzeye ulaşan enerjinin Dünyamızın
atmosferine ulaşması ise sadece sekiz dakikadır.
Şekil 11
Güneşin katmanları ve özellikleri aşağıda verilmiştir.
Sayfa 15 / 63
Kor ( İner Core ); Toplam enerjinin % 90’nın üretildiği ve güneş kütlesinin %
40’nın toplandığı, sıcaklığın 15-16 x 10⁶K olduğu bölgedir. Yaklaşık yarıçapı güneşin
yarıçapının % 23’üdür.
Işınım bölgesi (Radiative Zone); Bu bölge oldukça geniştir. Yaklaşık olarak güneşin
merkezinden 0,7R (R, güneşin yarıçapı) ye kadar uzanır. Bu bölgede kor’da
üretilen enerji yavaş bir şekilde yüzeye doğru ışınımlar şeklinde yayılır. Kor’daki
yüksek sıcaklık bu bölge sonunda 2 x 10⁶ K’e kadar düşer.
Taşınım bölgesi (Convection Zone); Işınım bölgesinin sonunda 150.000 km
kalınlığındaki bölgedir. Bu bölgede ışınımla gelen enerji ( radyasyon ) bölgenin
içinde bulunan gazı taşınımla ısıtır. Isınan gazlar yükselir ve bu gazlar alt kısımda
bulunan yaklaşık 2 x 10⁶ K olan ısı enerjisini 20.000 K olan üst kısma doğru taşır.
Yükselen gazlar soğudukça yoğunluğu artar bu yüzden tekrar aşağıya iner, aşağıya
inen gaz tekrar ısınarak yükselir. Bu döngüyle gazların ısı enerjisi ışık küreye
doğru taşınmış olur. Taşınım bölgesinin dışında artık atomlar elektronlarla bağ
yapmaya hazırlardır.
Işık Küre (Photosphere); Sıcaklığı yaklaşık 6000 K dir. Genişliği 100-200 km
kadardır. Bu bölge düşük yoğunlukta iyonlaşmış gazlardan oluşur. Bu gazlar gelen
ısıyı soğurur ve iyonlaşmış atomlar sıcaklıklarıyla orantılı olarak ışıma yaparlar.
(Yaklaşık 6000 K ). Ayrıca bu bölge görünür ışığı pek geçirmez. Dünyaya gelen
ışınımlar da bu bölgeden gelmektedir.
Tersleyici Katman; 100-200 km kalınlığındadır. Daha serin gazlardan oluşur.
Renk Küre (Chromosphere); Kalınlığı 9000 km kadardır. Ancak tersleyici
katmandan daha az yoğundur. Sıcaklığı ise ışık küreden yüksektir.
Güneş Tacı (Corona); Yoğunluğu çok düşük ancak sıcaklığı çok yüksektir. ~
2.000.000 K
Güneş hakkında bilgiler
Güneş sudan 100 kez daha yoğundur ve kendi etrafında dönmektedir. Ekvator
kısmında bu dönüş 27 günde iken kutup bölgesinde 30 gündür. Güneş enerjisi
uzaya ve gezegenlere elektromanyetik ışınım ( radyasyon ) biçiminde yayılır. Her
saniyede yaklaşık 3,86 x 1026 J enerji açığa çıkar. Toplam enerji rezervi ise
1,785 x 1047 J dur. Kaç yıl daha bize enerji verir?
Sayfa 16 / 63
Dünya ile güneş arası 150 milyon km ve dünya güneş etrafında eliptik bir
yörüngede dönmektedir. Dünyanın kendi ekseni etrafındaki dönüş ekseni ile Güneş
çevresindeki dolanma yörüngesi düzlemi ile 23,450 lik bir açı yapar (Şekil 12).
23,45
0
50
Şekil 12
Ay’ın
Dünya
etrafında
dönme
yörüngesinin
düzlemi
ile
Dünyanın
Güneş
çevresindeki dolanma yörüngesi düzlemi arasında 50 lik bir açı vardır. Bu açı
nedeniyle her yıl ay tutulması olmaz. Ancak 18 yıl 11,3 gün de bir Ay, Dünya ve
Güneş aynı düzleme gelir ve ay tutulması oluşur.
Dünyaya güneşten 1 saniyede 1,7 x 10⁷ J ‘lük enerji gelmektedir.
Bu enerji
Güneşin saldığı enerji ( 3,8 x 1026 J ) yanında çok küçüktür. Buna rağmen bu tutar
insanlığın var olduğundan bu güne kadar kullandığı enerjinin 15-16 bin katıdır.
Güneşten gelen ışınlar tek dalga boyunda değildir (Şekil 13).
Şekil 13
Aynı zamanda Şekil 13’te görüldüğü gibi Dünya atmosferine gelen her dalga boyu
aynı şiddete değildir. En yüksek şiddete, görünür bölgedeki ışınımlar gelirken,
zararlı olan mor ötesi ışınlar daha az ve ısınmayı sağlayan kızılötesi ışınlar ise
şiddeti az ama daha fazla dalga boyunda gelir. Gelen bu ışınlar dünyaya yaklaşık 8
dakikada gelirler. Işınların % 45 görünür bölgede iken, % 46 ‘sı kızıl ötesi, % 9 ‘u
mor üstü bölgededir.
Sayfa 17 / 63
Isıtılan her cisim etrafına ışınım yapar. Siyah cisim yayınladığı enerji ya da ışıma
Stefan Boltzman yasasına göre 𝐸 = 𝐴𝜎𝑇 4 ve Güneşin yüzey alanı, A = 4πrG² idi.
Buna göre yüzey sıcaklığı yaklaşık 6000 K olan Güneşin 1 saniyede tüm yüzeyinden
yaydığı enerji
𝐸 = 𝐴𝜎𝑇 4 = 4𝜋𝑟𝐺2 𝜎𝑇 4
[5]
Den 4,5 x 1026 J olarak bulunur.
Atmosferin Katmanları;
Yeryüzünü çevreleyen ve her biri farklı görevler üstlenen gaz katmanlarına
Atmosfer denir. Toplamda 5 ana katmandan oluşur[5]. Ozonosfer ve İyonosfer
ara katmanlardır. Temel katmanlar ( alçaktan yükseğe ) aşağıda şekilde sıralanır;
Troposfer, Stratosfer, Mezosfer, Termosfer ve Ekzosfer dir (Şekil 14).
Atmosfer Katmanların Genel Olarak Özellikleri
Katmanlar yeryüzünden uzaya doğru sıralarıya birlikte kısaca aşağıdaki gibi
tanımlanabilirler.
Troposfer; Atmosferin yere temas eden en alt katmanıdır. Gazların en yoğun
olduğu katmandır. Ekvator üzerindeki kalınlığı 16-17 km, 45° enlemlerinde 12 km,
kutuplardaki kalınlığı ise 9-10 km dir. Troposfer atmosferin en önemli katmanıdır
diyebiliriz çünkü gazların % 75 ‘i su buharının ise tamamı bu katmanda bulunur.
Buna bağlı olarak bilinen meteorolojik olaylar bu katmanda meydana gelir. Güçlü
yatay ve dikey hava hareketleri de bu katmanda oluşur. Troposfer genellikle
yerden yansıyan güneş ışınlarıyla ısınır bu nedenle alt kısmı daha sıcaktır ve
yerden yükseldikçe sıcaklık her 100 metrede 0.65 °C azalır ve tabakanın sonunda
-56,5 °C ‘ye kadar düşer.
Stratosfer; Troposferden itibaren 50 km yüksekliğe kadar uzanır. Yatay hava
hareketleri (rüzgârlar ) görünür. Su buharı bulunmadığı için dikey hava
hareketleri oluşmaz. Yalnızca yatay hareketlerin oluşması da diğer tabakalar ile
stratosfer arasında bu katmandan kaynaklanan bir taşınım olmamasına sebep olur.
Bu durum çok tehlikeli olabilir çünkü diyelim ki bir yanardağın patlamasından
ortaya çıkan küller troposferi aşıp stratosfere ulaşırsa burada birikir ve kalıcı
bir kirlilik oluşturur. Sıcaklık değişimi olmayan yer 11-25 km arasıdır.
Stratosferin sıcaklığı -55 ile -3 derece arasında değişir. katmanın üst
Sayfa 18 / 63
kısımlarında ozon gazları bulunur ve güneş ışınlarını çeken bu gazlar katmanın
ısınmasına nedendir. Cisimler gerçek ağırlıklarını burada kaybeder.
Mezosfer; Stratosferden itibaren 80 km yüksekliğe kadar uzanır. Küçük boyutlu
gök taşları bu katmanda sürtünmenin etkisiyle buharlaşarak kaybolur. Ozonosfer
ve Kemosfer olarak iki kısımdan oluşmaktadır. Ozonosfer; Bu tabakada ozon
gazları bulunur. Güneşten gelen zararlı ultraviyole ışınlar, ozon gazları tarafından
tutulur. Bundan dolayı canlılar için koruyucu katmandır. Kemosfer; Zararlı
ışınların tutulması az miktarda burada da görülür. Ayrıca gazların iyonlara
ayrılmaya başladığı yerdir.
Termosfer; Mezosferden itibaren 400 km yüksekliğe kadar uzanan katmandır.
Bu katmanda güneş ışınları yoğun olarak hissedilir. Sıcaklığın güneşin etkisine
göre 200 ile 1600 °C dir. Bu katmanda gazlar iyon halinde bulunur ve iyonlar
arasında elektron alışverişi oldukça fazladır. Bu nedenle haberleşme sinyalleri ve
radyo dalgaları çok iyi iletilir.
Ekzosfer;
Atmosferin en üst katıdır. Az miktarda hidrojen ve helyum
atomlarından oluşur. Kesin sınırı bilinmemekle birlikte üst sınırının yerden
yaklaşık 10.000 km yükseklikte olduğu kabul edilmiştir. Bu katmandan sonra artık
bir sınır olmadığı için boşluğa geçiş başlar. Yapay uydular bu katmanda bulunurlar,
yerçekimi çok düşüktür ve gazlar çok seyrektir.
İyonosfer; Atmosferin elektromanyetik dalgaları yansıtacak miktarda iyonların
ve serbest elektronların bulunduğu 70 km ile 500 km lik kısmı. Güneşten veya
yıldızlararası uzaydan gelen ışımalar, burada atmosferin gazlarının atom ve
moleküllerini iyonlar veya elektrikle harekete geçirir. İyonosferin yüksekliği
zamana ve mevsime göre değişir, fakat sınırının 25 ila 50 mil arasında olduğu
kabul edilir. Işıma ve yansıtma özelliklerine göre çeşitli tabakalara ayrılır. En
önemli özelliği bazı radyo dalgalarını yansıtmasıdır. Bu katmanda gazlar iyon
halinde bulunur. Bu yüzden radyo dalgaları çok iyi iletilir. Sıcaklık yüksektir ancak
gazlar çok seyrek olduğu için sıradan bir termometreyle ölçülen sıcaklık düşüktür.
Sayfa 19 / 63
Şekil 14
Dünyaya gelen ışınların mor ötesi bölgesi yaklaşık 25 km yüksekte ozon
katmanında soğrulur. ( 0,32 µm den küçük olanlar ). Bu önemlidir çünkü mor ötesi
zararlı ışınlardır. Deri üzerinde yakıcı ve gözlere zarar verici olabilirler. Dünyaya
ancak 300 – 400 nm boyundakiler ulaşır. Bu da bronzlaşmak için etkilidir.
Diğer dalga boyları görünür ve kızıl ötesi havada gaz molekülleri toz
parçacılarıyla etkileşerek saçılırlar. Bu saçılma sonucunda bir kısmı uzaya geri
döner ( yansırlar ). Mavi ışınlar daha çok saçıldığından gökyüzü mavi görünür. (
Saçılma dalga boyunun 4.kuvveti ile orantılıdır. ) Yoğun bulutlar gelen ışınımların
% 80 ni geri yansıtırlar. Dünya bulut örtüsü %50 nin olduğu varsayılırsa gelen
güneş enerjinin büyük bir oranı bu şekilde kaybedilir. 0,4 – 0,75 nm dalga boyu
arasındaki ışınımlar atmosfer tarafından hiçbir etkiye maruz kalmadan Dünya
yüzeyine gelir.
0,7 – 2,5 µm arasındaki dalga boyu yakın kırmızı ötesi ışınımların % 20’si havadaki
su buharı ve CO2 tarafından soğrulur ve havanın ısınmasını sağlar.
Hava Kütle
Güneş
enerjisinden
yararlanarak
çalışan
düzeneklerin
hesaplarında
ve
ölçümlerinde hava kütlenin bilinmesi önemlidir[2,6,7]. Hava kütle; Güneş ışınımın
atmosferden geçerken izlediği yolun, Güneş ışınlarının yüzeye dik geldiği durumda
izleyeceği yola oranına hava kütle denir ve m0 ile gösterilir. Buna göre hava kütle
Şekil 15 deki BAC üçgeninden
𝐶𝐴
𝑚0 = 𝐵𝐴
[6]
Sayfa 20 / 63
Olarak verilir. BA doğrusu yüzeyin normali ile paralel olduğundan, bu doğrunun BA
doğrusuyla yaptığı açı zenit açısı olarak verilir. Bu durumda hava kütle zenit açısı
cinsinden
1
[7]
𝑚0 = 𝑐𝑜𝑠𝜃
𝑧
Olarak verilir.
B
C
A
Şekil 15
Tüm elektromanyetik ışımalarda olduğu gibi güneş ışınımı da foton denilen
