II Yrd. Doç. Dr. Mesut ABUŞKA GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ

GÜNEŞ ENERJİSİ ve UYGULAMALARI DERSİ NOTLARI - II
Yrd. Doç. Dr. Mesut ABUŞKA
GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ
Güneş enerjisi sistemleri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle
birlikte, iki ana başlık altında incelenebilir:
A. Güneş enerjili ısıl sistemler: Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu
ısı enerjisi doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir.
B. Güneş enerjili elektrik sistemleri: Fotovoltaik-güneş pili-pv olarak anılan bu sistemler
güneş ışığını (ısısını değil) elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir.
Güneş enerjisi uygulamaları elde edilen sıcaklık değerlerine göre;
-
Düşük sıcaklık (20-100°C) uygulamaları
Orta sıcaklık (100-300°C) uygulamaları
Yüksek sıcaklık (>300°C) uygulamaları
Düşük Sıcaklık Uygulamaları
-
Kullanım sıcak suyu eldesi
Bina ısıtılması-soğutulması
Sera ısıtılması
Tarım ürünlerinin kurutulması
Yüzme havuzu ısıtılması
Güneş ocakları ve fırınları
Deniz suyundan tatlı su eldesi
Tuz üretimi
Sulama
Toprak solarizasyonu
Güneş pilleri (PV) sistemler
Orta Sıcaklık Uygulamaları
-
Endüstriyel kullanım için buhar üretimi ve elektrik üretimi
Büyük ısıtma-soğutma sistemleri
Yüksek Sıcaklık Uygulamaları
-
Parabolik çanak ve merkezi alıcılarla elektrik üretimi
41
Güneş enerjili su ısıtma sistemleri (GESIS): Güneş enerjisi, en çok ve yaygın olarak sıcak su
üretiminde kullanılmaktadır. Güneş enerjili su ısıtma sistemleri hazırlanacak suyun kullanma
yerine, suyun ısıtılma şekline, sistemdeki suyun dolaşımına ve amacına göre değişiklik gösterirler.
Güneş enerjili su ısıtma sistemleri, güneş enerjisini toplayan kollektörler, ısınan suyun toplandığı
depo ve bu iki kısım arasında bağlantıyı sağlayan yalıtımlı borular, gerekirse pompa ve kontrol
edici gibi sistemi tamamlayan elemanlardan oluşmaktadır.
Kollektör tipine göre gesıs’ler düzlemsel ve vakum tüplü olmak üzere ikiye ayrılırlar.
Düzlemsel (flat plate) kollektörler: Düzlemsel toplayıcılar genel olarak saydam örtü (cam), enerji
toplayan yüzey (panel-absorber), yutucu yüzeye bağlanmış ısı taşıyıcı borular, yalıtım malzemesi ve
kasadan ibarettir. Kollektörler galvaniz, alüminyum, bakır ve selektif yüzeyli olarak
isimlendirilmekte olup burada kastedilen kollektörün kasası değil panel çeşididir.
42
Kollektör Kasası: Kollektör kasalarının üretiminde
kullanılan malzeme genelde galvaniz, gofrajlı
galvaniz ve elokse edilmiş alüminyumdur (Eloksal:
Alüminyumun metalik rengini koruyarak tercihe göre
mat veya parlak bir görünüm sağlama ve korozyona
karşı direnç kazandırma amaçlı uygulanan bir
işlemdir. Elektrokimyasal bir reaksiyon ile
alüminyumun yüzeyinde oksit tabakası oluşturulur.)
Kasa, yalıtkanın ıslanmasını önleyecek biçimde
yapılmalıdır. Özellikle kollektör giriş ve çıkışlarında
kasanın tam sızdırmazlığı sağlanmalıdır. Kasanın her
yanı 100 kg/m2 (981 Pa=N/m2) basınca dayanıklı
olmalıdır. Sıvılı kollektörlerde sızdırmazlığın yüzde
yüz sağlanamadığı durumlarda camda yoğunlaşan su
buharını dışarıya atmak amacıyla kasanın iki yan
kenarına tam karşılıklı ikişer adet 2-3 mm çapında
delik açılmalıdır.
43
Kollektör yapımında kullanılan alüminyum güneş kollektörü profilleri:
44
1. Cam yerleşim yatağı: Camın izolasyonu sağlandıktan sonra camın güvenliğini, emniyeti ve
sızdırmazlığını sağlayan bölümdür. Kasa profil ile bütün olarak üretilmiştir.
2. Cam altı fitil yatağı: Camın emniyetini ve sızdırmazlığını önleyen kauçuk fitil yatağıdır.
3. Cam üstü fitil yatağı: Camın emniyetini ve sızdırmazlığını önleyen EPDM kauçuk fitil
yatağıdır. Atmosfer etkenlerinden ve dış etkenlerden kasa emniyetini korur, ömrünü uzattır.
4. Kasa emniyet kolonları (çizgili kolon): Kasa emniyetini sağlayan ince düz ve 1 mm
aralıklarla birleştirilmiş 4 adet ince kolondan oluşturulmuştur. Kendiliğinden çizgili olan bu
kolonlar, kasa dayanıklılığını sağlamakta ve deformasyonunu engellemektedir.
5. İzolasyon malzemesi yatağı: 20 mm klima levhası izolasyonu yapılarak kollektörün ısı
yatılımı sağlanmakta ve sıcaklık değeri korunmaktadır.
6. Kasa tırnağı: Kasa bütünlüğünü sağlamak ve korumak için gofrajlı veya galvaniz sac
döşeme tırnağıdır.
7. Dış kasa tırnağı: 0,40 Gofrajlı sac veya 0,40 Galvanizli sacın yerleşim yatağıdır.
45
Yutucu (panel-absorber) Yüzey: Toplayıcılarda yutucu plaka
toplayıcıların en önemli kısmıdır. Güneş ışınları, yutucu plaka tarafından
yutularak ısıya dönüştürülür ve sistemde dolaşan sıvıya aktarılır. Yutucu
(absorber) plaka düz toplayıcılarda tabanda ve üstte birer manifold (header)
ile bunların arasına yerleştirilmiş akışkan boruları ve yutucu plakadan
oluşur. Yutucu plakanın ışınları yutması için koyu bir renge genellikle
siyaha boyanır. Kullanılan boyanın yutma katsayısının yüksek, uzun dalga
boylu radyasyonu yayma katsayısının düşük olması gerekmektedir. Bu
nedenle de bu özelliklere sahip seçici yüzeyler kullanılmaktadır. İdeal bir
yutucu yüzeyin seçici yüzeyli olarak yapılması verimi artırmaktadır. Mat
siyah boyanın yutuculuğu 0.95 gibi yüksek bir rakam iken yayıcılığı da 0.92
gibi istenmeyen bir değerdedir. Yapılan seçici yüzeylerde yayma katsayısı
0.1’in altına inmiştir. Seçici yüzey kullanılması halinde toplayıcı verimi
artar. Güneş panelleri genelde galvaniz, alüminyum ve bakırdan imal
edilmektedirler.
Galvaniz panel: Güneş Işınlarını ısıya dönüştürecek etkenlerle donatılmış 0.75 ile 1.00 mm
kalınlığında galvanizli saclardan 910*1910 mm ölçüsünde imal edilen, suyun akışkanlığını sağlayan
12 kanaldan oluşan, epoksi boya ile boyanan, dikiş kaynağı ile iki sacın birleştirilmesi ile
sabitlenmiş monoblok sistemdir. Yaklaşık 20 kg ağılık, 5 lt akışkan kapasitesi, 6 bar işletme ve 9
bar test basıncı değerlerine sahiptir.
46
Alüminyum panel: Özel olarak üretilmiş 12 adet boru ve oval ekstrüze alüminyum birleştirilip ¾”
toplayıcı alüminyum boru ile kaynatılmasıyla üretilir. Epoksi siyah mat boya ile boyanan
alüminyum panel açık ve kapalı sistemlerde kullanılır.
Alüminyum panel imalatında kullanılan profil tipleri:
47
48
Bakır panel: Panel, 8-10 adet bakır taşıyıcı boru üzerine, bakır levha saclarının lehim-ultrasonik ve
lazer kaynağı ile birleştirilmesi ile yapılır.
Selektif Panel: Alüminyum ve bakır panellerin üzerine selektif özellikli boya veya kaplama
uygulaması ile yapılmış panellerdir.
49
Dağıtıcı-toplayıcı borulu, Serpantin borulu ve roll-bond tip paneller
Emici plakanın ön yüzünün düzgün olması dışarıya bakan yüzeyin daha az olmasını sağlar. Dışarıya
bakan emici yüzeyinin az olması, kızılötesi ışın radyasyonunu azaltacağından verimi yükseltir.
Emici plaka 0,5 mm kalınlığında bakır plakadan yapıldığında, aralarında 15 cm uzaklık bulunan
12,5 mm çapındaki borularla iyi bir termal iletkenlik sağlanabilir. Kanat verimliliği %97’ye kadar
çıkarılabilir. Bakır plakadan borulara doğru olan ısıl iletkenliğin oluşumu sırasında %3 kadar ısı
kaybı olur. Serpantin şeklinde panel düzenleme, dağıtıcı ve toplayıcı borularla yapılacak
kollektördeki kaynağın iyi yapılamayışından oluşabilecek sızıntıları önler ancak basınç kaybını
artırır.
Kollektör verimine etki eden faktörler:








Güneş Işınımı Şiddeti
Çevre Sıcaklığı
Rüzgâr Hızı
Kollektörün Konstrüksiyonu
Saydam Örtü (Cam) Özellikleri
Yutucu Yüzeyin Işınım Yutma ve Yayma Değerleri
Yutucu Yüzeyin Kalınlığı ve Isı İletkenliği
Yalıtım Malzemesinin Cinsi, Kalınlığı ve Isı İletkenliği
Sıvı kollektörlerinde panel performansını etkileyecek önemli hususlar şunlardır:
1.
2.
3.
4.
5.
Akışın dengelenmesi
Emici plaka ile ısı akış kanallarının entegrasyonu
Emici plakanın ön yüzünü düzgün yapmak
Korozyondan korunma
Konstrüksiyonun fazla kaynak işlemi gerektirmeyecek biçimde olması
50
1. Emici plakanın verimliliğini artırmak için, ısıtıcı akışkanın bütün akış kanallarından eşit
miktarda geçmesi sağlanmalıdır.
2. Akış kanalları ile emici plakanın birleşik şekli kollektör performansını büyük ölçüde etkiler.
İlk sıvı tip emici plakalar borulu yapılmıştır. Borular, düz yüzeyli emici plakanın altına
kaynak edilmiştir. Isı önce emici plakada toplanır ve daha sonra kaynaklı borudan geçerek
ısıtıcı akışkana ulaşır. Bu ısı transfer verimini düşürür. Eğer borular emici plakanın bir
parçası şeklinde yapılabilirse (roll-bond vb.) ısı, ısıtıcı akışkana daha kolay geçer ve
kollektör verimi artar.
3. Sıvı emici plaka ön yüzünde oluk ve yüzey attırıcı şekiller olmamalıdır. Sıvı akış boruları
plakanın arka yüzeyine kaynak edilmelidir.
