ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ · 2019-05-10 · Yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmanın hazırlanması süresince,

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

Ayhan ATIZ

YALITIMLI SİLİNDİRİK MODEL BİR GÜNEŞ HAVUZUNUN OPTİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

FİZİK ANABİLİM DALI

ADANA, 2011


YALITIMLI SİLİNDİRİK MODEL BİR GÜNEŞ HAVUZUNUN OPTİK

ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Ayhan ATIZ


FİZİK ANABİLİM DALI Bu Tez /01/2011 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği ile Kabul Edilmiştir. ………………........................... ……….……………… ……………………….. Yrd.Doç.Dr.Mehmet KARAKILÇIK Prof.Dr.Metin ÖZDEMİR Doç.Dr.Ramazan BİLGİN DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Fizik Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No:

Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL Enstitü Müdürü

Bu Çalışma ÇÜ. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: FEF2010YL26 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve

fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 Sayılı Fikir ve sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

I

ÖZ


YALITIMLI SİLİNDİRİK MODEL BİR GÜNEŞ HAVUZUNUN OPTİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Ayhan ATIZ


FİZİK ANABİLİM DALI

Danışman: Yrd.Doç.Dr. Mehmet KARAKILÇIK Yıl: 2011, Sayfa: 117

Jüri :Yrd.Doç.Dr. Mehmet KARAKILÇIK Prof.Dr. Metin ÖZDEMİR Doç.Dr. Ramazan BİLGİN

Güneş havuzlarının enerji kaynağı güneş ışınımıdır. Güneş ışınımının

yeryüzüne ulaşan kısmını ısı enerjisine dönüştürebilen çeşitli sistemler bulunmaktadır. Bu sistemlerden birisi de güneş havuzlarıdır. Güneş havuzlarının iç bölgeleri, farklı yoğunluklarda ve farklı kalınlıklarda temiz tuzlu su tabakalarında oluşmaktadır. Bunlar; üst konveksiyonlu bölge, konveksiyonsuz bölge ve depolama bölgesidir. Üst konveksiyonlu bölge temiz su bölgesidir. Havuz yüzeyine gelen ışığın uzun dalga boyuna karşılık gelen kısmı burada soğurulur. Işığın görünür bölgede kalan kısmı ise, yansımaya, soğurulmaya, saçılmaya uğradıktan sonra geri kalan kısmı konveksiyonsuz bölgeye oradan depolama bölgesine ulaşır. Depolama bölgesine gelen güneş ışınımını burada soğurularak ısı enerjisi biçiminde toplanmakta ve depolanmaktadır. Depolama bölgesine gelen güneş ışınımı, enerjisin önemli bir kısmını tuzlu suyun yapısı ve sudaki kirlilik yüzünden de kaybetmektedir. Bu kayıplar güneş havuzunun verimini önemli ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmada, 3 ay boyunca 10 farklı tabakadan alınan tuzlu su numunelerinin geçirgenlik analizlerinden, tuzlu sudaki paslanma (demir oksit) ve çevreden havuz suyuna karışan kirletici toz ve diğer parçacıkların özellikle depolama bölgesinin üst kısmının geçirgenliğini önemli ölçüde etkilediği gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, Güneş Havuzları, Isı Depolaması, Tuzlu Suda

Geçirgenlik

II

ABSTRACT

MSc THESIS

INVESTIGATION OF OPTICAL PROPERTIES OF INSULATED

CYLINDRICAL MODEL SOLAR POND

Ayhan ATIZ

CUKUROVA UNIVERSITY INSTTITUTE OF NATUREL AND APPLIED SCIENCES

DEPARTMENT OF PHYSICS

Supervisor: Asst.Prof. Dr. Mehmet KARAKILÇIK Year: 2011, Page: 117

Jury :Asst.Prof.Dr. Mehmet KARAKILÇIK Prof.Dr. Metin ÖZDEMİR Assoc.Prof.Dr. Ramazan BİLGİN

The energy source of solar pond is solar beam. Solar radiation reaching the earth is part of the various systems taht can convert heat energy. One of the systems is solar ponds. Solar ponds interior regions is composed of layers of different densities and different thicknesses , clean salt water. These are upper convective, non convective and heat storage zone. The upper convection zone is clean water. Reacing to the portion of long-wavelength light on the surface of the solar pond is absorbed here. In the remaning part of the visible region of light is reached from convective zone to storage zone after reflection, absorbtion, scattering in convective zone. Storage area where incoming solar radiation is collected and stored in the form of heat energy Incoming solar radiation to storage area are lost the significant part due to the the structure of the salt water and water pullution. These losses significantly affect the efficiency of the solar pool.In this study, for 3 months to diffrent layer of diffussion analysis of samples taken from salt water , rust (iron oxide) in salt water and the environment are involved in solar pond water , dust and other contaminants significantly affect the permeability of the particles were observed, especially the upper part of the storage area. Key Words: Solar Energy, Solar Ponds, Haet Storage, Salt Water Transmission

III

TEŞEKKÜR

Yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmanın hazırlanması süresince,

değerli görüş ve önerileri ile beni yönlendiren danışman hocam Yrd.Doç.Dr. Mehmet

KARAKILÇIK’ a sonsuz saygı ve teşekkürlerimi sunarım.

Çalışmalarım sırasında Uzay Bilimleri ve Güneş Enerjisi Araştırma ve

Uygulama Merkezinde bana rahat çalışma ortamı sağlayan Prof. Dr. Aysun

AKYÜZ’e ve spektrometrenin kullanılmasına izin veren ve ölçümler sırasında

yardımcı olan Yrd.Doç.Dr. Cebrail GÜMÜŞ’ e, tez yazım aşamasında bana yardımcı

olan arkadaşlarım Muhammet KILIÇ, Sevinç MANTAR, Abdullah İSKENDER,

İsmail BOZKURT ve ismini sayamadığım diğer tüm arkadaşlarıma teşekkür ederim.

IV

İÇİNDEKİLER

ÖZ……………………………………………………………………………………..I

ABSTRACT ............................................................................................................ II

TEŞEKKÜR ........................................................................................................... III

İÇİNDEKİLER ...................................................................................................... IV

ŞEKİLLER DİZİNİ…………………………………………………………………VI

TABLOLAR DİZİNİ ........................................................................................... VIII

SİMGELER VE KISALTMALAR……………………………………………….…X 1. GİRİŞ ................................................................................................................... 1

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR…………………………………………………………3

3. GÜNEŞ ENERJİSİ……………………………………………………………….15

3.1. Yeryüzüne Gelen Güneş Enerjisi…………………………………………….17

3.2. Güneş Enerjisi ve Teknolojileri….……….…………………………...............18

3.2.1. Güneş Pilleri…….......…………………………………………………19

3.2.2. Isıl Güneş Enerjisinden Elektrik Üreten Enerji Santralleri……………21

3.2.3. Enerji Kuleleri…….…………………………………………………...21

3.2.4. Yoğunlaştırıcılı Kollektörler ve Buhar Motorları……………….……..22

3.3. Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli……………………………………….22

4. IŞIĞIN VE SUYUN YAPISI……………………………………………………..27

4.1.Işık …..……………………………………………………………………..27

4.1.1. Işığın Farklı Maddelerle Etkileşim…...…………………………..…...31

4.1.2. Güneş Işığının Suda Soğurulması.………………….……....................31

4.2.Suyun Molekül Yapısı…………….…………………………………………..31

4.2.1. Suyun Molekülünün Hidrojen Bağı…….….….……………………....32

4.2.2. Suyun Fiziksel Özellikleri…………………………..………………....34

4.2.3. Suyun İçindeki Maddeler ve Optik Özellikleri...…..……………….…35

4.2.4. Deniz Suyunun Optik Özellikleri…..….……………..…………….….36

5.GÜNEŞ HAVUZLARI…………………………………………………………....41

5.1.Güneş Havuzlarının Yapısı…….…………………………………………….41

5.1.1. Gelen Güneş Enerjisi…………………………………………………..42

5.1.2. Güneş Havuzunun Optik Özellikleri….……..………………………...43

SAYFA

V

5.1.3. Güneş Işınının Doğrultusu...…………..………………………………43

5.1.4. Güneş Enerjisinin Havuz Yüzeyine Gelişi ve İzlediği Yol…..……….45

5.1.5. Güneş Enerjisinin Tuzlu Suda Soğurulması…...….…………..………46

5.1.6. Güneş Havuzlarında Güneşin Ortalama Konumunun Günlük Etkisi…49

5.1.7. Background Teori……………………………………………………..51

6. MATERYAL VE METOT……………….………………………………………59

6.1.Materyal…..……………..……………………………………………………59

6.1.1. Yalıtımlı Silindirik Model Güneş Havuzu (SMGH)..………………....59

6.1.2. SMGH’ un Isısal Yalıtımı…...…..…………………………..…………59

6.1.3. Tuz Gradyentli Güneş Havuzunun İç Yapısı………………..………...60

6.1.4 SMGH'da Kullanılan Isı Yalıtım Malzemesi.……...…….….…………60

6.1.5. SMGH’ nın İç Bölgeleri..………………………….………..…………61

6.1.6. SMGH’ nın İç Yalıtım Bölgesinin (Tabakaların) Oluşturulması……...62

6.1.7. Tuzlu Su Örneklerin Alındığı Tabakalar…………………………..…..63

6.2. Metot…..……………………………………………………………………..64

7. BULGULAR VE TARTIŞMA..………………………………………………….71

8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER…………………………………………………..105

KAYNAKLAR………………………………………………………………….....111

ÖZGEÇMİŞ……………………………………………………………………......117

VI

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 3.1. Güneşin Uzak Bir Açıdan Görünümü…………………………………....15

Şekil 3.2. Dünyaya Üzerine Gelen Yıllık Ortalama Güneş Işığı Miktarı…………...16

Şekil 3.3. Global Güneş Enerjisi Dağılımları………………………………………..16

Şekil 3.4. Güneş Pilleri ile Elektriğini Üretebilen Yat……………………………...20

Şekil 3.5. Enerji Kulelerinin Görünümü…………………………………………….21

Şekil 3.6. Solar İki Yoğunlaştırılmış Güneş Enerji Kulesi………………………….22

Şekil 5.1. Işığın Güneş Havuzunda İzlediği Yol…………………………………....45

Şekil 6.1. SMGH’ nin İç Bölgeleri…………………………………………...…….62

Şekil 6.2. Tuz Yoğunlunu Ölçme Sistemi…………………………………………..64

Şekil 6.3 Spektrometrenin Önden Görünümü…………………………………..….65

Şekil 6.4. Spektrometrenin Çalışır Görünümündeki Hali…………………………...65

Şekil 6.5. Havuzdan Alınan Numuneler ve Spektrometre………………………….66

Şekil 6.6. Numunelerin İçine Konulduğu Küçük Plastik Kaplar…………………...66

Şekil 6.7. Havuzdan Alınan Numunenin Plastik Kaplara Konularak Optik

Özelliklerini Belirlemek İçin Numunenin Spektrometre İçine

Konulan Düzeneğin Görünümü……………..……………………..…….66

Şekil 6.8. Spektrometrenin Nasıl Çalıştığını Gösteren Şematik Yapı……………....67

Şekil 6.9. Bilgisayarda Kullanılan Qbasic Programının Başlangıç Şeması………....67

Şekil 6.10. Ölçümler başlamadan Önce Qbasic Programının Görünümü…………..68

Şekil 6.11. a) Örnek Soğurma ve b) Geçirgenlik Eğrisi…………………………….69

Şekil 7.1. 16.06.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinlikle Değişimi……...………….71

Şekil 7.2. 16.06.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinlikle Değişimi………...………….72

Şekil 7.3. Su ile Farklı Yoğunluklarda Hazırlanan Tuzlu Suyun Geçirgenlikleri.….73

Şekil 7.4. 16.06.2010 Tarihinde Dalga Boyuna Karşı % Geçirgenlik Değişimi……74

Şekil 7.5. 23.06.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinliğe Göre Değişimi……………76

Şekil 7.6. 23.06.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi………………77

Şekil 7.7. 23.06.2010 Tarihinde Dalga Boyuna Karşı % Geçirgenlik Değişimi……78

Şekil 7.8. 29.06.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinliğe Göre Değişimi…………....79

Şekil 7.9. 29.06.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi……………..80

SAYFA

VII

Şekil 7.10. 29.06.2010 Tarihinde Dalga Boyuna Karşı % Geçirgenlik Değişimi…..81

Şekil 7.11. 05.07.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinliğe Göre Değişimi..................82

Şekil 7.12. 05.07.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi.....................83

Şekil 7.13. 05.07.2010 Tarihinde Dalga Boyuna Karşı % Geçirgenlik Değişimi….84

Şekil 7.14. 12.07.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinliğe Göre Değişimi……….....85

Şekil 7.15. 12.07.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi……….…....86


Şekil 7.17. 26.07.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinliğe Göre Değişimi……….…88

Şekil 7.18. 26.07.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi………….....89



Şekil 7.21. 02.08.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi…………....92

Şekil 7.22. 02.08.2010 Tarihinde Dalga Boyuna Karşı % Geçirgenlik Değişim…..93


Şekil 7.24. 09.08.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi……….……95


Şekil 7.26. 17.08.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinliğe Göre Değişimi…….……97

Şekil 7.27. 17.08.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi…………....98


Şekil 7.29. 23.08.2010 Tarihinde Yoğunluğun Derinliğe Göre Değişimi………...100

Şekil 7.30. 23.08.2010 Tarihinde Sıcaklığın Derinliğe Göre Değişimi………..….101

Şekil 7.31. 23.08.2010 Tarihinde Dalga Boyuna Karşı % Geçirgenlik Değişimi...102

Şekil 8.1. Farklı.Miktarlarda Tuz İçeren Suyun Geçirgenliği……………………..106

Şekil 8.2. Farklı Miktarlarda Kirlilik İçeren Suyun Geçirgenliği….…………...…106

Şekil 8.3. Farklı Tabakaların Dalga Boyunda 10 Haftalık Ortalama Geçirgenliği...107

Şekil 8.4. Tabakaların Tabandan İtibaren 10 Haftalık Ortalama Sıcaklık Dağılımı.107

VIII

TABLOLAR DİZİNİ SAYFA

Tablo 3.1. Türkiye'nin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli………………...23

Tablo 3.2. Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyeli………………….24

IX

X

SİMGELER VE KISALTMALAR

0C: Sıcaklık birimi (santigrat)

Nm: Metrenin 109’ da biri

Kw: İncelme katsayısı

aw: Soğurma katsayısı

W: Güç birmi

°K: Sıcaklık birimi(kelvin)

J: Enerji birmi

h: Saat

λ: Dalga boyu

c: Işık hızı

h: Planck sabiti

Hz: Frekans birimi (Herzt)

E( λ ,z): z Derinliğindeki spektral parlaklık

c=a+b : Işığın toplam incelme katsayısı

a: Soğurma katsayısı

b=bf+bb: Toplam saçılma katsayısı

bf : İleriye doğru saçılan ışığın saçılma katsayısı

bb: Geriye doğru saçılan ışığın saçılma katsayısı

cw : Saf su için incelme katsayısı

K wfw : En temiz doğal tatlı suyun incelme katsayısı

1/2b mfw : Tatlı su içinde moleküler saçılma (rayleight)

B= b p / b: Geri saçılma fonksiyonu

ÜKB: Üst Konveksiyon Bölgesi

YB: Yalıtım Bölgesi

DB: Depolama Bölgesi

SMGH: Silindirik Model Güneş Havuzu

δd: Eğiklik açısı (denklinasyon)