parçacıklardan oluşurlar. Fotonlar, kaynağın spektral özelliklerine bağlı olarak
belli miktarlarda enerji taşırlar. Dünyanın güneşe olan uzaklığının büyük olması
nedeniyle sadece doğrudan Dünya’ya ulaşan fotonlar dünyanın güneş spektrumunu
oluştururlar. Atmosferin tam üstünde ışınım şiddeti yada diğer adıyla Güneş
Sabiti yaklaşık 1.353 ile 1.367 kW/m2’arasında değişir ve spektral dağılım hava
kütle sıfır (air mass zero -AM0) olarak geçer. Hava kütle dünya yüzeyine ulaşan
güneş ışınım şiddetinin bir ölçüsüdür.
Dünya yüzeyinde hava kütle numarası her zaman birden büyük ya da bire eşit
olmak zorundadır. Güneş gözelerin performanslarını karşılaştırılmasında, yer
yüzeyine düşen güneş ışınımının dağılımı için standart olarak AM1.5 spektrumu
kullanılır. AM1.5 spektrumunda toplam güç yoğunluğu 1kW/m2 olarak hesaplanır.
Şekil 16’te güneş ışınımının dalga boyuna karşı güç yoğunluğu grafiği verilmiştir.
Sayfa 21 / 63
Şekil 16 güneş ışınımı spektrumu, AM0 ve AM1.5 spektrumları
Hava kütlesi normal olarak deniz seviyesinde alınır. Uzayda ise hava kütle sıfır
dır. Şekil 15 de görüldüğü gibi A noktasının hava kütlesi Güneş B noktasında iken 1
dir. Yüzeyden Z yüksekliğindeki bir yerdeki hava kütlesi ise
𝑃
[8]
𝑚𝑧 = 𝑚0 𝑃𝑧
0
Burada, m0; deniz seviyesindeki hava kütlesi Pz; z noktasındaki hava basıncı ve P0;
deniz seviyesindeki hava basıncıdır. θz > 800 ise m =∞ olur. Bu sorunun ortadan
kaldırmak için, 1996 yılında Robinson tarafından bulunan değerler kullanılır.
Açı
(derece)
80
85
86
87
88
89
90
Hava
kütle
(m0)
5,63 kg
10,69 kg
12,87 kg
16,04 kg
20,84 kg
28,35 kg
29,94 kg
Yeryüzüne Gelen Güneş Işınları
Yeryüzündeki herhangi bir yüzeye gelen toplam güneş ışınımı, Direkt
(Doğrudan/Işın radyasyonu), Difüz (Yayınık/Yaygın/Dağınık/saçılma) ve Yansıyan
(Aklık) ışınımlardan oluşur (Şekil 17) [2,3,6,7] .
Sayfa 22 / 63
Direkt
Difüz
Yansıyan
Şekil 17
Doğrudan ışınım; atmosfere giren güneş ışınlarının doğrudan hiçbir şeyle temas
etmeden yeryüzündeki kişiye ulaşan ışınlarına denir. Difüz ışınım; atmosfere
giren güneş ışınlarının bulutlardan ve atmosfer içindeki iyonlardan saçılması ile
Dünya yüzeyindeki kişilere ulaşan kısmıdır. Yansıyan ışınım; doğrudan gelen
ışınımların Dünya yüzeyinden yansımasıyla kişilere ulaşan ışınlardır. Bu ışınların
tümünün toplamına toplam ışınım/radyasyon veya global ışınım/radyasyon denir.
Yansıyan ve difüz ışınlar olmasaydı Dünyada tam karanlık ve aydınlık bölgeler
olurdu ve karanlık bölgelerdeki cisimler kesinlikle görünmezlerdi.
Bulutsuz bir günde yeryüzüne gelen ışınımın % 10 - % 20 si yayınık ve yansıyan
ışınımdır. Bulutlu havada ışınların % 80 i atmosfer dışına yansıtılırken % 20’si
dünyaya gelir. Tamamen açık havada ise ışınların % 80 dünyaya ulaşır (Şekil 18).
Şekil 18
•Güneş ışınımının tamamı yeryüzüne ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi
tarafından geriye yansıtılır.
Sayfa 23 / 63
•Güneş ışınımının %50’si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Bu enerji ile
Dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur.
•Rüzgâr hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur.
•Güneşten gelen ışınımının %20’si atmosfer ve bulutlarda tutulur.
•Yeryüzüne gelen güneş ışınımının %1’den azı bitkiler tarafından fotosentez
olayında kullanılır.
•Bitkiler, fotosentez sırasında güneş ışığıyla birlikte karbondioksit ve su
kullanarak, oksijen ve şeker üretirler.
Güneş Sabiti ( Atmosferin Dışı Güneş Işınımı )
Güneşten dünyamıza gelen ışık enerjisi birimi genelde W/m² olarak verilir. Buna
göre 1 saniyede güneşin 1 m² ‘sinden yayılan enerji [2,3,6,7,8]
𝐸
𝑊
𝑊
[9]
= 𝜎𝑇 4 = 5,67𝑥10−8 (𝑚2 𝐾4 ) . (5777)4 (𝐾 4 ) = 6,3𝑥107 (𝑚2 )
𝐴
dir. Dünyamızın hemen dışında ( Ekzosferde ) 1m2 lik alana gelen enerji miktarı
ise farklı gruplarca yapılan hesaplamalarda 1353 ile 1394 W/m2 arasında değiştiği
bulunmuştur. En yaygın şekilde kabul görülen değeri ise 1367 W/m² dir. Bu sayıya
solar (Güneş) sabiti denir ve Isc sembolü ile verilir. Bu değer atmosfer dışında
deneysel olarak bulunmuştur ve
Isc = 1367 W/m²
[10]
Olarak verilir. Aynı zamanda bu değer Dünya Güneş arasındaki uzaklığın
değişmesinden dolayı ( 1,47 x 10¹¹ - 1,52 x 10¹¹ m ) meydana gelen mevsimsel
nedenler yüzünden değişir. Isc sabitinin gün içindeki değeri
𝐼0 = 𝐼𝑠𝑐 [1 + 0,034cos(
360.𝑁
)]
365,25
[11]
Burada N; 1 Ocak’tan itibaren geçen gün sayısıdır.
Sayfa 24 / 63
1420
1400
2
I (W/m )
1380
1360
1340
1320
0
50
100
150
200
250
300
350
1 Ocaktan itibaren gün sayısı
Şekil 19
Şekil 19’de görüldüğü gibi Temmuz – Ağustos aylarında I₀ değeri az olmasına
rağmen yazı yaşıyoruz çünkü bu dönemde Kuzey Yarım Küre Güneşe doğru
yatıktır. Güney Yarım Küre’nin yazı ise Güney Yarım Kürenin güneşe doğru yatık
olduğu Ocak Aralık gibi olmaktadır (Şekil 20). I₀ değeri Ocak ve Aralık aylarında
en büyük değerine ulaşır. Bu ne demektir?
22-23 Eylül
Sonbahar Gün Eşitliği
Şekil 20
Dünyaya gelen güneş enerjisi 130 milyon ton kömüre eşittir. Bu değer dünyada
tüketilen toplam enerjinin 15.000 katına eşittir. Sadece Türkiye üzerinde bir
yılda düşen güneş enerjisi 3,517 x 10 ¹⁵ MJ kadardır.
Solar Radyasyonun Ölçülmesi
Solar radyasyonunun ölçülmesi, sistemlerin tasarım, uygulama ve onarım
masraflarını minimuma indirmek için önemlidir[2,6,9]. Solar verideki %20 lik hata.
Sayfa 25 / 63
Solar enerjiyi Elektrik enerjisine çeviren sistemlerde % 4 ile % 20 oranında
değişime sebep olur. Bu yüzden bu ölçümler önemli bir parametredir ve bu konuda
çalışan 2 bilim dalı oluşmuştur. Bunlar:
1) Radyometri; Herhangi bir eğim açısına sahip bir yüzeye düşen doğrudan,
yayılma ve toplam solar radyasyon miktarını ölçen bilim dalıdır.
2) Fotometri; Sadece görünebilir bant’ta bulunan ışığı ölçen (400nm-700nm)
radyometrenin bir alt dalıdır.
Solar radyasyonun SI birim sistemindeki birimi W/m² dir. Ayrıca aşağıda
verildiği gibi başka birim sistemlerine de dönüştürülebilinir.
1 langley/saat = 1 kalori/(cm².saat) = 11,63 W/m²
Solar radyasyonu ölçen aletleri iki sınıfta toplayabiliriz (Şekil 21);
Solar enerjinin ölçülme yöntemleri
Solar enerji ölçümleri
Güneş Işığı Kaydedicileri
Campbell-Stokes
Foster Güneş Işığı
Kaydedicisi
Anahtarı
Piranometre
Kipp & Zonen CM11
Yankee Çevresel sistemleri TSP-1
Uluslar arası Işık modeli
Prelyometre
Kipp & Zonen CH1
Yankee Çevresel sistemleri
MFRSR
Fotovoltaik tabanlı
Şekil 21
1-) Güneş ışığı kaydediciler
Enerji ölçümü yoktur, sadece doğrudan gelen parlak güneş ışığının miktarını ve
süresini ölçen aletlerdir. İki türlü kaydedici vardır. a)Compbell – stokes güneş
ışığı kaydedicisi b) Foster güneş ışığı anahtarı
Campbell – Stokes Güneş Işığı Kaydedicisi
10 cm çapında cam bir küreden oluşur (Şekil 22). Güneşin şiddetli olduğu
durumlarda çam küre güneş ışıklarını odağına yerleştirilmiş beyaz bir kâğıt
üzerine düşür. Güneş ışığı belli bir seviyenin üstünde ise odaklanan ışın kâğıdı
yakar ve yanık çizgisinin uzunluğu parlak güneş ışığının süresini ve miktarını verir.
Sayfa 26 / 63
Bu sistem bazı hatalar oluşturur. Bunlar: Sabah ve akşam saatlerinde Güneş
şiddeti düşük olduğundan ölçüm alamaz. Nemden dolayı kâğıt üzerinde yanık geç
oluşur bu da sürenin olması gerekenden daha kısa hesaplanmasına neden olur.
Sürekli kâğıt değiştirilmesi gerekir.
Şekil 22
Foster Güneş Işığı Anahtarı
Elektroniktir. İki fotovoltaik pil ile çalışır. Biri doğrudan güneşi görür, diğeri ise
birincisi tarafından gölgelendirmiştir. Doğrudan ışın radyasyonu yokken her iki pil
de aynı sinyali verir ve fark sıfırdır. Doğrudan ışın radyasyonu artınca iki pil
arasındaki fark sıfırdan büyük olur. Bu fark ve süresi direkt olarak güneş ışığının
parlaklığıyla orantılıdır. Bu sistemler uzaktan kontrol edilebilir ve günlük bakıma
ihtiyaç duymaz.
2-) Solar enerjinin ölçülmesi;
Bu tür sistemler gelen Güneş ışığının enerji miktarını ölçerler. Bunu yaparken de
gelen ışınların Doğrudan/Işın radyasyonu, Aklık/Yansıyan radyasyon, Dağılma
radyasyonu ve Toplam/Global radyasyon olmasına bağlı olarak ayrı ayrı ölçerler.
İki farklı sistem vardır. Bunlar; Piranometre ve Prelyometre dir.
Piranometre
Global ve dağılma radyasyonunu enerji cinsinden ölçen alettir. Bir fanus içinde
konmuş siyah bir cismin sıcaklığını, altına yerleştirilmiş birden fazla ısıl çiftin
toplam geriliminin okunması prensibiyle çalışır (Şekil 23).
Fanus
Isıl çift
Sinyal Ayarlama
Yükselteç
Sayfa 27 / 63
Şekil 23
Siyah cisim gelen ışık ile ısınır ve bir ısıl çift üzerinde birim sıcaklık artışı için
yaklaşık 22µV/0C gerilim oluşturur bu gerilim değeri tabana birden fazla ısıl çift
konarak artırılabilir. Ölçülen gerilim toplam radyasyon miktarı ile orantılıdır. En
çok kullanılan piranometre modeli Kipp&Zonen CM 11 dir (Şekil 24). İçinde 100
ısıl çift vardır ve 4-6 µV/W/m2 hassasiyette 305-2800 nm dalga boyu arasındaki
ışınların enerjisini ölçer. 0 – 4000 W/m² maksimum ölçüm aralığı vardır. En
önemli dezavantajı beslemeye ihtiyaç duymasıdır.
Şekil 24
Bir başka piranometre modeli ise Yankee Çevresel Sistemleri TSP 1 modelidir.
Kipp&Zonen modeline benzer ancak bu modelde ısıl çift yerine platinyum ince film
direnç kullanılır. Bu değişiklikle sistem 3mV/W/m² hassasiyetiyle 300 – 3000 nm
dalga boyu arasındaki ışınların enerjisini ölçer. Bu sistem de beslemeye ihtiyaç
duyar. YESDAS – 2 modeli de TSP1’in bir üst modelidir ve insansız çalışabilir.
Uluslar arası Işık IL 1700 modeli ise; Sensörlerle ( foto diyot ) ışık algılar ve
algıladığı ışık miktarınca akım oluşturur. Okunan akım fiziksel hesaplamalarla
enerji cinsinden verilir. Bu aletler 10-13 A hassasiyetinde akım okuyabilir.