4. Diğer önemli husus korozyondan korunmadır. Korozyondan korunmanın en iyi yolu emici
plaka ve boruların bakırdan yapılmış olmasıdır. Boşaltmalı açık sistemlerde, ısıtıcı akışkan
olarak normal musluk suyu kullanılır. Musluk suyu alüminyum ve karbon çeliğinden
yapılmış emici plakalara çok çabuk etki ederek paslandırır. Paslanmaz çelik emicilerin de
kaynak yerlerinde paslanma olur. Antifrizli kapalı devre sistemlerde bakır, paslanmaz çelik,
alüminyum ve karbon çeliği kullanılabilir. Fakat son ikisi aşağıdaki şartların yerine
getirilmesi halinde kullanılmalıdır.;
a. Isıtıcı akışkan yeterli miktarda korozyon önleyici ihtiva ediyorsa (korozyon önleyici
kimyasal bileşimler)
b. Eğer glikol türü antifriz kullanılıyorsa, oluşabilecek glikolik asitin yapacağı zararları
önlemek maksadı ile ısıtıcı akışkana özel kimyasal bileşimler ilave edilmişse,
c. Isıtıcı akışkan kimyasal dengesi en az altı ay arlıklarla kontrol ediliyor ve optimum
korozyon ve asit önleyiciler sistemde muhafaza ediliyorsa,
d. Diğer korozyon önleyici tedbirler alınıyorsa (katodik koruma vb.).
İki ayrı metalin temas etmesi halinde elektromekanik korozyon prosesi oluşur. Metallerin ek
yerlerindeki teması, seramik ya da lastikle kesilmelidir. Normal musluk suyunda bulunan metal
iyonları korozif etki yapar. Bu nedenle kapalı devre sistemlerde iyonları alınmış ve
yumuşatılmış su kullanılır. Yumuşak su, iyonları alınmış su değildir. Yumuşatma işleminde
sudaki kalsiyum (Ca) iyonları, sodyum (Na) iyonları ile değiştirilir. Bu şekilde su daha
koroziftir. En iyisi kolektörü bakırdan, hiç olmazsa boruları bakırdan yapmak ileride
oluşabilecek bazı problemleri önler. Bakırın kullanım süresi, diğer metallere göre oldukça
fazladır. Bakırın ömrünü kısaltacak olan olay erozyon korozyonudur. Bu bakır borular içindeki
suyun akışının türbülanslı oluşundandır. Gereksiz türbülansların oluşumuna engel olmak hem
bakır malzemenin erozyonunu, hem de sistemde kullanılacak pompanın gücünü azaltır.
Bakırdan sonra kullanılabilecek en iyi metal paslanmaz çeliktir.
5. Sıvılı kollektörlerde dikkate alınacak son performans faktörü de konstrüksiyonun önemidir.
Kollektörün sağlam ve dayanıklı olması mümkün olduğu kadar az kaynak işlemi
gerektirmesiyle sağlanabilir.
Emici plaka, güneş kolektörünün en önemli parçasıdır. Kollektör ve sistem verimliliği emici
plakaya bağlıdır. Emici plaka bir enerji ve ısı dönüştürücüsüdür. İçinden geçen ısı taşıyıcı akışkanın
akışına da bir direnç gösterir. İyi bir güneş kolektörü sadece güneş ışığını absorbe etmekle kalmayıp
absorbe ettiği ısının en fazlasını ısıtıcı akışkana geçirir ve akışkanın akışına en az direnç gösterir.
51
GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİNDE KULLANILAN ABSORBER YÜZEYLER
Güneş kollektörlerinde kullanılan siyah yüzeyler temelde dört çeşittir. Bunlar;
1.
2.
3.
4.
Siyah boyalı yüzeyler,
Siyah kaplama selektif/seçici yüzeyler,
Yarı selektif sayılabilen ve yüzeye sonradan yapıştırılan siyah bant veya örtülerdir,
Siyah renkli plastik esaslı malzemelerdir.
Selektif yüzeyler genelde boya ve kaplama bazlı olmak üzere iki uygulama şekli vardır.
Boyama işleminde boyanın kalınlığı önemlidir. Bu kalınlık 20-30 mikrometre civarındadır. Siyah
boyalı veya kaplama olan yüzeylerde, yüzeylerin üzerine gelen ışınımı yutma, yayma oranları,
yüzey kalitesinin iyiliğini gösteren en önemli özellik; Işınım yutma oranı / Işınım yayma oranıdır.
Bu oran 4’ün üzerinde olduğunda yüzey selektif (seçici) yüzey olarak kabul edilir. Bunun altında
olan yüzeyler 2-4 arası semi selektif (yarı seçici) yüzey olarak adlandırılır. Diğer yüzeyler siyah
boyalı yüzeyler olarak adlandırılır.
Siyah boyalı yüzey: Siyah boyalı yüzeyler genelde bakır, alüminyum ve çelik paneller üzerine
kompresör ile kollektör boyası diye adlandırılan siyah mat boyanın püskürtülmesi ile imal edilirler.
Yüzeye püskürtülen boya yüzey üzerinde siyah bir film tabakası oluşturur. Siyah film kalınlığının
1,3 – 2,5 mikron arasında olması gereklidir. Belirtilen değerlerden daha ince veya kalın olması ısıl
verimi düşürür. Siyah mat boyalı yüzeyin güneş ışınımını yutma değeri çok (% 90-98) yüksektir.
Buna karşılık, ışınım geri yayma değeri de (% 85-92) çok yüksektir. Siyah mat boyalar genellikle
polyester, akrilik ve epoksi reçine esaslıdır. Bu boyalarda kullanılan dolgu malzemeleri ve
bağlayıcılardaki organik kökler, yüzeyin seçici özellik kazanmasına engel olurlar. Düşük çalışma
sıcaklıklarında seçici olmayan siyah boyalı kaplamalar daha uygun görülmektedir. Fakat yüksek
sıcaklık çalışmalarında seçici yüzeylerin verimleri daha yüksektir.
Seçici yüzey: Seçici yüzey, kısa dalga boylu ( 0,2 – 2,5 µm ) ışınımın tamamına yakınını tutan,
uzun dalga boylu ( 2,5 – 50 µm ) ışınımın geri yayılımını en aza indiren yüzeydir. Böylece, emici
plakanın sıcaklığı daha fazla arttırılarak, akışkana daha fazla ısı iletimi sağlanmış olur. Seçici
yüzeyler sıcaklık yükselmesinde daha az ışınım geri yayarlar, dolayısıyla kollektör verimi daha
yüksek olur.
Yutma ( α ) ve geri yayma ( ε ) değerlerine göre emici yüzeyler şu şekilde sınıflandırılır:
Seçici olmayan yüzey : [ α > 0.90 ve 0.50 ≤ ε ≤ 1.00 ]
Yarı seçici yüzey : [ α > 0.90 ve 0.20 ≤ ε ≤ 0.50 ]
Seçici yüzey : [ α > 0.90 ve 0.00 ≤ ε ≤ 0.20 ]
52
Yutucu yüzeylere göre kollektör verimleri
G : 800 W/m2 ( Güneş Işınım Değeri )
Td : 20 °C ( Dış Ortam Sıcaklığı )
Tm : 60 °C ( Kollektör içinde akışkanın ortalama sıcaklığı )
Nominal İşletim Noktası ΔT / G = ( 60 – 20 ) / 800 = 0.05
Seçici Yüzeyli Kollektör Verimi : % 56
Siyah Boyalı Kollektör Verimi : % 34
Seçici Yüzeyli Kollektör yaklaşık % 65 daha fazla verimlidir
1 m2 seçici yüzeyli kollektör ≈ 1.65 m2 siyah mat boyalı kollektör
53
Malzeme
Özellikleri
Bakır
Alüminyum
Ticari
Saf
Alaşım
2024
(%4,5 Cu,
%1,5 Mg,
%0,6 Mn)
Sade
karbonlu
Çelik
Paslanmaz
Çelik Sac
302 kalite
Sıcaklık °C
100
200
400
302
237
240
177
165
163
186
7854
60,5
58
56,7
48
8055
15,1
16
17,3
20
Yoğunluk
kg/m3
8300
2702
20
372
237
2770
304 kalite
7900
14,9
12,6
16,6
316 kalite
8238
13,4
15,2
18,3
Çeşitli malzemelerin sıcaklığa bağlı olarak ısı iletim katsayıları (W/mK)
54
19,8
21,3
Kaplama
Siyah krom
Nikel üzerine
siyah krom
Siyah Nikel
Siyah bakır
Alü-oksit
Demir oksit
Mat
siyah
boya
Titanyum
Nitrit
Asit
(Tinox)
Bakır
Çelik
Bakır
Çelik
Alü
Çelik
Bakır
Alü
Nikel
Çelik
Bakır
Çelik
Alü
Işınım yutma
oranı, α, %
0,95-0,97
0,91-0,97
0,90-0,95
0,90-0,95
0,95
0,89-0,96
0,85-0,95
0,81-0,93
0,81-0,93
0,85-0,95
0,85
0,90-0,98
0,90-0,98
0,90-0,98
Işınımı geri
yayma, ε, %
0,08-0,14
0,07-0,16
0,09-0,15
0,09-0,15
0,5
0,07-0,17
0,1-0,15
0,11-0,17
0,11-0,17
0,11-0,34
0,08
0,85-0,92
0,85-0,92
0,85-0,92
Bakır
0,97
0,5
Alt tabaka
Çalışma
sıcaklığı, °C
316
427
427
427
427
200
200
200
900
427
120-130
120-130
120-130
Neme karşı
direnci
İyi
Zayıf
Çok iyi
Çok iyi
Bilinmiyor
Değişken
Zayıf
Bilinmiyor
Bilinmiyor
Bilinmiyor
İyi
Zayıf
Zayıf
Zayıf
Selektif yüzeyler ve siyah boyalı yüzeylerin teknik özellikleri
Piyasada kollektörler panel özelliğine göre isimlendirilirler. Bunlar; Galvaniz, Alüminyum, Bakır
ve Selektif yüzeyli kolektörlerdir.
55
56
Kollektör-boyler entegre güneş enerjisi sistemleri: Panel ve boylerin bir arada bulunduğu
sistemlerdir. Kışın donmaya karşı elektrikli rezistans kullanılır.
57
58
Havuz ısıtmasında kullanılan kollektörler: Havuz ısıtmasında normal bilinen kollektörler
kullanılabileceği gibi son yıllarda kasasız ve camsız propilen-epdm malzeme esaslı kolektörlerdir.
Özel EPDM-Matlar çatıya veya uygun bir yere yerleştirilir ve güneş ışınları bunlar tarafından
emilir. Devir daim pompası yardımı ile ayrı bir su (havuz suyu değil) EPDM mat içinden geçirilir
Buradan geçen su, solar enerji matlarıyla emilen güneş enerjisi ile ısıtılır ve dönüş yoluyla eşanjöre
verilir. Sürecin sensörler ve emiciler yoluyla elektrikli olarak kontrol edilmesi nedeniyle sistem
otomatik biçimde çalışır. Solar sistemin verimli çalışabilmesi için hassas kontrol çok önemlidir.
Devir daim pompası emici yüzeydeki sıcaklık havuz sıcaklığının 4°C üstüne çıktığında açılır;
havuz suyu ile geri dönüş borusundaki ısı farkı 1°C altına düştüğünde ise kapanır. Termal enerji
kaybı olmaması için sensörlerin ve kontrollerin son derece hassas olmaları önemlidir.