φ: Enlem açısı

XI

ϕ: Dikkate alınan yüzeyin yatay düzlemle yaptığı eğim açısı

γ: Yüzeyin azimut açısı

ws: Güneş saat açısı

θz: Zenith açısı

Ggs: Güneş sabiti

n: Yılın günleri

nh: Havanın kırılma indisi

nc: Camın kırılma indisi

θ1: Güneş ışınının havuzun yüzeyine geliş açısı

θ2: Güneş ışının havuzun yüzeyinden kırılma açısı

τ : Geçirme katsayısı

Iλ(x): λ dalga boylu ışık demetinin x derinliğindeki şiddeti

αi: Güneş yüksekliğinin fonksiyonu

x: Havuzun düşey doğrultudaki derinliği

Ii : i. zaman aralığında ortalama güneş radyasyonu

αet: Günlük olarak ortalama aylık güneş radyasyon açısının etkisi

t1: Güneşin yükselme saati

t2: Güneşin batış saati

F: Fresnel katsayısı

θy: Yansıma açısı

Ix: x derinliğindeki ışın

Is: Yüzeye düşen ışının suya giren miktarı

Fδ: Yüzeyde soğurulan güneş enerjisi kesri

µ: Etkin soğurma katsayısı

G: Gölgeleme uzunluğu

h: Düşey yan duvarın tabandan itibaren yüksekliği

C: Tuz derişimi

T: Sıcaklık

ν: Tuzlu suyun viskosluk katsayısı

αtuz: Tuzlu suyun ısısal difüzyon katsayısı

XII

D: Tuzun difüzyon katsayısı

kts: Tuzlu suyun ısı iletkenlik katsayısı

T(x): Düşey doğrultuda sıcaklık yayılması

T(ç): Ortalama hava sıcaklığı

λm: Kara cisim ışıması yoluyla yayınlanan ışının maksimum dalga boyu

Er: Radyasyon sabiti

hkonv: Isı taşınım katsayısı

ksu: Suyun ısı iletim katsayısı

ky: Yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısı

A: İki tabaka arasındaki yüzeyin alanı

qgr: Yansımadan sonraki net güneş radyasyonu akısı

gar: Net atmosferik radyasyon akısı

gsr: Yüzey suyunun gerisindeki radyasyon akısı

qb: Buharlaşma ısı akısı

qi: İletimle ısı akısı

K: x,y düzlem boyunca hücreler arasındaki birim uzunluk başına iletkenliktir

TEP: Ton eşdeğer petrol

R: Sınır yüzey direnci

h(x) : Soğrulma oranını veren fonksiyonu

n

sλ

: Saçılmasının yoğunluğu

k ve kw: Saf suyun ve asılı parçacıkların soğurma katsayısı

ε ve wε : Saf su, asılı parçacık ve çözülmemiş maddelerin saçılma katsayısı

B ),( xλ : x derinliğinden geçen enerji

TR(x): Birim miktarda geçmiş olan enerjinin oranı

dI λx: Radyasyonun değişimi

Am: Havanın yoğunluğu

λλ βα , ve λγ : Tek renkli dalga boyuna bağlı katsayılar

ε λ , λλλ ζηξ ve, : Tek renkli dalga boyuyla ilişkisi olan katsayılar

XIII

1. GİRİŞ Ayhan ATIZ

1

1. GİRİŞ

Enerji kaynakları bugün sahip olduğumuz medeniyetin temel taşlarından

birini oluşturmaktadır. Bu kaynakların başında da kömür, doğal gaz ve petrol gibi

fosil yakıtlar gelmektedir. Bu kaynakları verimli ve etkin bir şekilde tüketen

toplumlar kalkınma ve gelişmişlikte önde olan toplumlardır. Ancak, son yıllarda

tüketilen bu enerji kaynakları yerine yenisi konulamayacak şekilde yok edilmektedir.

Binlerce yılda oluşmuş olan fosil kaynakları günümüzde hızla azalmaktadır. Bu

kaynakların ömrü birkaç yüzyıl kadardır. Bu kaynakların kullanılmasıyla, bir taraftan

kalkınma sağlanırken diğer taraftan canlı doğa zarar görmektedir. Dolayısıyla, hem

fosil kaynakların sınırlı olması hem de bu kaynakların kullanımı sonucu meydana

gelen çevre kirliliği ile enerji üretiminde hem yenilenebilir ve sınırsız, hem de

çevreyle uyumlu kaynakların araştırılması ve geliştirilmesi gerekmektedir. Bu

kaynakların en başında güneş tarafından üretilen güneş enerjisi gelmektedir. Güneş

enerjisi, füzyon reaksiyonuyla, 4 hidrojen atomu birleşerek bir helyum atomu

oluşumu sonucu açığa çıkan bir ışınım enerjisidir. Güneşin ışınım enerjisi, yer ve

atmosfer sistemindeki fiziksel oluşumları etkileyen baslıca enerji kaynağıdır.

Dünyadaki madde ve enerji akışları güneş enerjisi sayesinde mümkün

olabilmektedir. Rüzgâr, deniz dalgası, okyanusta sıcaklık farkı ve biyokütle

enerjileri, güneş enerjisini değişim geçirmiş biçimleridir. Güneş enerjisi, doğadaki su

döngüsünün gerçekleşmesinde de rol oynayarak, akarsu gücünü yaratmaktadır. Fosil

yakıtların da, biyokütle niteliğindeki materyallerde birikmiş güneş enerjisi olduğu

kabul edilmektedir. Doğal enerji kaynaklarının pek çoğunun kökeni olan güneş

enerjisinden, ısıtma ve elektrik elde etme gibi amaçlarla doğruda yararlanılmaktadır.

Güneş enerjisi çevre açısından temiz bir kaynak özelliği taşındığından da fosil

yakıtlara alternatif olmaktadır. Yeryüzüne her yıl düşen güneş ısınım enerjisi,

yeryüzünde şimdiye kadar belirlenmiş olan fosil yakıt haznelerinin yaklaşık 160 katı

kadardır. Ayrıca yeryüzünde fosil, nükleer ve hidroelektrik tesislerinin bir yılda

üreteceğinden 15000 kat kadar daha fazladır. Bu bakımdan bu devasa enerjisinin

insanların faydalanabileceği şekilde verimli sistemlerle uygun kullanılabilir bir enerji

türüne dönüştürülebilmesi canlı doğanın geleceği için önemlidir. Yenilenebilir enerji

1. GİRİŞ Ayhan ATIZ

2

kaynaklarının başında yer alan güneş enerjisi hem sahip olduğu mevcut potansiyel

hem de üretim teknolojileri bakımından farklı ve önemli bir yere sahiptir. Bu

nedenle, güneş kaynaklı enerji üretim sistemlerinin geliştirilmesi büyük önem arz

etmektedir. Güneş enerjisinden yaralanılan sistemlerden biri de güneş havuzlarıdır.

Güneş havuzları, genellikle üç farklı tuzlu su bölgesinden oluşan, ısı toplama ve

depolama sistemidir. Güneşten gelen ışınlar havuzun üst ve konveksiyonsuz

bölgesinden geçerek en alt bölgesi olan yoğun tuzlu su kütlesinde ısı biçiminde

toplanmakta ve depolanmaktadır. Bu yüzden güneş havuzlarının iç bölgeleri

oluşturan bölgelerinin temiz ve geçirgenliğinin iyi olması gerekmektedir.

Geçirgenliği yüksek olan bölgelerden geçen ışınlar depolama bölgesinin tamamına

ulaşması sistemin ısı performansı bakımından önemlidir. Bu nedenle güneş

havuzlarının iç bölgelerinin saydam ve geçirgen olması gerekmektedir. Bunun için

zamanla oluşabilecek çeşitli kirliklerin kontrol altında tutulmalıdır. Bu amaçla, Ç.Ü.

UZAYMER’de çapı 1,60 m, derinliği 2 m yalıtımlı silindirik model bir güneş

havuzunun (SMGH) iç bölgelerinin optik özellikleri incelenecektir. Havuzun iç

bölgelerinden, depolama bölgesi daha önce elimizde bulunan tuzlu su ile

doldurulmuştur. Diğer bölgeler ise, temiz çeşme suyu ile yeniden oluşturulan farklı

yoğunluklarda tuzlu su ile doldurulmuştur. Havuz iç bölgesinin tuz eğimi oluştuktan

sonra bu tuz eğiminin korunması için düzenli olarak yoğunluk ölçümleri ve

tabakalarda zamanla oluşabilecek kirliklerin takip edilmesi içinde suyun geçirgenliği

spektrometre yardımıyla ölçülmektedir. Tuz yoğunlukları ise hidrometreler yardımı

ile ölçülmüştür. Bu suretle suyun geçirgenlik dağılımlarındaki değişimlerin havuzun

sıcaklık dağılımları üzerindeki etkisi saptanmaya çalışılmıştır. Bu çalışma

sonucunda, güneş havuzunun depolama bölgesine daha fazla ışığın girmesi için tuzlu

suyun saydamlığının ısıl performansı üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmaktadır.

Elde edilecek sonuçlar ışığında, böyle bir sistemin tuzlu su tabakalarının ve bu

tabakalarda zamanla oluşan kirliliğin tabakaların geçirgenliği üzerindeki etkileri

belirlenebilecektir. Böylece bu çalışma ışığında, yeni kurulması düşünülen güneş

havuzu sistemlerine, iç bölgelerin geçirgenlik parametrelerinin önceden

belirlenmesine katkı sağlaması beklenmektedir.

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ayhan ATIZ

3

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

Güneş havuzlarının doğada bulunan ilk benzeri Kalecksinsky tarafından 20.

yy’in başlarında keşfedilmiştir. Romanya’nın Karpat dağları eteğindeki Transylvania

bölgesindeki (42º44′ K, 28º45′ D) Medve gölünde sıcaklığın yaz ayları sonunda 1.32

m’ lik derinlikte 70 ºC’ ye yükseldiğini ve ilkbaharda ise 26 ºC’ ye düştüğünü

gözlemlemiştir. Bunun nedenleri araştırılmıştır. Bu gölde ilk kez tuz yoğunluğu

ölçümlerini yapılmıştır. Ölçümler sonucunda gölün derişimin yukarıdan aşağıya

doğru arttığını saptamıştır. Bu yoğunluk eğiminin, konveksiyonla ısı kaybını

önlemesi nedeniyle, gölün derin bölgelerinin yüksek sıcaklığa ulaşmasına sebep

olduğu görülmüştür. Yazın sonunda gölün 1,32 m derinliğinde sıcaklığın 70 0C ’ye

kadar çıktığı ve ilkbahar aylarında ise en düşük sıcaklığın 26 0C olduğunu

gözlemiştir. Anderson 2 m derinlikli, Orovillve’de (Washington) yaz aylarında

sıcaklığı 50 0C ye ulaşan bir gölü rapor etmiştir. Wilson ve Wellman Antartika’daki

Vanda Gölünün buz ile örtülü ve çevre sıcaklığının -200C olmasına rağmen taban

sıcaklığının 25 0C olduğunu tespit etmişlerdir. Por ve arkadaşları ve daha sonra

Cohen tarafından rapor edilen İsrail’ de Eliat yakınındaki 300 yıldır var olan doğal

bir güneş gölcüğü bulmuş ve bunu 1967 de bir güneş havuzu olarak tanımlamıştır

(Tabor, 1981).

1948 de İsrail’deki ölü deniz araştırmalarında, Block, buharlaşmayı azaltmak

için yoğunluğu eğiminin bir gölcük toplayıcısı içinde %15 oranında kaybolduğunu

belirtmiştir. 1954 de ise yapay tabakalanmış gölcüklerin, güneş enerjinin kullanımı

amacıyla toplanması ve depolanmasını, İsrail ulusal araştırma konseyine önermiştir.

İlk öncü çalışma 1950’nin sonlarında, Tabor tarafından Ulusal İsrail Fizik

laboratuvarında başlatılmıştır. Bu süreçte, Tabor ve arkadaşları birkaç güneş

gölcüklerinde araştırmalar yapmıştır. Küçük yataklarda sıcaklığın en yüksek 103 °C

olduğunu ve toplayıcı verim oranının %15 olduğunu kaydetmişlerdir. Laboratuardaki

güneş gölcükler teorik ve deneysel gözlemlerle olduğu kadar fiziksel olarak da

gölcüklerin anlaşılması konusundaki çalışmalar, Weinberger, Eleta ve Lavin, Tabor

ve Matz ve Hirschmann tarafından yapılmıştır (Gar, 1985).


4

Kanayama ve ark. (1997) tarafından sodyum klorürlü su ile suyun ışık

geçirgenliğini, farklı yoğunluklarda tuzlu suyun geçirgenliğini araştırılmıştır. Suyun

ve NaCl çözeltisi için spektral geçirgenliği ölçümü ve toplam geçirgenliğin

hesaplanmasıyla ilgilenmişlerdir. NaCl çözeltisinin spektral geçirgenliği artan tuz

yoğunluğu ile kalınlığı ve hava kütlesi sabit olan bir numunenin kızılötesi ve

yakınındaki bölgelerin üzerinde geçirgenliği artığını gözlemlediler. Spektral

geçirgenliğin güneş havuzunun termal performansını eksiksiz olarak hesaplamak için

kullanışlı olacağını ve geçerli olan bir soğurma katsayısı kullanılarak, suyun üç

metreye kadar toplam geçirgenliği beş parça metoduyla dalga boylarını beş bant

aralığına bölerek hesaplanabileceğini ve bunun güneş havuzları için pratik bir metot

olabileceğini bulmuşlardır.

Li ve ark. (2000) tarafından tuz gradyentinde dengeye ulaşmış olan bir güneş

havuzunun spektral güneş radyasyonu altında havuzdaki ısının spektroskopik

sonucunu ölçmeye uygun bir yöntem üzerinde çalışılmışlardır. Ayrıca güneş

havuzunun yüzeyinin üzerindeki yansıyan ışının, tuzlu su tabakları arasında yansıyan

ışını ve güneş havuzunun içindeki tuz difüzyonunu hesaplamayla uğraşmışlardır.

Diğer taraftan güneş havuzunda toplanan ve depolanan ışının mekanizmasını

oluşturmak için 1,6 m derinliğinde 2 m genişliğinde güneş havuzunda X lambasından

gelen ışık radyasyonu altında bir deneyle, küçük bir alanda tuz gradyentinin sayısal

analizi yapmışlardır. Deneysel analize göre güneş havuzunun termal performansı için

bir model oluşturarak dengelenen ısıyı ölçmeyi başarmışlar ve bulunan simulasyonun

deneysel sonuçlara uygun olduğunu görmüşlerdir. Böylece termal simulasyon modeli

ve metodunun doğru olabileceği savunuldu. Aynı zamanda bir holojen lamba ve X

lambasından gelen ışık ışını değiştirerek termal ısı ölçüldü. Sonuç olarak, havuzun

içindeki sıcaklık dağılımın açıkça farklı olmasının kullanılan ışık ışının

spektroskopik karakterinin (dalga boyunun faklı olması ) etki ettiğini görmüşlerdir.

Bu yüzden herhangi bir güneş havuzun termal performansını doğru olarak elde etmek

için kullanılan ışığın spektral özellikleri (yani dalga boyları) dikkate alınmasının

gerekli olduğunun sonucuna varılmıştır.

Husain ve ark. (2004) tarafından güneş havuzunun için giren toplam ışık

akısın tahmin etmek için iki basit formül oluşturuldu. Birinci formül Bryant and


5

Colbeck ‘in korelasyonunu kullanılarak havuzun dibinden ve yüzeyinden yansıyan

ışık ışınını da kapsayacak şekilde genişletilmiş bir formulasyondur. Diğer

formülasyon ise dördüncü dereceden ampirik bir polinom fonksiyonudur. Giren ışık

akısının tahminin doğruluğunu kıyaslamak için Hull ‘un genel fonksiyonları baz

alınmıştır. Formüllerin amacı ölçülen zamanda önemli miktarda tasarruf sağlayacak

şekilde çok daha basit analitik hesaplar yaparak havuzun dibindeki ışık akısını doğru

ve akla yatkın elde edilmesini sağlamaktadır. Bu formüllerin etkisinin havuzun

içindeki termal hareketlerin uzun dönemdeki hareketlerini ve hesaplama açısından

kazancı analiz edildi. Hull un metoduyla kıyaslandığında % 20-25 bir tasarruf

sağladığı görülmüştür.

Afeef Mohammed ve L.B. Mullett (1989) tarafından güneş havuzlarındaki

güneş radyasyonunun geçirgenliği üzerine yapılan çalışmaların çoğu okyanus suyu

ile aynı olduğu belirtilmiştir. Yani damıtılmış su ya da son derece iyi filtre edilmiş

deniz suyunu çalışılmışlardır. Ölçümler saf su baz alınarak yapılmıştır. Bir güneş

havuzunun % 20 ya da daha fazla sodyum, magnezyum ya da ikisinin karışmış halini

içerebilen çözeltilerden oluştuğunu belirlemişlerdir. Filtre edilmemiş çözeltilerin

büyük miktarda geçirgenlik kaybına sebep olduğu halde, iyi filtre edilmiş saf suyun

geçirgenliği kolaylaştırdığını görmüşlerdir.