Elektronik alet olduklarından (Şekil 25) beslemeye ihtiyaç duyarlar.
Şekil 25
IL1400A modeli ise IL 1700 modelin elde taşınır modeldir. Batarya ile çalışır.
Sayfa 28 / 63
Yellotsolorimetresi HD9021 modeli ise Fotovoltaik Pil Tabanlı piranometredir.
Bu piranometrelerde pil üzerine düşen ışığın oluşturduğu akım ile pilin kısa devre
akımı oranlandığında bulunan sonuç solar radyasyon ile doğru orantılıdır.
∝=
Bu
𝐼𝐾𝐷
[12]
𝐼
orantı
değerleri
solar
radyasyon
cinsinde
ölçeklendirilir.
Bu
tür
piranometrelerin en büyük avantajları ucuz olması sıcaklığa duyarlı olmaması ve
harici bir güç kaynağına ihtiyaç duymamasıdır.
Tüm bu modeller toplam radyasyon ölçerler. Dağılmaya radyasyonunu ölçmek için
bu aygıtlara gölgelik eklenir (Şekil 26) ve doğrudan radyasyon engellenir. Ancak
gölgeliğin konumu güneşin hareketi ile birlikte sürekli olarak ayarlanmalıdır.
Gölgelik kullanılarak ölçülen dağılan ışın ile gölgelik kullanmadan ölçülen
toplam/global
radyasyon
birbirinden
çıkarıldığında
doğrudan
gelen
ışınım
radyasyonumu bulmuş oluruz. Bu sistemler eğik düzlemlerin üzerine düşen güneş
radyasyonunun hesaplanmasında kullanılır. Ancak bu aletlerin kalibrasyonu yüzey
açısıyla değişir bu yüzden üretici firmalar yüzey açısına göre kalibrasyon
tabloları hazırlarlar.
Şekil 26
Prelyometre
Doğrudan/Işın radyasyonu ölçen alettir. Piranometre ile aynı sisteme sahiptir,
ancak; Şekil 27’da görüldüğü gibi sistem uzun bir borunun en altına konmuştur bu
yüzden sadece doğrudan gelen ışınları alır. Aynı zamanda güneşi takip eden
elektronik düzeneği olduğundan ve uzun boru sayesinde dağılan ve yansıyan
ışınları bertaraf eder. Dağılan ve yansıyan ışınlar boru içindeki soğurucu yüzey
tarafından sensöre gelmeden soğrulacaktır. Bu sistemler sürekli olarak Güneşi
takip etmelerinden birçok düzeltmeye gereksinim duyarlar. Örneğin her zaman
güneşe dik durmalıdırlar.
Sayfa 29 / 63
Şekil 27
Dünya’nın Geometrik Şekli
Dünya Güneş etrafındaki bir turunu 1 yıl da(365 gün 5 saat 48 dak.=365,242 gün)
tamamlar ve eliptik eksen ile arasından max. 23,45° lik açı vardır. Bu açı 1
Ocak’tan itibaren her gün için değişir. 21-22 Haziran da bu açı 23,45° iken 21-22
Kasım da -23,45° dir. Bu günler yaz ve kış gündönümü olarak bilinir. 21-22 Mart
ve 20-21 Eylül dönemlerinde ise bu açı sıfır derecedir. Bu günler ise ilkbahar ve
sonbahar ekinoksu/gün eşitliği dir ( bkz Şekil 20). Bu değişim sayesinde
mevsimler oluşur.
Dünya yüzeyindeki bir konumu tarif edebilmek için Dünya yüzeyi enlem ve
boylamlara
ayrılmıştır[2,6,8,9,10,11].
Ekvator
çizgisi
0.
enlem
iken,
0.
boylam/meridyen (başlangıç meridyeni) Greenwhic tir (Şekil 28). Buranın
doğusunda 180 adet meridyen/boylam vardır ve bu boylamlar (+) değerliklidir
(Örneğin
260
boylam
gibi).
Greenwhic’in
batısında
ise
gene
180
adet
0
meridyen/boylam vardır bunlar (–) dir (Örneğin -26 boylam gibi) . Meridyenler
arası uzaklık sadece ekvatorda 111 km’dir. Kutuplara yaklaştıkça meridyenler
arası mesafe küçülür. Enlemler ise 1° lik aralıklarla ve aralarında 111 km olacak
şekilde yerleştirilmişlerdir. Kuzey yarım kürede 90 Güney Yarım Kürede de 90
adet enlem vardır. Enlemler arası fark bulunurken aynı yarım kürede ise çıkarılır.
Farklı yarım kürelerde ise dereceler toplanır.
Şekil 28
Sayfa 30 / 63
Aynı meridyenler üzerindeki noktalar aynı yerel saate sahiptir. Ekvatorda
meridyenler arasında 4 dakika vardır, her 15 meridyen 1 saat fark demektir. Bu
değer güneş saatini hesaplamada kullanılır. Ayrıca dünyamız 15 meridyende bir
saat bölgelerine ayrılmıştır (Şekil 29).
Şekil 29
Şekil 29’de görüldüğü gibi Türkiye 42 ° , 36° enlemler ve 26° , 45° boylamlar
arasında kalır. Böylece hem +2 saat diliminden hem de +3 saat diliminden
faydalanır. Kış saati +2 saat dilimine göre iken yaz saati +3 saat dilimine göre
ayarlanır. Kış saatinde 300 boylam ref. alınırlen yaz saati uygulamasında 450
boylam meridyeni ref. alınır.
41 ° 00 ‘ 16’’ N (kuzey enlemi) ve 28° 58’ 59’’ E (doğu meridyeni) koordinatlarını
derece cinsinden hesaplamak için her iki koordinat için simetriden faydalanılarak
𝑑𝑎𝑘𝑖𝑘𝑎
(derece +
60
+
𝑠𝑎𝑛𝑖𝑦𝑒
3600
) formülü kullanılır.
Deklikasyon Açısı ( 𝜹 );
Güneşten gelen ışınların öğle vakti ekvator düzlemiyle yaptığı dar açıdır (Şekil
30). Bu açı yıl boyunca değişir ve
360
𝛿 = 23,45°. 𝑠𝑖𝑛 [365 (284 + 𝑁)]
[13]
Şekil 30
ifadesi ile verilir. Burada N; 1 Ocaktan itibaren geçen gün sayısıdır. Örneğin 17 Şubat için
N=31+17=48 dir.
Sayfa 31 / 63
Saat Açısı (w);
Güneş ışınlarının, öğle vaktinde bulunduğu boylam ile göz önüne alınan yerin
boylamı arasındaki açıdır. Öğle vakti ( 0 ), öğleden önce ( - ), öğleden sonra ( + )
alınan bir açıdır (Şekil 31).
[14]
𝑤 = 15(𝑡𝐺𝑠 − 12)
İfadesi ile verilir. Burada tGs güneş saatidir ve aynı anda dünyadaki farklı
konumlar (meridyenler) için değeri farklıdır.
Batı
Doğu
Sabah
100 boylam
Öğle
Öğleden sonra
110 boylam
120 boylam
Şekil 31
Güneş saati, yerel saatten farklıdır. Güneş saatine göre saat 12, bulunan
konumdaki en küçük gölgenin olduğu andır. Oysaki yerel saat belli referans
meridyenlerine göre hesaplandığından belli bölgeler içinde (saat dilimleri) gölge
uzunluğuna bakılmaksızın her yerde aynıdır. Güneş saatini yerel saatte çevirmek
için iki düzeltme yapılması gerekir. Birincisi, gözlemcinin bulunduğu meridyen ile
yerel saatin hesaplandığı referans meridyeni arasındaki saat düzeltmesi ( her
meridyen arası 4 dak. dır). İkincisi, zaman denklemi düzeltmesidir. Bu ise
dünyanın dönmesindeki zamansal sapmaların gözlemcinin bulunduğu meridyene
etkisidir. Buna göre güneş saatinin yerel saat ile olan ilişkisi
𝐸
1
𝑡𝐺𝑠 = 𝑡𝑌𝑠 + 60 ∓ 15 (𝑀𝑧 − 𝑀0 )
[15]
Olarak verilir. Burada tYs; yerel saat (saat), E; Dünyanın güneş etrafında hareket
ederkenki hızının düzensizliğinden kaynaklanan ve aşağıdaki ifadeyle hesaplanan
zaman denklemi düzeltmesi (dakika), Mz; saat diliminin başladığı meridyen
(derece cinsinden), M0; gözlemcinin bulunduğu meridyen (derece cinsinden) dir.
Eşitlikteki ± ise doğu meridyeni bölgesinde ise – , batı meridyeni bölgesinde ise +
olarak alınır.
𝐸 = 9,87 sin(2𝐵) − 7,53 cos(𝐵) − 1,5sin(𝐵)
Sayfa 32 / 63
𝐵=
360(𝑁−81)
[15]
364
Olarak verilir. N; gün sayısıdır.
Örnek ; E doğu meridyende yer alan Bombay’deki güneş saatini 1 Kasım da ve saat 15:00 a
göre hesaplayınız. Standart saat bölgesini 82.50° doğu olarak alabilirsiniz. Sonuç : 1 Kasımın
gün sayısı 305 ‘tir. x değerini ; x =
360 ( 305−1 )
365.242
= 299.64° olarak hesaplanır.
Şekil 32
Yükseklik Açısı ( 𝜶 );
Güneş ışınımı ile yatay yüzey arasındaki açıdır. Şekil 32’e göre α = 𝟗𝟎𝟎 − θ𝒛 dir.
Güneş Azimut Açısı (𝛃 );
Güneş ışınlarının kuzeye göre, saat dönüş yönünde sapmasını gösteren açıdır.
Yüzey Azimut Açısı (𝜸);
Yatay yüzeye dik yüzey normalinin ( dikeyinin ), yerel boylarına göre sapmasını
gösteren açıdır. Güneye bakan yüzeyler için 𝜸 = 0° olur. Doğuya yönelen yüzeyde
( + ) , batıya yönelen yüzeyde eksi ( - ) değer alır.
Zenit Açısı (𝜽𝒛 );
Güneş ışınlarını ile yatay yüzeyin dikeyi arasındaki açıdır. Şekil 32’e göre 𝜽𝒛 =
𝟗𝟎𝟎 − 𝜶 olur.
Enlem Açısı (∅ );
Dünya üzerindeki bir noktayı Dünya merkezine birleştiren yarıçapın ekvator
düzlemi ile yaptığı açıdır (Şekil 28).
Sayfa 33 / 63
Yüzey Açısı (S);
Eğik yüzey ile yatay arasındaki açıdır. Ekvatora yönelen yüzey için artı ( + ) değer
alır.
Geliş Açısı (𝜽);
Eğik yüzeyin normali ile gelen güneş ışını arasındaki açıdır.
Güneye Bakan Eğik Yüzey Geliş Açısı (𝜽𝒕 );
Güneye bakan eğik yüzeyin normali ( dikeyi ) ile gelen güneş ışını arasındaki açıdır.
Eğik bir yüzey için geliş açısı () Şekil 32’de görüldüğü gibi birçok açıya bağlıdır.
Geliş açısının diğer açılarla ilişkisi
𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑠𝑖𝑛𝜙 . 𝑠𝑖𝑛𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝑆 + 𝑠𝑖𝑛𝜙 . 𝑐𝑜𝑠𝛿 . 𝑐𝑜𝑠𝛾 . 𝑐𝑜𝑠𝑤 . 𝑠𝑖𝑛𝑆
+𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝑤. 𝑐𝑜𝑠𝑆 − 𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑠𝑖𝑛𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝛾. 𝑠𝑖𝑛𝑆
+𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑠𝑖𝑛𝛾. 𝑠𝑖𝑛𝑤. 𝑠𝑖𝑛𝑆
[16]
İfadesi ile verilir. Eğik yüzeyimiz yatay yüzeye (dünya yüzeyi) dik ise (S=900)
Eş. [17] daha basitçe
𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑠𝑖𝑛𝜙 . 𝑐𝑜𝑠𝛿 . 𝑐𝑜𝑠𝛾 . 𝑐𝑜𝑠𝑤 − 𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑠𝑖𝑛𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝛾
+𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑠𝑖𝑛𝛾. 𝑠𝑖𝑛𝑤. 𝑠𝑖𝑛𝑆
[17]
Olarak verilir. Eğik yüzeyimiz hem yatay yüzeye (dünya yüzeyi) dik (S=900)
hem de tam Güneye bakıyorsa (=00) Eş. [17] daha basitçe
𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑡 = 𝑠𝑖𝑛𝜙 . 𝑐𝑜𝑠𝛿 . 𝑐𝑜𝑠𝑤 − 𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑠𝑖𝑛𝛿
[18]
Olarak verilir. Eğik yüzeyimiz yatay yüzeye paralel (S=00) ise =z olur ve
𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑧 = 𝑠𝑖𝑛𝜙. 𝑠𝑖𝑛𝛿 + 𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝑤
[19]
Olarak verilir. Eğik yüzeyimiz yatay yüzeyle 00<S<900 arasında bir açı
yapıyor ve tam güneye bakıyor ise (=00) Eş. [17] daha basitçe
𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑡 = 𝑠𝑖𝑛𝛿. sin(𝜙 − 𝑆) + 𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑐𝑜𝑠𝑤. cos(ϕ − S)
[20]
Olarak verilir.
Sayfa 34 / 63
Not: Bulduğumuz tüm bu açılar atmosferin olmadığı düşünülerek hesaplanmıştır.
Çünkü atmosfer hesaba katılırsa, uzaydan gelen ışınlar atmosfere girerken
kırılma değerlerini de hesaba katmak gerekir. Bu ise oldukça karmaşık bir iştir.
Bu yüzden atmosfer yokmuş gibi davranılır.
