Güneş Enerjisi Sistemleri

Güneş Enerjisi Sistemleri
Fatih Öner; Mak. Müh.
ÖZET
Dünyamız üzerinde sınırlı olarak hıdunan
fosil bazlı enerji kaynaklarının, yakın
gelecekte tükeneceği gerçeği ile yakıt
fiyatlarının her geçen gün katlanarak arttığını
gözlemlemekteyiz. Öngörü 2008 yılında bir
varit petrol fiyatının 50$ mertebelerine
ulaşacağıdır. Güneş bol ve tükenmeyen,
duman, karbonmonoksit, kükürt ve radyasyon
artığı içermeyen, işletme masrafları çok az,
çeşitli uygulamalar için farklı çözümler
imkanı veren ve yıırtdışına bağımlı olmadığı
için ekonomik ve politik krizlerden etkilen¬
meyen tek enerji kaynağıdır. Türkiyemiz gibi
yıllık ortalama toplam güneş ışınımı 15 16
Mj/m 2 - gün mertebelerinde bıdıtnan bir
ülkede, güneş enerjisinden doğru sistemler
ile yaralanmamız, ülkemizin kalkınmasında
çok büyük bir etken olacaktır.
-
Solar Energy Systems
ABSTRACT
Due to the fact that the fossil based energy
resources on earth will be exhausted in a
short period of time,fuel prices are increasing
day by day. It's estimated that in the year
2008, the price of a barrel offuel oil will be
around 50$. Solar energy is the only never
ending energy resource, that doesn't produce
smoke, carbon monoxide,
sulfide
and
radiation. It also provides alternative system
solutions for different kind of applications
with low operation costs. As the solar energy
does not depend on foreign countries,
economical and political crises don’t affect
solar energy. In a country like Turkey, where
total solar radiation!year is about 15 - 16
Mjtm2 day, convenient solar systems will
be an important factor for our countries
-
development.
1. Giriş
Yaşlı dünyamızda enerji gereksinimi her yıl
yaklaşık %4-5 oranında artmaktadır. Buna
karşılık bu gereksinimi karşılayan fosil yakıt
rezervleri ise çok daha hızlı bir şekilde
Odun
Flay van ve Bitki Artıkları
Jeotermal
Güneş
Rüzgar
Toplam
1990
5.361
1.847
1.162
28
0
8.398
azalmaktadır. En iyimser öngörüler bile 2030
ila 2050 yıllan arasında petrol rezervlerinin
büyük ölçüde tükeneceği ve gereksinimi
karşılayamayacağını göstermektedir. Kömür
ve doğalgaz gibi kaynaklar için de uzun
süreçte benzer bir durum söz konusudur.
Fosil yakıtların kullanımı, dünya ortalama
sıcaklığım son bin yılın en yüksek değerlerine
ulaştırmış, yoğun hava kirliliğinin yanı sıra
milyarlarca dolar zarara yol açan sel/fırtına
gibi doğal felaketlerin gözle görülür şekilde
artmasına neden olmuştur. En kısa zamanda
önlem alınmaması durumunda yakın
gelecekte buzulların erimesi sonucunda deniz
kenarında kurulmuş birçok şehir sular altında
kalabilecektir. Bu nedenle insanoğlu fosil
yakıt rezervlerinin bitmesini beklemeden
temiz enerji kaynaklarına yönelmek
zorundadır.
Fosil yakıtlar yerine alternatif temiz bir
çözümün getirilmemesi durumunda birçok
hayvan ve bitki soyu tükenecektir. Bu
durumda insanoğlunun da yaşam şartları son
derece ağırlaşacaktır. Yoğun hava kirliliğinin
tehdidi altındaki büyük şehirlerde yüzlerce
insan hava kirliliğinden dolayı indirekt olarak
hayatını kaybetmektedir. Asit yağmurları
yüzünden birçok doğal ekosistemler tamamen
ölmüştür.
Bu durumda kendini sınırsız tekrarlayan
yenilenebilir ve hammadde bağımlısı
olmayan enerji kaynaklan (güneş, rüzgar, su
ve biyokütle gibi) çok kısa bir süre içinde
önem kazanacaktır. Dünyanın birçok
ülkesinde yeni enerji üretim yatırından artık
temiz enerji odaklı olmaktadır. Özel araştırma
kuramlarının hazırladıkları raporlara göre
2060 yılında dünya enerji ihtiyacının yaklaşık
%60'ı yenilenebilir kaynaklardan karşıla¬
nacaktır. 2000 yılı itibariyle 9,2 milyar ton
petrol eşdeğeri enerji tüketilmiş ve bu
tüketimin yaklaşık % 3’ü güneş, rüzgar ve
jeotermal enerji kaynaklanndan sağlanmıştır.