Viskanta and Toor (1978) tarafından radyasyon transfer teorisi kullanılarak

bir güneş havuzunda soğrulan bölgesel güneş enerjisinin tahmini için analizler

oluşturulmuştur. Fiziksel model su tarafından soğrulan ve saçılmayı içermektedir ve

su ile hava arasından ve dipten yansıyan ışınları da kapsamaktadır. Bir ileri saçılma

yaklaşımı ve radyasyon transfer eşitliğinin faklı koordinatlardaki bir yaklaşım

tartışılmıştır. Suyun içindeki soğrulan güneş enerjisinin oranını gösteren yerel

büyüklüğü için sayısal sonuçlar gösterilmiştir. Bu çalışmada su yüzeyine gelen güneş

radyasyonun ışınlarının yönünün etkisi, gündüz döngüsü sırasında atmosfer

tarafından inceltilen güneş radyasyonu, kirleticiler ve katkılar tarafından suyun

spektral radyasyonun değişikliğinin soğurma üzerinde ve havuzun içinde soğrulmuş

enerji dağılımı araştırılmıştır.

Y. A. Cengel and M. N. Özişik, (1984) tarafından güneş havuzu içinde güneş

ışınlarının yerel soğurma oranı 0° den 75° arası doğrudan geliş açılarında ve 15°


6

derece aralığında yayılan bileşenle birlikte radyasyon probleminin doğru çözümü

belirlenmeye çalışılmıştır. Havuzun derinliklerinden ve dibinden yansıyan ışının

etkisi ve havuzun termal performansı üzerindeki radyasyon modeli araştırılmıştır.

Direk olarak gelen ışının yayılan radyasyonun doğru olarak belirlemek için yeni kaba

bir yaklaşım benimsenmiştir. Değişik şartlar altında suyun ilk 10 cm arasında

soğrulan güneş radyasyonun formülü belirlemişlerdir. Herhangi bir derinlikteki yerel

soğurman oranı ve herhangi bir geliş açısı dördüncü dereceden polinomla hızlıca

hesaplanabildiği ve katsayılar değişik geliş açılarıyla dipteki yansıtırlık elde

edilmiştir.

John T. O. Kirk (1988) tarafından su kütlelerine giren güneş enerjisin

anlaşılması için gerekli hidrolojik optik kavramlarının kurulmasını minimum olarak

özetlenmiş ve güneş havuzları için bu kavramların pratik uygulama özellikle Monte

Carlo modelindeki yöntem tartışılmıştır. Herhangi bir güneş havuzuna gelen ışın

transferini anlamak için yapılması gereken optik ölçümler için bir hesaplama

bulunmuştur. Güneş radyasyonun hareketlerinin, Monte Carlo serisinin ölçüm

sonuçlarını mükemmeliyet içinde olduğu ifade edilmiştir. Ama gerçek optik

özellikleriyle birlikte güneş havuzlarının geniş bir sahayı kapsadığını belirtilmiştir.

Renkli maddelerin konsantrasyon değişim verimliliğinin, toplanan enerji üzerindeki

etkisi, saçılma katsayısı ve taban temizliği detaylı bir biçimde araştırılmıştır. Ayrıca

başarılı güneş havuzunun çalışması için yerine getirilmesi gereken optik kriterler

kısaca tartışılmıştır.

Huovinen ve ark., (2003) tarafından Finlandiya’daki beş göl içerisinden

alınan bütün ölçümlerde güneşin UV ışınlarının incelmesi değerlendirilerek, 1999

yazında gölün optik özellikleri belirlenmiştir. Spektral UV havadaki birim alandaki

radyasyon (parlaklık) ve üç gölün birkaç metre altında çözülmemiş organik karbonla

ölçümler alınmıştır. Alınan bu ölçümlere göre UV-B bölgesi radyasyonun %99

yaklaşık olarak suyun yarım metre altında en temiz gölde inceldiği belirlenmiştir.

Radyasyonda ise 380 nm ’lik UV–A bölgesi 1 metrenin üstünde uygun incelme

meydana geldiği gözlenmiştir. Küçük kirli bir gölde UV-B ısınları yukarıdan aşağıya

10 cm de %1 kadar inceldiği ve UV-a ışınları maksimum 25 cm kadar derine girdiği

belirlenmiştir. Bu sonuçlar göl suyunun içindeki kirliliğin UV ışınlarının incelmesini


7

etkilediğini gösterilmiştir. Alınan ölçümler temel alınarak dikey incelme katsayısı Kd

ile laboratuvar ortamından ölçülen soğurma katsayısı ve çözülmemiş organik

maddelerin Kd ile önemli derecede bağlantısı olduğu anlaşılmıştır.

Raymond ve ark., (1981) tarafından 300 ‘den 400 nm ’ye kadar olan bölgede

en temiz doğal suların içinde birim alandaki radyasyon için incelme katsayısını K w

belirlemek için su altına batabilen bir UV spekrodiameter kullanılmıştır. K w ile

suyun doğal optik yapısı radyasyon transfer teorisinden elde edilen denklemlerle

özellikle saçılma katsayısı ve toplam soğurma katsayısıyla (aw) ilişkilendirilebileceği

belirtilmiştir. Kw‘nin sınır değerlerini toplam soğurma katsayısından yararlanarak

tahmin edilebilir olduğunu gösteren bir analizi mevcut olduğunu göstermişlerdir.

Alınan aw data ile tahmin edilen aw arasında sanılandan çok daha büyük bir çelişki

olduğunu gösterilmiş ve yeniden kısaca incelenmiş ve aldıkları Kw verisiyle

kıyaslamışlardır. Bu kıyaslamalı analizlerle, 300 ile 800 nm arasında yeni tutarlı bir

veri sağlayarak, en temiz doğal suyun, saf suyun ve tuzlu su için doğru optik

özellikler elde edilmiştir.

Okyanus yüzeyine yakın bir yerde ışığın incelme katsayısı (c), ışığın

yansıması (R) ve aşağıya doğru akan ışının incelme katsayısı (Kd) baz alınarak alınan

ölçümlerde soğurma (a), saçılma (b) ve geri saçılma katsayılarının bulmak için bir

metot geliştirilmiştir. Bu metot kullanılarak, okyanus-atmosfer sisteminde ışığın

transferi Monte Carlo simülasyonuyla test edilmiştir. Metot, eğer güneş tepedeyse, R

‘nin değerinin tahmini için güneşin dik geliş açısıyla birlikte R ‘nin değişiklerini

değerlendirilmiştir. Bb ’i elde etmek için bulanan R ‘nin değerleri Kd ile birlikte

birleştirilmiştir. Işığın incelmesi saçılmaya oranlanarak a ve b katsayıları elde

edilerek saçılma fonksiyonunun β(α) büyüklüğü 60 ≤≤ α 150 saçılma açısı aralığında

bulunmaya çalışılmıştır. Bu tahmin Bb ve β(α) tahminleri 10 ile 1000 m 3 hacminin

üzerindeki ışığın yayılması üzerine baz alınarak yapılmıştır. Okyanusun üst

tabakasındaki radyasyon ışın transferinin tahmini için klasik saçılma ölçümleri alan

aletlerle beraber yapılan ölçümlerin uygulanabilirliğini değerlendirmenin önemli

olduğu belirtilmiştir. Yüzeye yakın yerlerde Raman saçılması ve fluorescence, Kd ve

r içinde ihmal edilmiştir (American Society of Limnology and Oceanography, 1991).


8

Tsilingiris, (1990) tarafından Tuz grandyentli güneş havuzlarında tuzluluğun

sanılandan çok daha fazla bir şekilde ışığın transferini etkilediğini ve havuzun suyun

spektral sönme karakterinin büyük miktarda buna bağlı olduğu belirlenmiştir.

Li ve ark., (2010) tarafından deniz suyunu kaynak olarak kullanarak güneş

havuzlarındaki kirliliği azaltılması ç hakkında birçok deney yapılmıştır. Deneylerde

kirliliği iyi derece kontrol edebilen kimyasalların (KAl(SO4)212H2O) kirliliği

azaltmasıyla beraber deniz suyunun içindeki yosunun ve bakterinin artmasının

bastırarak bunların çoğalması kontrol edilmeye çalışılmıştır. Yapılan deneylerde

kirli su ile deniz suyu ile kıyaslandığında tuzlu suyun arındırmasından sonra uzun bir

süre herhangi bir kimyasal kullanmadan berraklığın korunabileceğini gösterilmiştir.

Deneyler tuzun ve kirliğin difüzyonu hangi yöne olduğu hakkında bilgi vermiştir ve

kirliliğin yukarı doğru yayılmadığı görülmüştür. Deneyler kirli su ile tuzlu su

üzerinde aynı miktarda tuz kullanılarak beraber yapılmıştır. Toprağın temiz tuzlu

suda hızlı bir şekilde çöktüğü fakat kirli su içinde çok yavaş bir şekilde çöktüğü

bulunmuştur. Bu çalışmada aynı zamanda güneş havuzlarını yağmurun etkilerinden

korumak için ekonomik bir model oluşturmaya çalışılmıştır. En sonunda güneş

havuzunu farklı kirlilikteki termal performansını incelemek için termal difüzyon

modelinin benzetimini yapmışlardır.

Wang J. ve J. Seyed-Yagoobi (1995) tarafından tuz grandyentli bir güneş

havuzunda su kirliliğinin havuzun termal performansı üzerinde etkisini incelemek

için bir boyutlu teorik bir model kullanılarak çalışılmıştır. Teorik model suyun

kirliliğinin etkisinin su içine giren güneş radyasyonunu da dahil ederek ampirik bir

bağlantı kullanılmıştır. Bağlantı suyun içinde dağılan düzgün bir kirliliği temel

almıştır fakat bağlantı suyun derinliğine göre düzgün olmayan bir kirlilik dağılımı da

dahil ederek genişletilmiştir. Sonuçlar güneş havuzun temizliliğin havuzun termal

performansı üzerinde son derece önemli bir rol oynadığını göstermiştir.

Ouni ve ark., (1998) tarafından Tunus’un güneyinde El Bibane ’de kurulan

bir güneş havuzunun içinde olan durumları belirlemek için bir boyutlu simülasyon

modeli geliştirilmiştir. Bu modelde meteorolojik veriler kullanılmış, yüzey ve

topraktan ısı kayıpları hesaba katılmıştır. Yazılan diferansiyel eşitlikler sonlu farklar

metodu kullanılarak çözülmüştür. Sistemin performansının hesaplanması için bir


9

bilgisayar programı önerilmiştir. Yaz aylarında ortalama 80 W/m2 ve kış aylarında

ise ortalama 19 W/m2 ısı çekilebileceği belirtilmiştir.

Tsilingiris,( 1988) tarafından güneş spektrumunu uygun spektral bantlara

ayırarak ve Beer’s kanunlarına göre farklı değerlerle integral alınarak, iki alternatif

analitik yaklaşım öne sürüldü. Schmidt ’in orijinal çalışmalarına dayanılarak üst

kısmındaki geçirgenlik limitleri kullanılarak ve temiz suyun geçirgenlik özellikleri de

dikkate alındığı kadarıyla genel olarak kullanılan soğurma kanunu elde edilmiştir (

Wang ve Seyed-Yagoobi (1994) tarafından değişik derinliklerde kirliliğin ve

tuz yoğunluğunun giren güneş üzerindeki etkilerini araştırmak için dışarıda iki büyük

tank inşa etmişlerdir. Tuzlu suyun ve kirliliğin farklı konsantrasyonda suyun sönüm

katsayısı ve spektral geçirgenliğini araştırmak için laboratuarda deneyler yapılmıştır.

Hem dışarıdaki hem de içerde yapılan deneylerin sonuçlarına göre tuz yoğunluğunun

giren güneş enerjisi üzerinde çok etkisi olmadığı belirtilmiştir. Ancak suyun

temizliğin giren güneş enerjisi üzerinde kritik bir öneme sahip olduğu ve suyun

derinliğiyle birlikte giren enerjiyi etkilediği görülmüştür. Suyun derinliğine ve

kirliliğe bağlı olarak giren güneş enerjisini veren çok iyi bir fonksiyon

geliştirilmiştir.

Kurt ve ark., (2000) tarafından güneş havuzlarının performansını önceden

tahmin edebilmek için bir boyutlu matematiksel bir model geliştirilmiştir. Bunun

yanı sıra İstanbul Teknik Üniversitesi’nde bir güneş havuzu kurulmuştur. Elde edilen

deneysel veriler teorik hesaplamalarla karşılaştırılmıştır. Teorik olarak yapılan

çalışmalarda kütle ve enerji dengeleri kullanılmıştır. Matematiksel modelde yazılan

eşitlikler analitik ve nümerik olarak çözülmüştür. Çözümlerden alınan sonuçlar

deneysel çalışma ile karşılaştırılarak sıcaklık profilleri çıkarılmıştır. Teorik ve

deneysel sıcaklık profilleri arasında iyi bir benzerlik olduğu görülmüştür.

Konsantrasyon profilleri deneysel ve teorik olarak çıkarılmış, deneysel ve teorik

profiller arasında çok az farklılıkların olduğu görülmüştür. Güneş havuzunun güneş

enerjisini depolamak için doğru bir şekilde planlandığında güneş enerjisini uzun süre

depolamasının mümkün olduğu belirtilmiştir

Husain ve ark., (2004) tarafından güneş havuzlarında radyasyon değişimi

düşüncesi hakkında basit metotlar önerilmiştir. Güneş havuzlarında belirli bir


10

derinlikte kullanılabilir net radyasyon için iki basit formül önerilmektedir. Bunlardan

birincisi, Bryant ve Colbeck’in (1977) geliştirdiği formüldür. İkincisi ise ampirik

dördüncü dereceden polinom fonksiyonudur. Formüllerin doğruluğunun

karşılaştırılması için Hull (1980) tarafından geliştirilen genel formüllerle

karşılaştırma yapılmıştır. Yapılan karşılaştırmada geliştirilen formüllerin Hull’ un

modeline göre doğru sonuçlar verdiği aynı zamanda hesaplama süresinin 10-12 kez

azaldığı görülmüştür. Önerilen formüller geçirgenlik fonksiyonunu matematiksel

olarak kolaylaştırdığından araştırmacılar için programlamanın daha kolay olacağı

belirtilmiştir.

Angeli ve Leonardi (2004) tarafından tuz gradyentli güneş havuzlarında tuz

difüzyonunun bir boyutlu nümerik bir çalışması yapılmıştır. Bir boyutlu

matematiksel model kullanılarak tuz difüzyonu ve tuz yoğunluğu gradyentinin

kararlılığı araştırılmıştır. Sonlu farklar yöntemi ile sıcaklık ve tuz konsantrasyonuna

bağlı olan difüzyon katsayısı kullanılarak tuz difüzyonu eşitliği çözülmeye

çalışılmıştır. Tuz difüzyonu çok az olmasına rağmen konveksiyonsuz bölge

sınırlarındaki tuz konsantrasyonu değişikliğini telafi etmek için doymuş tuzlu su

çözeltisini depolama bölgesine ekleyerek üst konvektif bölgeye yükselmesini

sağlayıp konveksiyonsuz bölgenin kararlı tutulması gerektiği söylenmiştir

Karakılçık (1992) tarafından yalıtımsız bir güneş havuzunun ısısal davranışı

ve bu davranışı etkileyen faktörler deneysel olarak saptanmaya çalışılmıştır. Havuz

içi ve havuzu çevreleyen toprağın farklı derinliklerinde sıcaklık ölçümleri ve su

içerisinde çeşitli derinliklerde yoğunluk ölçümleri yapılmıştır. Yapılan ölçümler ile

havuzu oluşturan bölgelerin kalınlık değişimleri ve bunların havuz performansına

etkileri belirlenmiştir. Bunun yanı sıra havuz suyundaki kirliliklerin havuz

performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu etmenlerin, tuzlu su

tabakalarındaki konveksiyon hareketleri, havuz suyunun kimyasal ve biyolojik olarak

kirlenmesi olduğu tespit edilmiştir. Zamanla konveksiyonsuz bölgelerde oluşan ara

bölgelerin konveksiyonsal hareketlere sebep olduğu saptanmıştır. Ayrıca alt ve üst

konveksiyonlu bölgelerdeki konveksiyonsal hareketlerin konveksiyonsuz bölgeyi

incelttiği görülmüştür.