Teknik veriler:
Emici alan: 1.523 m2 / EPDM-Mat m2
Malzeme:
EPDM
Genişlik:
Yolların genişliği 10 tüpten oluşan 120mm çap yaklaşık 9mm
Uzunluk:
60 metreye kadar değişken
Ağırlık:
Boş:
5.5 kg/m2
Dolu: 8.5 kg/m2
Kapasite:
3.0 lt/m2
2
m ′den geçen su miktarı: 80-100 lt/saat
İşletme basıncı: 0.5-2.5 bar
Basınç kaybı: 0.2-0.3 mSS (20m uzunlukta)
Isı direnci:
-50-+150 C (Donmuş emici yüzey üstünde yürünebilir)
Enerji tasarrufu: 6kWh/m2 emici alan (Günlük)
300-500kWh/m2 EPDM-Mat alan (Yaz sezonu)
59
Üst Örtü – Cam (glass-glazing): Toplayıcıların ısı kayıplarını en aza indirgeyen ve güneş
ışınlarının geçişini engellemeyen malzemelerden seçilmektedir. Saydam yüzey olarak genellikle
cam veya plastik esaslı malzemeler kullanılır. Bu örtüleri kullanmaktaki asıl amaç, ortamdaki
rüzgâr nedeniyle yutucu yüzey ile ortam arasındaki taşınım katsayısının büyümesini önlemektir.
Kullanılan örtü malzemesinde uzun dalga boylu ışınım geçirme oranlarının düşük olması sebebiyle
ısı kaybını önlemektedirler. Cam, güneş ışınlarını geçirmesi ve ayrıca yutucu plakadan yayılan uzun
dalga boylu ışınları geri yansıtması nedeni ile örtü maddesi olarak son derece uygun bir maddedir.
Bilinen pencere camının geçirme katsayısı 0.88’dir. Son zamanlarda özel olarak üretilen düşük
demir oksitli camlarda bu değer 0.95 seviyesine ulaşmıştır. Bu tür cam kullanılması verimi arttırır.
Cam, güneş enerjisi sistemlerinin en üst tabakasını oluşturmaktadır. Camın ışık ve ısı geçirgenliği
performansları, güneş enerjisi sistemlerinin verimliliğini doğrudan etkilemektedir.
Sistemlerin uygulanacağı coğrafi bölgeye göre kullanılan cam tipi değişiklik gösterebilmektedir.
Sistemlerin verimini arttırmak için yüksek performanslı camlar kullanılması önerilmektedir.
Dış etkenlere maruz kalan güneş enerjisi sistemlerinde camın dayanıklılığını arttırmak ve ısıl
gerilimlere karşı direncini arttırmak için temperli cam kullanılması gereklidir.
Güneş enerjisi sistemleri camları TS EN 12150-1/T1 nolu cam yapılarda kullanılan ısıl olarak
temperlenmiş soda kireç silikat emniyet camı standardına göre üretilmektedir. Güneş
kollektörlerinde yağmur, kar gibi sebeplerden dolayı kollektör içine su girmesini önlemek için cam
tutucu conta olarak UV dayanımlı Epdm (Etilen Propilen Dien Monomer) kullanılmaktadır. Köşe
noktalarda oluşabilecek sızıntılara karşı cam contası tam sızdırmazlık sağlar.
Güneş kollektörlerinde ürün tipine bağlı olarak dört tip cam kullanılmaktadır. Bunlar;
abcd-
Düz pencere camı
Temperli cam
Düşük demir oksitli temperli cam
Antireklektif cam
Düz pencere camları %10 demir oksit içermektedir. Demir oksit cama mukavamet kazandırmakla
birlikte camın güneş ışığını geçirme oranını düşürmektedir. Düşük demirli (su beyazı) camlarda
demir oksit yerine, cama farklı maddeler ilave edilerek gerekli mukavemeti sağlamanın yanı sıra
güneş ışığı geçirgenliği % 92’ye çıkmaktadır. Su beyazı-düşük demirli camda demir oranı %0,15
civarındadır. Normal pencere camları, standart imalar işlemlerinin dışında ekstra olarak temperleme
işlemine tabi tutulduğunda, mukavemeti artmakta ve kırılganlığı azalmaktadır. Temperli camların
ışık geçirgenlik oranı, normal pencere camları ile aynıdır.
60
Normal demirli temperli düz cam - DURASOLAR® F: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan
normal demirli temperli düz camdır. Güneş ışığı ve ısı geçirgenlik oranları düşük demirli, yüksek
performanslı cama kıyasla daha düşük olmasına rağmen hava koşullarının elverişli olduğu bazı
pazarlarda Durasolar® F tercih edilmektedir. İşleme ve Uygulama: Durasolar® F temperleme
işlemi öncesinde kesim, marka baskı, çapak alma gibi işlemlerden geçmektedir.
Açıklama
Performans ve Özellikler
Kalınlık
Kalınlık Toleransı
Yoğunluk
Yüzey İşleme
Kenar İşleme
Temper Bilgisi
Isı Dayanımı
3,2 mm & 4 mm
± 0,2 mm
2,5 gr/cm3
Desenli
Rodaj/Çapak
Temperli/Tempersiz
250 oC
Normal demirli buzlu cam - DURASOLAR® P: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan normal
demirli, temperli buzlu camlardır. Desenlerin derinliği ve dokusu buzlu camın ışık ve görüntü
geçirgenliğinde etkin rol oynar. Güneş ışığı ve ısı geçirgenlik oranları düşük demirli, yüksek
performanslı camlara kıyasla daha düşük olmasına rağmen hava koşullarının elverişli olduğu bazı
pazarlarda Durasolar® P tercih edilmektedir. İşleme ve Uygulama: Durasolar® P temperleme
işlemi öncesinde kesim, marka baskı, çapak alma gibi işlemlerden geçmektedir.
Tül
Mandalin
Açıklama
Performans ve Özellikler
Kalınlık
Kalınlık Toleransı
Yoğunluk
Yüzey İşleme
Kenar İşleme
Temper Bilgisi
Isı Dayanımı
61
4 mm
± 0,2 mm
2,5 gr/cm3
Desenli
Rodaj/Çapak
Temperli/Tempersiz
250 oC
Düşük demirli temperli buzlu cam - DURASOLAR® P+: Güneş enerjisinden sıcak su üreten
güneş kolektörleri ve elektrik üreten güneş pilleri sistemlerinde kullanılan düşük demirli, yüksek
performanslı, temperli buzlu camlardır. Demir oksit oranı daha düşük olan Durasolar® P+ camların,
ışık ve ısı geçirgenliği normal demirli cama göre daha yüksektir. Cam, güneş enerjisi sistemlerini
çevre koşullarından koruyan; ısı ve ışık kaybını azaltan en üst yüzeydir. Durasolar® P+ camlar,
güneş enerjisi sistemlerinin performansında maksimum verimlilik sağlamaktadır. İşleme ve
Uygulama: Durasolar® P+ temperleme işlemi öncesinde kesim, marka baskı, çapak alma gibi
işlemlerden geçmektedir.
Prizma
Sandy
Açıklama
Performans ve Özellikler
Demir Oranı
Kalınlık
Kalınlık Toleransı
Yoğunluk
Yüzey İşleme
Kenar İşleme
Temper Bilgisi
Isı Dayanımı
≤ 0.02 %Fe2O3
3,2 mm & 4 mm
± 0,2 mm
2,5 gr/cm3
Desenli
Rodaj/Çapak
Temperli/Tempersiz
250 oC
Anti reflektif Kaplamalı Cam: Anti reflekte (AR) kaplama, cam yüzeyinden ışık yansıtıcılığını
azaltan özel bir kaplamadır. AR kaplama cam yüzeyinin yansıtıcılığını azaltacak şekilde çalışır. Bu
uygulama camın güneş geçirgenliğini arttırarak PV modül ve güneş kollektörlerinde performans
artışı sağlar.
62
Isı Yalıtım: Kollektörün arkadan olan ısı kayıplarını minimuma indirmek için absorber plaka ile
kasa arası uygun bir yalıtım maddesi ile yalıtılmalıdır. Absorber plaka sıcaklığı, kollektörün boş
kalması durumunda 150°C’ye kadar ısınması nedeniyle kullanılacak olan yalıtım malzemesinin
sıcağa dayanıklı yalıtım malzemesi olması gerekmektedir. Isı iletim katsayıları düşük ve soğuk
yalıtım malzemesi olarak bilinen poliüretan kökenli yalıtım malzemeleri tek başına
kullanılmamalıdır. Bu tür yalıtım malzemeleri, absorber plakaya bakan tarafı sıcak yalıtım
malzemesi ile takviye edilerek kullanılmalıdır. Kollektör izolasyonunda genellikle camyünü,
taşyünü ve poliüretan izolasyon kullanılmaktadır.
Güneş kollektörlerinin ısı yalıtım uygulamalarında kollektör şilte ve levhaları birlikte
kullanılmaktadır. Yutucu yüzeyden gövde içine doğru ışıma ile meydana gelen ısı kayıplarını
önlemek ve seçici yüzeye geri yansıtmak amacı ile alüminyum folyo kaplı camyünü levhaları
kullanmak da mümkündür. Bu uygulamada, kasa yüksekliğinin izin vermesi durumunda soğurucu
yüzey ile alt yüzey yalıtımı arasında 10 - 20 mm boşluk bırakılmalıdır. Kollektörlerin
havalandırılması için, yağmur sularının giremeyeceği yerlere 2-3 mm’lik delikler açılmalıdır. Aksi
halde, su buharı geceleri camlarda yoğuşarak, buğu oluşturup kollektörün verimsiz çalışmasına
neden olabilir.
63
Güneş kollektörlerinde kullanılan ısı yalıtım malzemeleri;
Cam yünü; Isı geçiş katsayısı k= 0.035 W/m-K dir. Dayanabildiği sıcaklık; sürekli halde 150 °C,
Geçici halde 250 °C (kısa süreli).
Taş yünü; Isı geçiş katsayısı k= 0.035 W/m-K dir. Dayanabildiği sıcaklık 650 °C, Geçici halde
maksimum 850 °C.
Poliüretan; k = 0.028 W/m-K, Dayanabildiği maksimum sıcaklık 80 °C
Yalıtım malzemesi
Cam yünü
Taş yünü
Polistren köpük
Poliüretan köpük
PVC
Kalsiyum silikat
Perlit
Isocyanurate
Fenolik köpük
Gözenekli plastik
Isı iletim katsayısı
(W/mK)
0,034
0,036
0,029
0,023
0,035
0,055
0,048
0,025
0,033
0,040
Maksimum çalışma
sıcaklığı (°C)
250
650-1050
70-80
104
100-130
650
820
121
135
100
64
Yoğunluk
(kg/m3)
15-120
20
35-45
40-80
Vakum tüplü (evacuated tube) kolektörler: Vakum tüplü (direkt ve endirekt) ve ısı borulu (heat
pipe) vakum tüp olmak üzere iki tipi mevcuttur. Direkt akışlı vakum tüpte ısıtıcı akışkan vakum
tüpün içinde doğrudan dolaşır.
Cam vakum tüpler güneş enerjisi sistemlerinin en temel parçasını oluşturmaktadır. Vakum tüplerde
her bir vakum tüp iç içe geçmiş iki adet cam tüpten oluşmaktadır. Dış tüp, darbelere son derece
dayanıklı bir malzeme olan borosilikattan imal edilmiş olup 25 mm'lik çapa sahip dolu darbelerine
bile dayanıklıdır. İç tüp de aynı malzemeden üretilmiş ancak özel bir selektif yüzey (Al - N/Al) ile
kaplanmıştır. İki tüp arasındaki hava emilerek vakum ortamı oluşturulmakta ve her türlü ısı kaybı
en düşük seviyeye indirilmektedir. İç tüpte yer alan özel kaplama ve paslanmaz çelik reflektör
sayesinde güneş ışınlarının %93'ü maksimum verimle emilerek ısıya çevrilmekte ve güneş
ışınlarının geri yansıma oranı da minimuma (%7) indirilmektedir.
