3. Güneş enerjisi 3.1 Giriş Türkiye güneş kuşağı adı verilen 40o

  • View
    216

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of 3. Güneş enerjisi 3.1 Giriş Türkiye güneş kuşağı adı verilen 40o

  • www.kimyamuhendisi.com

    3. Gne enerjisi 3.1 Giri Trkiye gne kua ad verilen 40o kuzey ve 40o gney enlemleri arasnda yer almakta ve gne enerjisi bakmndan orta zenginlikte bir lke durumundadr. Gne enerjisi potansiyeli ve gnelenme sresinin yksek olmasna karlk dk ve orta scaklk uygulamalarnda snrl sayda kullanlmaktadr. Sanayinin toplam enerji ihtiyacnn karlanmasnda gne enerjisinden yalnzca % 0.1 orannda faydalanlmaktadr. lkemizde gne enerjisi uygulamalar arlkl olarak, gne toplayclar vastasyla dk scaklkta scak su ve scak hava retimi ile snrl kalmtr. Gne enerjisi uygulamalar; scak su retimi, bitkisel rnlerin soutulmas ve kurutulmas, piirilmesi, deniz suyunun damtlmas, elektrik retimi, hacim stlmas ve soutulmas, sulama suyunun pompalanmas, endstriyel ilem ss retme, fotokimyasal ve fotosentetik evrimlerin gerekletirilmesi olarak sralanabilir. Gne enerjisinin stnlkleri unlardr: yakt masrafnn olmamas, iletme maliyetinin dk olmas, proses ssnn istenilen scaklkta dorudan elde edilmesi, enerji kaynann tkenmez oluu ve en nemlisi evreyi kirletmemesidir. Dezavantajlar ise; geni kullanm alanlarna ihtiya duyulmas, kullanlabilir enerjileri dntrme teknolojisinin henz tam olarak yaygnlamamas, ilk yatrm maliyetinin yksek olmas ve gelen enerjinin kesikli ve deiken olmasdr. Bu dezavantajlarn ortadan kaldrlmas iin gerekli teknolojiler zerinde bilimsel almalar devam etmektedir. 3.2 Gne enerjisinin sl evrim yntemi ile toplanmas Isl evrim yntemi ile gne enerjisinden yaralanma, gnmzde en fazla uygulama alan bulmu ve dolaysyla en fazla gelime gstermi gne enerjisi teknolojisidir. Isl evrimler sonucunda ulalabilen scaklk limitleri ve ayn zamanda kullanlan teknolojiler bakmndan grupta toplamak mmkndr. 3.2.1 Dk scaklk uygulamalar Gne enerjisinden en basit ve en yaygn yararlanma yntemi, dzlemsel gne toplayclar yardmyla gelen gne enerjisinin su, hava veya herhangi bir akkana iletilmesidir. Dzlemsel gne toplayclar genel olarak; saydam rt, gne nmn toplayan yutucu yzey, yzeye entegre edilmi tayc borular, yaltm malzemesi ve kasadan ibarettir. Bu tip toplayclarn verimini arttran en nemli parametre, gne nlarn s enerjisine dntren ve bu sy akkana aktaran yutucu yzeydir. Yutucu yzeyde yaplan seici yzeyli kaplama ile toplayc veriminde nemli artlar salanmaktadr. Dzlemsel gne toplayclar, gne nmn s enerjisine dntren en basit ve en yaygn olarak kullanlan aralardan birisidir. ekil 3.1'de farkl tipte tasarlanm gne toplayclar grlmektedir. Toplayc verimi; yutucu yzey kaplamasna, geometrisine ve yzey iin seilen malzemenin zelliine bal olarak deiir. Bu yzeyin imalinde bakr, alminyum, paslanmaz elik, sa, plastik gibi malzemeler kullanlr. Yutucu yzey kaplamalarnn balca grevi gne nmn mmkn olduu kadar yutmas ve sya dntrmesidir. Yutucu yzey kaplamas olarak siyah mat boya ve seici yzey kaplamalar kullanlr. ekil 3.2'de siyah boyal ve seici yzeyli plakada gne nmnn yutulmas ve yaylmas arasndaki fark grlmektedir. Yutucu yzey siyah mat boya ile boyandnda yzeyin gne nmn yutma oran %90-98, uzun dalga boylu nm yayma oran ise %85-92 arasndadr. Yani yzey yuttuu nmn byk ksmn geriye vermektedir. Seici yzeyli kaplamalarda temel ama, ksa dalga boylu nmn tamamna yakn ksmnn yutulmas buna karlk uzun dalga boylu nm yayclnn en aza indirilmesidir. Bylece plaka scakl daha fazla artrlarak akkana daha fazla s iletimi salanr. Seici yzeyler; scaklk ykselmesinde daha az nm yayarlar, dolaysyla toplayc verimi yksektir. Yksek verimli toplayclarn imalatnda en nemli faktr; toplaycnn temelini oluturan yutucu plakalarn gneten gelen radyasyonu yutmas buna karlk snan yutucu yzeyin geriye enerjiyi yaymamasdr. svire standardna gre yutucu plakalarn optik zellikleri snfa ayrlmaktadr.