11

Karakılçık ve ark., (2005) tarafından bir güneş havuzundaki sıcaklık dağılımı

deneysel ve teorik olarak araştırılmıştır. Güneş havuzundaki sıcaklık dağılımları

gündüz ve gece ayrı ayrı incelenmiştir. Birçok sıcaklık ölçüm sensörü güneş

havuzunun içine, tabanına ve dikey ve yatay olarak yan duvarlarına yerleştirilmiştir.

Teorik olarak sıcaklık dağılımının hesaplandığı bir model geliştirilmiş, modelden

elde edilen sonuçlarla deneysel sonuçlar karşılaştırılmış deneysel verilerle

hesaplanan veriler arasında çok iyi uyum olduğu görülmüştür. Sıcaklık farkına bağlı

olarak gündüz ve gece ısı kayıpların arasında büyük bir fark olduğu görülmüştür.

Ocak, Mayıs ve Ağustos ayları boyunca, havuzun iç yüzeyi, yan duvarları ve

tabanından olan toplam ısı kayıpları % 84.94’ü iç yüzeyinden, % 3.93’ü tabandan, %

11.13’ü yan duvarlardan olmak üzere 227.76 MJ olarak hesaplanmıştır.

Karakılçık ve ark., (2006) tarafından bir güneş havuzunun performansı

deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Deneysel çalışma için 4 m yüzeyli ve 1.5 m derinlikli yalıtımlı bir güneş havuzu Çukurova Üniversitesinde inşa edilmiştir.

Güneş havuzu tuzlu su ile üç bölge olarak oluşturulmuştur. Ocak, Mayıs ve Ağustos

ayları boyunca havuzun tabanı, iç bölgesi ve yan duvarlarının değişik yerlerinden

sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Havuzun ve havuzu oluşturan tabakaların verimliliğini

hesaplamak için bir model geliştirilmiştir. Isı transferinde sıcaklık farkı önemli bir

sürücü güçtür. En yüksek ısı verimi Ağustos ayı içinde üst konvektif bölge için %

4,5, konveksiyonsuz bölge için % 13,8 ve ısı depolama bölgesi için % 28,1 olarak

hesaplanmıştır.

Kayalı (1992) tarafından 100 m2 yüzey alanlı ve 2,50 m derinliğinde bir

güneş havuzunun yalıtımlı ve yalıtımsız olması halinde 1 m2’ sinin maliyeti ve

Çukurova Bölgesi şartlarında bu güneş havuzlarından alınabilecek enerji miktarları

hesaplandı. Hesaplanan değerler kullanılarak ekonomik analizler yapılmış ve güneş

havuzlarının kendilerini amorti etme süreleri bulunmuştur.

Bezir. Ç. ve ark., (2008) tarafından tuz gradyentli güneş havuzunun sayısal

ve deneysel analizlerinin performansını kapalı bir yüzey yansıtıcı veya yansıtıcısız

olarak araştırmışlardır. Bu çalışmada bir tuz gradyentli güneş havuzu 3.5x3.5 m2

yüzey alanı ve derinliği 2 m olarak inşa edilmiştir. Gün boyunca güneş havuzunun


12

termal etkinliğini artırmak ve gece boyunca da güneş havuzunun yüzeyinden termal

enerji kayıplarını azaltmak için 2 tane açılır kapanır kapak kullanmışlardır. Analitik

fonksiyonlar, Isparta bölgesindeki yerel meteoroloji istasyonundan hava ve toprak

için elde edilen veriler ortalama saatlik ve günlük sıcaklık değerlerinin kullanımı ile

türetilmiştir. Hesaba dayalı model yalıtımlı ve yalıtımsız güneş havuzunun üzeri

kapalı ve yansıtıcı ile veya kapaksız ve yansıtıcısız performansını tanımlamak için

meydana getirilmiştir. Yansıtıcılar güneş havuzunun performansını %25

artırmışlardır. Sonuç olarak bu model bir deneysel tuz gradyentli güneş havuzunun

çeşitli sıcaklıklarının tahmini için kullanılmıştır.

Angeli ve ark., (2005) tarafından Bir güneş havuzunda tuz kontrasyonlarının

sorunlarını çözmeye yönelik bir profil üzerinde çalışmışlardır. Aynı zamanda termo-

difüzyonu da hesaplamışlardır ve sonlu fark yaklaşımını ve bir boyutlu matematiksel

modeli kullanılmıştır. Güneş havuzundaki ısı miktarları iki boyutlu akışkanlar

dinamiğini hesaplayan simülasyonla beraber bir tablo şeklinde gösterilmiştir.

Kurt ve ark., (2004) tarafından tuz yoğunluk gradyentlerinin

oluşturulmasında bu güne kadar kullanılmamış olan sodanın (sodyum karbonat) tuz

Tabakalı Güneş Havuzu TTGH 'ların yoğunluk gradyentinin oluşturulmasında uygun

bir tuz olup olmadığı denenerek, soda çözeltili havuzun ısı depolama karakteristiği

deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, laboratuar

şartlarında küçük ölçekli bir havuzda yapılan deneysel çalışma ile birlikte TTGH ’ın

bir boyutlu ısı ve kütle transferi matematik modeli oluşturulmuştur. Modelden elde

edilen diferansiyel denklemler, sonlu farklar metodu ile nümerik olarak çözülerek,

deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, soda çözeltili

havuz içerisinde sıcaklık gradyentinin oluşabilmesi için, %12 büyüklüğünde tuzluluk

oranına sahip bir yoğunluk gradyentinin oluşturulması gerektiği tespit edilmiştir.

Bu bölümde tanıtılan önceki çalışmalar ışığında, yalıtımlı silindirik model bir

güneş havuzunun iç bölgelerini oluşturan tuzlu su tabakalarının optik özelliklerini

etkileyen etmenlerden bazıları belirlenmeye çalışılmıştır. Söz konusu havuzun ve

tuzlu su numunelerinin geçirgenliklerini ölçen spektrometrenin özellikleri 6.

Bölümde verilmektedir. Bu çalışmada, havuzun iç bölgelerini oluşturan tabakaların

yoğunluk, sıcaklık ve geçirgenlik dağılımları eş zamanlı olarak ölçülmüştür. Burada


13

amaç, zamanla oluşabilen kirliklerin, tuzlu suyun optik özelliklerini hangi oranda

etkilediğini belirlemektir.


14

3. GÜNEŞ ENERJİSİ Ayhan ATIZ

15

3. GÜNEŞ ENERJİSİ

Güneş 1,4 milyon km çapıyla dünyanın 110 katı büyüklüğünde ve dünyadan

1,5x1011 m uzaklıkta yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıklı bir yıldızdır. Güneş yüzeyi

kütlesinin %74 'ünü ve hacminin %92 'sini oluşturan hidrojen, kütlesinin % 24-25 'ini

ve hacminin %7 'sini oluşturan helyum ile Fe, Ni, O, Si, S, Mg, C, Ne, Ca, ve Cr gibi

diğer elementlerden oluşur. Yüzey sıcaklığı yaklaşık 6000 °K olup iç bölgelerindeki

sıcaklığın 8x106 °K ile 40x106 °K arasında değiştiği tahmin edilmektedir. Doğal ve

sürekli bir füzyon reaktörü olan güneşin enerji kaynağı 4 Hidrojen atomunun 1

Helyum atomuna dönüşmesinde gizlidir. 4 hidrojen atomu 4,032 birim ağırlıkta, 1

Helyum atomu 4,003 birim ağırlıktadır. Bu olay sonucu 0,029 birim ağırlık

Einstein’ın madde-enerji bağıntısı sonucu enerjiye dönüşmektedir. Yani güneşte her

saniyede 564 milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyuma dönüşmekte ve kaybolan

4 milyon ton kütle karşılığı 3,86x1026 J enerji açığa çıkmakta ve bu enerji ışınım

seklinde uzaya yayılmaktadır. Toplam enerji rezervi 1,785x1047 J olan bu yıldız daha

milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden Dünya için sonsuz bir enerji kaynağıdır.

Dünyanın çapına eşit bir dairesel alan üzerine çarpan güneş gücü, 178 trilyon kW

düzeyindedir. Güneş enerjisi uzaya ve gezegenlere elektromanyetik ışınım

(radyasyon) biçiminde yayılır. Dünya’ya güneşten gelen enerji, Dünya’da bir yılda

kullanılan enerjinin 20 bin katıdır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki

çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri

teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, güneş enerjisi

çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.

Şekil 3.1. Güneşin uzak bir açıdan görünümü


16

Güneş dünyanın yörünge eksenine 1,366 W/m² enerji iletir, fakat

yeryüzüne ulaşan enerji miktarı biraz daha azdır.

Şekil 3.2. Dünyaya üzerine gelen yıllık ortalama güneş ışığı miktarı.

Şekil 3.3 Global güneş enerjisi dağılımları


17

Şekil 3.3 ’de Haritadaki renk dağılımları 1991-1993 yılları arasında

gerçekleşen ortalama yerel güneş enerji değerleri hakkında W/m2 cinsinden bilgi

vermektedir.

3.1. Yeryüzüne Gelen Güneş Enerjisi

Dünyanın yörüngesi üzerinde, uzayda, birim alana ulaşan güneş ışınları,

güneşe dik bir yüzey üzerinde ölçüldükleri zaman 1,366 W/m2’dir. Bu değer güneş

enerjisi sabiti olarak da anılır. Atmosfer bu enerjinin %6’sını yansıtır, %16’sını da

sönümler ve böylece deniz seviyesinde ulaşılabilen en yüksek güneş enerjisi 1,020

W/m2’dir. Bulutlar gelen ışımayı, yansıtma suretiyle yaklaşık %20, sönümleme

suretiyle de yaklaşık %16 azaltırlar. Şekil 3.3 ’e göre Kuzey Amerika’ya ulaşan

güneş enerjisi 125 ile 375 W/m2 arasında değişirken, günlük elde edilebilen enerji

miktarı, 3 ila 9 kWh/m2 arasında değişmektedir. Bu değer, elde edilebilecek mümkün

en yüksek değer olup, güneş enerjisi teknolojisinin sağlayacağı en yüksek değer

anlamına gelmez. Örneğin, fotovoltaik (güneş pili) panelleri, bugün için

yaklaşık %15’lik bir verime sahiptirler. Bu nedenle, aynı bölgede bir güneş paneli,

19 ile 56 W/m2 ya da günlük 0.45-1.35 kWh/m2 enerji sağlayacaktır. Şekil 3.3’teki

koyu renkli alanlar, güneş paneli kaplanması durumunda aynı bölgede 2003 yılında

üretilen toplam enerjiden biraz daha fazla enerji üretebilecek örnek alanları

göstermektedir. Bugünkü %8 verime dayalı teknoloji ile dahi, işaretli bölgelere

yerleştirilecek güneş panelleri, bugün fosil yakıtlar, hidroelektrik vb kaynaklara

dayalı tüm santrallerin ürettiği elektrik enerjisinden biraz daha fazlasını

üretebilecektir. Hava kirliliğinin neden olduğu küresel loşluk ise daha az miktarda

güneş ışının yeryüzüne ulaşmasına neden olduğu için, güneş enerjisinin geleceği ile

ilgili az da olsa endişe yaratmaktadır. 1961-90 yılları arasını kapsayan bir

araştırmada, aynı dönem içerisinde deniz seviyesine ulaşan ortalama güneş ışını

miktarında %4 azalma olduğu gözlenmiştir.


18

3.2. Güneş Enerjisi Ve Teknolojileri

Güneş ışınlarından yararlanmak için pek çok teknoloji geliştirilmiştir. Bu

teknolojilerin bir kısmı güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde direk olarak

kullanırken, diğer teknolojiler güneş enerjisinden elektrik elde etmek şeklinde

kullanılmaktadır. Güneş enerjili sıcak su sistemleri, suyu ısıtmak için güneş

ışınlarından yararlanır. Bu sistemler evsel sıcak su ya da bir alanı ısıtmak için

kullanılabildiği gibi çoğunlukla bir havuzu ısıtmak için kullanılır. Bu sistemler

çoğunlukla bir termal güneş paneli ile bir de depodan oluşur. Güneş enerjili su

ısıtıcıları üç grupta toplanır.

• Aktif sistemler, suyun ya da ısı transfer sıvısının çevirimi için pompa

kullanırlar.

• Pasif sistemler, suyun ya da ısı transfer sıvısının devrini doğal çevirim ile

sağlarlar.

• Kütle sistemleri su tankının doğrudan güneş ışığı ile ısınmasını amaçlarlar.

Yaygın güneş enerjisi uygulamaları şunlardır:

• Düzlemsel güneş kollektörleri: Ülkemizde de çok yaygın olarak kullanılan,

evlerde sıcak su elde etmede kullanılan sistemlerdir.

• Yek-odaklı güneş enerjisi santralleri: Bunlarda, doğrusal, çanak şeklinde ya

da merkezi bir odağa yönlendirilmiş dev aynalar kullanılarak, odak

noktasında çok yüksek sıcaklıkta ısı elde edilir. Genellikle elektrik üretiminde

kullanılır. Ancak henüz bir yaygınlık kazanamamışlardır.

• Vakum Tüplü Güneş Enerjisi Sistemleri: Vakum tüplü güneş enerjisi

kolektörleri: iç içe geçmiş 2 adet silindirik cam tüpün ısı yolu ile birbirine

bağlanması ve bu işlem sırasında arasındaki havanın alınması ile üretilir. Dış

silindirik tüpün yüzeyine düşen Güneş ışınları aradaki havasız ortamdan

geçerek iç kısımdaki silindirik tüpün yüzeyinde soğurulmasıyla ile çalışır.

Arada madde olmadığından dolayı sadece ışıma ile ısınan sistem suyu dış

hava sıcaklığından bağımsızdır.

• Güneş ocakları: Çanak şeklinde ya da kutu şeklinde güneş ısısını toplayan

yapılardır. Gelişmekte olan ülkelerde daha yaygın kullanılır.


19

• Trombe duvarı: Sandviç şeklinde cam ve hava kanalları ile paketlenmiş bir

pasif güneş enerjisi sistemidir. Güneş ışınları gün boyunca, duvarın altında ve

üstünde yer alan hava geçiş boşluklarını tahrik ederek, doğal çevirim ile

termal kütleyi ısıtırlar. Gece ise trombe duvarı biriktirdiği enerjiyi ışıma yolu

ile yayar.

• Geçişli hava paneli: Aktif güneş enerjili ısıtma ve havalandırma sistemidir.

Termal güneş paneli gibi davranan, güneşe bakan delikli (perfore) bir

duvardan oluşur. Panel, binanın havalandırma sistemine ön ısıtma uygular.

Ucuz bir yöntemdir. %70’e kadar verime ulaşılabilir.

Yaygınlaşmamış ancak araştırılma aşamasındaki bazı güneş enerjisi teknolojileri:

• Güneş Havuzları: Tuzlu su tabakalarından oluşur. En yoğun tuzlu su tabakası

olan depolama bölgesi yardımı ile güneş enerjisi toplanır ve burada depolanır.

Güneş Bacaları: Bir binanın zemininde toplanan ısı, yüksek ve dar bir bacaya

yönlendiğinde, bacada kurulu türbini çalıştırır

• Su Arıtma Sistemleri: Bunlar da bir çeşit havuz sistemidir. Havuzun üstüne

eğimli cam kapak yerleştirilir, buharlaşan su tuzdan arınarak bu kapakta

yoğunlaşır. Temiz su ve tuz elde etmek amacıyla kullanılır.

• Ürün kurutma sistemleri: Bu sistemler güneş enerjisinden yararlanmak

suretiyle sebze ve meyve kurutulması amacıyla kullanılan sistemlerdir.

3.2.1. Güneş Pilleri

Güneş pilleri ya da fotovoltaik piller diye bilinen aygıtlar, yarıiletkenlerin

fotovoltaik etki özelliğini kullanarak, güneş ışığından elektrik enerjisi üretirler.

Güneş pilleri, kurulan sisteme bağlı olarak bir kaç kW 'dan birkaç MW 'a kadar

elektrik üretebilir. Yüksek üretim maliyetleri nedeniyle, yakın zamana kadar oldukça

az kullanılmıştır. 1956 'lerden bu yana uzayda uydularda, 1970 'li yıllarda, elektrik

hattından uzak yerlerde, yol kenarlarındaki acil telefon cihazları ya da uzaktan

algılama gibi uygulamaların enerji gereksiniminin karşılanmasında kullanılmıştır.