2. Türkiye ve Enerji
Türkiye'nin temel enerji kaynakları petrol,
linyit, kömür, doğal gaz, jeotermal, odun ve
% Pay
63,8
22,0
13,8
0,3
0,0
100,0
2000
5.081
1.376
1.792
262
3
8.514
hidrolik enerji olarak gözükmektedir.
Türkiye'nin kendi üretimi 1990 yılında, tüm
enerji ihtiyacının %48'ini sağlayabilmekte
iken, bu oran 2000 yılında %34 ve 2001
yılında enerji arzı %5,6 azalırken %35 seviye¬
lerinde gerçekleşmiştir. Yenilenebilir olmayan
fosil yakıtlar bakımından fakir bir ülke olan
ülkemiz direkt elektrik, doğal gaz, petrol ve
yüksek kalitede kömür alımı için her yıl
milyarlarca dolar ithalat yapmaktadır.
3. Güneş Enerjisi
Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan
füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir,
güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüş¬
mesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynak¬
lanır. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir
bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketi¬
minden kat kat fazladır. Yıllık dünya üzerine
düşen güneş enerjisi, dünyanın bir yıllık tüm
enerji gereksiniminin yaklaşık 10.000 katıdır.
Fosil bazlı yakıtların sınırlı sürelerde tükene¬
ceği göz önüne alınacak olursa güneş gelecek¬
te en önemli enerji kaynaklarımızdan biri
olacaktır. Bkz. Şekil 1
Dünya ile güneş arasındaki mesafe 150
milyon km dir. Güneşin tahmin edilen
tükenme süresi 5 milyar yıldır. Güneş ışınımı¬
nın tamamı yeryüzeyine ulaşmaz, %30
kadarı dünya atmosferi tarafından geriye
yansıtılır. Güneş ışınımının %50’si atmosferi
geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Bu enerji ile
dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde
yaşam mümkün olur. Rüzgar hareketlerine
ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma
neden olur. Güneşten gelen ışınımın %20’si
atmosfer ve bulutlarda tutulur. Yeryüzeyine
gelen güneş ışınımının %1’den azı bitkiler
tarafından fotosentez olayında kullanılır. Bit¬
kiler, fotosentez sırasında güneş ışığıyla
birlikte karbondioksit ve su kullanarak, oksi¬
jen ve şeker üretirler. Fotosentez, yeryüzünde
bitkisel yaşamın kaynağıdır. Bkz. Şekil 2
Yeryüzüne ulaşan bu güneş enerjisi doğal
dönüşümlere uğrar. Bu dönüşümlerden biri,
suların buharlaştırılarak dünyadaki su
döngüsünün sağlanmasıdır. Bu işlem, gerek
% Pay
59,7
16,2
21,0
3,1
0,0
100,0
2001
4.879
1.332
1.836
287
5
8.339
% Pay
58,5
16,0
22,0
3,4
0,1
100,0
Çizelge 1. Türkiye - Hidrolik hariç yenilenebilir enerji üretimi mtpe (mtpe : milyon ton petrol eşdeğeri ) Yukarıda bulunan çizelge jeotermal enerji kullanımının
hatırı saydır bir gelişme göstermesine rağmen, Türkiye’nin güneş enerjisinden son on yıl için 10 kat daha fazla yararlandığım göstermektedir.
“Enerji Küpü”
ENERJİ KAYNAKLARI VE ENERJİ ELDESİ (Global Kıyaslama)
Yıl Boyu Işınım Yolu ile Yeryüzüne Ulaşan Güneş Enerjisi Miktarı
i
Doğalgaz - Rezervi
(50-60 yıllık rezerv)
Vakumlu Güneş Kollektörleri: Bu sistem¬
Petrol-Rezervi
(40 yıllık rezerv)
Yıllık Gereksinim
Duyulan Birincil
Enerji Miktarı
(1994)
Kömür-Rezervi
(150 yıllık rezerv)
_
Uranyum-Rezervi
(kullanım azalmaktadır)
Şekil 1. Yılboyu Işınım Yolu ile Yeryüzüne Ulaşan Güneş Enerjisi Miktarı
biz insanlar için, gerekse tüm canlılar için
çok önemlidir. Böylece derelerimiz akabilir,
yer altı sularımız kurumaz, yağmur ve kar
yağışları olabilir. Bugün sadece Türkiye
üzerine bir yılda düşen yağış tutarının 500
milyar ton su olduğu göz önüne alınırsa, bu
işlemin ne denli önemli olduğu anlaşılabilir.