  • www.kimyamuhendisi.com

    Seici kaplamalar: 0.0 yayma katsays 0.20, yutma katsays> 0.9 Yar seici kaplamalar: 0.15 yayma katsays 0.20, yutma katsays > 0.9 Seici olmayan kaplamalar:0.5 yayma katsays 1.00, yutma katsays > 0.9 Seici yzeylerin hazrlanmasnda sputering, kimyasal buhar depozisyonu, metal spreyi, kimyasal oksidasyon ve elektroliz gibi eitli teknikler kullanlr. Dnyada seici yzey kaplamas olarak iki tr kaplama ticari olarak kullanlmaktadr. Alminyumun anodik oksidasyonu ile oluturulan proz yzeye nikel oksit ile yaplan renklendirme ve bakr zerine nikel kaplanm yzeye siyah krom ile renklendirmedir.

    ekil 3.1 Farkl tiplerde gne toplayclar (a) su dolu bir kap, zemine s kayb fazla (b) su dolu bir kap, zemine s kayb az, (c) siyah lastik, (d) zemin izolasyonlu siyah lastik, (e) izolasyonlu siyah lastik, (f) metal boru veya levhal cam rtl dzlem toplayc, (g) ift caml dzlem toplayc, (h) seici yzeyli dzlem toplayc, (i) vakum borulu toplayc, tanm ile s kayb yok.

  • www.kimyamuhendisi.com

    ISIK

    ISI

    SIYAH BOYALI YZEY

    ISIK

    ISI

    SEICI YZEY

    ekil 3.2 Siyah boyal ve seici yzeyli plakalarda gne nmnn yutulmas ve s nlarnn yaylmas Farkl uygulama alanlarna bal olarak gelitirilen toplayc tipleri ve alma scaklklar Tablo 3.1de verilmitir. lkemizde scak su stma amal olmak zere 2.5- 3 milyon m2 kurulu toplayc alan mevcut olup, yllk toplayc retimi 400-500 bin m2 dzeyindedir. zellikle, gne enerjisi potansiyelinin yksek olmasndan dolay Akdeniz ve Ege Blgelerinde youn olarak kullanlmaktadr. Tablo 3.1 Farkl toplayc tiplerinin uygulama alanlar ve alma parametreleri(Marko and Braun, 1994)