Herhangi bir yerin bir gün içinde Güneş ‘i görme süresine güneşlenme zamanı
denir. Güneşlenme zamanı birimi derece( ° ) veya saat olarak verilir. Yurdumuza
meteoroloji istasyonlarında güneşlenme zamanı “helyograf” adı verilen bir cihazla
ölçülmektedir. Bu cihazla yapılan ölçümler havadaki nemin sonuçları etkilemesi
nedeniyle hassas değildir. Günümüzde artık çoğu meteoroloji istasyonlarında
güneşlenme zamanı ölçümleri güneş pilleri ile çalışan “solarimetre” adı verilen
cihazlarla yapılmaktadır. Güneşlenme zamanı, gündoğumu açısı hesaplanarak ta
bulunabilir.
Gün doğumu açısını hesaplarken yüzeyimizi yatay olarak düşünmeli (S=00) ve
güneş yükseklik açısının da =00 olması gerekir. Bu durumda zenit açısı z==-900
dir. Bu varsayımları eşitlik 17’de yerine koyarsak ve gün doğumu için saat acısının
negatif olduğu göz önüne alındığında gün doğumu saat açısı
𝑤𝐺𝐷 = −cos −1(−𝑡𝑎𝑛𝜙. 𝑡𝑎𝑛𝛿)
[21]
Olarak bulunur. Gün batımı açısı ise aynı koşullar altında zenit açısı z==900
olduğunda gerçekleşir. Gün batımı için saat acısının pozitif olduğu göz önüne
alındığında, gün batımı saat açısı
𝑤𝐺𝐵 = cos −1(−𝑡𝑎𝑛𝜙. 𝑡𝑎𝑛𝛿)
[22]
Olur. Gün doğumu ve gün batımı saat açıları biliniyorsa günlük güneşlenme açısı
𝑤𝐺 = |𝑤𝐺𝐷 | + |𝑤𝐺𝐵 | = 2. cos −1(−𝑡𝑎𝑛𝜙. 𝑡𝑎𝑛𝛿)
[23]
Olarak açı cinsinden bulunur. 150, 1 saat’e karşılık geldiğine göre günlük
güneşlenme süresi güneş saati cinsinden
𝑡𝐺𝑠ü =
𝑤𝐺
15
=𝟐
cos−1 (−𝑡𝑎𝑛𝜙. 𝑡𝑎𝑛𝛿)
𝟏𝟓
[24]
Olarak bulunur (saat). Bu sürenin tam ortası öğle saati olduğundan gün doğumunu
güneş saati
𝑡𝐺𝐷 = 12 −
𝑡𝐺𝑠ü
2
[25]
Sayfa 35 / 63
ve gün batımı güneş saati
𝑡𝐺𝐵 = 12 +
𝑡𝐺𝑠ü
[26]
2
Olarak verilir.
Yatay Yüzeye Dünya Dışında Dik Gelen Radyasyon Miktarı
Dünya dışında dik bir yüzeye gelen güneş ışınımları Eş. 11 ile verilmektedir. Bu
360.𝑁
ifadeyi hatırlarsak 𝐼0 = 𝐼𝑠𝑐 [1 + 0,034cos(365,25)] idi. Şekil 33’deki gibi dünya
yüzeyimizdeki bir yüzeye dik gelen ışınlar ise atmosferdeki kayıpları ihmal
edersek
[27]
𝐼 = 𝐼0 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑧
Olarak verilir. Bu değer bir saniyede yüzeye gelen ışın miktarıdır. Güneşlenme
süresince yatay yüzeye dik olarak gelen ışın miktarı (atmosferdeki kayıpları
ihmal edersek) ise
[28]
𝐻0 = ∫ 𝐼. 𝑑𝑡
İfadesi ile verilir. Burada 𝑡 =
180𝑤
15𝜋
olarak verilir değişken değiştirilip – wGD = wGB
dan wGD kadar integral alınırsa
360 . 𝑁
𝐻0 = 3600. 𝐼𝑠𝑐 . [1 + 0,034 . cos( 365,25 )] .
24
𝜋
. (𝑐𝑜𝑠𝜙. 𝑐𝑜𝑠𝛿. 𝑠𝑖𝑛𝑤𝐺𝐵 +
𝜋 . 𝑤𝐺𝐵
. 𝑠𝑖𝑛𝜙
180
. 𝑠𝑖𝑛𝛿)
[29]
Olur. Burada Isc=1367 W/m2, N; gün sayısı ve diğer değişkenler açı cinsinden
olmak üzere Ho’ın birimi J/m2 olarak verilir. İki saat arasında (w1<w2) yatay
yüzeye dik olarak gelen ışın miktarı (atmosferdeki kayıpları ihmal edersek)
ise
𝟑𝟔𝟎 . 𝑵
𝟐𝟒
𝟑𝟔𝟓,𝟐𝟓
𝝅
𝑯𝟎 = 𝟑𝟔𝟎𝟎. 𝑰𝒔𝒄 . [𝟏 + 𝟎, 𝟎𝟑𝟒 . 𝐜𝐨𝐬(
)] .
. [𝒄𝒐𝒔𝝓. 𝒄𝒐𝒔𝜹. 𝒔𝒊𝒏(𝒘𝟐 − 𝒘𝟏 ) +
(𝒘𝟐 −𝒘𝟏 ).𝝅
𝟏𝟖𝟎
. 𝒔𝒊𝒏𝝓 . 𝒔𝒊𝒏𝜹]
[30]
Olarak verilir.
Sayfa 36 / 63
Atmosfer dışında dik bir
yüzeye gelen ışınlar
Atmosfer
Dünya
ihmal
edilerek
yüzeyindeki
eğik
yüzeylere gelen ışınlar
Şekil 33
Güneş enerjisi uygulamalarında en önemli girdilerin başında ışınım şiddeti
gelmektedir.
Aktinograflarla
yapılan
ölçümlerde
%
50’ye
ulaşan
hatalar
saptanmıştır. (Aktinograf: Meteoroloji istasyonlarında yatay ve güneye bakan
yüzeylerde ışınım şiddetini ölçmekte kullanılan cihazdır.)
Güneşlenme zamanı, ortam sıcaklı, bağılnem gibi meteorolojik parametrelere;
enlem açısı ve yükseklik gibi astronomik parametrelere kıyasla, daha güç ölçülen
Dünya yüzeyindeki ışınım şiddetinin teorik olarak hesaplanması amacıyla sayıları
yüzü aşan ampirik bağıntılar ileri sürülmektedir. Buna rağmen henüz evrensel bir
ışınım şiddeti eşitliği bulunamamıştır. Dünya yüzeyindeki Işınım şiddet eşitliğinin
genel formu:
H=f( Ho,,tGs,z,R,Tm, h,)
ile verilmektedir. Burada: H; Dünya yüzeyinde hesaplanan ışınım şiddetini, Ho;
güneş sabitini,  enlem açısı, tGs; ölçülen güneşlenme zamanı, z; teorik
güneşlenme zamanı, R; bağıl nem, Tm; maksimum günlük sıcaklık, h; ilgili yerin
denizden itibaren ölçülen yüksekliği (rakım) ifade etmektedir.
Toplam güneş ışınım bağıntılarında; güneşlenme süresi, bağıl nem, atmosfer
basıncı, sıcaklık ve bulutluluk oranı gibi meteorolojik verilerin biri veya birkaçı
kullanılabilir.
En yaygın kullanılan eşitlik:
𝐻
𝐻0
𝑛
= 𝑎 +𝑏𝑁
dir. Burada,
Sayfa 37 / 63
H: Aylık ortalama gün boyu gelen güneş ışınımı (Dünya yüzeyinde),
Ho: Aylık ortalama gün boyu gelen atmosfer dışı ışınım,
H/H0: Bulutluluk indeksi = KT,
n: Aylık ortalama güneşlenme süresi,
N: Aylık ortalama gün uzunluğu,
a ve b: Güneş ışınımı ve güneşlenme süresi ölçümlerine dayanılarak istatiksel
yöntemlerle belirlenen sabitlerdir.
Bu sabitler, bölgenin iklim durumu, topografik yapısı ve bitki örtüsüne bağlıdır.
Burada kullanılan ölçüm değerlerinin uzun yıllar (on yıl gibi) ortalaması olması
gerekir. Türkiye genelinde yapılan hesaplamalar sonucunda: a=0,18 ve b=0,62
olarak bulunmuştur.
Güneş enerjisi kullanan sistemlerin tasarımında, Dünya yüzeyindeki eğimli yüzeye
gelen güneş ışınımının bilinmesi önemli bir parametredir. Bu parametrenin
hesaplanabilmesi için yatay yüzeye gelen toplam, yaygın ve direkt güneş ışınım
değerlerinin bilinmesi gerekir. Ancak bu değerlerin hesap yoluyla bulunması
coğrafik, meteorolojik ve astronomik parametrelere bağlıdır. Bu parametrelerin
gün içinde bile değişebilmesi hesaplamalarda karşılaşılan başlıca sorunlardan
biridir. Buna rağmen birçok kitapta (ref. 2,7,8) bu hesaplamalarla ilgili karmaşık
ifadeler mevcuttur. Ancak biz bunları kullanmak yerine daha kolay bir yöntem
olan atmosfer dışında düz veya eğimli yüzeye gelen güneş ışınlarının değerlerini
bularak dünya yüzeyinde de bu değerlerin yaklaşık %50 sininin geldiğini kabul
edeceğiz. Şunu kesinlikle bilmek gerekir ki Dünya yüzeyine gelen ışınların en
doğru değerleri deneysel yollarla yapılan ölçümler sonucunda elde edilir. Bizim
yaptığımız sadece bir yaklaşımdır.
Sayfa 38 / 63
Bir yerin güneş enerjisi açısından uygun olabilmesi için teorik ve deneysel olarak
bulunan güneş ışınım şiddetleri ile güneşlenme zamanı değerlerinin birbirine yakın
değerde olması gerekir.
Ülkemiz de Güneş enerjisi araştırma ve geliştirme konularında EIE’nin yanında
TÜBİTAK, Marmara Araştırma Merkezi (MAM) ve Üniversitelerin Temiz Enerji
Enstitülüleri/Araştırma Merkezleri görev yapmaktadır.
Türkiye 36-42° enlemlerinde yer almakta ve “Güneş Kuşağı” olarak adlandırılan
40°+40° enlemlerinin arasında bulunmaktadır. Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle
sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı
durumdadır (Şekil 34). Güneş’ten dünyaya saniyede yaklaşık olarak 170 milyon
MW enerji gelmektedir. Türkiye’nin yıllık enerji tüketiminin 100 milyon MW
olduğu düşünülürse bir saniyede dünyaya gelen güneş enerjisi, Türkiye’nin enerji
üretiminin 1.700 katıdır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü’nde (DMI)
mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti
verilerinden yararlanarak Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü (EİE)
tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye’nin ortalama yıllık toplam güneşlenme
süresi 2640 saat (günlük ortalama 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311
kW/m2-yıl (günlük ortalama 3,6 kWh/m2) olduğu tespit edilmiştir.
EIE’nin yaptığı ölçümlerde ülkemiz üzerine düşen güneş ışınlarının aylık değerleri
ve güneşlenme süreleri Tablo 1’de, bölgelere düşen güneş ışınlarının aylık
değerleri ve güneşlenme süreleri ise
Tablo 2’de verilmiştir[12].
Sayfa 39 / 63
Şekil 34
Tablo 1
Tablo 2
Güneş Enerjisinin Bazı Kullanım Alanları
Güneş enerjisi ile çalışan ilk makine 1878’de Fransa’da bir sergide gösteri amaçlı
denenen bir baskı makinesidir. Güneş ışınları bir su kazanına odaklanarak su
buharı elde edilmiş, su buharı da buhar türbinini çalıştırmakta, buhar türbini
yardımıyla da matbaa makinesi çalıştırılmıştır. Güneş makinesi adı verilen bu ısı
makineleri özellikle tarımda ve su pompalama işlemlerinde kullanılmıştır.
Günümüzde, güneş ısı uygulamalarında kullanılan düzenekler;
• Güneş toplayıcıları (düzlemsel, parabolik ve silindirik)
• Güneş pişiricileri
• Güneş fırınları
• Güneş santralleri
• Güneş ile su damıtma sistemleri
Sayfa 40 / 63
• Güneş ile kurutma sistemleri
• Güneş evleri ve seraları
• Güneş havuzları
• Isı depolama sistemleri olmaktadır.
Bu sistem ve cihazlar yardımıyla güneş ısı uygulamaları yapılmaktadır. Bu
uygulamaların başlıcaları:
• Su ısıtma (ev ve sanayi amaçlı)
• Hacim ısıtma (ev, iş merkezi gibi benzeri yapıların ısıtılması)
• Soğutma
• Isıl-kimyasal işlemler
• Kurutma (tarım ürünleri, balık gibi)
• Arıtma (Deniz suyunda içme suyu elde etme gibi)
• Elektrik enerjisi elde etme
• Yemek pişirme
• Su pompalama
• Yüzme havuzu ısıtma
• Hidrojen gazı elde etme
• Güneş seraları
Güneş enerjisinin kullanıldığı bu alanlar daha da çoğaltılabilir
Güneşten Enerji Elde Etme Yöntemleri
Güneşten enerji elde etme yöntemleri temelde iki kısma ayrılır (Tablo 3). Bunlar
Isıl Teknolojiler ve fotovoltaik sistemlerdir. Fotovoltaik sistemler yarıiletken
teknolojisini bir ürünü olup güneş enerjisini direkt elektrik enerjisine çeviren
sistemlerdir.
Bu
konu
ayrı
bir
ders
olarak
işleneceğinden
bu
derste
anlatılmayacaktır.
Sayfa 41 / 63
Tablo 3
Güneşten Enerji Elde Etme Yöntemleri
Fotovoltaik Sistemler
Isıl Teknolojiler
(Ayrı bir
işlenecek)
Aktif Sistemler
(Toplanan
enerji
kullanılacak
ortama
mekanik elemanlar yardımıyla aktarılır)
Soğutma Amaçlı
Elektrik Üretmek
Amaçlı
Isınma Amaçlı
Pasif Sistemler
(Toplanan
enerji
kullanılacak
ders
konusu
olarak
ortama
doğal yollarla aktarılır)
Doğrudan Kazançlı