İkinci bir dönüşüm, “ışıkla birleşinT’dir. Bu
işlem, dünyadaki canlılar için yaşam demek¬
tir. Bir saniyede gelen güneş enerjisinin
yaklaşık onbinde ikisi bu işlem için harcanır.
Ya da başka bir deyişle, bitkilerde toplanır.
Bitkiler, gelen güneş enerjisini kullanarak
ışıkla birleşim yapmakta (fotosentez) ve
böylece biokütle oluşturmaktadırlar. Yani,
gelen güneş enerjisinin bu kesri, biokütleye
dönüştürmektedir. Tüm canlıların besin
kaynağı bu enerjidir. Biokütle ile otlar oluşur;
otlan yiyen otoburlar oluşur; otoburları yiyen
et oburlar oluşur. Güneş enerjisinin bir diğer
dönüşümü de rüzgarlar ve deniz dalgalarıyla
okyanus akıntılarıdır. Rüzgarların oluşması
temelinde havanın bazı bölgelerinin değişik
etkenler sonucu diğer bölgelere kıyasla daha
sıcak ya da daha soğuk olmasından kaynak¬
lanan basınç farklılıkları etkin olmaktadır.
Bu ısınma ve soğumalarda da güneş etkin
rol oynamaktadır. Deniz dalgalan ve akıntılan
temelde rüzgarın etkisiyle ortaya çıkarlar.
Dolayısıyla, hem rüzgar, hem de deniz dalga¬
ları akıntılar birer güneş enerjisi türevidir.
Doğal Dönüşümler
• Toprak ve su ısınması,
• Fotosentez (bitki-hayvan-insan ve fosil
yakıt oluşumu),
• Yağış ve buharlaşma (Su döngüsü),
• Rüzgar ve dalga oluşumu,
• Doğal yangınlar,
İnsanın Geliştirdiği Dönüşümler
• Güneş ışınımı - ısı (toplaçlar),
• Güneş ışınımı - elektrik (güneş pilleri),
• Su gücü
-
civarındadır. Güneş kollektörlü sistemler
tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye
ayrılır. Bu sistemler evlerin yanında, yüzme
havuzları ve sanayi tesisleri için de sıcak su
sağlanmasında kullanılır. Bu konudaki ArGe çalışmalan sürmekle birlikte, bu sistemler
tamamen ticari ortama girmiş durumdadırlar.
Dünya genelinde kurulu bulunan güneş
kollektörü alanı 30 milyon m2' nin üzerin¬
dedir. En fazla güneş kollektörü bulunan
ülkeler arasında ABD, Japonya, Avustralya,
İsrail ve Yunanistan yer almaktadır.
mekanik elektrik (barajlar),
• Rüzgar
elektrik (rüzgar türbünleri),
• Biokütle - ısı (odun vb yakma sistemleri),
• Fosil yakıt - elektrik (elektrik ve ısı üretim
-
merkezleri),
• Güneş mimarlığı uygulamaları.
Güneş enerjisi sistemleri iki ana gruba
ayrılabilir;
3.1. Pasif Sistemler
Seralar gibi herhangi bir mekanik ekipmana
gereksinim duymaksızın faydalanılan
sistemlerdir.
Ürün Kurutma ve Seralar: Güneş enerjisinin
tarım alanındaki uygulamalarıdır. Bu tür
sistemler ilkel pasif yapıda olabileceği gibi,
hava hareketini sağlayan aktif bileşenler de
içerebilir. Bu sistemler dünyada kırsal
yörelerde sınırlı bir biçimde kullanılmak¬
tadırlar.
Su Arıtma Sistemleri: Bu sistemler esas
olarak sığ bir havuzdan ibarettir. Havuzun
üzerine eğimli şeffaf-cam yüzeyler kapatılır.