İki tüp arasındaki vakum ortamını oluşturmak için baryum toplayıcı kullanılmaktadır (televizyon
tüplerinde olduğu gibi). Üretim esnasında bu toplayıcı çok yüksek sıcaklıklara maruz bırakılır ve bu
şekilde vakum tüpün dip kısmı saf bir baryum tabakası ile kaplanır. Bu baryum tabakası aktif olarak
işlem esnasında tüpten açığa çıkan CO, CO2, N2, O2, H2O ve H2 gibi gazları absorbe eder ve bu
sayede vakumun oluşmasını sağlar. Baryum tabakası aynı zamanda vakumun doğru bir şekilde
yapılıp yapılmadığını da gösterir. Eğer tüpteki vakum kaybolacak olursa gümüş renkli baryum
tabaka resimde de görebileceğiniz gibi beyaza döner. Bu da bir vakum tüpün doğru şekilde çalışıp
çalışmadığının kolayca anlaşılmasını sağlar.
65
Vakum tüpün örnek özellikleri:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Yapısı: Tüm cam konsantrik çift katman tüp geometriye sahiptir.
Cam malzeme: Borosilikat cam (borcam).
Soğurma özelliği: > 0,92
Işınım yayıcılığı: <0.08 (80oC)
Vakum: 0,005Pa
Sıcaklık dayanımı: > 200oC
Camın et kalınlığı: 1,6mm
Termal genleşme: 3.3x10-6oC
Ömrü: >15 yıl
İki tür seçici kaplama kullanılmaktadır.
• Al/N/Al (Alüminyum/Azot/Alüminyum): 0,93
soğurma özelliği (Air Mass 1,5'de) vardır. Işınım
yayıcılığı 0.08'dir (80oC'de).(soldaki)
• ALN/AIN-SS/Cu (Alüminyum nitrür/AINSS/Bakır): Geleneksel
vakum
tüplerinden
(AL/N/AL'den) ışınım soğurma bakımından %12
daha iyi ve ışınım yayıcılığı %30 daha azdır.
Seçici
yüzey
kaplaması
daha
yüksek
sıcaklıktadır.(sağda)
BARYUM AYNASI: Vakum tüpün dış boru alt ucunun iç kısmı özel bir teknikle buharlaştırılan
baryum metali ile kaplanarak bir baryum aynası oluşturulur. Baryum metali bir ring şeklinde
merkezleme yayının tepesine tutturularak kaplama yapılacak bölgeye yerleştirilir ve özel bir cihaz
yardımıyla buharlaştırılarak boru ucunda bir ayna oluşumu sağlanır. Aynanın birinci görevi,
başlangıçta iki boru arasında oluşturulan vakum boşluğuna, zamanla selektif kaplamadan
gelebilecek CO, C02, N2,02, H20 ve H2 gibi gazları emerek vakum özelliğinin bozulmasını
önlemektir, ikinci görevi de, bir nedenle vakum bozulursa, sütsü beyaz bir renge dönerek durumun
açıkça görülmesini sağlamaktır. Güneş enerjisi selektif yüzey kaplaması tarafından emilerek iç boru
içindeki suya aktarılır ısınan su yukarı doğru sıcak su tankına hareket eder.
66
Endirekt akışlı vakum tüplü gesıs: Endirekt akışlı vakum tüpte ise ısıtıcı akışkan vakum tüp
içerisinden geçirilen bakır borular içersinden geçirilir.
Vakum tüp içi bakır borulu endirekt akışlı sistem
Isı borulu vakum tüplü GESIS: Isı borulu vakum tüpte ise ısı borusunun kondenser üst ucu
manifolta yerleştirilerek ısısını buradan geçen ısıtıcı akışkana bırakır. Isı çubuklu vakum tüp de
yukarıda bahsettiğimiz gibi, iç içe geçmiş ve aralarındaki hava vakum edilmiş iki adet cam tüpten
oluşmaktadır. Buna ek olarak tüpün içerisine bakır bir ısı çubuğu yerleştirilmiştir. Vakum tüp
içerisindeki bakır ısı çubuğu, ısıyı uç kısmındaki yoğunlaşma çubuğu bölümüne iletir ve ısı bu
kısımdan suya aktarılır. Alttaki resimde ısı çubuklu vakum tüpü oluşturan, cam vakum tüp, bakır ısı
çubuğu ve alüminyum ısı transfer kanatları görülmektedir. Bakır ısı çubuğu iki adet alüminyum ısı
transfer kanadının arasına yerleştirilerek cam vakum tüpün merkezine yerleştirilmiştir. Alüminyum
kanatlar, hem bakır ısı çubuğu hem de vakum tüpün iç yüzeyi ile temas alanının maksimize
edilmesi için kalıpta özel forma sokulmuştur. Bu özel form bakır ısı çubuğuna ve dolayısıyla da
suya yapılan ısı transferini büyük oranda artırmaktadır. Bakır ısı çubuğunun iç kısmı deliktir ve bu
boşlukta ısı transfer sıvısı dolaşmaktadır. Bu sıvı bakır ısı çubuğunun merkezindeki boşluğa enjekte
edilirken aynı zamanda içerideki hava da 4x10-6 Pa derecesinde vakum edildiği için 25- 30 C gibi
çok düşük sıcaklıklarda dahi içerideki sıvı buharlaşabilir. Bakır ısı çubuğu ısındığında buharlaşan
sıvı, yoğunlaşma çubuğu bölümüne doğru yükselmeye başlar ve bu bölümde ısı suya transfer edilir.
Kaybedilen ısı sebebiyle buhar yoğunlaşarak sıvı hale döner ve aynı döngüyü tekrar
gerçekleştirmek üzere bakır çubuğunun tabanına doğru geri döner.
67
68
Isı borulu vakum tüplü güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemi
69
SÜPER İLETKEN METAL VAKUM TÜP:
Teknik Özellikler (örnek)
Uzunluk
Vakum tüp dış çap
Ağırlık
Cam kalınlığı
Malzeme
Selektif kaplama
Vakum seviyesi
Işıma sıcaklığı
Absorbe oranı
Yansıtma oranı
Soğuğa karşı dayanıklılık
Dolu tanesi direnci
Rüzgara karşı dayanıklılık
Çalışma sıcaklığı
1900mm
70mm
2.2kg
2.5mm
Borosilikat Cam 3.3
Al - N/Al
P<5x10-3 Pa
> 250°C
>93%
<8%
-50 °C
Ø 35mm
30m/s
<=25°C
SİMV Tüpler, orijinal bir forma sokulup selektif yüzey ile kaplanmış alüminyum plaka ile bakır ısı
borularının hassas lazer kaynak teknolojileriyle birleştirilmesi ve vakum tüp içerisine özel metal
aparatlarla monte edilmesinden oluşmuştur. Özel teknolojisi ve hızlı reaksiyon vermesi sayesinde
normal vakum tüplü sistemlere göre yaklaşık iki kat daha fazla ısı verimi sağlamaktadır. SİMV
tüplü sistemlerde basınca dayanıklı depo kullanıldığından dolayı sistem su takviyesini otomatik
yapmakta ve kullanım suyunda basınç sorunu yaşanmamaktadır. Depo içerisinde oluşan sıcak su
buharı da otomatik ventil ile dışarı atılmaktadır. Vakum tüplerin içerisinde su dolaşmadığı için
tüplerden birinin kırılması durumunda bile sistem ufak bir verim kaybıyla sızıntı türünden sorunlar
çıkarmaksızın normal işleyişine devam etmektedir. Su ile tüpün arasında koruyucu özel bir silikon
tabaka bulunmaktadır ve bu malzeme paslanma, aşınma ve kırılmaya karşı dayanıklıdır. Bu sayede
SİMV tüplü sistemlere bir kez yatırım yapılarak ömür boyu fayda sağlanmaktadır.
70
71
Devre tipine (dolaşan suyun) göre gesıs’leri açık (direkt) ve kapalı (endirekt) devre olmak üzere
ikiye ayrılırlar:
1. Açık (direkt) devre GESIS: Açık sistemler kullanım sıcak suyu ile kollektörlerde dolaşan
suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti
ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde kullanılır. Sıcak su
kullanıldıkça depoya tekrar şebekeden soğuk su girdiği için yeni gelen su kollektörlerde
kireçlemeye neden olur. Kireçte kollektörün ısı geçişini engeller. Sistem zamanla suyu
ısıtmaz hale gelir ve kolektörler çürür. Açık sistemler bu problemlerden dolayı tercih
edilmezler.
a. Açık Devre Tabii Dolaşımlı GESIS: Isı transfer akışkanının (suyun) tabii olarak dolaştığı
sistemlerdir. Kollektörlerin çalışması ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi
özelliğine dayanır. Suyun bu şekilde hareketine “termosifon olayı” denir. Depodaki su
sıcaklığı ile kollektördeki su sıcaklığı eşit oluncaya kadar dolaşım devam eder. Bu tür
sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden 30-50 cm yüksekte olması gerekir. Tabii
dolaşımlı sistemde, suyun sistemde dolaşımını sağlayan basınç değeri aşağıdaki gibi
hesaplanır. Sıcak-soğuk su kolonu yüksekliği H ise bu borulardaki sıcak ve soğuk suyun
statik basınçları; Psıcak = H x ρsıcak ve Psoğuk = H x ρsoğuk olacaktır ve buna göre sirkülasyonu
sağlayan etkin basınç; Pe = H x (ρsoğuk - ρsıcak ) şeklinde olacaktır.
Tabii dolaşımlı açık devre (direkt) GESIS
72
b. Açık Devre Pompalı GESIS: Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı
sistemlerdir. Deponun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su
borularındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın yeterli olmaması ve büyük bir
deponun yukarıda tutulması zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur.
Pompalı sistemler otomatik kontrol devresiyle çalışır. Depo tabanına ve kolektör çıkışına
yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri, kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10ºC
daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3ºC
olduğunda ise pompayı durdurur. Açık devre pompalı sistemde sistemin tamamına soğuk su
girişi olduğundan kolektörle depo sıcaklıkları arası çok sık değişeceğinden pompa devreye
çok sık girer. Suyun içindeki kireç kolektörün özelliğini bozduğundan bu sistem tercih
edilmez.
Açık devre (direkt) pompalı GESIS
Sistem kapasitesi büyüdükçe daha büyük bir depo kullanmak icap eder. Bu durumda depoyu
kollektör üzerine koymak doğru olmaz. Böyle durumlarda depoyu çatı arasına veya bodrum kata
koymak daha iyidir. Bu tip sistemler soğuk bölgeler için çok uygundur. Kollektör devresinde
antifrizli su dolaştırılarak donma önlenir. Depo ise çatı arasında veya bodrumda olduğundan donma
tehlikesi yoktur. Fakat ısıl kayıpları azaltmak için mutlaka izole edilmelidir. Depo tarafı direkt
olarak şebekeye bağlandığı için bu devrede pompaya gerek yoktur.