Seralar

Çatı Açıkları 
Pencereler





Dolaylı Kazançlı
Doğal dolaşımlı toplayıcılar
Trombe Duvarı
Su Duvarı
Çatı Duvarı
İlave Güneş Mekanı
Termosifon Kollektörler
Güneş Duvarları
Bu dersin konusu olan ısıl sistemler Aktif ve Pasif Sistemler olarak ikiye
ayrılırlar.
Aktif Sistemde, toplanan enerji, kullanılacak mekâna mekanik ve elektronik
kontrol elemanları yardımıyla aktarılır. Güneş enerjisi ile ısıtma siteminde
kullanılan akışkanın (su veya hava) sistemde dolaşımı pompa, fan gibi cihazlar
yardımıyla sağlanır.
Pasif sistemlerde; toplanan enerji, kullanılacak mekâna tamamıyla doğal yollarla
aktarılır. İki türlü pasif sistem vardır. Bunlar; Doğrudan kazançlı pasif ısıtma
sistemi ve Dolaylı kazançlı pasif ısıtma sistemi dir.
Aktif ve pasif sistemler ısıl sistemlerin her teknolojisinde kullanılabilir. Bu
yüzden bir sistemin aktif mi? pasif mi? olduğu sistemin teknolojisine göre
belirlenir. Örneğin pasif bir sisteme mekanik bir eleman bağlandığında, sistem
aktif hale dönüşür.
Hangi sistem olursa olsun bu sistemlerde kullanılan güneş ışını;

Coğrafik konuma
Sayfa 42 / 63

Sistemin Yapılandırılmasına / Konuşlandırılmasına

Sistemin tipine

Gün zamanına

Atmosfer koşullarına
bağlıdır. Ayrıca sistemleri seri / paralel bağlayarak ısıl etki artırabilir. Böylelikle
buhar türbinleri çalıştırılabilir.
Hangi sistemi kullanırsak kullanalım bu sistemlerin hepsi için termodinamiğin
temel kanunları geçerlidir. Bu sistemlerdeki ısı transferi de üç yolla meydana
gelir. Bunlar Işınım, İletim ve Taşınım dır. Bu kavramlar termodinamik dersinde
ayrıntılı bir şekilde tartışılacaktır. Ancak anlatacağımız sistemleri anlayabilmek
açısından bu üç kavramın tanımları ve formülleri aşağıda kısaca verilmiştir.
Işınım.
Sıcak bir yüzeye sahip olan her çisim sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle orantılı
olarak bir ışın yayar. Bu kanun Stefan Boltzman kanunu olarak bilinir. Isıl
sistemlerde istenmeyen bir durumdur. Çünkü toplayıcıların ısınan soğurma
yüzeyleri bu şekilde ısı kaybederler
Kara cisim tarafından yayılan ışınımın Eş. [2] ile verildiğini daha önce söylemiştik.
Herhangi bir sıcak yüzeyden yansıyan ışınım ise
[31]
𝐸 = 𝜀𝐴𝜎𝑇 4
İle verilir. Burada ; yüzeyin yayıcılığı (0  1); A; alan (m2); ,Stefan Boltzman
𝑊
sabiti (5,67 x 10⁻⁸𝑚²𝐾⁴); ve T; yüzey sıcaklığıdır (K4).
İletim
Maddenin parçacıkları arasındaki etkileşmenin sonucu olarak yüksek enerjili
parçacıkların düşük enerjili parçacıklara enerji aktarmasıdır. Örneğin bir kutu
kola düşün kolayı çevreleyen alüminyum (Al) kutunun bir yüzeyi sıcak havayla
temas halinde iken diğer yüzeyi soğuk kola ile temastadır. Bu durumda Al Kutunun
kalınlığı boyunca, üzerinde sıcaklık farkından dolayı bir ısı transferi olacaktır. Ve
Al kutu içindeki kola ısınacaktır. Bu olaya iletim ile ısı transferi ve ya
Fourier ısı iletim kanunu denir ve
𝑄 = −𝑘
𝑇2 −𝑇1
∆𝑥
[32]
Sayfa 43 / 63
İfadesi ile verilir. Burada k; ısıl iletim katsayısı (W/(m0C)), T; sıcaklık (0C), x;
yüzeyin kalınlığı (m) dir.
Taşınım
Hareketli akışkan (su, hava) ile sabit katı veya sıvı bir yüzey arasındaki ısı
transferidir. Ve
[33]
𝑄𝑇𝑎 = ℎ. ∆𝑇 = ℎ. (𝑇𝑦 − 𝑇∞ )
İfadesi ile verilir. Burada h; ısı taşınım katsayısı (W/(m 2 0C)), Ty; yüzey sıcaklığı
(0C), T; havanın sıcaklığı.
Örneğin yeni haşlanmış bir yumurtayı masa üstüne koyduğunuzda yumurtanın
sıcaklığı taşınımla havaya aktarılacak ve yumurta soğuyacaktır. Aynı şekilde bir
kap fincanın ağzından sıcak kahve ile soğuk havanın etkileşmesi gene taşınımla
ocaktır. Ancak fincanın duvarlarından olan ısı transferi iletimledir. Neden?
Pasif Isıtma ve Havalandırma Sistemleri
1973 yılında enerji kaynaklarının tükenebilirliğinin farkına varılması, malzeme
bilimindeki ilerlemeler, cam ve termal yalıtım gibi bina malzemelerinde yüksek
verim sağlamıştır. Pasif güneş enerjisi kullanımı ile bina tasarımı yaklaşımı,
güneşten kazanılan enerjinin maksimize edilmesinden daha farklıdır; bu yaklaşım
fiziksel çevre koşullarının en iyi kullanımı, bina kabuğunun komple kontrolü,
maliyet değerleri, iklimsel ve görsel konfor, kullanıcının tasarımı yaklaşımıdır.
Pasif güneş enerjisi ile ısıtılan evde, ısıyı kazanmak, depolamak ve kullanıcılara
dağıtmak üzere kullanılan malzemelerden yararlanılır. Tuğla, beton, taş ve su gibi
yüksek ısı depolama kapasitesi olan ısı akışına gereken önemin verilmesi ile
gerçekleşir.
Sirkülasyon
sistemi,
pencere
konumları,
duvar
döşeme
malzemelerinin seçimi pasif güneş enerjisi faktörlerdir. Güneş enerjisi ile
tasarlanan ev, hem geleneksel fonksiyonlarını içeren hem de ısı toplama, depolama
ve yayma fonksiyonlarını içeren bileşenlerden meydana gelmiştir. Duvarlar da
mekanı sınırlamak olan işlevleri yanında ısıyı depolama ve yayma işlevini de yerine
getirir.
Doğrudan Kazançlı Pasif sistemler
Doğrudan kazançlı pasif sistemler genelde seraların ve konutların ısıtılmasında
kullanılır. Bilhassa 1970’li yıllarda yaşanan enerji krizinden sonra konutlarda
güneş enerjisinden yararlanılarak pasif ısıtma ve soğutmaya yönelik çalışmalar
Sayfa 44 / 63
artmıştır. Kış güneşinin yatık, yaz güneşinin ise dik gelmesinden en iyi şekilde
yararlanmak
için
Güneş
Mimarisi
geliştirilmiştir.
Günümüzde
yalıtım
malzemelerindeki gelişmeler kullanılarak binaların güney cepheleri daha geniş
pencereler içerecek şekilde tasarlanarak güneş ışınlarının gün boyunca mekan
içine girmesi ve buraya yerleştirilmiş termik kütleler tarafından depolanması
sağlanmaktadır. Termik kütle güneş ışınlarının çoğunu karşılayacak şekilde mekan
içine yerleştirilmelidir. Gerekirse yansıtıcı yüzeyler kullanılarak ışığın mekan
içinde homojen olarak dağılması sağlanmalıdır. Bu metotla güneş enerjisinin
dağıtımı, termik kütlenin yüzey sıcaklıklarının daha düşük olmasını ve mekan
içerindeki sıcaklık dalgalanmalarını önleyecektir.
Ancak bu sisteminde bazı dezavantajları vardır. Bunlar;

Termik kütlenin gelen güneş ışınlarından tümüyle yararlanamaması ve uygun
yalıtım
standartlarının
doğru
uygulanmaması
sonucu,
pasif
ısıtma
sistemlerinden gerektiği gibi faydalanılamaz.