Havuzda buharlaşan su bu kapaklar üzerinde
yoğunlaşarak toplanırlar. Bu tür sistemler,
temiz su kaynağının bulunmadığı bazı yerle¬
şim yerlerinde yıllardır kullanılmaktadır. Su
arıtma havuzları üzerinde yapılan Ar-Ge
çalışmaları ilk yatırım ve işletme maliyet¬
lerinin azaltılmasına ve verimin artırılmasına
yöneliktir.
3.2. Aktif Sistemler
• Isı Enerjisi Üretimi
• Elektrik Enerjisi Üretimi (fotovoltaik
sistemler).
3.2.1. Düşük Sıcaklık Sistemleri
Düzlemsel Güneş Kollektörleri: Güneş
enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak
aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır.
Ulaştıkları sıcaklık basit kolektörlerde 70°C,
gelişmiş yapıya sahip kolektörlerde 90°C
lerde, vakumlu cam borular ve gerekirse
absorban yüzeyine gelen enerjiyi artırmak
için metal ya da cam yansıtıcılar kullanılır.
Bunların çıkışları daha yüksek sıcaklıkta
olduğu için (100-120°C), düzlemsel
kollektörlerin kullanıldığı yerlerde ve ayrıca
yiyecek dondurma, bina soğutma gibi daha
geniş bir yelpazede kullanılabilirler.
Düşük Sıcaklık Sistemleri
Ürün kataloglarında belirtilen kollektör
verimi, güneş enerjisinin ısı taşıyıcı akışkana
hangi oranda transfer edildiğinin göster¬
gesidir. Verim değeri kollektör ömrü boyunca
sabit olacak kollektör yapıları tercih
edilmelidir. Yıllık bazda 1 m2 kollektör
yüzeyinden alınabilecek enerji miktarının
fazla olması verimle doğrudan bağıntılıdır.
Kollektör camı yüksek geçirgenliğe sahip
olmalıdır. Cam yüzeyinde gerçekleşen
yansıma, kullanılamayan güneş enerjisi
anlamına gelmektedir. Bu yüzden absorber
yüzey kaplaması, cam yapısı ve diğer
özellikleri ile kollektörden geri yansıma en
azda tutulmalıdır. Bkz. Şekil 6
Kollektörde kullanılan camın hem noktasal
hem de yayılı yüke dayanımı yüksek
olmalıdır, bu sayede uzun ömürlü ve verimli
bir çalışma elde edilebilir. Bununla birlikte
kollektör camı ve kasası birbirine yakın
genleşmelere sahip olmalıdır. Kollektör
kasasının imal edildiği malzeme ve kollektör
camının, birbirinden farklı genleşme ve
büzüşme katsayısına sahip olması, yüksek
sıcaklık farkına manız kalan komponentlerin
(gündüz 200 °C - gece 0 °C) arasında fitil
conta ile sağlanan sızdırmazlığın kısa süre
sonra ortadan kalkmasını ve kollektörün içine
nem, kir vb. dış etkenlerin girişine sebep
olmaktadır. Sızdırmazlığın yitirilmesi ile
-">*1
mt .
Şekil 2. Güneşten Gelen Işınımın Dağılımı
ti
••t
Şekil 3. Parabolik Oluk Kollektörler
ortaya çıkan en büyük kayıplardan biri de
kollektör içerisinde oluşacak daimi hava
sirkülasyonunun her şartta enerji kaybına
neden olmasıdır. Bu yüzden bir kollektörün
verimini belirtirken anlık verim yerine tüm
çalışma ömrü boyunca sağlanabilecek verimi
düşünmek gerekir. Kollektörlerde genelde
bakır ve alüminyum absorber plakalar
kullanılmaktadır. Bkz. Şekil 7
Kullanılan metale bağlı olarak emisyon
değerlerini düşürmek ve verimi arttırmak
için plaka üzerinde çeşitli kaplamalar
kullanılmaktadır. Absorber plaka ile ısı
taşıyıcı akışkanın dolaştığı boruların
bağlantıları ısı transferine en fazla imkan
sağlayacak şekilde olmalıdır. Kollektör su
hacmi sistemin güneş ışınım miktarına bağlı
reaksiyon göstermesinde etkilidir. Su
hacminin çok olması düşük ışınımlarda ye¬
terli sıcaklık farkının sağlanamamasını
beraberinde getirir. Bu durumda sistem açkapa yaparak çalışacak ve pompa gereksiz
yere enerji harcayacaktır. Kollektörler
kullanılacak yapıya uyumlu olmalıdır. Klasik
tip çatı üzeri ve düz çatı uygulamaları genelde
tercih edilmektedir. Kollektörler genelde
düşey yerleştirilecek şekilde dizayn edilirler.