Son yıllarda, evlerde elektrik şebekesi ile birlikte çalışan sistemler de

yaygınlaşmıştır. 2005 sonu itibarı ile toplam 5300 MW olduğu zannedilen kurulu


20

güneş pili kapasitesinin, gelişmiş ülkelerin, güneş pillerinin evsel amaçlı kullanımına

verdiği teşvikler nedeniyle, 2006 yılında da ciddi artış göstermesi beklenmektedir.

Gerek kullanımdaki artış, gerekse teknolojik gelişmeler nedeniyle güneş pillerinin

üretim maliyetinde her yıl azalış görülmektedir. Bir güneş pili panelinin Watt başına

maliyeti 1990 yılında yaklaşık 7,5 USD iken, 2005 yıllında bu rakam yaklaşık 4 USD

seviyesine inmiştir. Gelişmiş ülkelerin sunmuş olduğu teşvikler, güneş pillerinin

yatırım maliyetinin 5 ile 10 yıl arasında geri dönebilmesini sağlamaktadır. Evsel

amaçlı kullanılan güneş pilleri bir dönüştürücü aracılığı ile elektrik şebekesine

bağlanmakta, böylece üretilen elektriğin akülerde depolanmasından tasarruf

edilmektedir. 2003 yılı içerisinde tüm dünyada gerçekleşen güneş pili

üretiminde %32 'lik bir artış gözlenmiştir. Güneş pili kullanımındaki artış o kadar

büyüktür ki, yarıiletken üretiminin talebi karşılayamaması, güneş pili üretiminin

artışında kısıtlamaya neden olmuştur. Bu sorunun 2006 ve 2007 'de de devam

edebileceği sanılmaktadır.

Şekil 3.4. Güneş pilleri ile elektriğini üretebilen yat.

Sekil 3.4 ’de güneş pilleri ile elektrik ihtiyacının bir kısmını karşılayabilen bir

yat görülmektedir. Burada, güneş pilleri 12 voltluk aküleri, 9 Ampere kadar

doğrudan güneş ışığı yardımıyla doldurabilmektedir. Burada üretilen elektrik enerjisi

ile yatın enerji ihtiyacının önemli bir bölümü güneş panellerinden sağlanmaktadır.


21

3.2.2. Isıl Güneş Enerjisinden Elektrik Üreten Enerji Santralleri

Isıl güneş enerjisi sistemleri, yaygın olarak, bir ısı eşanjörünü yüksek

sıcaklıklara kadar ısıtarak, elde edilen ısının elektrik enerjisine dönüştürülmesi

şeklinde kullanılırlar.

3.2.3. Enerji Kuleleri

Enerji kuleleri bir ağ şeklinde yerleştirilmiş, çok sayıda düz ve hareketli

olurlar.

Şekil 3.5. Enerji kulelerinin görünümü

3.2.4. Yoğunlaştırıcılı Kollektörler ve Buhar Motorları

Bir yoğunlaştırıcılı kollektörde ısıya dönüştürülen güneş enerjisi, nükleer ya

da kömürlü elektrik santrallerinde olduğu gibi, suyun kaynatılarak buhara

dönüştürülmesi ve elde edilen buharla da bir buhar motoru ya da bir buhar türbininin

tahrik edilmesi suretiyle elektrik enerjisi elde edilir. Stirling motoru buharla çalışan

motorlara benzer. Bu tür motorlarda buhar yerine gaz kullanılır. Bir stirling motoru

herhangi bir tür ısı kaynağı ile tahrik edilir. Stirling motoru, içinde belirli bir gaz


22

bulunan ve kapalı devre çalışan bir ısı motorudur. Stirling motorunun çalışma sistemi

sıcak ve soğukluk farkına dayanır. Kapalı devre bir sisteme sahip motorun içine

dışarıdan bir yakıt verilmez. Stirling motorunun çalışması için gerekli enerji dışardan

ısı şeklinde verilir. Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesinde stirling motorunun

kullanımı, %30'luk bir verim ile en yüksek verime sahip bir sistem olarak kabul

edilir.

Şekil 3.6. Solar İki, yoğunlaştırılmış güneş enerji kulesi (www.wikipedia.org/wiki/güneş).

3.3. Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli

Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli

açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Güneşten dünyaya saniyede yaklaşık

olarak 170 milyon MW enerji gelmektedir. Türkiye'nin yıllık enerji üretiminin 100

milyon MW olduğu düşünülürse bir saniyede dünyaya gelen güneş enerjisi,

Türkiye'nin enerji üretiminin 1.7 katıdır. Devlet Meteoroloji işleri Genel

Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme

süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan çalışmaya

göre, Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saattir. Ortalama

toplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m²yıl (günlük toplam 3,6 kWh/m²) olduğu tespit

edilmiştir. Türkiye, 110 gün gibi yüksek bir güneş enerjisi potansiyeline sahiptir ve

http://www.wikipedia.org/wiki/g


23

gerekli yatırımların yapılması halinde Türkiye yılda birim metre karesinden ortalama

olarak 1.100 kWh ’lik güneş enerjisi üretebilir Tablo 3.1'de Türkiye güneş enerji

potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri aylara göre dağılımı verilmiştir.

Tablo 3.1. Türkiye'nin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli

Aylık Toplam Güneş Enerjisi Güneşlenme süresi

Aylar Kcal/cm2ay kWh/ m2ay (saat/ay)

Ocak 4,45 51,75 103,0

Şubat 5,44 63,27 115,0

Mart 8,31 96,65 165,0

Nisan 10,51 122,23 197,0

Mayıs 13,23 153,86 273,0

Haziran 14,51 168,75 325,0

Temmuz 15,08 175,38 365,0

Agustos 13,62 158,40 343,0

Eylül 10,60 123,28 280,0

Ekim 7,73 89,90 214,0

Kasım 5,23 60,82 157,0

Aralık 4,03 46,87 103,0

TOPLAM 112,74 1311 2640

ORTALAMA 308,0 cal/cm2-gün

3,6 kWh/m2gün

7,2 saat/gün


24

Tablo 3.2. Türkiye'nin yıllık toplam güneş enerjisi potansiyeli

Bölgeler

Toplam Güneş Enerjisi

En Çok Güneş Enerjisi

En Az Güneş Enerjisi

Ortalama Güneş- lenme Süresi

En Çok Güneş- lenme Süresi

En Az Güneş- lenme Süresi

kWh/m2 kWh/m2 kWh/m2 Saat/yıl Saat Saat

Güneydoğu 1.460 1.980 729 2.993 407 126

Akdeniz 1.390 1.869 476 2.956 360 101

Doğu Anadolu

1.365 1.863 431 2.664 371 96

İç Anadolu 1.314 1.855 412 2.628 381 98

Ege 1.304 1.723 420 2.738 373 165

Marmara 1.168 1.529 345 2.409 351 87

Karadeniz 1.120 1.315 409 1.971 273 82

Tablo 3.2’de Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesinin Güneydoğu

Anadolu Bölgesi olduğu ve bunu Akdeniz Bölgesinin izlediği görülmektedir. Buna

göre genel olarak, Türkiye’nin en çok ve en az güneş enerjisi üretilecek ayları sırası

ile Haziran ve Aralık olmaktadır. Bölgeler arasında ise öncelikle Güneydoğu

Anadolu ve Akdeniz sahilleri gelmektedir. Güneş enerjisi üretiminin yok denecek

kadar az olduğu Karadeniz bölgesi dışında yılda birim metre kareden 1100 kWh ’lik

enerji üretilebilir ve toplam güneşli saat miktarı ise 2640 saattir. Ancak, bu

değerlerin, Türkiye’nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan

çalışmalar ile anlaşılmıştır. 1992 yılından bu yana EİE ve DMİ, güneş enerjisi

değerlerinin daha sağlıklı olarak ölçülmesi amacıyla enerji amaçlı güneş enerjisi

ölçümleri almaktadırlar. EİE ’nin ölçüm yaptığı 8 istasyondan alınan yeni ölçümler

ve DMİ verileri yardımı ile 57 ile ait güneş enerjisi ve güneşlenme süreleri değerleri

hesaplanarak bir kitapçık halinde basılmış ve EİE ’in internet sitesinde satışa


25

sunulmuştur (I. Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi Kongresi, 21-23 Haziran 2006,

ESOGÜ, Eskişehir).


26

4. IŞIĞIN VE SUYUN YAPISI Ayhan ATIZ

27

4. IŞIĞIN VE SUYUN YAPISI

4.1.Işık

Işık, doğrusal dalgalar halinde yayılan elektromanyetik dalgadır. Işığın

görülebilir dalga boyu 380-750 nm dir. Ancak bilimsel terminolojide gözle

görünmeyen dalga boylarına da ışık denilebilir. Işığın özellikleri, radyo dalgalarından

gamma ışınlarına kadar gidebilen, elektromanyetik dalganın boyuna göre değişir.

Işığın ve diğer tüm elektromanyetik dalgaların temel olarak üç özelliği vardır.

Bunlar;

• Frekans: Dalga boyu ile ters orantılıdır, insan gözü bu özelliği renk olarak

algılar.

• Şiddet: Genlik olarak da geçer, insan gözü tarafından parlaklık olarak

algılanır.

• Polarite: Titreşim açısıdır, normal şartlarda insan gözü tarafından algılanmaz.

Işık foton denilen kütlesiz (ağırlıksız değil, kütlesiz) ve yüksüz atom-altı

parçacıklardan oluşur. Tüm parçacıklar gibi fotonlar da dalga özelliği gösterirler.

Yani bir dalga boyları ve bir frekansları vardır. Işık ışınları da fotonların ilerlerken

aldıkları yoldan başka bir şey değildirler. Fotonlar kaynaklarından çıktıktan sonra -

eğer önlerinde hiçbir engel yoksa düz doğrultuda ve hiç sapmadan yayılırlar.

Herhangi bir cisme çarpınca da cismin şeffaf olup olmamasına göre yansır veya

kırılırlar.

Günümüzde ışığın hareketi dual (ikili, çift) model denilen dalga ve parçacık

teorilerinin birleşmesinden oluşmuş bir teori ile açıklanmakta. Açıklama kısaca

şöyle: Işık dalga özelliği gösteren fotonlardan oluşmuştur. Ve yayılırken iki özelliği

de gösterebilir. Ama kesinlikle ikisini bir arada değildir. Bazen dalga bazen de

parçacık olarak yayılır. Dalga olarak görmek istiyorsak dalga, parçacık olarak

görmek istiyorsak parçacık olarak davranır. Dalga parçacık ikiliği, fizikte

elektromanyetik dalgaların aynı zamanda parçacık özelliğine sahip oldukları ve

parçacıkların da (örneğin elektronların) aynı zamanda dalga özelliklerine sahip


28

oldukları anlamına gelir. Başka bir deyişle, ışık ve madde aynı anda hem parçacık

hem dalga özelliklerine sahiptirler; ne başlı başına bir dalga ne de başlı başına bir

parçacıktırlar. Böylece ne ışık için, ne de madde için belli tek bir modelin geçerli

olamayacağı görülmektedir.

Gerçekte dalga ve tanecik modelleri birbirlerini dışlayan varlık biçimleri

olduğundan, bir nesnenin bir anda hem dalga hem de parçacık olarak görünmesi

mümkün değildir. Dalga parçacık ikiliğinden kasıt madde veya ışığın belli koşullarda

dalga, belli koşullarda ise parçacık özellikleri göstermesidir. Dalga olarak mı yoksa

parçacık olarak mı görüneceği ise onun nasıl gözlemlendiğine bağlıdır. Maddenin bu

ikili karakteri yalnızca atom seviyesindeki gözlemlerde (mikroevren’de) ortaya

çıkmaktadır. Madde parçacıkları, eğer konumunu ortaya çıkaran bir gözlem de

bulunulursa parçacık gibi, momentumunu (hızını) ortaya çıkaran bir gözlem de

bulunulursa dalga gibi görünmektedirler.

Işığın ve maddenin küçük taneciklerden mi oluştuğu, yoksa uzaya yayılmış

bir dalga olarak mı görülmeleri gerektiği sorularının kökeni çok eskiye dayanır. 19.

yüzyılın sonunda, kuantum kuramının gelişmesinden hemen önce J.C.Maxwell 'in

elektromanyetik kuramı ışık için çok sağlam bir dalga modeli sunmuştur. Aynı

zamanda atomların keşfi ile maddenin küçük taneciklerden oluştuğu fikri de netlik

kazanmıştı. Böylece ışık için dalga modelinin, madde için ise tanecik modelinin

geçerli olduğu düşüncesi ortaya çıkmıştır.

Kuantum kuramının gelişmesiyle, hem ışığın foton denilen taneciklerden

oluştuğu hem de atomu oluşturan parçacıkların aynı zamanda dalga özelliklerinin

olduğu keşfedildi. Işığın parçacık teoremine göre elektromanyetik ışımanın da en

küçük birimi fotondur. Görülebilir ışık için geçerli olan bütün fizik kuralları tüm

elektromanyetik ışımalar için de geçerlidir. Elektromanyetik ışımaların ortak

özellikleri şunlardır;

• Boşlukta düz bir doğrultuda yayılırlar.

• Hızları ışık hızına (yaklaşık 300.000 km/sn) eşittir.

• Geçtikleri ortama; frekanslarıyla doğru orantılı, dalga boylarıyla ters orantılı

olmak üzere enerji aktarırlar.


29

• Enerjileri; maddeyi geçerken, yutulma ve saçılma nedeniyle azalır, boşlukta

ise uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır.

Elektromanyetik radyasyonlar, sinüsoidal yayılım yaparlar. Sinüsoidal yayılımı

anlayabilmek için, dalga modelini incelemek gerekir. Elektromanyetik dalgaların

elektriksel ve manyetik güçleri birbirine dik ve eş zamanlı olarak salınım yaparlar.

Sinüsoidal yayılımdaki hız, frekans ve dalga boyu parametreleri fotonun yayılımını

açıklamaktadır. Dalga yüksekliğinin (genlik) burada diğer parametrelerle bir ilişkisi

yoktur. Hız; dalga boyu (λ) ile frekansın (f) çarpımına eşittir. Elektromanyetik

radyasyonların hızları, ışık hızına eşittir. Bu nedenle formül "c" (ışık hızı) ile

gösterilmektedir.

= (4.1)

Işığın yayılım alanına dikey birim alandan birim sürede geçen enerji

miktarına ışık şiddeti adı verilir ve bu nicelik uzaklıktan bağımsızdır. Nokta ışık

kaynağından yayılan elektromanyetik radyasyonların enerjileri, uzaklığın karesi ile

azalır.

2

2

1

2

1

=

dd

II (4.2)

4.2 eşitliğine göre ışık kaynağına 2x uzaklıkta ışığın aydınlanma şiddeti, x

uzaklığına göre 4 kat azalır.

Foton ışık hızı ile hareket ederler ve enerjileri frekensları ile doğru orantılıdır.

Enerjileri;

E=hf (4. 3)

denklemiyle gösterilebilir. Burada E; fotonun enerjisi, h; Planck sabiti (4,13x10-18

keVs), f; frekası gösterir. Bu denklem daha önce verilen c = λf denklemiyle

birleştirilirse,


30

E= λhc ⇒

λ4.12 (4. 4)

Eşitlik 4.4 elde edilir.

Tanısal amaçlı X-ışını fotonlarının enerjileri 100 keV, dalga boyları 10-2 nm.

frekansları 1019 Hz civarındadır.

Elektromanyetik radyasyonların madde ile etkileşimini dalga boyları belirler.

Dalga boyları metreleri bulan radyo dalgaları, radyo antenleriyle alınabilir.

Mikrodalgaların dalga boyları santimetrelerle belirtilir. Görülebilir ışığın dalga boyu,

görme hücrelerini (rod ve cone) etkileyecek boyuttadır. Ultraviyole ışık, X ışını ise

atom ve subatomik parçacıklarla etkileşir.

Eklektromanyetik spekturumun algılayabileceğimiz bölümü olan görülebilir

ışık, spektrumun çok dar bir bölümünü oluşturur. Görülebilir ışığın, bir uçta uzun

dalga boyu olan kırmızı radyasyona uzanan bir renk spektrumu vardır.