73
2. Kapalı (endirekt) devre GESIS:
a. Kapalı Devre Tabii Dolaşımlı GESIS: Isı transfer akışkanının tabii olarak dolaştığı
sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine
dayanır. Bu tür sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden 30–50 cm yüksekte olması
gerekir. Deponun alt seviyesinden alınan soğuk su kollektörlerde ısınarak hafifler ve
deponun üst seviyesine yükselir. Gün boyu devam eden bu işlem sonunda depodaki su
ısınmış olur. Tabii dolaşımlı sistemler daha küçük miktarlarda su ihtiyaçları için kullanılır.
Şamandıralı Sistemler: Bu tür sistemler genelde üst üste iki ayrı depodan oluşur. Üst depo soğuk
su deposudur. Soğuk su deposunda bir adet şamandıra (flatör) bulunur. Şamandıraya soğuk şebeke
suyu bağlanır. Alt taraftaki depo sıcak su deposudur. Deponun dış kısmında bir ceket
bulunmaktadır. Kolektör bu cekete bağlanır. Antifrizli su (kolektör devresi) bu cekette dolaşarak
güneşten aldığı ısıyı şehir şebekesinden gelen kullanım suyuna transfer eder. Soğuk su deposu ile
sıcak su deposu ayrıca birbirine bağlanır. Sıcak su kullanıldığında eksilen su, soğuk su deposundan
takviye edilir. Soğuk su deposundaki seviye eksildiğinde şamandıra devreye girerek eksilen suyu
şebekeden takviye eder.
Kapalı Devre Tabii Dolaşımlı GESIS
74
75
Basınçlı Sistemler: Basınçlı sistemlerde soğuk su beslemesi, ilave bir şamandıralı depo olmaksızın
direkt şebekeden sıcak su deposu içerisine yapılır. Dolayısıyla sistem daha çalışmaya başlamadan
şebeke basıncına ulaşır. Sistem çalışmaya başladığında da sıcaklık arttıkça basınç da artar. Kapalı
kaplar prensibine göre de basınç arttıkça deponun içindeki suyun sıcaklığı diğer şamandıralı
sistemlere göre daha yüksek değerlere ulaşır. Basınçlı sistemler açık devre veya kapalı devre olarak
imal edilir. Basınçlı sistemlerin şamandıralı sistemlere göre bir avantajı da kullanım yerinde sıcak
suyun soğuk su ile aynı veya daha yüksek basınçta olmasıdır. Bu sayede banyoda sıcak su ile
haşlanma riski daha azdır. Şamandıralı sistemlerde sıcak su basıncı, sadece depo seviyesi ile
kullanım yeri arasındaki kot farkından kaynaklanan statik basınç kadardır. Bu ise tesisatta soğuk
suyun sıcak suyu yukarıya ötelemesine ve dengesiz bir sıcaklık akışına neden olmaktadır.
76
Taze Su (fresh water) Isıtmalı Gesıs: Kullanım su hattının basınçlı, depo-kollektör arasının
basınçsız olduğu sistemdir. Şebekeden gelen suyun direkt olarak spiral eşanjör vasıtası ile boylerde
ısıtılan sudan geçirilerek kullanım yerine gönderildiği sistemdir. Sistemin boyler kısmı basınçsızdır.
Kollektör ile boyler arasındaki su tabii olarak sirküle eder ve kapalı devre çalışır. Lejyoner
hastalığına karşı faydalı bir tasarıma sahiptir.
77
b. Kapalı Devre Pompalı GESIS: Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı
sistemlerdir. Deponun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su
borularındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın yeterli olmaması ve büyük bir
deponun yukarıda tutulması zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur.
Pompalı sistemler otomatik kontrol devresi yardımı ile çalışırlar. Depo tabanına ve kolektör
çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri, kollektörlerdeki suyun depodaki
sudan 10ºC daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır. Bu
fark 3ºC olduğunda ise pompayı kapatır.
Kapalı Devre Pompalı GESIS
Cebri sirkülâsyonlu kapalı devre sistemlerde sistemin büyüklüğüne ve özelliklerine göre farklı ısı
değiştiriciler kullanılır.- Küçük kapasiteli sistemlerde (2-6 adet güneş kolektörlü) genellikle
gömlekli ısı eşanjörü - Orta büyüklükteki sistemlerde (7-20) serpantinli ısı eşanjörü - Büyük
kapasiteli sistemlerde (20 adet ve üzeri güneş kolektörlü) plakalı ısı eşanjörü kullanılmaktadır.
Bazı İller İçin Antifriz Oranları
İl
Adana
Afyon
Ankara
Antalya
Aydın
Balıkesir
Bolu
Antifriz
oranı %
25
35
35
5
15
20
40
İl
Bursa
Çanakkale
Denizli
Diyarbakır
Edirne
Erzurum
Eskişehir
Antifriz
oranı %
20
15
20
25
25
50
35
78
İl
Antep
Isparta
İstanbul
İzmir
Kars
Kayseri
Konya
Antifriz
oranı %
25
25
15
10
70
40
35
İl
Malatya
Manisa
Muğla
Trabzon
Uşak
Van
Sivas
Antifriz
oranı %
35
15
15
15
25
50
45
PV/T (PhotoVoltaic-Thermal) Hibrit Kollektörler: Fotovoltaik ve termal su ısıtma kollektörünün
birleştirilmiş halidir. Güneş pilleri, güneşten gelen enerjinin yaklaşık %15’ni elektrik enerjisine
dönüştürebilirler, kalan enerjinin büyük bir kısmı ısı enerjisine dönüşerek güneş pilinin ısınmasına
neden olur. Güneş pilinde ki her 1°C sıcaklık artışı elektrik üretimini % 0,45 düşürmektedir. Güneş
pillerinin ideal çalışma sıcaklığı 25°C olarak hesaplanırken (sıcaklığın daha da düşük olması verimi
artırmaktadır), ortam sıcaklığı 25°C olan bir bölgede çalışan güneş pili 45°C’ye çıkmaktadır (güneş
pilinin sıcaklığı; ortam sıcaklığına, nem ve rüzgâr miktarına bağlıdır), bu durum karşısında güneş
pillerinin elde ettiği bu ısıdan faydalanmak ve güneş pilini soğutmak amacı ile hibrit sistemler
geliştirilmiştir. Bu sayede hem elektrik, hem de sıcak su/hava sağlanmış olur. Bir yandan güneş
pilinin soğutulması ile verim artışı sağlanırken, diğer yandan ısı enerjisi kullanabilir bir hal alır.
Fotovoltaik modülün altına bütünleşmiş su veya hava kanalları ile modül soğutulur. Su kanalları ile
bütünleşik panellerde bulunan su, pompa yardımı ile sirkülâsyonu yapılır (zorlanmış dolaşımlı).
Hava kanalları bütünleşik sistemler de ise ısıtılan havanın enerjisi, enerji transfer ünitesi ile suya
aktarılır ve ısıtılan hava doğrudan iç ısıtmada kullanılır. Modül sıcaklığını azaltarak, artan elektrik
eldesi ve aşırı ısınmadan dolayı meydana gelebilecek olası hataları önleme (Ortam sıcaklığı 20°C
olan bir bölgede, 50°C’ye ulaşmış bir güneş pili %15 verimsiz çalışır). Fiyat olarak normal
fotovoltaik sistemlerden % 25 daha maliyetlidir fakat kendilerini kısa süre içerisinde amorti
edebilir. Fotovoltaik termal kollektörler su ve hava ısıtma olarak iki tipte imal edilirler.
PV/T Hibrit Kollektörün Test Değerleri
(Test: 1000watt/m2, ΔT=10°C, Q=55 1/h/m2)
Tçıkış
Wth/m2
We/m2
η
10°C
>680
146
>%82
20°C
680
138
%81
40°C
557
123
%68
60°C
475
108
%68
80°C
370
96
%46
Tçıkış:Çıkış sıcaklığı, Wth: Termal Watt eşdeğeri,
We: Fotovoltaik çıkış gücü, η:Toplam Verim
79
Test değerlerinden de anlaşılacağı gibi, modülün
ısınmasından dolayı fotovoltaik etkinin sıcaklık
etkisi görünmekte, sıcaklık artıkça kollektör ve
ortam arasında ki ısı kaybının da artmasından
dolayı, termal verim de düşmektedir
Isı borulu fotovoltaik kollektörler: Isı borularının fotovoltaik panelle birleştirilmiş halidir.
80
Gesıs ve Lejyoner Hastalığı
1976 yılında Philedphia’daki Amerikan ordu birliklerin kısa sürede hastalanan 221 kişiden 34
kişinin ölümü ile sonuçlanan salgın sonrasında yapılan araştırmalar sonucunda hastalığa yol açan
bakteri bulunmuştur. Bakteriye, Legionella Pneumophila ve hastalığada Lejyoner hastalığı ismi
verilmiştir.
Risk Faktörleri:
1- Solunabilen aerosolde (pülverize haldeki su ile hava karışımında) su tanecik büyüklükleri 1 ila 5
mikron çap aralığındadır. Tanecik çapı küçüldükçe tehlike riski artar. Çünkü 5 mikron ve altındaki
su zerrecikleri Akciğerin en derin noktalarına kadar geçebilir ve bunlar tekrar kolayca dışarı
atılamaz. Öte yandan küçük tanecikler hava akımları ile çok uzak mesafelere (soğutma
kulelerinden) taşınabilir.
2- Lejyoner hastalığının oluşabilmesi için Lejiyonella bakterisi ile kirlenmiş suyun aerosol halinde
solunması gerekir. Böylece mikrop akciğere ulaşarak hastalığı oluşturabilir.
3- Hastalık riski solunan mikrop sayısı ile orantılıdır. Solunan aerosol ne kadar yoğun bir biçimde
Lejiyonella ile kirlenmişse ve bu aerosol ne kadar yoğun ise, aynı oranda hastalığa yakalanma riski
vardır.
4- Bir diğer önemli risk faktörü de temas süresidir. Duş yaparken temas süresi dakikalar
mertebesindedir. Halbuki bir terapi havuzunda veya jakuzide bu süre daha uzundur. Örneğin bir
soğutma kulesinden kaynaklanarak kirlenmiş bir binada ise her gün 8-10 saat temas süresi söz
konusudur. Hastanelerde veya evlerde karşılaşılan bazı özel durumlarda ise sürekli temas
mümkündür.
5- Özetle lejyoner hastalığı riski havadaki Lejiyonella sayısı, solunum hızı ve solunum süresiyle
artmaktadır.
Özetle:
1- Lejiyonella bir bakteridir.
2- Suda ve nemli ortamda yaşamını sürdürür.
3- Suyun 5 – 8,5 PH değerleri yaşamı için uygun değerlerdir. 6,9 PH Lejiyonella’nın yaşamı için en
uygun ortamı oluşturur.
4- 5 – 63°C sıcaklık aralığı yaşamı için sınır değerlerdir.
5- 25 - 45°C hızlı çoğalma sıcaklık aralığıdır.
6- 37°C su sıcaklığında 2 saatte 2 kat çoğalır. 48 saat sonunda sayısal olarak patlama yaparak, tehdit
edici boyuta ulaşır.
7- Pülverize su içinde solunum yolu ile akciğerden alınır.
8- Hastalığı alma riski, solunan mikrop sayısı ile orantılıdır.
9- Kirlenmiş pülverize su ile temas süresinin fazla olması risk faktörünü artırır.
10- Solunum ile alındıktan 2 – 10 gün kuluçka döneminden sonra çoğalarak enfeksiyon yapar.