Kollektörler dış hava şartlan altında çalışan
bileşenler oldukları için bünyelerinde
depolanan enerjinin maksimumunun
kullanılabilir olarak ısı değiştiricilerine
aktarılması gereklidir. Bkz.
Şekil 8 İzolasyon depolanan enerjinin
kollektör altından hava geçişi ile tekrar
atmosfere atılmasını minumum hale getirecek
şekilde planlanmalıdır. Kapalı devre güneş
enerji sistemlerinde güneş enerjisi kollektörde
ısı taşıyıcı akışkana aktarıldıktan sonra
yüksek sıcaklıktaki akışkan boyler, eşanjör
vb. ısı değiştiricilere pompa yardımı ile iletilir.
Kullanılan pompanın debi, basma yüksekliği
gibi özellikleri kullanılan sistemle uyumlu
olmalıdır. Bunun yanında kullanılan
pompanın sabit debili olması ise gün
içerisinde değişken güneş ışınımı miktar¬
larında sistemin aç kapa sayısının artması
ve sistemin düşük ışınımlarda çalışamaması
durumlarını beraberinde getirir. Tüm yıl
boyunca çalışmak için dizayn edilen
sistemlerde pompanın modülasyon yaparak
-
,7
debi ayarını sağlaması uzun süreli çalışma
ve maksimum verim sağlar. Bkz. Şekil 9
Klasik kapalı devre uygulamalarda genleşme
tankı, emniyet ventili ve hava pürjörü
kullanımı gereklidir. Sistemde emniyet
ventilinin açması halinde genelde antifriz
katkılı akışkan dışarı atılmakta ve zamanla
sistem antifriz miktarı değişkenlik göster¬
mekte ve risk oluşmaktadır. Özellikle güneş
ışınımının Avrupa koşullarına göre tüm
coğrafyamızda çok fazla olduğunu dikkate
alırsak değişecek akışkan karakteristiği sistem
güvenliğini olumsuz etkileyecek ve buhara
kalkma riski artacaktır. Aynı risk donma riski
olan bölgelerimizde de geçerlidir. Bu nedenle
geri toplamalı (güneşten faydalanılamayan
durumlarda kollektör içerisindeki akışkanın
geri toplandığı ve kollektörde donma veya
kaynama riskini ortadan kaldıracak) sistemler
hem sürekli işletme güvenliği sağlamakta
hem de antifiriz katkısı gerektirmediğinden
ısı taşıma ve aktarma kapasitesi yüksek
olmaktadır. Kapalı devre, boylerli güneş
enerjisi sistemlerinde güneş enerjisi boyleri
Jeneratör Güneş Paneli
DC DAC Dönüştürücü
Sayaç
Elektrik Şebekesi (Düşük Voltaj)
Şekil 4. Fotovoltaik Sistem Şeması
*
Şekil 5. Polikristal Silisyum Hücre
genellikle çift serpantinli olarak üretil¬
mektedir. Alt kısımda güneş enerjisi
serpantini, üst kısımda kazan destek
serpantini bulunur. Klasik bir çift serpantinli
boyler içerisinde kullanım suyu aşağıdan
yukarıya doğru ısınır. Termosifon boylerler¬
de ise boyler alt seviyesinde özel bir iletim
borusu içerisinde ısınan kullanım suyu
hızlı bir şekilde boyler üst noktasına
ulaştırılmakta ve yine bu iletim borusu
üzerinde bulunan silikon klapeler sayesinde
boyler sıcaklık dengesi kontrol altında tutula¬
bilmektedir. Boyler içerisinde oluşan sıcaklık
katmanları hızlı ve dengeli sıcak su teminini
beraberinde getirmektedir. Bu termosifon
yapı aynı zamanda, kazan destek serpantini
de üst hacimde bulunduğundan özellikle