Elektromanyetik spektrumda görülebilir ışığa yakın yerleşen morötesi ve kızılötesi

radyasyonlar insan gözüyle görülmezler. Fakat, fotoğrafik emülsiyon ve benzeri

diğer yöntemlerle saptanabilirler.

Görülebilir ışığın madde ile etkileşimi X- ışınından farklıdır. Görülebilir ışık

fotonu maddeye çarptığında madde uyarılır ve foton, maddenin moleküler yapısına

göre değişen diğer bir ışık fotonu şeklinde yansıtılır. Bir madde, günışığında eğer

kırmızı görülüyorsa, bu madde gün ışığındaki kırmızı dışında tüm görülebilir ışık

fotonlarını soğururlar. Fakat, uzun dalga boylu olan kırmızı ışığı tekrar yayarlar.

Görülebilir ışığın ve dolayısıyla elektromanyetik radyasyonların birçok özellikleri,

yukarıda da belirtildiği gibi dalga modeliyle açıklanabilmiştir. Yapay dalgalarla

yapılan deneylerde elektromanyetik radyasyonların; yansıma (refleksiyon), emilim

(absorbsiyon) ve maddeyi geçebilme (transmisyon) gibi özellikleri

gösterilebilmektedir. Görülebilir ışığı geçiren maddeler saydam (transparent), yarı

geçirgen maddeler, translusent, geçirmeyen maddeler ise opak olarak adlandırılır.


31

4.1.1. Işığın Farklı Maddelerle Etkileşimi

Işık doğrusal yolla yayılır. Maddelerin görülmesinin nedeni ışık–madde

etkileşimidir. Işık–madde etkileşimi, bütün maddelerde aynı şekilde gerçekleşmez.

Işık, maddelerle üç yolla etkileşir. Işık kaynağından çıkan ışık ışınları bir maddeye

çarptığında maddenin ışık geçirme özelliğine göre;

• Işık ışınlarının büyük bir kısmı maddeden geçebilir.

• Işık ışınlarının büyük bir kısmı maddeden geçemez ve ışık ışınlarının bir

kısmı maddeye çarpınca geri dönebilir yani yansıyabilir.

4.1.2. Güneş Işığının Suda Soğurulması

Araştırmacılar doğal suyun içine giren güneş enerjisiyle saf suyun doğal optik

özellikleri arasında yoğun bir ilişki olduğuyla yakından ilgilendiler. Prensipte bu

doğal saf suyun optik özellikleri en saf doğal suyun optik özeliklerini hesaplamada

kullanılabilir. Su ile ilgili foton sürecini tahmini için doğal suyun derinliklerine giren

maksimum nicelikteki güneş enerjisini tanımlamak için kullanılır. Bu yüzden en

temiz doğal su için bilinen deneysel değerleri saf suyun doğal optik özelliklerini

tahmin etmekte kullanılabilir (Raymond et al. 1981) .

4.2. Suyun Molekül Yapısı

Su, kimyasal olarak pek çok olağanüstü özelliğe sahiptir. Her bir su

molekülü, 2 hidrojen ve 1 oksijen atomunun birleşmesiyle oluşmaktadır. Biri yakıcı,

diğeri de yanıcı olan iki gazın, birleşerek suyu oluşturuyor olmaları oldukça ilginçtir.

Hidrojen atomunun çekirdeğinin etrafında yalnız bir elektron vardır. Normal

olarak iki elektron olması gerekir. Eğer hidrojen atomu bir elektron daha alacak

olursa, bu tabaka elektron bakımından dolacak ve hidrojen daha kararlı bir yapı

kazanacaktır. Oksijen atomunun ise ilk yörüngesinde 2, ikinci yörüngesinde 6

elektron olmak üzere toplam 8 elektron bulunur. Ancak oksijenin daha kararlı bir

hale gelmesi için son yörüngesini 8'e tamamlaması gerekmektedir. Oksijen atomu,


32

dış yörüngesindeki boş olan iki elektronun yerini, iki ayrı hidrojen atomunun

elektronlarıyla doldurur. Aynı anda oksijen atomunun dış yörüngesindeki iki

elektron, iki hidrojen atomunun yörüngelerindeki boş olan birer elektronun yerini

doldurur. Böylece oksijen ve hidrojen atomları elektronlarını ortaklaşa kullanarak

(Kovalent bağla); oldukça kararlı bir molekül olan su molekülünü oluştururlar.

Kovalent bağlar kuvvetli bağlardır. Bu bağların kırılması için yaklaşık 50-110

kcal/mol 'lük bir enerji gerekmektedir. Bu nedenle sağlamdırlar ve genellikle kendi

kendine kopmazlar. Kovalent bağlar iki hidrojen atomunu oksijen atomuna 0.957°A

uzaklıkta bağlar ve 104.5° 'lik bir açı ile ayrılırlar. Su molekülü V şeklindedir.

Kovalent bağlarda bağlayıcı kuvvet, ortak kullanılan elektronların her iki atomun

çekirdeği tarafından çekilme kuvvetleridir. Su (H2O) molekülü simetrik değildir.

Oksijen atomu çok elektronegatif olduğundan hidrojen atomunun elektronlarını

üzerine çeker. İki hidrojen çekirdeğinin üzerinde kalan pozitif yükler karşılıklı itme

oluşturur. Bu durum hidrojen atomları arasındaki açının büyümesine yol açar. Su

molekülünü oluşturan atomlar arasındaki bağ arasındaki açı 104.5° dır. Ve aynı

zamanda polardır. Polar oluşunun nedeni ise bu elektronların tercihen oksijenin

etrafında yoğunlaşmasından ileri gelir. Böylece su molekülünde, pozitif yüklerin

ağırlık merkezi ile negatif yüklerin ağırlık merkezi çakışmaz. Bunun sonucu olarak

su molekülü yüksek dielektrik momentine sahip kalıcı bir dipolden (çift kutup)’tan

ibarettir. Suyun iyi bir çözücü olma nedeni işte bu polar karakteridir. Su molekülleri

arasındaki çekim kuvvetleri ve suyun az da olsa iyonlaşmaya olan eğilimi

biyomoleküllerin yapı ve görevlerinin oluşmasında başlıca öneme sahiptir.

Biyomoleküllerin “tanınma” özgüllüğünden ve gücünden sorumlu olan nonkovalent

etkileşimlere, suyun çözücü özelliği yön verir (Emrumiye A., 2007 ).

4.2.1. Su Molekülünün Hidrojen Bağı

Oksijen atomu, hidrojenden daha büyük olduğundan hidrojen elektronlarına

yaptığı çekim etkisi daha büyüktür. Böylece elektronlar, daha büyük olan oksijen

atomunun yapısına yakın, hidrojen atomundan uzakta olacak şekilde

çekilmektedirler. Sonuçta, suyun oksijen tarafında eksi yüklü iki bölge ile hidrojen


33

tarafında artı yüklü iki bölge oluşur. Birden fazla su molekülü bir araya geldiğinde,

artı ve eksi yükler birbirini çekerek; "hidrojen bağı" denen çok özel bir bağ

oluştururlar. Hidrojen bağı çok zayıf bir bağdır ve ömrü aklımızın alamayacağı kadar

kısadır. Bir hidrojen bağının ömrü, yaklaşık olarak, bir saniyenin yüz milyarda biri

kadardır. Ancak çok büyük sayılarda oldukları zaman, bulundukları bileşiğin

özellikleri üzerinde çok önemli bir etkiye sahip olurlar. Yapısal durumu ile su, çok

değişik katı maddeleri çözebilmekte ve biyolojik çözücü olarak görev yapmaktadır.

Bağlardan biri kırıldığında hemen bir diğer bağ oluşur. Bireysel moleküllerdeki bağ

değişse de, tüm sistemde hidrojen bağı miktarı sabit kalır. Böylece su molekülleri,

birbirlerine yapışırken, diğer taraftan, zayıf bir bağla birbirlerine bağlandıklarından,

akışkan olurlar. Bu bağlar, tam da gereken miktarda yapışkanlığa sahiptirler. Bağlar,

daha da zayıf olsaydı su molekülleri parçalanır ve işe yaramaz hale gelirdi.

Olduğundan güçlü olsalardı, su yeterince akışkan olamazdı (Emrumiye A., 2007).

Eğer su ısıtılırsa moleküllerin ısı enerjisi artar. Böylece moleküllerin

hareketleri de artar. Bu durum hidrojen bağlarının oluşmasından daha çok, hidrojen

bağlarının kırılması ile sonuçlanır. Su buharında hidrojen bağları yoktur. Buna

karşılık su molekülleri bağımsız birimler halindedir. Su molekülleri arasındaki

ortalama uzaklık sıcaklıktan etkilenebilir. Sıcaklıktaki artışla, su moleküllerinin

kinetik enerjileri de artar ve daha hızlı hareket ederler. Hem sıcaklık, hem de molekül

hareketlerindeki artış, suyun yoğunluğunu etkilemektedir. Hidrojen bağlarının, suya

kattığı bir başka özellik de, suyun sıcaklık değişimlerine direnç göstermesidir.

Havanın sıcaklığı aniden artsa bile suyun sıcaklığı yavaş yavaş artar. Aynı şekilde

havanın sıcaklığı, aniden düşse bile, suyun sıcaklığı yavaş yavaş düşer. Suyun

sıcaklığının önemli miktarda artması için, çok büyük ısı enerjisine ihtiyaç vardır.

Suyun ısınması için, gerekli olan ısı enerjisinin, bu derece yüksek olması, canlı

hayatında önemli rol oynar. Örneğin, vücudumuzda çok büyük oranda su vardır. Su,

eğer havadaki ani sıcaklık iniş ve çıkışlarıyla orantılı değişseydi; aniden ateşimiz

çıkardı veya aniden donardık (Wernet et al 2004).

Hidrojen bağlarının suya kazandırdığı bir diğer olağanüstü özellik ise suyun,

sıvı halinde iken katı haline göre daha yoğun olmasıdır. Oysaki yeryüzündeki

maddelerin çoğunun katı hali, sıvı haline oranla daha yoğundur. Ancak su, diğer


34

maddelerin tersine, donarken genleşir. Bunun sebebi ise hidrojen bağlarının su

moleküllerinin birbirlerine sıkı şekilde bağlanmasını engellemesi ve arada kalan

boşluklardır. Su sıvı halinde iken, hidrojen bağları kırıldığında bu durum buzun

sudan daha hafif olmasını da beraberinde getirir. Normalde herhangi bir metali eritip,

içine aynı metalden birkaç katı parça atsanız, bu parçalar hemen dibe çöker. Ancak

durum suda farklıdır. Tonlarca ağırlıktaki buz dağları, suyun üzerinde gemi misali

yüzmektedirler. Havalar çok soğuduğunda ırmaktaki suyun tamamı değil, sadece

üzeri donar. Deniz seviyesinde su, +4 °C de en ağır haldedir ve bu dereceye ulaşan

su hemen dibe çöker. 0°C ile +4°C arasındaki su, daha sıcak sudan hafiftir ve bu

yüzdende yüzeyde kalır. Suyun üzerinde, 'katman halinde buz' oluşur. Bu katmanın

altında su akmaya devam eder. +4°C, canlıların yaşayabileceği bir sıcaklık olduğu

için sudaki canlılar bu sayede hayatlarını sürdürürler (Wernet, et al.2004).

4.2.2. Suyun Fiziksel Özellikleri

Su, bütün sıvılar içinde, doğada en çok bulunan maddedir. Su, çok yaygın

bulunması nedeni ile adeta değersiz olarak düşünülür. Oysaki su, benzer molekül

yapısı ve ağırlığına sahip bileşiklerden özellikleriyle ayrılmakta ve öne çıkmaktadır.

Hidrojenin bir oksidi olan ve H2O formülü ile gösterilen suyun katı, sıvı ve gaz

olmak üzere üç faz hali vardır. 1 atmosfer basınçta ve 0°C ’nin altında katı (buz),

0°C ile 100°C arasında sıvı, 100 °C' nin üzerinde buhar halindedir. Buzun 0 °C' de

iken sıvı haline dönüşmesi için hidrojen bağlarının kırılması gerekir ve bu nedenle

enerjiye gerek vardır. Buz sıvıya dönüşünceye kadar sıcaklıkta değişme olmaz.

Suyun kaynama sıcaklığı, hava basıncına bağlı olarak değişir. Hava basıncı düştükçe

suyun kaynama sıcaklığı da düşer. Yükseklere çıktıkça hava basıncı düştüğü için

buralarda su, 100 °C 'den daha düşük sıcaklıklarda kaynamaya başlar. Su

kaynadıktan sonra sıcaklığı artmaz. Hidrojen bağlarının uzunluğu nedeni ile suyun

donma ve kaynama noktaları, benzer bileşiklerden daha yüksektir Bir su kütlesinin

içindeki bir su molekülü, her yönden komşu moleküllerden gelen ve birbirlerini

karşılayan, aynı büyüklükte, çekim kuvvetlerinin (hidrojen bağları) etkisi altındadır.

Su yüzeyindeki bir molekül ise, içeriye doğru tek yanlı bir kuvvet tarafından


35

etkilenir. Böylece yüzey molekülleri aşağıya doğru, bir lastik zarın yaptığı gibi,

çekim kuvveti uygularlar. Bu suretle, gergin bir yüzey oluşur. Buna “suyun yüzey

gerilimi” denir. Tüm bunlar su moleküllerinin birbirine tutunma özelliği (kohezyon)

sayesinde olur. Su, izotermik olarak 46 derecede minimum sıkıştırılabilirliğe, yüksek

dielektrik sabite çok sayıda kristalli polymorf’a, artan dış basınçla artan bir

akışkanlığa, benzeri çözücülerle kıyaslandığında anormal yüksek erime kaynama ve

kritik sıcaklıklara sahiptir (Emrumiye A., 2007).

4.2.3. Suyun İçindeki Maddeler ve Optik Özellikleri

Doğal yolla meydana gelen suyun içinde bulunan birçok bileşen ışıkla

etkileşime girer. Birincisi ve en önemlisi suyun kendisidir, suyun en saf hali bile

kompleks bir soğurma spektrumu gösterir ve kırılma indisinden dolayı ışığın önemli

bir miktarı dağılır. Çeşitli tuzların yanı sıra denizin içinde olan tuz uzak ultraviole

(UV) bölgesinde ekstra bir soğrulmaya neden olacaktır ve kırılma indisindeki

değişmelere ek olarak değişen küçük miktarda tuz yoğunluğu ışık saçılmasının

artıracaktır. Doğal suyun ikinci en önemli optik özelliği ise, suyun içine karışmış sarı

maddeler olarak bilinen çözülmemiş organik maddelerdir. Bunlara aynı zamanda

Almanca olarak tercih edilen Gelbstoff da denir. Bunun sarı adı güneş ışığının

içindeki UV ve biyolojik kalıntılardan oluşmuş olan kompleks organik bileşenlerin

mavi bölgedeki güçlü soğurmasından gelmektedir. Bu sarı madde, yaşayan değişik

organizmaların parçalanması ve metabolizmasından ortaya çıkıyor. Bunların bazıları

nehirler ve su yüzeylerinin okyanusa taşımasıyla karadan okyanusa süzülür. Bazıları

ise bakteri virüs ve planktanlorın parçalanmasıyla oluşur ve okyanusa açılan

biyolojik aktivitenin direk olarak yan ürünüdür. Bu maddelerin konsantrasyonu

okyanusun içinde değişiklik gösterir. Okyanusun en saf halinde neredeyse ihmal

edilecek kadar varken sahillere doğru geldikçe önemli miktarda artış gösterir ve

okyanusun ortasında suyun rengini maviden yeşile değiştirir. Bunun varlığı

okyanusun derinliğinde görünür bölge spektrumunu kontrol eden birinci faktördür.

Bütün doğal su kütlelerinde büyük miktarda asılı parçacıklar vardır. Bunlar hem

plankton gibi hem de kayalardan parçalanan kuartz, slika, silt ve kum gibi


36

parçacıkları içerir. Bunlar suyun içinde ışık saçılmasını domine eden en önemli

parçacıklardır. Bunların doğal suyun içinde oluşan ışık saçılmasına toplam katkısı

kırılma indisindeki değişiklikten dolayı, Einstein-Smoluchowki olarak bilinen diğer

terimden çok daha fazladır. Böylece standart elektromanyetik teori kurallarını

kullanılarak onların saçılma özellikleri çalışılabilir. Bunların şekli yaklaşık olarak,

kutupları yassılaşmış ve yayık kürelere benzetiliyor. Bu parçacıkların neredeyse

hepsi ışığın saçılma problemlerini basitleştirmede düşükte olsa bir ilişkiye sahiptirler.