11- Belirtileri; kuru öksürük, solunum sıkıntısı, halsizlik, bitkinlik, başağrsı, kas kasılmaları, yüksek
ateş vb.
12- İnsandan insana geçtiğine dair bulgu yoktur.
13- Türkiye’de risk, İngiltere’den daha fazla. Antalya’da daha da fazladır. (sıcak iklim)
14- En etkili savaşma yöntemi, bakterinin çoğalmasının ve yayılmasının önlenmesidir. (Hastalığın
insana geçmesini önlemek için)
15- Hastalığa yakalananlarda ölüm oranı %15 – 20 mertebesindedir.
Güneşli kullanma sıcak suyu ısıtma sistemleri Lejiyonella için yüksek kirlenme riski olan
sistemlerdir. Yılın büyük kısmında sıcaklıklar 30-45 °C arasında kalmaktadır. Bu nedenle güneşle
su ısıtma sistemlerinde çift serpantinli boyler kullanılmalı ve ikinci serpantine sıcak su kazanı gibi
konvansiyonel bir enerji kaynağından bağlantı yapılmalıdır. Belirli zamanlarda bu kaynak yardımı
ile su sıcaklığı yükseltilerek, sistemde termik dezenfeksiyon yapılmalı veya Lejyoner riskini azaltan
depo tasarımları dikkate alınmalıdır.
81
Kollektörlerin yerine montajında dikkat edilecek hususlar:
-
Sistemden maksimum performans sağlamak için kollektör ısı emici yüzeyi (camlı yüzey)
güneye bakmalıdır.
-
Kollektör eğim açısı tüm yıl kullanımı için bulunduğu şehrin enlem derecesinde olmalıdır.
Sadece yaz aylarında kullanılacaksa kollektör eğim açısı, enlem derecesinden 15° eksik olmalı,
sadece kış ayları için kollektör monte edilecekse şehrin bulunduğu enlem derecesinden 15° fazla
açı ile monte edilmelidir. Kollektör eğim açıları açılı terazi ile kontrol edilmelidir. Enleme ilave
edilen sayısal değerlerin nedeni Zenit açısıdır. Bu açı kışın büyümekte yazın ise küçülmektedir.
İdeal konumdan 15º sapma halinde enerji kayıp oranı %6’dır. Mimari ve diğer etkenler nedeni
ile ideal açı uygulanamazsa enerji kayıpları büyük olmayacaktır.
-
Kollektörün alt tabanı zemine sıfır olmamalıdır. Zemine yapışık olursa arkadan esen rüzgâr
kollektöre direnç yaparak olumsuz etkiler. Bu nedenle kolektör çatı zemininden en az 100 mm
yüksekte olmalıdır.
-
Kollektör monte edilecek çatıda baca var ise, kollektör yine güneye bakmalı fakat bacanın batı
tarafına konulmalıdır. Aksi halde bacanın gölgesi kolektöre düşebilir. Kollektörün monte
edileceği çatı ağaç, bina veya diğer yükseltilerin gölgelerinden etkilenmemelidir.
-
Kollektöre giriş ve çıkış boruları hemen hemen eşit uzunlukta olmalıdır ki basınç kayıpları
dengelensin. Tesisatta, basınç kayıplarının düşük olması için vana, çek valf, dirsek vb. bağlantı
elemanları minimum sayıda kullanılmalıdır.
-
Isı dönüştürücüye giren şebeke suyu basıncı 7 bar’dan fazla ise giriş hattına basınç regülatörü
konulmalıdır.
-
Sıcak su çıkışına, kullanıcının ani sıcak sudan zarar görmemesi için karıştırıcı vana konulmalıdır.
-
Borular ısı kayıplarına karşı izole edilmelidir.
-
Plastik veya galvaniz türü borular kesinlikle kullanılmamalıdır. Güneş enerjisi tesisatında çelik
veya bakır boru ve ek parçaları tercih edilmelidir.
-
Tesisat çalışırken oluşan havanın kolay tahliyesi için, borular döşenirken akış yönünde yaklaşık
%1 yukarıya doğru eğim verilmelidir.
-
Cebri sirkülasyonlu sistemlerde kollektör hattının en üst noktasına, oluşabilecek havayı atmak
için otomatik hava purjörü konulmalıdır.
-
Tesisattaki boru çapları, minimum basınç kaybı oluşturacak büyüklükte olmalıdır. Kollektör
giriş-çıkış boru çaplarının en az ¾” olmalıdır. Tesisattaki boru çaplarının mümkün oldukça
yüksek seçilmelidir.
-
Özellikle kış aylarında, yüksek sıcaklıkta su elde etmek için kollektörlerin seri olarak ikili
bağlanmasından kaçınılmalıdır.
-
Sistemde, kullanılan kollektör sayısı üç ten fazla ise gömlekli ısı değiştiricisi kullanılmamalıdır.
-
Kollektörler yan yana geçişli paralel bağlandığında, kollektörden kollektöre akışkan
aktarıldığında, yüksek debilerde yüksek basınç kayıpları meydana gelmektedir. Kollektörler yan
yana 3’den fazla bağlanmamalıdır.
-
Kollektör grupları ve otomatik purjör öncesi arıza durumunda kullanılmak üzere küresel vana
kullanılmalıdır.
82
Tesisat Bağlantılarında Boru Uzunlukları
83
Güneş Kollektörlerinin eşit Basınç kaybı oluşturması için tek tek bağlanması
84
Örnek güneş enerjili su ısıtma tesisatı bağlantı şeması (Thickelman sistemine göre)
85
86
Kollektörlerin Seri Bağlanması: Kış aylarında, gün uzunluğu ve güneşlenme süresinin azalması
ile birlikte, dış ortam ve şebeke suyu sıcaklığının düşmesinden dolayı, kollektörlerin enerji kayıpları
arttığından istenen sıcaklıklarda su elde edilememektedir. Kış aylarında, yüksek sıcaklıkta su eldesi
için güneş kollektörleri Şekil-4 deki gibi seri bağlanmaktadır. Bu bağlantı ile daha sıcak su elde
edilmekle birlikte, özellikle ikinci kollektörün veriminde önemli ölçüde düşme meydana
gelmektedir. Şekilden de görüldüğü üzere b kollektörünün verimi a kollektörüne göre büyük oranda
düşüktür.
Şekil-4 Kollektörlerinin seri bağlanması
Şekil-5 Kollektörlerinin seri bağlanmasında kollektör
ısıl veriminin değişimi.
Tesisatta Havanın Tahliyesi: Güneş enerjisi sistemlerinde gün içinde suyun yüksek sıcaklık
farkından dolayı hacim değişimi ile su soğuk iken bünyesine aldığı hava, ısındığında ayrılmaktadır.
Bu hava, kapalı sistemde otomatik hava tahliye cihazları yardımı ile dışarı atılmaktadır. Sistemin
kendinden kaynaklanan havanın tahliyesi için kollektör-boru bağlantıları yukarıya eğimli olmalı ve
tahliye cihazı sisteme yerleştirilmelidir.
87
Kollektörlerde Basınç Düşümü: Kollektörlerde basınç düşümü, dolaşan akışkan debisi ve hıza
bağlıdır. Hız arttıkça kollektördeki basınç kaybı artmaktadır. Şekilde görüldüğü gibi 150 kg/h
debide 0.25 kPa olan basınç kaybı, 400 kg/h debide 2 kPa değerine ulaşmaktadır. Basınç
kayıplarının artması, sistem için güçlü pompa gerektirdiğini göstermektedir.
Güneş Enerjisi Sistemlerinde Kullanılan Tesisat Malzemeleri:
Malzeme
Fittings
Görevi
Ekleme parçaları
Çekvalf
Otomatik çalışan ve akışkanın
geri
akmasını
önleyen
ventillerdir. Akışkan kendi
basıncı ile ventili açar ve
akar.
İletilen,
akışkanın
pompalanması durduğunda
ventil akışı keserek geçmiş
olan akışkanın geri akmasını
önler.
Resmi
88
Emniyet
Ventili
Boşaltma
vanası
Basınç
Düşürücü
Ventil
Flatör
(Şamandıralı
ventil)
Elektrikli
rezistans
Genleşme
tankı
Otomatik hava
purjörü
Yüksek basınçlı su, buhar,
gaz,
hava
benzeri
akışkanların basıncı istenilen
değeri aştığı zaman sistemde
birçok zararlar meydana
gelebilir.
Bu
durumda
sistemde zararlı basınca sebep
olan
akışkan
fazlasına
otomatik olarak yol veren
emniyet ventilleri kullanılır.
Akışkan basıncı, ayarlı sınırı
aşınca ventil açılarak, fazla
basınç düşürülür.
Sistemdeki suyun
boşaltılmasında kullanılır.
Akışkanlar
çoğu
kez
kullanılacakları
yerlere
yüksek
basınç
altında
depolanarak sevk edilirler.
Kullanıldıkları
yerlerde
bunların basıncını istenilen
basınca düşürmek için basınç
düşürücü ventiller kullanılır.
Genellikle
depolarda
kullanılan
ventillerdir.
Depodaki sıvı ayarlanan
seviyeye geldiğinde flatör
akışkanı keserek deponun
taşmasını engeller. Seviye
düştüğünde tekrar akışkana
yol verir.
Güneşin olmadığı ve yetersiz
kaldığı
günlerinde
kullanılmak üzere ek ısıtıcı.
Sistemdeki suyun termal
kaynaklı meydana gelen
genleşmeyi
absorbe
edebilmesi için kullanılır.
Tesisatta oluşan havanın
atılması için kullanılır.
89
Kollektör seri
bağlantı flex
borusu
Kollektörlerin seri
bağlantısında kullanılır.
Termal
Karışım
vanası
Karışım
vanası,
yüksek
sıcaklıkta su taşıyan bir
borudaki sıcak suyu, soğuk
şebeke suyu karıştırarak
istenen sıcaklığa getiren
karıştırıcı vanadır. Diğer adı
mix vanadır. Karışım vanaları
son derece basit ve kolay
bozulmaz bir yapıya sahiptir.
Karışım vanasının gövde
içerisinde yüksek hassasiyetli
ve sıcaklık etkisiyle hareket
eden bir termal eleman
bulunmaktadır. Bu termal
eleman gövde içerisinde
hareket ederek sıcak ve soğuk
suyu orantılı olarak karıştırır
ve istenen sıcaklıkta karışım
suyunu oluşturur.
Güneş kolektörünün çıkış
ağzındaki
sıcaklık
ile
kullanım suyu boylerinin
sıcaklığı arasındaki farka göre
pompayı çalıştırır ve kontrol
eder. Kısaca tek serpantinli
boylerin olduğu durumlarda
sadece kolektör -boyler arası
otomasyonunu sağlar.
Solar
diferansiyel
fark termostatı
Pompa grubu
Pompamat
Üzerinde debi göstergesi
bulunan, sistemin debisinin
ayarlanmasına
imkan
sağlayan hazır montaj kitidir.
Opsiyonel bir kittir. Belirli
kapasitelere
kadar
hazır
sunulur.büyük kapasitelerde
hazır bulunmaz.
Mini hidrofor akış anahtarlı
olup herhangi bir musluk
açıldığında otomatik olarak
devreye girer, su kullanımı
bittiğinde otomatik olarak
devreden
çıkar.
Güneş
enerjisinden gelen basıncı
düşük sıcak suyun basıncının
arttırılmasında kullanılır.