düşük ışınımın olduğu dönemlerde ve geçiş
mevsimlerinde kazanın devreye girmesini
de önleyebilmektedir. Bkz. Şekil 10
Güneş enerjisinden en yüksek oranda
faydalanabilmek için depolama hacimleri
büyük tutulmaktadır. Böylece depolanan
enerji miktarı da artmaktadır. Ancak depo
hacminin büyük olması klasik boylerlerde
dezavantaj olabilmektedir. Bu yüzden güneş
enerjisi boylerleri çok iyi izolasyona sahip
olmalı, özellikle boylerin üst kısmında
arttırılmış izolasyon kullanılmalıdır. Aksi
takdirde boylerden istenen sıcaklıkta ( konfor
sıcaklığında) su alınması güçleşmekte, boyler
soğumaktadır ve sistemde boyler ayar sıcak¬
lığına ulaşılamadığı zaman kazan desteği
devreye girmektedir. Klasik Sistemlerde
güneşten elde edilen enerji çok büyük olan
su kütlesini kimi zaman ancak birkaç derece
yükseltebilmektedir, özellikle kullanımın
yoğun olabileceği sabah saatlerinde veya kış
aylarında zaten düşük miktarlarda olan güneş
ışınımından verimli şekilde faydalanabilmek
—
Tichelmann- I
U boru bağlantısı
zorlaşmaktadır. Az ama artan miktarda güneş
ışınımı varken (sabah saatlerinde) ve boyler
sıcaklığı yükselme eğiliminde iken kazanın
devreye girmesi önlenememektedir. Oysa
debi kontrollü bir sistemde ışınım miktarı ve
boyler yükü dikkate alınarak debi en uygun
seviyede tutulmakta, gerektiğinde kollektör
ile boyler sıcaklık farkları düşük debi
sayesinde artırılarak, boylerin üst katman¬
larında en zor şartlarda bile hazır sıcak su
sağlanabilmektedir.
Bu tip klasik sistemlerde kazan takviyesi
güneş enerjisinden faydalanmayı minimum
düzeye indirir. Bu noktada termosifon boyler,
yüksek verimli ve sızdırmaz kollektör ve
değişken debi kontrollü (modülasyonlu
pompa kontrollü) bir sistemin yıllık verimi
Kollektör çıkışı
Kollektörler arası çıkış
Duyar eleman kovanı
Özel dökme cam
GFK çerçeve
Bakır absorber plaka
Taş yünü izolasyonu
.Bakır boru
Kollektör altlığı
Kollektör gidiş
Şekil 6. Yüksek Vermli Düzlemsel Kollektör
Şekil 7. Sızdırmazlığını Yitirmiş Bir Kollektör
Örneği
Şekil 8. Sıcak Kullanım Sııyıı re Isıtma Desteği
İçin Planlanmış Çatı Sistemi Uygulaması
çok daha yüksek olmakta ve tüm sistemin
amortisman süresi kısalmaktadır. Bkz.
Şekil 11
meşinde % 30 civarında verim elde edilmiştir.
Merkezi Alıcı Sistemler:Tek tek odaklama
yapan ve heliostat adı verilen aynalardan
oluşan bir alan, güneş enerjisini, alıcı denen
bir kule üzerine monte edilmiş ısı eşanjöriine
yansıtır ve yoğunlaştırır. Alıcıda bulunan ve
içinden akışkan geçen boru yumağı, güneş
enerjisini üç boyutta hacimsel olarak absorbe
eder. Bu sıvı, Rankine makineye pompa¬
lanarak elektrik üretilir. Bu sistemlerde ısı
aktarım akışkanı olarak hava da kullanılabilir,
bu durumda sıcaklık 800°C'ye çıkar.
Heliostatlar bilgisayar tarafından sürekli
kontrol edilerek, alıcının sürekli güneş alması
sağlanır. Bu sistemlerin kapasite ve
sıcaklıkları, sanayi ile kıyaslanabilir düzeyde
olup Ar-Ge çalışmaları devam etmektedir.