Suyun infrared ve görünür bölge soğurma spektrumu su moleküllerinin içindeki

hidrojen çekirdeklerinin dönmesi ve titremesi tarafından açıklanmaktadır. UV

spektrumu tek bir molekülün elektronik enerji düzeyleri arasında hem bir geçiş hem

de başka bir su molekülü ile çarpışarak etkileşim genişletmektedir (Morel et al.,

2007).

Hidrojen atomlarının aynı anda oksijen atomunda doğru yaklaşıp uzaklaşması

modeline simetrik gerilme modu diyoruz. Hidrojen atomunun bir oksijen atomuna

doğru ilerlerken, diğeri uzaklaşıyorsa buna asimetrik gerilme modu diyoruz. Her iki

hidrojen atomu birbirlerine doğru yaklaşıp, uzaklaşırken oksijen çekirdeğiyle

arasındaki mesafeyi koruyorsa buna makas modu diyoruz. Makas modu diğer

modlara göre daha az enerji tüketimi yapmaktadır. Her bir atomun çekirdeği diğer

molekülün çekirdekleriyle birbirlerine girdiğinden molekül içindeki atomik

çekirdeklerin titreşim hareketi oluşturur(Morel et al., 2007).

4.2.4. Deniz Suyunun Optik Özellikleri

Deniz suyun optik özellikleri ikiye ayrılır. Birincisi denizin doğasında var

olan optik özellikleri, ikincisi çevrenin(denizin içinde sudan başka bulunan diğer

parçacıklar) görünen optik özellikleri diye sınıflandırılır. Suyun doğasında var olan

optik özellikler, direk olarak çevrenin saçılma ve soğurma özelliklerini doğru bir

şekilde belirtir ve çevrenin elektromanyetik özellikleri ve suyun içinde bulun asılı ve

çözülmemiş materyallere bağlıdırlar. Bu özellikler okyanusun sularına doğru yüksek

çözünürlükte geçirgenliği hesaplarken pratik olarak önemli parçacıklardır. Parlaklık


37

için incelme katsayısı olan K d okyanusun içine direk olarak giren ışının enerjisini

ölçülmesini sağlamaktadır. Dalga boyuna ve derinliğe bağlı olarak ışık enerjisi

E(λ ,z) = E(λ ,O-) exp[-K( λ ) z] (4.5)

eşitliğine göre verilir.

Burada E( λ ,z) ,z derinliğindeki spektral parlaklık, E( λ ,O-) ise yüzeyin

hemen altındaki parlaklık, K( λ ) ise okyanusun doğal olarak var olan optik

özellikleriyle doğrudan ilişkisi olan okyanusun optik özellikleri çözmek için gerekli

olan katsayıdır. Deneysel ve teorik çalışmalar doğal suyun iç optik özellikleri ile

incelme katsayısı arasında bir ilişki olduğu belirtilmiştir. Mesala Preisendorfer

aşağıdaki eşitlikleri elde etti.

c≈ K+ b f >K=D. a+ b b >a+ b b >a (4.6)

burada c=a+b, c ışığın toplam incelme katsayısı a, soğurma katsayısı,

b=b f+b b (4.7)

toplam saçılma katsayısıdır b f ileriye doğru saçılan ışığın saçılma katsayısı, b b ise

geriye doğru saçılan ışın saçılma katsayısıdır. D ise dağılım fonksiyonudur. Bütün

katsayılar dalga fonksiyonudur. İncelme katsayısı;

c = c w + b p + a p + a y (4.8)

şeklinde yazılabilir. Burada, cw, saf su için incelme katsayısı, bp; parçacıklar için

ışığın saçılma katsayısı

ap; ise parçacıların ışığı soğurma katsayıları, ay; ise sarı maddeler yani çözülmemiş

organik parçacıkların ışığı soğurma katsayılarıdır. Optiksel olarak saf su için asılı ve


38

çözülmemiş parçacıklar yok sayılacağı için çevrenin saçılma katsayısı şu şekilde

tanımlanıyor. Böylece, (b p = a p = a y =0) dır. Ve cw;

c w = a w +b m (4.9)

eşitliği seklinde verilmiştir. Burada, aw; saf suyun soğurma katsayısı, bm; ise

saf su için moleküler saçılma katsayısıdır. Yukarıdaki bağlantılardan,

K wfw ≥ a w + 1/2b m

fw (4.10)

eşitliği elde edilir. Burada K wfw ; en temiz doğal tatlı suyun incelme katsayısı,

1/2b mfw ise tatlı su içinde moleküler saçılma (Rayleight) için geri saçılma

katsayısıdır. Böylece eşitlik 10’a göre laboratuvar ortamında saf su için ölçülmüş

olan saf suyun doğal optik özelliklerinin değerleri temel alınarak doğal tatlı suyun

içinde karşılaması beklenebilen en düşük değeri temsil ediyor. Eğer tatlı suyun ve

tuzlu suyun soğurma katsayılarının aynı olduğunu farz edersek deniz suyu için

incelme katsayısı minumum bir değere sahip olmasını beklenir. O halde 4.10 eşitliği,

K minsw =, a w + 1/2b min

sw (4.11)

şeklinde yazılabilir. Eğer deniz suyunun içindeki tuz UV bölgesinde düşük miktarda

soğurma yaparsa, yavaş yavaş daha kısa dalga boylarında artarak eşitsizliği daha

güçlü hale getirir. Bu eşitlikte biraz daha düzeltme yapılırsa en temiz okyanus suları

için toplam geri saçılma katsayısı şu şekilde yazılabilir.

B.b = B. b msw +B. b p ( 0λ ).

n

0λλ

(4.12)


39

Burada B= b p / b geri saçılma fonksiyonudur. n ise parçacıkların saçılmasına bağlı

dalga fonksiyonu ifade eden kuvvettir. Sargasso, deniz için b p (515) ≈ 0,0023/m ve

B ≈ 0.044 olarak alınırsa, 4.11 eşitliği,

K min = a w + 1/2b minsw 0.0010.

n

515λ olur. (4.13)

şeklinde yazılabilir. Bu eşitlik ters çevrilip tekrardan yazılırsa,

a w ≤ K w - 1/2b m (4.14)

elde edilir. Böylece çok temiz okyanus suları için verilen K w için a maximum

değerleri şu şekilde olduğu tahmin edilir.

a max = K w +1/2b m (4.15)

veya (Kw-Bb) olarak elde edilir (Raymond et al. 1981).


40

5. GÜNEŞ HAVUZLARI Ayhan ATIZ

41

5. GÜNEŞ HAVUZLARI

5.1. Güneş Havuzlarının Yapısı

Güneş enerjisinin depolanması bakımından uygun olan sistemlerden biride

güneş havuzlarıdır. Güneş havuzlarının yapım teknolojileri basit, maliyetleri düşük,

gün boyu güneş enerjisi toplama ve depolama özelliğine sahip sistemlerdir. Güneş

havuzlarında kullanılan malzemeler her zaman doğadan bol ve ucuz olarak elde

edilir. Bu nedenden dolayı havuz maliyeti oldukça düşüktür (Kayalı, 1992).

Güneş havuzları yaklaşık 5-6 metre derinliğe sahip sistemlerden meydana

gelmişlerdir. Bu sistemlerdeki siyah renkli zemin, güneş ışınımını daha fazla

yakalayarak 90 °C sıcaklıkta sıcak su elde edilmesinde kullanılırlar. Ayrıca

havuzdaki ısının dağılımı suya eklenen tuz ile sağlanır ve sürekli olarak tuz

yoğunluğu kontrol edilir. Tuz yoğunluğu, en üstten alta doğru giderek artar ve

böylece en üstte soğuk su bulunsa bile havuzun alt kısmında doymuş tuz

konsantrasyonu bulunduğu için bu bölgede sıcaklık daima yüksek olur. Güneş

havuzlarında, NaCl, MgCl2, NaHCO2, Na2CO3, Na2SO4 gibi tuzlardan yararlanılır.

Ancak, bu tuzlardan NaCl ve MgCl2 ‘ün çözünebilirliği sıcaklıkla fazla değişmediği

için güneş havuzlarında kullanılmaları daha uygunlardır (Demirdöver, 1995).

Güneş havuzları, güneş ışınlarının yaklaşık olarak %20-30’ unu toplarlar ve

bu enerjiyi uzun süre depolarlar. Faydalı ısı çekilebilme özelliğe sahip sistemlerdir.

Bu da güneş havuzlarının önemini ve kullanım kolaylığını arttıran başlıca

sebeplerdendir (Tabor,1981).

Güneş havuzları 2-3 m derinliğinde olup en üstte tatlı su aşağıya doğru ise

artan yoğunluklarda tuzlu su içeren havuzlardır. Yüzeyine gelen güneş ışınlarının

küçük bir kesri yüzeyden yansır, geri kalan kısmı havuzun tabanına doğru ilerler. Bu

sırada çeşitli dalga boylu ışınlar, farklı derinliklerde değişik oranlarda soğurulur ve

tabana %25–35 kadarı ulaşır. Biriken enerji, depolama bölgesine yerleştirilen bir ısı

aktarma sistemi ile istenildiği zaman alınıp kullanılabilir. Tuz gradyentli bir güneş

havuzu üst konvektif bölge (ÜKB), konvektif olmayan bölge veya yalıtım bölgesi,

(YB) ve alt konvektif bölge veya depolama bölgesi, (AKB) olmak üzere üç bölgeden


42

oluşmaktadır. Havuzda oluşturulan tuz yoğunluk gradyenti, depolama bölgesi ile

yüzey arasında taşınımla ısı geçişini önler ve böylece depolama bölgesinde kaynama

noktasına yaklaşan sıcaklıklara ulaşılabilir. Güneş havuzlarının uzun süreli enerji

depolama özellikleri olmasından dolayı, yaz aylarında depolanan enerjiyi kış aylarına

kadar saklayabilme özellikleri vardır. Bu da güneş havuzlarının önemini ve

kullanışlılığını artırır. Güneş havuzları gün boyu güneş enerjisi toplama ve depolama

özelliğine sahip olan sistemlerdir. Güneş havuzlarında kullanılan malzemeler her

zaman doğadan bol ve ucuz olarak elde edilebildiğinden havuzun maliyeti oldukça

düşüktür ( Bezir Ç. ve ark, 2007).

5.1.1. Gelen Güneş Enerjisi

Bize en yakın olan güneş, 93 milyon km uzaklıkta çoğunlukla hidrojen, biraz

helyum, çok az miktarda oksijen, azot, karbon, neon ve diğer elementleri içeren sıcak

bir kütledir. Sıcaklık, güneşin merkezinde yaklaşık 12 milyon santigrat derecede,

yüzeyinde ise yaklaşık 5650 0 K dır. Güneşin bu sıcaklıkta karacisim ışıması sonucu

yaydığı elektromanyetik dalgalar, 1350 W/m2 şiddetinde dünya atmosferinde ulaşır

(Duffie ve Beckman,1962). Daha sonra, su buharı, toz ve çeşitli gazlardan oluşan

atmosferden geçer. Bu geçiş sırasında güneş ışınları, ortamda bulunan su ve diğer

madde molekülleri tarafından hem soğurulur hem de saçılmaya uğratılırlar. Bu iki

olaydan soğurulma, güneş ışını şiddetini azalmasına neden olurken, saçılma da

atmosfer dışında yalnız doğrusal ışın bileşeni olan güneş ışınının, bir kısmının yaygın

ışın haline dönüşmesine neden olur. Onun için yeryüzüne ulaşan güneş ışını, yaygın

ve doğrusal ışın bileşenlerinden oluşur. Gelen güneş ışınlarının, atmosferden

geçerken yalnız şiddeti ve özelliği değişmekle kalmaz, bazı dalga boylarının

yutulması sonucunda tayfsal dağılımı da değişir. Atmosferde toz ve su buharının

artması veya havanın bulutlu olması güneş enerjisinin hem şiddetini hem de yaygın

ve doğrusal ışın bileşenlerinin oranını değiştirir. Güneş havuzlarında, gelen ışınımın

doğrusal veya yaygın olması, havuzun performansını pek etkilemez. Güneş havuzları

için yalnız gelen enerjinin miktarı önemlidir.


43

5.1.2. Güneş Havuzunun Optik Özellikleri

Bu bölümde güneş havuzu fiziği hakkında bilgi verilecektir. Güneş

havuzunun enerji kaynağı güneştir. Bu nedenle ilk olarak güneşin hareketi

konusunda bilgi sunulacaktır. Daha sonra güneş ışınlarının güneş havuzuna kadar

olan yolculuğu anlatılacaktır.

5.1.3. Güneş Işınının Doğrultusu

Güneşten gelen ışın ile yüzeyin normali arasındaki açı θg geliş açısıdır. Yatay

düzlem için geliş açısı Zenith açısına (θz) eşittir (Duffie ve Beckmann, 1980). Geliş

açısını aşağıdaki gibi yazabiliriz;

[ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ))

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )]

g d d

d s d s

d s

Cos Sin Sin Cos Sin Cos Sin CosCos Cos Cos Cos w Cos Sin Sin Cos Cos wCos Sin Sin Sin w

θ δ φ ϕ δ φ ϕ γ

δ φ ϕ δ φ ϕ γδ ϕ γ

= −

+ ++

(5.1)

bu eşitlikte; δd, eğiklik açısı (denklinasyon); φ, enlem açısı; φ, dikkate alınan yüzeyin

yatay düzlemle yaptığı eğim açısı; γ, yüzeyin azimut açısıdır, yerel boylamdan yüzey

normalinin sapmasıdır ve güneye bakan yüzey için sıfırdır. Doğu için pozitif, batı

için negatif değerler alır. ws, güneş saat açısı ve θz, Zenith açısıdır (gelen ışının yatay

düzlemin normali ile yaptığı açıdır). Yatay yüzey için φ=0 olduğundan güneşin geliş

açısı Zenith açısına eşit olur ve geliş açısı aşağıdaki gibi daha basit şekilde

yazılabilir;

-1 [ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )]g z d s dCos Cos Cos Cos w Sin Sinθ θ δ φ δ φ= = + (5.2)

Burada φ (−90 < φ < +90), güneş yükseklik açısının bulunacağı bölgenin

enlem derecesidir. Kuzey Yarım Küre için (+), Güney Yarım Küre için (−) dir.

Adana, Çukurova Üniversitesi, UZAYMER için 35°18’ doğu boylamı ve 36°59’


44

kuzey enlemleri kullanılmıştır. ws saat açısı, güneş tam tepede iken (saat 1200’de)

sıfırdır ve sabah (+), öğleden sonra ise (−) değerdedir. Boylamın her 15° derecesi bir

saate eşit olduğuna göre, saat 1100 için +15° iken saat 1300 için -15° değerindedir.

Denklinasyon açısı aylara ve mevsimlere göre, güneş ışınlarının dünyaya

geliş açılarıdır. Bu açının en büyük değeri yaz ve kış gündönümlerinde, ±23.45° dir.

Bu açının oluşumundan dolayı güneş ışınları kış gündönümünde en düşük değeri 21

Aralık’ta −23.45° güney enlemine, yaz gündönümünde de 21 Haziran’da +23.45°

kuzey enlemine diktir. Dünyanın, kendi çevresinde ve güneşin çevresinde dönüşü

sırasında oluşan bu açıya Denklinasyon açısı denir. Denklinasyon açısının yaklaşık

değeri Cooper eşitliği ile bulunabilir.

28423.45sin 360365d

nδ

+ =

(5.3)

Burada, n, yılın herhangi bir günüdür ve 1 ≤ n ≤ 365 dir (Duffie ve

Beckman,1980).