Büyük cam yüzeyler akşamları ısı kaybından veya parıltıdan dolayı bir
rahatsızlık yaratabilir.

Sabit
olmayan
mobilyalar
termik
kütlenin
güneş
ışınımı
almasını
engelleyerek verimin düşmesine neden olabilir.
Şekil 0.1.Doğrudan kazançlı pasif sistemi [18]
Yaz aylarında ise doğrudan kazançlı sistemlerde gelen ışınları dağıtan/yansıtan
camların kullanımı veya düz cam arkasına açık renkli bir perdenin konması,
pencere önlerine panjurların yapılması, gelen güneş ışınımının mekan içerisine
girmesini engelleyecek ve mekanın daha serin olmasını sağlayacaktır.Şekil 0.1’de
Sayfa 45 / 63
konutlar için doğrudan kazançlı pasif sistemlerin çalışma şeması gösterilmiştir
[12,15,19,20].
Pencereler
Doğrudan kazançlı pasif sistemlerin en etkin ve en basit yöntemi güneş
penceresidir. Pencereler genelde binanın güney cephesine yerleştirilirler. Güneye
bakan pencereler kışın yatık gelen ışınlardan daha fazla yararlanır ve yazın dik
gelen ışınlardan üzerlerindeki saçak yardımıyla kolaylıkla korunurlar (Şekil 0.2).
Pencerelerden içeriye giren ışınlar duvarlar ve döşemeler tarafından soğurulur ve
ısı enerjisine dönüşür. Mekanın sıcaklığı azaldığında bu ısı ışınım ve taşınım yoluyla
tekrar mekana verilir. Bu sistemin en önemli avantajları basit ve kolay
uygulanabilmesi ve binaya ek bir maliyet getirmemesidir. Ancak pencerelerden
dışarıya olan kayıpları engellemek en önemli sorundur. Bu sorunu gidermek için de
pencereler çift camlı yapılır ve gece saatleri için hareketli yalıtım kullanılır [19].
Şekil 0.2.Güneye yerleştirilmiş pencerelerin çalışma prensibi
Çatı Açıklıkları
Binanın güney cephesinden yeterli güneş ışığı alınamadığı taktirde kullanılan bir
yöntemdir. Ancak yükseğe yerleştirilmiş bu açıklıklar (Şekil 0.1) pencereler kadar
verimli değildir. Isınan havanın hafifleyerek yükselmesi prensibiyle, kışın mekanın
ısınmasında çok verimli olmasa da yazın mekanın soğutulması için daha uygun
olduğu söylenebilir [19].
Seralar
Seralarda yetiştirilecek ürünlerin kaliteli olması için ortam sıcaklığının en uygun
düzeyde olması gerekmektedir. Bulunulan yöre ve yetiştirilen ürün çeşidine göre,
fosil yakıtlarla yapılan ısıtma uygulamalarında, ısıtma giderleri toplam üretim
giderlerinin %60-70’ine ulaşmaktadır. Daha temiz bir çevreye sahip olmak için ve
Sayfa 46 / 63
daha düşük maliyetlerle ürün yetiştirmek amacıyla seralarda güneş enerjisi
kullanılır. Seralarda güneş enerjisinden yararlanmak için plastik ve cam gibi
şeffaf örtü kullanılır ve bu örtüden güneş ışınlarının içeriye girmesi sağlanır
(Şekil 0.3). Seralarda güneş enerjisi kullanımında en önemli mesele gelen güneş
ışınlarını ısı enerjisine dönüştürmek ve bu enerjiyi gece ve bulutlu saatlerde
kullanmak için depolamaktır [21].
Şekil 0.3.Seranın dış görünüşü
Dolaylı Kazançlı Aktif ve Pasif Sistemler
Dolaylı kazançlı pasif ısıtma sistemlerinde ısı, bir cam yüzey arkasına
yerleştirilmiş, tercihen siyaha boyanmış veya seçici yüzeye sahip beton, dolu
tuğla, kerpiç veya taş gibi ısı depolamaya uygun bir ısıl kütleden iletim yoluyla
yüzeye, ışınım ve taşınım yoluyla iç ortama transfer edilir. Dolaylı kazançlı pasif
sistemlerde fan veya pompalar kullanılırsa sistem aktif sistem olacaktır. Bu
şekilde hem pasif hem de aktif olarak kullanılan bazı sistemler aşağıda
anlatılmıştır.
Trombe Duvarı
Bu
sistem,
1960’larda
Odeillo-Fransa’daki
CentreNationale
de
la
RevhercheScientifique (CNRS)’de geliştirilmiş ve bu duvarı geliştirenlerden biri
olan Dr. FelixTrombe’nin adıyla anılır. Temelde bu sistem çift camlı giydirme bir
cephenin arkasına yerleştirilen bir duvar türüdür. Bu sistemlerde Güneş ışınımı
yaşama mekânlarına girmez. 20-45 cm kalınlığındaki Trombe duvarının dış
yüzeyinin dokusu genellikle pürüzlü, sert bir dokudur. Dış yüzeyi siyah veya koyu
bir renge boyanmıştır. Duvar üstlerinde ve altlarında kapaklı havalandırma
boşlukları bulunmaktadır (Şekil 0.4). Gündüz saatlerine bu havalandırma
boşluklarından hava sirkülasyonu yapılır. Uygun hava akımı için duvar ile cam
arasındaki derinlik en az 10 cm olmalıdır. Gece saatlerinde kapaklar kapatılır ve
duvarda depolanmış ısı mekana aktarılır (Şekil 0.5).Trombe duvarı dış yüzeyinden
Sayfa 47 / 63
izole edilmediği taktide, geceleyin ısı kaybedilmesi söz konusu olur. Havalandırma
boşlukları elle veya otomatik kumanda edilen kapaklarla kapatılmalıdır. Yaz
aylarında ise üst kapak kapatılır ve cam yüzeyin üst kısmında bulunan kapak açılır
ve böylece havalandırma sağlanırken binanın soğutulmasında etkili olur [19,22].
Şekil 0.4.Trombe duvarın çalışma prensibi
Şekil 0.5.Trombe duvarının gündüz ve gece çalışması
Kış Bahçeleri ve Cam Balkon Sistemleri (Güneş Odası)
Trombe duvarı sisteminde, cam yüzey ile ısı depolayıcı duvar arasında yer alan
boşluk büyütülerek ilave güneş mekanları olarak adlandırılan bir mekana
dönüştürülmesi şeklinde güneş odası oluşturulur (Şekil 0.6). Güneş odası,güneş
enerjisinden yararlanma işlevini yerine getirmekle beraber yapının bir bölümü
olarak da kullanılabilmektedir. Güneş odasının verimli olması için uzun kısmın
doğu-batı yönünde olması gerekmektedir. Bir güneş odası; açık kapılar,
pencereler, havalandırma boşlukları, bina ile güneş odası arasındaki tuğla duvarlar
veya su duvarları sayesinde güneş enerjisinden elde edilen ısının binaya
iletilmesine yardımcı olur. Genellikle iyi bir hava akımı sağlayabilmek için biri
yüksekte biri alçakta olmak üzere, bina ile güneş odası arasında iki açıklık
bulunması tavsiye edilir. Ilımlı iklimler dışındaki bütün iklimlerde güneş odalar
plastik, cam elyafı veya camdan meydana gelen iki katman şeklinde olmalıdır.
Böylelikle hava akışı daha rahat sağlanacaktır [18].
Sayfa 48 / 63
Şekil 0.6.Güneş odası çalışma prensibi [18]
Termosifon Kollektörleri
Çoğu termosifon veya doğal konveksiyon sistemleri aktif hava tipi kollektörlere
benzerler, asıl fark basınçlı hava sirkülasyonunun olmamasıdır. Doğal konveksiyon
yoluyla depolama malzemesi güneş ışınlarıyla ısıtılmalı ve binayı ısıtması için ev
depolama ünitesinin üzerine yerleştirilmelidir (Şekil 0.7). Gün boyunca cam içinde
ısıtılan hava yükselir ve mekândaki soğuk hava ısıtılmak üzere içeri alınır. Fazla
ısı, termik kütlelerde depolanacağı gibi doğrudan mekan içine de gönderilir [19].
Şekil 0.7. Termosifonkollektörü çalışma şeması [18]
Su Duvarı
Isının depolanması için gerekli olan su düşey borularda veya kanallarda, cam elyafı
tüplerde veya özel olarak inşa edilen duvardan duvara, tavandan döşemeye
depolama ünitelerinde saklanır. Doğrudan güneye bakan cephelerin arkasına veya
direkt kazanç sistemi için odanın arkasına yerleştirilir (Şekil 0.8). Su kullanmada
en önemli problemler buharlaşma, korozyon ve sızmadır. Uygun malzemeler
kullanılarak bu tip problemler giderilir ve sistemlerin ömrü 15-30 yıla çıkartılır
[19,23].
Sayfa 49 / 63
(a)
(b)
Şekil 0.8.a. Dolaylı su duvarı, b.Direkt kazançlı su duvarı
Çatı Havuzları
Dayanıklı metal tavanların üzerine yerleştirilen büyük plastik su havuzlarıdır
(Şekil 0.9). Genelde derinlikleri 15-30 cm’dir. Su burada ısısal kütle görevi
görerek depoladığı ısıyı, havuzun tabanından binanın tavanına iletimle transfer
etmekte ve daha sonra alttaki odaya ısısal radyasyonla ısı geçişi sağlanmaktadır.
Havuzun üst yüzeyi şeffaf bir örtü ile kapatılarak sera etkisi yaratılır ve
verimlilik artırılır. Ayrıca bu olay havuzun içindeki ısının hapsedilmesine de
yardımcı olur. Hareketli sert bir yalıtım ise kışın geceleri, yazın da gün boyunca
kullanılmaktadır. Geceleyin sadece havuzların altındaki mekanlar ısıtıldığından bu
sistemle ısıtılan binalar ısı geçişini sağlayan bazı ayrıcalıklı binalar dışında tek
katlıdır. Yazın süreç değişmekte ve yalıtım tabakası gün boyunca havuzun
üzerinde kalmaktadır.
Kışın güneş enerjisinin toplanması zayıf olduğu için, donma ve kar yükü potansiyel
problemler olarak ortaya çıkar. Bu nedenle çatı havuzlarının en çok sıcak
iklimlerde ve 35° kuzey enlemi veya onun altındaki enlemlerde kullanılması
uygundur. Nispeten soğuk iklimlerde, binanın çatısının güney yüzeyleri camla
yapılarak çatı havuzları güneş ışınlarını alacak şekilde eğimli camların altına
yerleştirilirler.
Bu sistemlerde en önemli sorun havuz içerisindeki suyun ağırlığının bina
tarafından taşınabilmesidir. Doğal olarak çatı, suyunun ağırlığını taşımak üzere
takviye edilmelidir ve ısı kaybının önlenmesi için gece ve bulutlu havalarda
camların yalıtımının sağlanması oldukça önemlidir [18,19].
Sayfa 50 / 63
Şekil 0.9.Çatı havuzu [18]
Kollektörlü Sıcak Su Sistemleri
Düzlem Toplayıcılar
Düzlem toplayıcılar, Doğal Dolaşımlı dolaylı kazançlı pasif sistemler ve Pompalı
aktif sistemler olarak ikiye ayırabiliriz. Her iki sisteminde kapalı ve açık
sistemleri mevcuttur.
Şekil 10
Toplayıcıları dört ayrı sisteme ayırabiliriz. Bunlar:

Düzlem toplayıcılar 20°C - 100°C

Parabolik toplayıcılar 100 °C -300 °C

Silindirik toplayıcılar 100 °C -300 °C

Düzlem yansıtıcılar 100 °C -300 °C
dır. Bu sistemlerden parabolik, silindirik toplayıcılar ile düzlem yansıtıcılar güneş
enerjisini bir nokta ya da çizgi üzerine yoğunlaştıran sistemlerdir. Genellikle
yüksek ısıya ihtiyaç duyulan yerlerde ve elektrik üretiminde kullanılırlar.
Açık Sistem
Kullanılan akışkan ( su ) ile toplayıcılarda gezen akışkan aynıdır. Kapalı sistemlere
göre maliyeti ucuz verimliliği yüksektir. Genelde akışkanın donma problemi
olmadığı bölgelerde kullanılır.
Sayfa 51 / 63
Kapalı Sistem
Kullanım akışkanı ( su ) ile toplayıcıda gezen akışkan farklıdır. Toplayıcıda ısınan
akışkan bir eşanjör yardımıyla ısısını suya aktarır. Donma, kireçlenme, korozyona
karşı çözüm olarak kullanılır. Maliyeti yüksek verimliliğiyse düşüktür. ( Açık
sistemlere göre )
Şekil 11
Doğal Dolaşımlı Sistemler
Isı transfer akışkanı ( genelde su ) sistemde kendiliğinden dolaşır. Bu da
kollektörde
faydalanılır.
ısınan
Bu
suyun
sistemler
yoğunluğunun
küçük
azalmasıyla,
miktardaki
suyun
suları
yükselmesinden
ısıtmada
kullanılır.
Çıkabilecekleri max. sıcaklık 100 0C dir. Maliyetleri ucuzdur. Ancak depo
kolektörden yukarıda olmalıdır. Aksi takdirde kendiliğinden dolaşım sağlayamaz.
Şekil 12
Pompalı Sistemler
Isının aktarıldığı akışkan pompa vasıtasıyla sistemde dolaştırılır. Bunun için
elektronik kontrol sistemi gerektirir. Genelde kollektörde ki su ile kazandaki su
arasında 10°C fark olduğunda ( Tkollektör>Tdepo ) pompa çalışır ve kollektörde ki
suyu kazana alır. Bu fark 3°C olunca pompa durur ve kollektörde ki akışkanın
ısınması için beklenir. Bu sistemlerin; maliyeti pahalıdır, bakım ve onarım ister.
Büyük sistemlerde kullanılabilir. Depo aşağıda olduğundan büyüklüğü sorun
yaratmaz.
Sayfa 52 / 63
Düzlemsel kollektörler
Güneş enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran aygıtlardır. En çok
evlerde sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır.Düzlemsel kollektörler güneş
enerjisi ile çalışan sistemlerin içinde en yaygın ve en ekonomik yöntemdir. Isı
taşıyıcı akışkana bağlı olarak sıvılı veya havalı tipleri mevcuttur. Isı taşıyıcı
akışkan olarak su kullandığında donma ve korozyon problemleri ortaya çıkar.
Havalı kollektörler genelde binaların ısıtılması için kullanılır ama sıvılı kollektörler
binaların ısıtılmasına ek olarak sıcak su temini ve absorbsiyonlu sistemlerle
binalarda soğutma amaçlı da kullanılır. Havalı tip kollektörlerde daha fazla ısı
kaybı olmasından dolayı verimleri daha düşüktür ama korozyon ve donma
problemleri yoktur [14,24,25,26].
Düzlemsel kollektörlerakışkanın dolaşımına göre, doğal dolaşımlı pasif sistemler
ve pompalı aktif sistemler olarak ikiye ayırabiliriz. Her iki sistemi de devrelerine
göre kapalı sistem ve açık sistem olarak ikiye ayırabiliriz.
Doğal Dolaşımlı Sistemler: Isı transfer akışkanı (genelde su) sistemde
kendiliğinden dolaşır. Bu da kollektörde ısınan suyun yoğunluğunun azalmasıyla,
suyun yükselmesinden faydalanılır. Bu sistemler küçük miktardaki suları ısıtmada
kullanılır. Çıkabilecekleri maksimum sıcaklık 100 °C’dir. Maliyetleri ucuzdur. Ancak
depo kollektörden yukarıda olmalıdır. Aksi takdirde kendiliğinden dolaşım
sağlayamaz (Şekil 0.13).
Şekil 0.13. Doğal dolaşımlı sistemin çalışma prensibi [14]
Pompalı Sistemler:Bu sistemlerde ısının aktarıldığı akışkan, pompa yardımıyla
sistemde dolaştırılır. Bunun için elektronik kontrol sistemi gerektirir. Genelde
Sayfa 53 / 63
kollektördekiakışkan ile kazandaki akışkan arasında 10°C fark olduğunda
(Tkollektör>Tdepo) pompa çalışır ve kollektördekiakışkanı kazana alır. Bu fark 3°C
olunca pompa durur ve kollektördeki akışkanın ısınması için beklenir. Bu
sistemlerin; maliyeti pahalıdır, bakım ve onarım ister. Büyük sistemlerde
kullanılabilir. Depo aşağıda olduğundan büyüklüğü sorun yaratmaz.
Açık Sistem: Kullanılan akışkan ile kollektörde gezen akışkan aynıdır. Kapalı
sistemlere göre maliyeti ucuz verimliliği yüksektir. Genelde akışkanın donma
problemi olmadığı bölgelerde kullanılır.
Kapalı Sistem: Kullanılan akışkan ile toplayıcıda gezen akışkan farklıdır (Şekil
0.14). Kollektörde ısınan akışkan bir eşanjör yardımıyla ısısını kullanılan akışkana
aktarır. Donma, kireçlenme, korozyona karşı çözüm olarak kullanılır. Açık
sistemlere göre maliyeti yüksek verimliliği ise düşüktür [14].
Şekil 0.14.Kapalı sistemin çalışma prensibi
Vakum Borulu Sıvı Akışkan Kollektör
Güneş enerjisini bir ısı borusu şeklinde toplayan aygıtlardır (Şekil 0.15). Bu
kollektörlerde her vakum boru iç-içe geçmiş iki adet cam borudan oluşmaktadır.
Boruların üst kısımlarından birbirine kaynatılır ve aralarında vakum ortam oluşur.
Bu vakum ortamtaşınımla oluşan ısı kayıplarını önler ve böylece verim artar. Çıkış
sıcaklıkları, düzlemsel kollektörlere göre daha yüksektir (100-120°C). Vakum
borulu kollektörlerde takip sisteme ihtiyaç duyulmaz çünkü sabahtan akşama
kadar (silindirik yapılarından dolayı) güneş ışınları dik bir şekilde onlara ulaşır.
Vakum borulu kollektörlerŞekil 0.16’te gösterildiği gibi açık ve kapalı olarak ikiye
ayrılırlar [12,25].
Sayfa 54 / 63
Şekil 0.15. Vakum tüplü kollektör
(a)
(b)
Şekil 0.16. Vakum tüplü kollektörün çalışma prensibi, a. Açık sistem b.Kapalı sistem [25]
Güneş Havuzları
Güneş havuzları genelde 2-3 m derinliğinde olup en üst tabakada tatlı su, aşağıya
doğru ise artan yoğunluklarda tuzlu su içeren havuzlardır. Havuzun yüzeyine gelen
ışınımın küçük bir kısmı yüzeyden yansır, geri kalan kısmı havuz tabanına doğru
ilerler. Güneş ışınların %25–35 kadarı havuzun tabanına ulaşır. Bu yüzden taban
kısmının sıcaklığı daha fazla olur. Depolama bölgesinde yerleştirilen ısı aktarma
ünitesi yardımıyla depolanan enerji istenilen zaman, istenilen yere gönderilir.Bu
sistemden elde edilen ısı enerjisi binaların iklimlendirmesinde, tarımsal ürünlerin
kurutulmasında ve elektrik üretiminde kullanılır. Güneş havuzlarında tabandaki
suyun sıcaklığı yüksek, yoğunluğu ise düşüktür ama yüzeydeki suyun sıcaklığı
düşük ve yoğunluğu yüksektir.Bu yüzden yüzeye doğru taşınımla ısı transferi
gerçekleşir ve bu kayıp demektir. Isı kayıplarını azaltmak için MgCl2 ve NaCl tuz
kullanılarak farklı yoğunluklara sahip katmanlar (bölgeler) oluşturulur.
Sayfa 55 / 63
(a)
(b)
Şekil 0.17. a. Güneş havuzu, b. Güneş havuzunu çalışma prensibi
Bu yöntem ile Şekil 0.17’de gösterildiği gibi bir güneş havuzu, yüzey bölgesi,
yalıtım bölgesi ve depolama bölgesinden oluşmaktadır. Yüzey bölgesinde tuzsuz su
bulunur. Yalıtım bölgesinde tuzlu su vardır ve burada alt sınırdan üst sınıra doğru
tuz miktarı azalmaktadır. Bu bölge ısı kayıplarını en aza indirir. Depolama bölgesi
ise tuz yoğunluğu en fazla olan bölgedir. Bu bölgenin en alt kısmında olan seçici
yüzey tarafından mor ötesi ve görünür bölge ışınları soğurulur ve bir ısı
değiştirici vasıtasıyla istediğimiz yere gönderilir. Güneş havuzlarının avantajı
tasarımının
basit
olması
ve
maliyetinin
düşük olmasıdır.
Bu
sistemlerin
dezavantajları ise sıcaklığın derinlikle ve yoğunlukla ilişkili olması ve geniş alana
ihtiyaç duyulmasıdır [27,28].
Yoğunlaştırıcı Sistemler
Optik prensipleri kullanarak güneş ışınlarını bir noktada yada bir çizgi üzerinde
odaklayan sistemlere yoğunlaştırıcı sistemler denir. bu sistemlerde yüksek
sıcaklıklara
çıkmak
mümkün
olduğundan
elektrik
üretimi
için
de
uygun
sistemlerdir. Ayrıca güneş ışınlarının odaklandığı nokta/çizgi küçük bir bölge
olduğundan seçici kaplama masrafı azalmaktadır. Bu avantajların yanı sıra difüz
ışınlarını daha az aldıklarından güneş takip sistemi mutlaka kullanılmalı ve
yansıtıcı yüzeylerin sürekli temizlenmeleri gerekmektedir. Ayrıca geniş alanlar
kaplarlar. Başlıca yoğunlaştırıcı sistemler parabolik oluk, parabolik çanak ve
merkezi alıcıdır (kule tipi güneş santraller).
Sayfa 56 / 63
(a)
(c)
(b)
Şekil 0.18.a. Parabolik oluk şeması,b. Parabolik çanak,c. Merkezi alıcı şeması
Bu sistemleri ile 400°C - 1500°C sıcaklık aralığa çıkılabilir [29].
Güneş Enerjili Pişiriciler
Güneş enerjili pişirici, güneşten gelen ışınları toplayarak, ısı enerjisi elde eden ve
onu pişirmekte kullanan cihazdır. Güneş enerjisinden başka hiç bir yakıt
kullanmaz ve böylece çevreye kirletici etki bırakmaz. İlk güneş enerjili pişirici,
1767 yılında İsviçre’de Horece de Saussure tarafından bir kutu şeklinde
yapılmıştır.
1894
yılında
Çin’de
bir
restoran,
güneş
enerjili
pişiricide
müşterilerine yemek hazırlamıştır. Aynı dönemde bu yöntem bazı gemilerde
kullanılmıştır. Güneş pişiricileri kırsal bölgelerde ve kamplarda da kullanabiliriz.
Böylece kamplarda pişirmek amacıyla ağaçları kesmeye ihtiyaç kalmaz. Şekil
0.19’te farklı pişiriciler gösterilmiştir [12].
Sayfa 57 / 63
(a)
(b)
(c)
Şekil 0.19. a. Parabolik ocak, b. Kutulu tip pişirici, c.Katlanabilir levhalı tip pişirici
Isıtma Yükünün Hesabı
Bir binanın/mahal’in ısısını artıran etkenler