  • www.kimyamuhendisi.com

    Dk scaklk uygulamalarnda kullanlan dier bir toplayc tipi ise haval gne toplayclardr. Haval gne toplayclar; yutucu yzey ve alma akkan hava yardmyla gne enerjisini s enerjisine dntren sistemlerdir. Yutucu yzeye gelen gne nlarnn byk bir ksm burada yutulur ve tanm ile sistemde dolatrlan alma akkan havaya aktarlr. Toplayclardan elde edilen yararl s; toplaycdan geirilen alma akkannn giri ve k entalpi farkna eittir. Yutucu yzey olarak kanatkl metal levhalar, V-ekli verilmi metaller, dz metal levhalar, iinden alma akkann getii a eklinde malzemeler, yarlm ve alm metaller, sentetik ve doal krkler kullanlmaktadr. Yutucu yzey ile alma akkan arasnda s transfer katsays kk olduundan seilen malzemenin s transfer alan/hacim orannn byk olmas gerekmektedir. Bu ekilde s transfer alan artacandan alma akkanna aktarlan enerji miktar da artar. Yutucu yzeyin przl olmas s transferinde arta neden olur. Przllk sl verimi olumlu ynde etkilerken, toplaycda oluacak basn kaybn dolaysyla fan gcn artrr. Dk scaklk uygulamalarnda kullanlan haval ve svl gne toplayclarn uygulama alanlar olarak; kullanm suyu stmas, konut stmas, sera stmas, tarmsal rnlerin kurutulmas, byk hacimlerin stlmas ve soutulmas olarak sralanabilir. a) Gne Enerjili Su Istma Sistemleri: Gne enerjili su stma sistemleri zellikle maliyet ve evre artlar dikkate alnarak kurulmaldr. Uygulamada kullanlan gneli su stma, genellikle doal dolaml sistemlerdir. Uygulama artlarna bal olarak ters dolaml, aaya doru boaltmal, geriye doru boaltmal ve donmayan sistemler tercih edilebilir. Doal dolaml su stma sisteminin toplaycsnda gne radyasyonunun yutulmas sonucunda, yutucu plaka kanallarnda dolaan su stlr. Isnan suyun younluu azalarak, kendiliinden ykselir ve depolama tankna st ksmdan girer. Depolama tanknn alt ksmndaki souk su, yer ekiminin etkisi ile dar kar ve toplaycnn alt ksmna ular. Bu dolam, toplayc ve depolama tank scaklklar birbirine eit oluncaya kadar devam eder. Gne radyasyonunun iddeti arttka, akkann dolam hz da artar. Scak su kullanlmak istendiinde, su depolama tanknn stnden alnr. Suyun scakl yeterli deilse, yardmc bir enerji kayna ile stmaya devam edilerek istenilen scakla ulalr (ekil 3.3a). ekil 3.3b'de ise zorlanm dolaml bir sistem grlmektedir. Bu sistemde genel olarak pompa, diferansiyel termostat, scak su deposu, ve tek yollu ek valf bulunur. Toplayc devresinde ebeke suyu dolatrlmaktadr. Ek stc ise scak su deposunun dndadr. Burada suyun dolam bir pompa ile salanmaktadr. Bu sistemin en nemli avantajlarndan birisi ise depoyu istenilen yere monte imkan vardr. ekil 3.3c'de ise zorlanm dolaml kapal devreli bir scak su sistemi verilmitir. Toplayc devresinde dolaan antifirizli su bir s

  • www.kimyamuhendisi.com

    deitiricisi ile scak su deposu ierisinden geirilmekte ve yeniden toplaycya pompalanmaktadr. Zorlanm dolaml kapal devreli scak su sistemlerinde genellikle iki depo kullanlr (ekil 3.3d). Burada s eanjr deponun dndadr.

    ekil 3.3 Gne enerjili scak su sistemleri b) Gne Enerji ile Kurutma: Kurutma, zellikle gda, kimya, seramik, kat, tekstil ve deri sanayilerinin temel ilemlerinden birisidir. Gda endstrisinde kurutma ile, meyve ve sebzelerin besin deerlerini kaybetmeden uzun sre saklanabilmesi ve korunabilmesi amalanmaktadr. Kurutma ile besin maddesindeki su yzdesi azaltlarak meyve asidi, amino asidi gibi zararl enzimlerin faaliyeti de durdurulmaktadr. Gne enerjisi ile kurutma, kurutulacak malzemeyi direkt gne radyasyonu etkisinde brakarak veya gnele stlan havay doal veya zorlanm dolamla malzemenin zerinden veya iinden geirerek salanr. Bu sistemlerde gne nmnn yan sra d hava scakl, bal nem ve hava hz da kurutma hzn etkilemektedir. Gneli kurutucular, ak havada yaplan kurutmann belli bal mahzurlarn telafi etmektedir. Bu kurutucular yalnz balarna kullanlabildikleri gibi fosil yaktl sistemlerle birlikte de kullanlabilmektedir. Gne enerjili kurutma sistemlerinin gnete doal kurutmaya gre avantajlar u ekilde sralanmaktadr: (i) Kurutulacak rn tozlanma, zararl bcekler ve yamur gibi d etkenlerden korunabilmektedir, (ii) Kurutulacak rnn dzgn yerletirme ve yeterli hava sirklasyonu ile homojen kurutulmas salanabilmektedir, (iii) Kurutma havas, rnn zarar grmeyecei en yksek scakla kadar stlabilmektedir, (iv) Kurutma ortamna hava giri ve k debileri ile kurutma hzlar kontrol edilmektedir. Gne enerjili kurutma sistemlerinde, kurutulacak rnn cinsine gre direkt veya indirekt kurutucular kullanlr. Direkt kurutucularda rn direkt olarak gnein etkisine braklr. ndirekt kurutucularda ise rn kapal, izolasyonla korunan kurutm