90
Hidromat
(akışkan
kontrol cihazı)
Güneş enerjisi
kontrol cihazı
Hidromat
üniteleri,
pompaların basma ağzına
takılarak denge tankı, basınç
şalteri vs. olmadan pompayı
hidrofor haline getirirler.
Hidromat gövdesinin altında
dâhili çek valf bulunmaktadır.
Kuru
çalışmaya
karşı
korumalı olduğundan depo
olmadan şebekeye direkt
bağlanabilir. Fluid kontrol
cihazının piyasada ki diğer
adı hidromattır. Fluid kontrol,
tıpkı denge tanklı hidroforlar
da olduğu gibi su ihtiyacına
göre pompayı otomatik olarak
devreye alır ya da durdurur.
Yani bir pompayı çeşmenin
açılmasıyla otomatik olarak
çalıştıran ve kapanmasıyla
durduran
bir
kontrol
ünitesidir. Bir pompaya fluid
kontrol takıldığında o pompa
artık
hidrofor
adını
almaktadır.
Pompalı sistemlerde
pompanın otomatik kontrolü
için kullanılır.
Boru
izolasyonu
Kollektör bağlantı borularını
don ve korozyona karşı
korumak için
İmbisat
deposu
(antifiriz kabı)
Kapalı devre sistemlerde
anitfirizi depo etmek için.
Kollektör ara
bağlantı
rakoru
Kollektör çıkış
bağlantılarında kullanılır.
Kollektör kör
tapası
Kollektörün kullanılmayan
çıkışlarını körlemek için
kullanılır.
91
Besleme
ventili
Tesisatın doldurulmasında
kullanılır.
Güneş enerji
sıvısı
Kapalı devre sistemde
donmaya karşı kullanılır.
Solar kit
Güneş enerji sisteminde elde
edilen sıcak su, önceden solar
kit de bulunan Yön değiştirici
Vana Termostatı cihazında
ayarlanan,
sıcaklık
değerinden daha yüksek bir
değerde ise solar kitte
bulunan yönlendirme valfi,
direkt olarak güneş enerji
sisteminden elde kulanım
sıcak
suyun
kullanıma
sunulmasını sağlanmaktadır.
Güneş enerji sisteminde, Yön
değiştirici Vana Termostatı
cihazında ayarlanan sıcaklık
değerinden
daha
küçük
değerde sıcak su olması
durumunda,
Solar
kitte
bulunan yönlendirme valfi
konum değiştirerek, güneş
enerjisinden
elde
edilen
düşük sıcaklıktaki kullanım
sıcak suyunun, doğalgazla
ısıtma gerçekleştiren kombi
cihazından
geçmesi
sağlanmakta ve böylelikle
istenilen sıcaklıkta kulanım
sıcak suyunun hazırlanması
gerçekleştirilmektedir.
Sistemden gelen su içindeki
tortu,
pislik,
cürufların
aşınma, tıkanma ve arızaları
önlemek
amacıyla
kullanılmaktadır.
Tortu ve pislik
ayrıcı
92
Hava ve tortupislik ayırıcı
Isıtma
ve
soğutma
sistemlerindeki,
mevcut
oluşan hava ve pisliklerin tek
cihaz yardımı ile sistemden
ayrıştırılmasında
kullanılmaktadır.
Hava ayırıcı
Tesisattaki mevcut havanın,
sisteme vereceği korozyon,
kavitasyon, ses gibi zararları
önlemek
amacıyla
kullanılmaktadır.
Magnezyum
anot
Sistemde
bulunan
anot
çubuğu
zaman
içinde
oluşacak
suyun
iyonik
etkilerinden
kaynaklanan
(oksitlenme,
çürüme,
paslanma, vs..) durumlara
karşı depoyu korur.
Manyetik
kireç önleyici
Akış anahtarı
(flow switch)
Su kesintisinde
korur
pompayı
Açık genleşme Genleşen suyu depo etmek
(imbisat)
depoları
93
Plakalı eşanjör
Sistemde elde edilen ısının
ikincil devreye aktarımı için
kullanılır.
Solar hortum
Kollektör
sehpası
(kollektör
montaj kiti)
Çatı içi
Çatı üstü
Düz çatı
Çatı içi
Düz çatı
Çatı üstü
94
BOYLERLER (boiler): Boyler, ısı transferinin gerçekleştiği, sıcak kullanım suyunun
hazırlanmaya ve depo etmeye yarayan bir çeşit ısı değiştiricisidir.
Güneş enerjili sistemlerde kullanılan boylerleri; termisifonik sistemlerde kullanılan boylerler ve
pompalı sistemlerde kullanılan boylerler ve endüstriyel tip boylerler olmak üzere üçe ayrılabilir.
Kolektör ve deponun bir birine akuple olarak kullanıldığı termosifonik sistem uygulamalarında,
(genelde 300lt’ye kadar) güneş enerjisi boylerleri (cidarlı boyler) kullanılmaktadır. Termosifonik
sistem uygulamalarında kolektör ve boyler bir arada kullanılmaktadır.
TERMİSİFONİK SİSTEMLERDE KULLANILAN BOYLERLER:
Yatık cidarsız boyler (açık sistemde kullanılır)
Yatık cidarlı boyler (kapalı sistemde kullanılır)
Yatık serpantinli boyler
95
Boylerin Kısımları:
Boyler gövdesi: Boyler gövdesi, sac bir levhanın kıvrılarak bir birine kaynatılması şeklinde imal
edilmektedir. Boyler gövdesi için kullanılan sac levhanın kalınlığı, boylerin çalışma koşullarına
göre 0,5 mm ile 3 mm arasında değişmektedir. Atmosferik güneş enerjisi sistemlerinde, 0,5 mm ile
1 mm arasında sac levhalar kullanılmaktadır. Atmosferik sistemlerde kullanılan boylerler, basınca
karşı dayanıksızdırlar. Basınçlı sistemlerde kullanılmakta olan boylerler ise 2 mm – 3 mm arasında
değişen kalınlıklara sahip sac levhalardan imal edilmektedirler. Bu sistemler şebeke basıncı altında
çalışmaya uygun şekilde imal edilmektedirler.
İç yüzey: Boylerler iç malzemelerine göre, emaye, paslanmaz ve diğerleri olarak
sınıflandırılmaktadırlar. Emaye boylerler ise, hijyenik ve uzun ömürlüdürler. Bu nedenle, güneş
enerjisi sistemlerinde emaye boylerler tercih edilmektedir. Paslanmaz boylerler, hijyenik ve uzun
ömürlüdürler. Ancak, üretim maliyetleri çok yüksektir. Bu nedenle çok tercih edilmemektedirler.
Emaye ve paslanmaz boylerler dışında kalan boylerler, diğerleri sınıfına girmektedir. Epoksi boyalı
boylerler, galvaniz boylerler bu sınıfa girmektedir. Ancak bu boylerlerin iç yüzeyleri uzun ömürlü
olmadığından dolayı pek tercih edilmemektedirler.
Anod çubuğu: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan boylerleri, korozyona karşı korumak için
magnezyum anod çubuğu kullanılmaktadır. Magnezyum anod çubuğu, sistemde oluşan statik yükü
üzerine çekmektedir. Böylece magnezyum anod çubuğu statik yükü üzerine çekerek harcanırken,
boyler gövdesi korozyona karşı korunur. Magnezyum anod çubuğunun periyodik olarak kontrol
edilmesi ve tükendiğinde hemen değiştirilmesi gerekmektedir.
Rezistans: Güneş enerjisi sistemleri, güneş olduğu sürece, güneşten ısı alacak ve bu ısıyı kullanım
suyuna iletecektir. Ancak yeteri kadar güneş olmadığı zamanlarda ( örneğin kış aylarında) ya da su
tüketiminin fazla olduğu zamanlarda, güneşten alınan ısı yeterli olmayabilir. Bu nedenle, ihtiyacı
karşılayabilmek için boylerin içine bir rezistans (elektrikli ısıtıcı) yerleştirilmektedir. Su sıcaklığı
belli bir değerin altına indiğinde, rezistans devreye girerek suyu kullanım sıcaklığına getirmektedir.
Böylece, güneş enerjisi sistemi ile, güneşin yeterli olmadığı zamanlarda bile konforlu bir kullanım
sağlanmış olur.
Yan kapaklar: Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan boylerlerin, yan kapaklarında ABS ya da
sac kullanılmaktadır. ABS dayanıklı bir malzeme olduğu için, güneş enerjisi boylerlerinde
kullanılması tercih edilmektedir(Akrilonitril bütadien stiren - hafif ve sert bir polimerdir).
İzolasyon: Boyler izolasyonu, güneş enerjisi ile elde edilen sıcak suyun ısısını muhafaza edebilmesi
için büyük önem taşımaktadır. İzolasyon malzemesi seçiminde ise önemli 4 kriter bulunmaktadır.
Bu 4 kriter ise; izolasyon malzemesinin ısıl geçirgenliği, kalınlığı, yoğunluğu ve çevresel etkileridir.
İzolasyon malzemesinin ısıl geçirgenliğinin küçük olması istenir. Örneğin cam yününün ısıl
geçirgenlik değeri λ ≤ 0,040 W/mK, armaflexin ısıl geçirgenlik değeri λ ≤ 0,038 W/mK’dir,
poliüretanın ısıl geçirgenlik değeri ise ≤ 0,022 W/mK’dir.
İzolasyon malzemesinin yeteri kadar kalın olması istenir. İzolasyon malzemesi yeteri kadar kalın
değilse, ısı kaybı çok olur. Su sıcaklığı düşer. Genellikle izolasyon malzemesinin yoğunluğu
96
arttıkça ısıl iletkenliği azalmaktadır. İzolasyon malzemesinin çevresel etkilerine gelince, eğer
izolasyon malzemesi üretilirken ozon tabakasına zarar veriyorsa, küresel ısınmaya neden oluyorsa,
bu malzeme ile gerçekleştirilen izolasyonun çevreye olumlu etkisinden bahsedemeyiz. Ayrıca,
izolasyon malzemesi üretilirken, ısı izolasyonu uygulaması ile sağlanacak enerji tasarrufuna eşdeğer
ya da daha fazla enerji tüketiyorsa, izolasyonun getireceği enerji tasarrufundan da bahsedemeyiz.
Son olarak, eğer izolasyon malzemesi pahalı ise, ısı izolasyon uygulamasının geri ödeme süresi
uzayacak ve tüketiciye olan ekonomik katkısı da azalacaktır.
Boyler izolasyonunda cam yünü, poliüretan, armafleks ve izolasyon süngeri kullanılmaktadır. Cam
yünü, daha çok açık devreli basınçsız sistemlerde kullanılmaktadır. Darbelere karşı dayanıklı
değildir. Poliüretan ise, geç soğur. Darbelere karşı dayanıklıdır. CFC maddesi içermediğinden
dolayı, çevre dostudur. Büyük çaptaki güneş enerjisi sistemlerde, sistemde kullanılan boylerlerin
veya tankların ölçüleri oldukça büyümektedir. Bu durumda boylerlerin taşınması, zaman zaman
sorun teşkil etmektedir. Bu nedenle, genelde 800lt ve 800lt’den büyük tanklarda izolasyonun
tanktan bağımsız olması tercih edilir. Böylece tank ayrı, izolasyon ayrı daha kolay taşınır. Kazan
dairesinde tanka izolasyon malzemesi giydirilir. Bu gibi durumlarda, izolasyon süngeri kullanımı
tercih edilmektedir.