Camdan gelen ısı kazancı ( ışınım, iletim, taşınım )

Dış duvar ve çatıdan gelen ısı kazancı

İç bölmeler, tavan ve döşemeden gelen ısı kazancı

İnsanlardan gelen ısı kazancı

Aydınlatma

Çeşitli cihazlardan gelen ısı kazancı ( Fırın, Tv, Ütü, .. )

Yapı elemanları arasından sızan nemden kaynaklanan ısı kazançları

Havalandırma kanallarından gelen ısı kazancı ( Kanal yok, ihmal etme )
dır. Bu hesaplamaların yapılabilmesi için öncelikle binanın hangi enlemde olduğu,
dış ortama açık pencerelerin hangi yönlere baktığı ve alanı dik yüzeye gelen güneş
radyasyon değeri hesaplamaları max ve mim değerler için yapılır. Bu çalışmalar
aynı zamanda binayı soğutmak için klima bağlandığında binanın ısıl yükünün
belirlenmesine ve buna göre klima seçiminin yapılmasına da yardımcı olacaktır.
Camlardan gelen ısı kazancı
Camlardan güneş radyasyonu ile gelen ısı kazancı;
𝐴
[34]
𝑄11 = 𝐴( 𝐴𝑅)𝑞𝐺
A; Pencere alanı ( m² ),
𝐴𝑅
𝐴
; Pencerenin radyasyon geçirme oranı (W/m²) ( Tablo
6-5 sayfa 205-208 ). qG; Düzeltme ve gölgeleme faktörü ( Tablo 6-6 sayfa 209 )
Sayfa 58 / 63
dür. Burada
𝐴𝑅
𝐴
ve qG tablolardan, pencerenin yönüne ve ışığın geldiği yöne göre
her gün için belirlenir. Aslında
𝐴𝑅
𝐴
binanın bulunduğu enleme gelen ışınların zenit
açısının hesaplanması ve I0 nın bulunmasıyla da yaklaşık olarak bulunur.
[35]
𝐼 = 𝐼0 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑧
den pencereye gelen ışının miktarını bulabiliriz. Pencere camının geçirgenliği
bilinirse pencereden içeriye geçen ışın miktarı da bulunur.
Camlardan iletim ve taşınım ile gelen ısı kazancı;
[36]
𝑄12 = 𝐾. 𝐴. (𝑇𝑑 − 𝑇𝑖 )
Burada K; Pencerenin toplam ısı transfer katsayısı ( W/(m².K)), A; Pencerenin
alanı ( m² ), Td; Dış ortam sıcaklığı ( K ), Ti; İç ortam sıcaklığı ( K ) dır. Bazı
malzemelerin ısı transfer katsayısı.

Ahşap
Tek camlı pencere
5,25
W / m²K

Ahşap
Çift camlı pencere
3,25
W / m²K

Metalik
Tek camlı pencere
5,80
W / m²K

Metalik
Çift camlı pencere
4,00
W / m²K

PVC
Çift camlı pencere
3,00
W / m²K
Dış duvardan ve çatıdan gelen ısı kazancı;
[37]
𝑄2 = K 𝐷 . A. ∆Teş
dır. Burada KD; Duvar ve çatının ısı transfer katsayısı (W/m²K), A; Isı akışına dik
alan ( m² ), ∆Teş ; Eş değer sıcaklık farkı (°C)dir. Duvar ve çatıların ısı transfer
katsayıları:

İzolesiz çatı
2,20 W/m²K

2,5 cm izoleli çatı
1 W/m²K

5 cm izoleli çatı
0,65 W/m²K

3 cm strafor / cam yünü izoleli ve 20 cm delikli tuğlalı duvar için 0,75
W/m²K

20 cm izobins/ytung duvar
0,75 W/m²K
Sayfa 59 / 63

izolesiz 20 cm delikli tuğla duvar
1,60 W/m²K

izolesiz 20 cm dolu tuğla duvar 2,30 W/m²K

izolesiz 20 cm betonarme tuğla duvar 2,90 W/m²K
İç bölmeler Tavan ve Döşemeden Gelen Isı Kazancı
𝑄3 = 𝐾. 𝐴. (𝑇𝑘 − 𝑇𝑖 )
[38]
Tk; Komşu hacmin sıcaklığı, Ti; İç hacmin sıcaklığı.
İnsanlardan Gelen Isı Kazancı
[39]
𝑄4 = 𝑄4𝑑 − 𝑄4𝑔
Burada Q4d; n. Q4d insan kişi başına duyulan ısı kazancı, Q4g; n. Q4g insan kişi
başına gizli ısı kazancı, n; Kişi sayısı dır. Örneğin 24 0C sıcaklığındaki bir dairede
hafif bir iş yapan biri için duyulur ısı kişi başına; 70 W ve gizli ısı ise 47 W tır.
Aydınlatmadan gelen ısı kazancı
[40]
𝑄5 = 𝑘1 𝑘2 𝑄𝑇𝐴
𝐴𝑦𝑑𝚤𝑛𝑙𝑎𝑡𝑚𝑎 𝑔ü𝑐ü
İfadesi ile verilir. Burada k1; kullanım faktörü (𝑇𝑜𝑝𝑙𝑎𝑚 𝑎𝑦𝑑𝚤𝑛𝑙𝑎𝑡𝑚𝑎 𝑔ü𝑐ü), k2; floresan
lamba için 1,2 ve enkandesan ampül için 1 olarak alınır, QTA; aydınlatma gücü (W)
dür. Bu değer güneşin max. olduğu durumda aydınlatma min. olduğundan ihmal
edilir.
Elektrikli cihazların verdikleri ısı miktarı
Mekan içinde bulunan cihazların harcadıkları güç tablolarda verilmiştir.
Diğer ısı kaynakları
İçerisinden sıcak akışkan geçen boru
Kaloliför gibi mekan içindeki borularda bulunan sıcak suyun ısı kazancı
𝑄6−1 = 𝑞𝑏𝑜𝑟𝑢 𝐿𝑏𝑜𝑟𝑢
[41]
ifadesi ile verilir. Burada qboru; metre başına borudan olan ısı kazancı (W/m),
Lboru; borunun uzunluğudur.
İçerisinde sıcak sıvı bulunan depolar
Mekan içinde bulunan depolarda ki sıcak suyun ısı kazancı
𝑄6−2 = 𝑘. 𝐴. ∆𝑇
[42]
Sayfa 60 / 63
ifadesi ile verilir. Burada k; depo malzemesinin ısı iletim katsayısı (W/m 0C), A; ısı
transfer alanı (m2), ΔT; depo içindeki sıvının sıcaklığı ile ortam sıcaklığının farkı
(0C) dır.
Üstü açık bir kapta kaynayan sıvının buharlaşmasından kazanılan ısı
kazancı
Mekan içine konulan bir kova sıcak sıvının mekana kazandırdığı ısı kazancı
Qsıvı = sıvı yüzeyi (m²) x Yüzeyden buharlaşan sıvının gizli ısı kazancı (W/m²)
ifadesi ile verilir.
Tablo 4
25°C
146 W/m2
40°C
512 W/m2
50°C
943 W/m2
65°C
2046 W/m2
80°C
4029 W/m2
95°C
7295 W/m2
Yapı elemanları arasından sızan nemden kaynaklanan ısı kazancı
Birbirine bitişik iki binanın duvarları arasında su buharı geçişinden dolayı gizli ısı
açığa çıkar ve bu değer
𝑄7 = 𝐴. 𝑛. ∆𝑤
[43]
ifadesi ile verilir. Burada A; duvarın yüzey alanı (m2), n; Duvarın gizli ısı geçirme
𝑊
değeri ( 𝑚²) Δw; İç ve dış havanın özgül nem farkı dır.
Referanslar
1. Güneş diye bir yıldız, 1991, G.Gamow
2. Güneş Enerjisi Uygulamaları Prof. Dr. Doğan İbrahim, bileşim yayınevi,
İstanbul 2006
3. Güneş Enerjisi ve Uygulamaları, Doç. Dr. H. Hüseyin Öztürk, Çukurova Üni.
Ziraat Fak. Tarım Makineleri Böl., Birsen Yayınevi, İstanbul 2008
4. Enerji, Temiz Enerji Vakfı yayınları,Milli Eğitim Basımevi, İstanbul, 2002
5. http://tr.wikipedia.org/wiki/Atmosferin_katmanlar%C4%B1
6. Yenilenebilir Enerji Kaynakları, T.C. Anadolu Üniversitesi Yayını No:2927
Açık öğretim Fakültesi yayını no:1884
7. Güneş Enerjisi slaytları, Prof. Dr. Olcay KINCAY
Sayfa 61 / 63
8. Güneş Enerjisi Su Isıtma Sistemleri, Doç. Dr. Mustafa TIRIS, Dr. Çiğdem
TIRIS, TÜBİTAK, MAM Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü,
Gebze-Kocaeli, 1997
9. John A. Duffie, William A. Backman, Solar Engineering of Termal
Processes, 1991 by John Wiley & Sons Publishing Company USA
10. http://www.frmtr.com/cografya/2459817-paralel-meridyen-enlemboylam.html
11. Sol Wieder, An Introduction to Solar Energy for Scientists and
Engineers, 1992, Krienger Publishing Company, Malabar, Florida
12. http://www.eie.gov.tr/MyCalculator/Default.aspx
13. Vaillant, Güneş Enerjisi Sistem Çözümleri
14. İlker SUGÖZÜ, “Güneş enerjisiyle çalışan iki farklı güneş duvarının (solar
wall) Elazığ şartlarında uygulanabilirliğinin araştırılması”, Fırat Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine eğitim anabilim dalı Yüksek Lisans Tezi
2005.
15. Augustus Leon, M., Kumar, S., 2007, Mathematical modeling and thermal
performance analysis of unglazed transpired solar collectors, Solar
Energy, 81, 62–75.
16. ANNE GRETE HESTNES, 1999, BUILDING INTEGRATION OF SOLAR
ENERGY SYSTEMS, Solar Energy, 67, 181–187.
17. Shuklaa, A., Nkwettab, D.N., Choa, Y.J., Stevensona, V., Jonesa, P., 2012,
A state of art review on the performance of transpired solar collector,
Renewable and Sustainable Energy Reviews 16, 3975– 3985.
18. DOĞAN, A., PIRASACI, T., 2009, Bina Cephelerinde Yalıtım Yerine
Trombe Duvar Kullanımının İncelenmesi,
19. FLECK, B. A., MEIER, R. M., MATOVIC, M. D., 2002, A FIELD STUDY OF
THE WIND EFFECTS ON THE PERFORMANCE OF AN UNGLAZED
TRANSPIRED SOLAR COLLECTOR, Solar Energy, 73, 209–216.
20. http://solarwall.com
21. GEDİK,
E.,
KEÇEBAŞ,
A.,
Sait
ÖZ,
E.,
2008,
HAVALI
GÜNEŞ
KOLEKTÖRLERİNDE FARKLI TİP EMİCİ PLAKALARIN PERFORMANSA
OLAN ETKİSİ, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi
Univ, 23, 777-784.
22. TUNÇALP, K., SUCU, M., OĞUZ, Y., Değişik İklim Şartlarında Bina
İçerisinde Pasif Isıtma Ve Soğutma Sistemlerinin Kullanılabilirliği.
Sayfa 62 / 63
23. Greig, D., Siddiqui, K., Karava, P., 2013 The influence of surface heating
on the flow dynamics within a transpired air collector, International
Journal of Heat and Mass Transfer, 56, 390–402.
24. Stazi, F., Mastruccia, A., di Pernab, C., 2012, The behaviour of solar walls
in residential buildings with different insulation levels: An experimental
and numerical study, Energy and Buildings 47, 217–229.
25. VAN DECKER, G. W. E., HOLLANDS, K. G. T., BRUNGER, A. P., 2001,
HEAT-EXCHANGE RELATIONS FOR UNGLAZED TRANSPIRED SOLAR
COLLECTORS
WITH
CIRCULAR
HOLES
ON
A
SQUARE
OR
TRIANGULAR PITCH, Solar Energy, 71, 33–45.
Ayrıca bu notlardaki resimlerin bir kısmı internetten bulunmuştur. Bu ders
notlarının yazımında bana yardımcı olan öğrencim Mustafa ERGİN’ne teşekkür
ederim.
Sayfa 63 / 63