3.2.2. Yüksek Sıcaklık Sistemleri
Parabolik Oluk Kollektörler:Doğrusal
yoğunlaştırıcı, termal sistemlerin en
yaygınıdır. Kollektörler, kesiti parabolik olan
yoğunlaştırıcı dizilerden oluşur. Kolektörün
iç kısmındaki yansıtıcı yüzeyler, güneş
enerjisini, kollektörün odağında yer alan ve
boydan boya uzanan siyah bir absorban
boruya odaklarlar. Kollektörler genellikle,
güneşin doğudan batıya hareketini izleyen
tek eksenli bir izleme sistemi üzerine yerleş¬
tirilirler. Enerjiyi toplamak için absorban
boruda bir sıvı dolaştırılır. Toplanan ısı,
elektrik üretimi için enerji santraline
gönderilir. Bu sistemler yoğunlaştırma
yaptıkları için daha yüksek sıcaklığa, 350400°C ulaşabilirler. Bkz. Şekil 3
3.2.3. Fotovoltaik Sistemler
Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine
gelen güneş ışığını doğrudan elektrik
enerjisine dönüştüren yarı iletken madde¬
lerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen veya daire
şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin
alanları genellikle 100 cm2 civarında,
kalınlıkları ise 0.2-0.4 mm arasındadır. Bkz.
Şekil 4-5
Parabolik Çanak Sistemlenlki eksende güneşi
takip ederek, sürekli olarak güneşi odaklama
bölgesine yoğunlaştırırlar. Termal enerji,
odaklama bölgesinden uygun bir çalışma
sıvısı ile alınarak, termodinamik bir dolaşıma
gönderilebilir ya da odak bölgesine monte
edilen bir Stirling makine yardımı ile elektrik
enerjisine çevrilebilir. Çanak-Stirling bileşi¬
miyle güneş enerjisinin elektriğe dönüştürül-
«»""QS
I
4?
Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak
çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman
uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği
/
l'ltı
Pompa AÇIK
(Sabit Debi)
fi
Q
Pompa KAPALI-
DBS Sistem
Maksimum debi
Değişken debi
Kollektör dolu
değişken debi
I
KAPALI
5. Kaynaklar
[1] Isısan Çalışmaları No:325 Güneş Enerjisi
Tesisatı
[2] Tübitak 2003, Enerji ve Doğal Kaynaklar
Paneli Ön Raporu
[3] Kanat TEMİZ, Alternatif Enerji
Kaynakları makalesi
[4] EİEİ, Güneş Enerjisi Teknolojileri
makalesi
[5] Youth For Habitat, Dünyaya Ulaşan
Güneş Enerjisi makalesi
[6] Ateş UGUREL, Temiz Enerjiler makalesi
Elemanı
Kollektör boşl
Kollektör boş
8.00*
4. Sonuç
Türkiye için çok önemli kriterler olan bakım
ihtiyacı olmaması, ihtiyacın olduğu yerde
üretim, hiçbir atık çıkmaması, sessiz üretim
ve modüler yapı özellikleri ile merkezci enerji
üretimi ve dağıtımından yerel enerji üretimi
modellerine geçişi sağlayacaklardır. Güneş
enerjisi, toplayıcılar vasıtasıyla sıcak su
gereksinimini desteklemede ekonomik ve
yaygın olarak kullanılmaktadır. Çok daha
yaygınlaşabilir, fakat bu gereksinimin toplam
tüketim içinde payı sınırlı. Alternatif enerji
kaynaklarının yaygın kullanımı ile daha
değişik bir dünya görüşü günlük yaşamımıza
hakim olacaktır. Sınırsız ve sommsuzca enerji
tüketiminin yerini bilinçli, çevreye saygılı
ve ihtiyacı karşılamaya yönelik enerji
kullanımı almalıdır. Böyle bir ortamda da
refah düzeyini en fazla enerji tüketen yerine
en verimli enerji kullanan belirleyecektir.
Türkiye'de de benzeri bir anlayışın hakim
olması ile yenilenebilir enerji kaynaklarının
önemi daha da artacaktır.
Kısaltma Anlamı
AK Soğuk Su Çıkışı (Depolu Sistem)
AW Sıcak Su Çıkışı
Havalandırma
E
EH Elektrikli Isıtma Girişi
EK Soğuk Su Girişi
EL Boşaltma
EW Sıcak Su Girişi (Besleme Sistemi)
EZ Sirkülasyon Girişi
FA Dış Hava Sıcaklık Duyar Elemanı
FW Sıcak Su Duyar Elemanı (Logamatic
Kazan Kontrolü); Termosifon boylerlerde
Solar Fonksiyon Modülü ile High-Flow/
Low-Flow İşletmesi için Başlangıç Duyar
XX
Klasik Sistem
Pompa AÇIK
(Sabit Debi)
elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen
güneş enerjisidir. Güneş enerjisi, güneş pilinin
yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında
bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.
Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda
güneş pili birbirine paralel ya da seri
bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir,
bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik
modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak
modüller birbirlerine seri ya da paralel
bağlanarak bir kaç Watt'tan mega Watt'lara
kadar çıkabilen bir sistem oluşturulur.
10.00h
12.00h
14.00*
18.00h
Güneş ışınımının kullanılabilir kısmı
20.00*
S
FE Doldurma-Boşaltma Musluğu
FK Kazan Suyu Sıcaklık Duyar Elemanı
FSK Kollektör Sıcaklık Duyar Elemanı
FP Depo Boyler Sıcaklık Duyar Elemanı
FSS1 1. Kullanıcı için Boyler Duyar Elemanı
-
alt
FSS2 2. Kullanıcı için Boyler Duyar Elemanı
Şekil 9. Modülasyon ve Aç-Kapa Mantığı İle Çalışan İki Sistem Karşılaştırması
-
alt
Sıcak Su
Çıkışı
—
Sıcak Su
Çıkışı
1
<] Boyler
I
IS
Boyler
Dönüşü
/ \
Dönüşü-"
Şekil 10.
£
Boyler
P" Dönüşü
t
î
Çıkış
îj Boyler
Çıkışı
$
Çıkışı
Sıcak Su
Çıkışı
Soğuk
Çıkış
Dönüş
-4—
Çıkışı
Boyler
">Djönüşü
î
*
/S
f-S
F
Su Girişi
(ÿBoyler
A
Soğuk
Su Girişi
iJL
Çıkış
Dönüş
Soğuk
Girişi
Termosifon Prensibi İle Hızlı Sıcak Su üretimi
L
\
1
A
;
n/2
y
i
2;W
B
3
Tırintub*
ı
r
fi
a İ
4
i
4
VM.
Ja
1
||
.•>ÿ
I
V
• •• ,-j
jam.
E»U
-
1-
-L.
—
t»!
14
111
:
I
—
---
J.w
J
3
Vv
7
«V
™.
I
1
w
Kontrol Paneli
HC
Jw3
1
.
}u
10 ı
kjyH I
•m
»i
I
A
1 mm
g8'3
>
4E»
l«£,
4
M.V.
I
1
I
.
m
I
!
J
V
m
9
TWnT.il*
3
!
J
|J-
\A\\\\VY\
Şekil 11. Sıcak Kullanım Suyu ve Isıtma Desteği İçin Planlanmış Sistem Tesisat Şeması Örneği
FSS3 2. Kullanıcı için Boyler Duyar Elemanı
- alt
FSS4 2. Kullanıcı için Boyler Duyar Elemanı
-
üst
FSX 1. Kullanıcı için Boyler Duyar Elemanı
- üst Kazan-Boyler Duyar Elemanı
FV Gidiş Suyu Sıcaklık Duyar Elemanı
FW Boyler Sıcaklık Duyar Elemanı
(Daldırma tip)
KR Geri Tepme Klapesi
M Ölçüm Seviyesi
MAG
Membranlı Genleşme Kabı
PS Boyler Besleme Pompası
PW Sıcak Su Besleme Pompası
PZ Sirkülasyon Pompası
V
Çıkış
R
Dönüş
RFI Dönüş Kollektörü
RK Kazan Dönüşü
RLA Geri Dönüş Yükseltici
RS Boyler Dönüşü
RW Geri Dönüş Kontrol Seti
SA Balans ve Kapama Ventili
SMF Pislik Tutucu
SV Emniyet Ventili
SU On/OffÜç Yollu Vana
V
Çıkış
VH Çıkış kollektörü
VK Kazan Çıkışı
VRK Vakum Borulu Kollektör
VS Boyler Çıkışı
WT Isı Değiştiricisi
WWM Termostatik Kontrollü Karıştırıcı
Yazar;
Fatih Öner,
1970 yılında İstanbul' da doğdu. 1993
yılında İTİ] Makina Fakültesinden mezun
oldu. 1997 yılında Isısan Isıtma ve Klima
San. A.Ş.'de çalışmaya başladı. Halen bu
firmada güneş enerjisi sistemleri (G.E.S.)
ürün sorumlusu olarak görev yapmaktadır.