Esnek, kapalı hücreli, yapısında CFC halojen maddeler (klor, brom vb.) ve PVC içermeyen, siyah
renkli elastomerik kauçuk esaslı yalıtım malzemesidir.
Dış yüzey: Yatık cidarlı güneş enerjisi boylerlerinin dış yüzeylerinde elektrostatik toz boyalı,
galvaniz kaplama sac kullanılmaktadır. Dik serpantinli boyler ve akümülasyon tanklarında ise dış
yüzey kaplaması elektrostatik toz boyalı sac veya vinleks kullanılmaktadır. Büyük boyuttaki
boylerlerde özel alüminyum kaplama kılıflar kullanılmaktadır. Bu kaplamalar boyler yerine
konulduktan sonra yapılmaktadır.
97
POMPALI SİSTEMLERDE KULLANILAN BOYLERLER: Pompalı (cebri sirkülâsyonlu)
sistem uygulamalarında ise, dik boyler veya süper boyler de denilen serpantinli boylerler ya da
akümülasyon tankları (eşanjörlü sistem) kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda boylerler genellikle
kolektörlerden ayrı bir yerde, kazan dairesinde bulunmaktadır. Bu nedenle mimari olarak daha hoş
görünmektedirler. Ayrıca güneş enerjisi ile mekan ısıtmasına destek sistemlerinde hazneli boylerler
kullanılmaktadır.
Akümülasyon tankları: Güneş enerjisi sisteminden elde edilen ısının bir plakalı eşanjör veya ilave
bir boyler yardımı ile kullanım sıcak suyuna aktarılması ve bu aktarım sonucu oluşan sıcak suyun
basınçlı bir şekilde depo edilmesini sağlamaktadır. Çelik malzemeden emaye kaplı, poliüretan
izolasyonlu, 100-2000 lt kapasitesinde üretilirler.
98
Tek serpantinli boyler: Güneş enerjisi sisteminde elde
edilen ısının serpantin yardımı ile kullanım suyuna
aktarılmasını ve kesintisiz şekilde kullanım suyunun
elde edilmesini sağlayan boylerdir. Çelik malzemeden
emaye kaplı, poliüretan izolasyonlu, 100-2000 lt
kapasitesinde üretilirler.
99
Çift serpantinli boyler: Güneş enerjisi sistemi ile kazan
ısıtma sistemlerinin ortak şekilde kullanıldığı boylerdir.
Boyler içersinde altta ve üstte olmak üzere iki adet
serpantin bulunmaktadır. Güneş kollektörlerinde elde
edilen ısı alt serpantin yardımı ile kullanım suyuna
aktarılmaktadır. Güneş enerjisinin yetersiz olduğu
durumlarda ise kazan veya kombiden elde edilen ısı üst
serpantin yardımı ile kullanım suyuna aktarılmaktadır.
Böylelikle kesintisiz şekilde kullanım suyunun elde
edilmesini sağlayan sistemlerdir.
100
101
Kombi-boyler tip boyler: Güneş enerjisinden
faydalanarak hijyenik sıcak su temini sağlayan ve
villa tipi meskenlerin yerden ısıtma sistemine destek
veren kombi boylerleridir. Güneş enerjisinden
beslenen serpantin kalorifer devresi olarak kullanılan
dış tankı ısıtarak ortam ısıtmasında kullanılır. Ayrıca
dış tankın içerisindeki su kütlesinin fazla olması,
kullanım suyunu depolayan emaye kaplı iç tankın
hızlı ısıtılmasını sağlayarak, kullanıcıların sürekli
hijyenik sıcak su ihtiyaçlarını ekonomik şekilde
karşılanmasını sağlar. Yerden ısıtma sistemleri gibi
düşük sıcaklıkla çalışan sistemler için kullanışlı bir
çözümdür. 500-2000 lt kapasitelerinde, emaye
kaplama ve poliüretan izolasyonlu olarak üretilirler.
102
103
Boylerli Solar Kombiler: Kombi boylerin kombiye entegre edilmiş hazır paket halidir.
104
105
Endüstriyel tip boylerler: Endüstriyel tip büyük ölçekli güneş
enerji sistemlerinde elde edilen sıcak suyun basınçlı bir şekilde
depo edilmesinde kullanılan boylerlerdir. Bu boylerler imalat
şekline göre yatık veya dik tip silindirik, serpantinli veya cidarlı
(gömlekli) tip üretimleri bulunmaktadır. Depo iç yüzey kaplama
malzemesi olarak daldırma veya solventsiz epoksi kaplamalar
kullanılmaktadır. Gömlekli boylerler 100 °C'nin altındaki düşük
basınçlı sıcak sulu sistemlerde kullanılırken Kızgın su ve buhar
sistemlerinde serpantinli modelleri tercih edilmektedir. Birden
fazla birincil ısı kaynağının kullanıldığı durumlarda (merkezi
kalorifer sistemi ve güneş enerjisi sistemi gibi) boyler gömlekli ve
serpantinli olarak imal edilir ve gömlekte kazan devresi,
serpantinde ise güneş kolektörü devresi ile iki sistem aynı cihaz
üzerinde kullanılabilir. Standart olarak St-37 kalite siyah sacdan
üretilen cihazlar, gövdesi sıcak daldırma galvaniz, ısıtıcı
serpantini
bakır
veya
çelik
çekme
borulu
olarak
üretilebilmektedir. Talep halinde cam yünü veya taş yünü ile izole
edilerek üzeri alüminyum veya galvanizli sacla kaplanabilir.
Yatık Tip cidarlı (gömlekli) Boyler
Yatık Tip Serpantinli Boyler
106
GÜNEŞ ENERJİLİ SU ISITMA SİSTEMLERİNDE OTOMATİK KONTROL
Primer ve sekonder devre için ikiye ayrılabilir.
Primer Solar Kontrol Cihazı (tek serpantinli boylerde): Cebri Sirkülasyonlu sistemlerde güneş
kollektörü ve boyler arasındaki pompa grubunu veya sirkülasyon pompasını kumanda eder.
Kollektör sıcaklığı boyler sıcaklığından ayarladığımız farktan fazla ise pompa grubunu çalıştırır.
Aksi halde pompa grubunu çalıştırmaz. Ayrıca boylerdeki kullanım suyu sıcaklığını belli bir
değerde sınırlama özelliğine sahiptir.
Tek serpantinli boylerli sistemlerde kullanılır.
Genelde 9 farklı şekilde programlama seçeneği bulunur.
2 Adet Pt1000 Sensör ile sıcaklık ölçümü yapılarak, tek röle çıkışı kontrolünü sağlar.
Programlar:
107
Sekonder Solar Kontrol Cihazı (çift serpantinli boylerde): Elektronik kontrol paneli, cebri
sirkülâsyonlu güneş enerji sistemlerin de güneşten elde edilen ısı enerjisinin kullanım veya ısıtma
suyuna aktarıldığı primer devrenin, kullanım sıcak suyunun bulunduğu sekonder devrenin ve güneş
enerji sisteminin yetersiz olduğu durumlarda ilave ısıtma devresinin, otomatik olarak diferansiyel
sıcaklık fark yöntemine göre kontrollerini sağlanmak amacı ile geliştirilmiştir.
Elektronik Kontrol Paneli genelde 20 adet farklı uygulama programı ve Türkçe menü gibi bir çok
özelliği ile klasik güneş enerjisi kontrol panellerine göre, montaj ve kullanım kolaylığı sağlayan
yüksek fonksiyonlu bir cihazdır.
Cihazın Sağladığı Özellikler

















Sıcaklık sensörü girişleri (3 Adet - Pt1000)
Röle çıkışları (Pompa veya 3 Yollu Valf için 230V
20 Adet Çeşitli Fonksiyonel Uygulama Programı
Çalışma veya Arıza durumunu görüntülemek için led aydınlatma (kırmızı / yeşil)
Zamansal bazlı (günlük - aylık - yıllık) ısı ölçüm ve grafik analiz fonksiyonu
Zaman ve ısı kontrollü termostat fonksiyonu
Güneş yoluyla Anti Legionella koruma fonksiyonu (bakteriyel akciğer hastalığı-zature)
Sistem Soğutma fonksiyonu
Cihaz Kurulum sihirbazı
Sistem koruma fonksiyonu
Kollektör koruma fonksiyonu
Depolama koruma fonksiyonu
Don koruma fonksiyonu (Antifriz programlama)
Elde edilen verileri depolama, istatistik ve grafik analizi çıkarma fonksiyonu
Cihaz Hata bellek analiz fonksiyonu ( tarih ve saat bazlı)
Menü Kilit fonksiyonu
PC yazılımı ile Ethernet bağlantısı (üst versiyon opsiyonel isteğe bağlı)
Programlar:
108
109
110
111
KOLLEKTÖR VE SİSTEM VERİMLERİ
Düzlemsel güneş kolektörlerinin yapıldığı malzeme ve kalitesi ne olursa olsun, Şekil-1 de
görüldüğü gibi “a” noktası olarak isimlendirilen ve güneş kolektörlerin çalışması esnasında sadece
sabah saatlerinde kısa bir süre için ulaşılabilen “Optik Verimleri” hemen hemen aynıdır. Kalitesiz
kolektörler de, kolektördeki suyun ısınması ile ısıl verim büyük oranda düştüğü şekil-1 de
görülmektedir. Kaliteli kolektörlerdeki ısıl verim azalması, kalitesizlere göre çok az olmaktadır.
Kolektör verimlerinin düşmesinin en önemli iki sebebi;
Kolektörlerde kullanılan camların düşük ışınım geçirgenliği. Kaliteli kolektörlerde ışınım
geçirgenliği % 90–92 civarında ve kalitesiz camlarda ise % 75–80 civarındadır. Camlardan
kaynaklanan bu kayıplar optik kayıplar olarak adlandırılmaktadır.
Kolektör sayısının hesabında, kolektör verimi olarak optik verim yerine, şekilde “b” noktası olarak
adlandırılan günlük ortalama verim değerinin dikkate alınması gereklidir. Şekilde optik verim (“a”)
ve günlük ortalama ısıl verim (“b”) noktaları görülmektedir. Günlük ortalama verimin, optik
verimden oldukça düşük olduğu diyagramdan da anlaşılmaktadır. Güneşli sıcak su ısıtma
sistemlerinde kollektör dışında kalan, ısı eşanjörü, sıcak su tankı, boru tesisatı gibi diğer sistem
elemanlarından meydana gelen kayıplar sistem verimi olarak adlandırılmaktadır. Sistem verimi
(ηsis), uygulamada % 80-95 arasında alınmaktadır. Bu değer, tesisatta kullanılan toplam boru
uzunluna, boruların yalıtımına, sıcak su tanklarının yalıtım durumuna göre değişmektedir.
112
Düzlemsel güneş kolektörlerinin optik verimi “a” ve günlük ortalama ısıl verimi “b” değerleri.
Düzlemsel güneş kolektörü panel tipleri ortalama ısıl verimleri (%)
Ort. Isıl verim
Panel tipi
%
Vakum borulu ve siyah krom Kaplamalı
74 - 77
Bakır levha üzerine siyah krom kaplama
70 - 74
Alüminyum levha üzerine siyah krom kaplama
63 - 65
Bakır levha üzerine siyah boyalı
63 - 65
Alüminyum üzerine siyah boyalı
50 - 54
Galvaniz sac levha üzerine siyah boyalı
35 - 45
113