45

5.1.4. Güneş Enerjisinin Havuz Yüzeyine Gelişi ve Havuz İçinde İzlediği Yol

Şekil 5.1 Işığın güneş havuzunda izlediği yol

Duffie ve Beckman (1980), atmosfer dışındaki yatay bir yüzeye gelen güneş

enerjisini aşağıdaki gibi yazmıştır;

1 0.033cos 360

365sc gsnG G = +

(5.4)

Burada Ggs, (güneş sabiti) güneş yüzeyinden yayılarak dünya atmosferine

kadar ulaşabilen enerji (1353 W/m2); n, yılın günleridir. Atmosfer dışı yatay yüzeye

gelen ışınım miktarı J/m2 cinsinden;


46

0

2 1

24.3600. / 1 0.033cos 360 [ ( ) ( ) ( )365

(2 / 360)( - ) ( ) ( )]

gs d s

s d

nI G Cos Cos Sin w

w w w Sin Sin

π φ δ

π φ δ

= + +

(5.5)

Aynı yüzeye gelen güneş enerjisinin saatlik ortalama değerleri ise,

0 2 1

2 1

12.3600. / 1 0.033cos 360 [ ( ) ( ) ( )365

(2 /360)( - ) ( ) ( )]

gs d

s d

nH G Cos Cos Sin w w

w w w Sin Sin

π φ δ

π φ δ

= + − +

(5.6)

Burada, w2 ve w1 günün saatlerini; n, yılın günlerini ve ws, günlük saat açısını

ifade eder (Duffie-Beckman, 1980). Güneş havuzunun yüzeyine ulaşan güneş

ışınının havuz içerisinde izleyeceği yol Şekil 5.1 ’de gösterilmiştir. Gelen güneş

ışının bir miktarı havuzun yüzeyi tarafından yansıtılır kalanı havuzun üst konvektif

bölgesinden (ÜKB) yalıtım bölgesine (YB) iletilir. Bir miktarı ÜKB tarafından

soğurulur. Yalıtım bölgesine ulaşan güneş ışının büyük bir kısmı depolama bölgesine

(DB) iletilir. Bir miktarı YB tarafından soğurulur çok az bir miktarı ise YB den ÜKB

ye yansıtılır. Güneş havuzunun yüzeyine gelen güneş enerjisinin büyük bir kısmı DB

’ne ulaşır ve burada soğurularak depolanır. Çok az miktarı havuzun tabanı tarafından

yansıtılır.

5.1.5. Güneş Enerjisinin Tuzlu Suda Soğurulması

Güneş havuzlarında bulunan tuz molekülleri ve su molekülleri gelen güneş

enerjisinin soğurulan kısmına göre çok az miktarının saçılmasına neden olur. Güneş

havuzunun kirli olması havuzun performansını etkiler. Güneş ışınının derinliğe ve

kirliliğe bağlı olarak su içerisinde nasıl soğurulduğu önemlidir.

Dalga boyu λ olan bir ışın demeti, dalga boyuna ve aldığı yola bağlı olarak

soğurulur. Buna göre ışının “x” derinliğindeki şiddeti;


47

)exp(0 xII λλ µ−=

(5.7)

İfadesi ile verilir. Burada, Iλ; (x), λ dalga boylu ışık demetinin x derinliğindeki

şiddetini x, ışığın su içinde düşey doğrultuda aldığı yolu, iI 0 ; demetin havuz

yüzeyinden suya giren kısmın enerjisidir. Ve µλ = −1/δλ , λ dalga boylu ışının

soğurulma katsayısıdır. δλ, λ dalga boylu gelen ışının karakteristik soğurulma

derinliğini verir. Bu ifadeyi (5.7) eşitliğinde yerine yazarız. Bu eşitlik kullanılarak

her dalga boyu için soğrulma enerjisi hesabı yapılabilir. Fakat bu oldukça zaman alır

ve pratikte uygulaması zordur. Onun için, güneş enerjisi tayfının n parçaya

bölündüğü varsayılırsa bu eşitlik;

)exp(

10

1

xII i

n

ii

n

ii µ−= ∑∑

== (5.8)

şeklinde genelleştirilebilir. Elde edilen bu son eşitliğin, ilk enerjiye 0I ‘a

bölünmesiyle soğrulma oranını veren h(x) fonksiyonu elde edilir.

∑

∑

=

=

−= n

ii

i

n

ii

I

xIxh

10

10 )exp(

)(µ

(5.9)

şeklinde elde edilir. Eşitlik 5.9 ’da i’inci ışın demetinin toplam enerjiye göre oranını

gösteren

∑

=

n

ii

i

I

I

10

0 (5.10)

yerine, iη koyarsak, h(x) fonksiyonu,


48

)exp()(

1

xxh i

n

ii µη −= ∑

= (5.11)

şeklinde elde edilir.

Yukarıdaki soğrulma fonksiyonla uyum içinde olan birçok çalışma

yapılmıştır. Rabl ve Nielsen 1975‘ te soğrulma fonksiyonu şu şekilde tanımladılar

=)(xh )(.08.036.0 xIn− (5.12)

Daha sonra Bryant ve Colberk 1977’de soğrulma fonksiyonunu

)(08.073.0)( xInxh −= (5.13)

şeklinde bulmuşlardır.

Bunlardan başka Hull 1980’de deneysel değerlere daha iyi sağlayan bir

fonksiyon geliştirmiştir.

)100(0561.0727.0)( xInxh −= (5.14)

Yalnız daha önceki çalışmalar x’ in değeri cm alınırken burada metre

alınmaktadır. Hull bu fonksiyonu, güneş enerjisi tayfını 40 eşit parçaya bölerek elde

etti. Buradaki değerler evrensel sabitler değillerdir. Tamamen suyun kirliliğine

bağlıdır ve sadece temiz sular için geçerlidir.

Tsilingiris 1988’ de yukarıdaki formülleri kullanarak tuz grandyentli güneş

havuzu için soğrulma foksiyonunu güneş tayfını 19 parçaya bölerek formulü

aşağıdaki gibi elde etmiştir.

)(.0953.046.0)( xInxh −= (5.15)


49

Burada x; 5.5 2.0≥≥ x m aralığındadır. Daha sonra biz bu formüllerden

hangisi bizim için uygunsa onu güneş havuzundaki hesaplamaları yapmak için

kullanacağız.

5.1.6. Güneş Havuzlarında Güneşin Ortalama Konumunun Günlük Etkisi

Rabl ve Nielsen (1975) temsili olarak seçilen güneşin ortalama yıllık konumu

için gün dönümünü, öğleden sonra saat 1400 olarak belirlemişlerdir. Güneş

radyasyonun yaklaşık yarısının sabah saat 1000 ile öğleden sonra saat 1400 arasını

kapsadığı belirtilmiştir. Duffie ve Beckman (1980), tarafından yatay bir yüzey

üzerine günde saatlik olarak gelen toplam radyasyon oranı Liu ve Jordan eğrilerinden

verilmiştir. Güneşin günlük konumunun etkisi hesaplanmıştır ve günlük en düşük

değerleri tahmin edilmiştir. Böylece, geçici davranışı günlük zaman basamakları

biçiminde yapılmasına olanak veren güneş havuzu simülasyonları yapılabilmektedir.

Bu simülasyonlarla, konuma bağlı gerçek radyasyon verilerinin saatlik olarak

alınması gerektiği sonucuna varılmıştır (Reddy ve Arkadaşları 1986). Tüm bir gün

boyunca havuz tabanında soğurulan güneş enerjisi,

( ) ( )2

1

, ,t

et i ii t

E H x I xτ α τ α−

=

= = ∑

(5.16)

eşitliği ile verilebilir. Burada τ, havuz suyunun geçirgenliği; αi, güneş yüksekliğinin

bir fonksiyonu ve x, havuzun düşey doğrultudaki derinliğidir. Ii, i. saatte, saatlik

olarak aylık ortalama veya günlük olarak ortalama aylık toplam güneş

radyasyonudur. αet, günlük olarak ortalama aylık güneş radyasyon açısının etkisi, t1

ve t2 sırasıyla güneşin yükselme ve batış saatleridir. (5.16) eşitliğinin her iki tarafını

H−

ile bölersek,

( )et i ( , x) r(i) , xτ α τ α= ∑

(5.17)


50

(5.17) eşitliği elde edilir. Burada r(i) aşağıdaki eşitlik ile verilir;

( ) iIr iH−

=

(5.18)

Bir güneş havuzunun geçirgenliği için ampirik birkaç ilişki bulunmaktadır.

Bunların her birinin kapalı değerleri ispat edilmeden önce Bryant ve Colbect (1977)

tarafından orijinal olarak basit bir ilişki önerilmiştir ve daha sonra Wang ve

Akbarzadeh (1983) tarafından değiştirilmiştir.

90cos( , x) 0.08(1 ) ln y

i Fx

θτ α

= −

(5.19)

Burada, F, havuz yüzeyinden yansımanın Fresnel katsayısıdır; x, havuzun

derinliği; θy ise havuz suyu yüzeyinden olan yansıma açısıdır. Güneş zamanının bir

yıllık etkisinin belirlenmesi, konumdan bağımsız olamaz ve yıl boyunca H−

‘ın

değerinden bağımsız elde edilemez (Reddy ve Arkadaşları 1986).

Havuz yüzeyine ulaşan güneş ışınlarının bir kısmı yansır, bir kısmı da suya

girer. Hava-su yüzeyinden yansıyan ve içeri giren güneş enerjisi yüzdeleri, frensel

denklemleri kullanılarak hesaplanabilir (Mantar, 2010). Yansıyan ve içeri giren ışın

miktarı gelen ışının normalle yaptığı açıya göre değişir. Gelen güneş enerjisinin suya

giren kısmının, gelen enerjiye oranını hesaplayalım. Eğer güneş havuzunun yüzeyi

düz ya da sadece biraz pürüzlü ise yüzeyden içeri giren güneş enerjisinin fonksiyonu

şu şeklidedir.

=Τ 1-

+−

++−

)(tan)(tan

)(sin)(sin

21

2

2

2

2

kz

kz

kz

kz

θθθθ

θθθθ (5.20)

Burada, T =1- Fs ve x derinliğine bağlı olarak suya giren ışık enerjisi


51

)exp( xTII sx µ−=

fonksiyonu şeklinde verilir.

(5.21)

Burada x,

1 ( - ) sec kx x δ θ=

(5.22)

eşitliği ile verilmektedir. Snell Yasasına göre θk açısı,

-1 sin (sin / )k z tsnθ θ= (5.23)

Eşitliğine göre bulunur. Burada, Ix, x derinliğindeki ışın; Is, yüzeye düşen

ışının suya giren miktarı; Fδ, yüzeyde soğurulan güneş enerjisi kesridir ve ortalama

değeri yaklaşık olarak 0.4 dür. μ, etkin soğurma katsayısı; x, havuzdaki yol uzunluğu;

δ, Fδ faktörü ile verilen ve güneş radyasyonunun uzun dalga bölümünün soğurulduğu

yüzey tabaka kalınlığıdır ve önerilen kalınlık yaklaşık olarak 0.06 m dir. θy yatay bir

yüzeyden yansıyan ışının yüzeyin normali ile yaptığı açısıdır. θz; yatay bir yüzeye

gelen ışının yüzeyin normali ile yaptığı açıdır. nts, tuzlu suyun kırılma indisidir

(Hawlader ve Brinkworth, 1981). Suyun kırılma indisi nsu=1.33 tür ve tuzlu su için

aynı değer kabul edilebilir.

5.1.7. Background Teori

Doğal suyun yüzeyinden giren güneş enerjisi, saf su, asılı parçacıklar ve

çözülmemiş maddeler tarafından soğrulmaya ve saçılmaya uğratılarak ışık

yoğunluğunu azaltırlar. Soğrulan enerji çoğunlukla ısıya dönüştürülmesine rağmen,

küçük miktarda kimyasal enerji ve saçılmadan dolayı küçük parçacıklarda ve

kaloidal çözeltilerde yansıma ve kırılmaya sebep olur. Işığın yönünün değişmesinin


52

sebebi budur. Işığın saçılmasının yoğunluğu n

sλ

oranına eşittir. Burada s cismin

yoğunluğudur. Saçılmaya cismin büyüklüğü dalga boyundan küçükse n=4 değilse

n<4 tür ( Rayleigh Saçılması). Suyun moleküllerinin Brownian hareketlerinden

dolayı saf suyun içinde optik olarak saçılma oluşuyor, bu da çok küçük miktarda

yoğunluğun değişmesine ve su içinde homojen olmayan bir optik değişimine neden

oluyor. Böylece moleküler büyüklükteki alanı içinde düzenli olmayan ışık

saçılmasına yol açıyor. Yukarıdaki etmenlerin her biri bağımsız bir şekilde ışık

yoğunluğunun azalmasına katkıda bulunuyor. Ve çıkarılan katsayı güçlü bir şekilde

dalga boyuna bağlıdır. Bütün etmenlerin katsayıları dahil edilerek elde edilen katsayı

dalga boyuna bağlı olarak elde edilmiştir.

E(λ) = k(λ) + )(λε + k w (λ) + )(λε w (5.24)

Burada k ve kw; saf suyun ve asılı parçacıkların soğurma katsayısını temsil

ediyor. ε ve wε ise saf suyun, asılı parçacıların ve çözülmemiş maddelerin saçılma

katsayısını temsil ediyor. Buna ek olarak güneş havuzlarında, Usmanov ve ark.

(1971), E(λ) ‘nin yoğunluk ve derinliği de bağlı olduğunu belirmiştir. Böylece

toplam radyasyon enerjisi için ortalama E katsayısının çıkarımını tanımlamak

mümkün olabilir. Beer’s kanunlarına göre belli bir derinlikteki radyasyonu şu şekilde

tanımlamıştır.

B ),( xλ =B( λ ,0 ) exp[-E( λ )x] (5.25)

Burada, B(λ ,0) yüzeyin hemen altındaki x=0 noktasındaki λ dalga

boyundaki güneş enerjisi, x ise güneş enerjisi tam dik gelirkenki havuzun derinliği

veya optik derinliğidir.

B ),( xλ ise x derinliğindeki geçen enerji, E( λ ) ise λ dalga boyunda saçılma

ve soğurmayı da dahil ederek çıkarılmış katsayıdır. Havuzun x noktasında toplam

enerji şu şeklide ifade ediliyor.


53

B(x)= ∫∞

0

),( λλ dxB (5.26)

B(x)= [ ] λλλ dxEB∫∞

−0

).(exp)0,( (5.27)

Eğer güneş enerjisi ışınları sınırlı bir dalga boyunda düşünüldüğü zaman

genellikle ifade şu şekle dönüşüyor.

[ ] λλλ

λ

λ

dxEoB∫ −MAX

MİN

).(exp),( (5.28)

Saf suyun içinde küçük yoğunlukta çözülmemiş tuz olmasına rağmen bunun

geçirgenliği gözle görünür şekilde etkilemediği bilinmektedir. Fakat yüksek

yoğunluktaki güneş havuzlarında özellikler havuzun dibine yakın bölgelerde

yoğunluk ışığın geçirgenliğini etkilemektedir. Tek renkli dalga boyu için tuz

yoğunluğu sıfırdan başlayarak lineer bir şekilde artan güneş havuzunun yüzeyinden x

metre uzaklıkta dx kalınlığındaki tabaka için radrasyon şu şekildedir.

dxxBxExdB ),(),(),( λλλ −=

(5.29)

0 dan x ‘e integralini alırsak,

InB( λ ,x)= ∫−x

dxxE0

).,(λ +C (5.30)


54

şeklinde elde edilir. Başlangıç koşullarında x=0 da B( λ ,x)=B( λ ,0) buradan sayısal

sabit elde edilerek ifade şu şekle dönüşüyor.

B( λ ,x)=B(λ ,0). exp

− ∫

x

dxxE0

).,(λ (5.31)

x derinliğindeki belirlenen dalga boyları arasındaki enerji şu şekildedir.

B(x)= λλλλ

λ

ddxxEBx

.).,(exp).0,(0

∫ ∫

−

MAX

MİN

(5.32)

Eşitlik 5.31 ve 5.32’de x noktasındaki toplam enerjiyi tam olarak

vermektedirler. B(λ ,0), E( λ ) ve E( λ ,x) fonksiyonları grafiksel olarak veya elde

edilen verilerden integrali alınarak sayısal değerler şu şekilde elde edilebilir.

Havuzun herhangi bir derinliğindeki geçmiş olan enerjiyi hesaplamak için

sayısal hesaplamalardan kaçarak daha az komplike olan dalga boyunu n tane

spektruma bölen λ 1 , 132 ,,....., +nn λλλλ yaklaşım tercih edilir. Her bir dalga

boyundaki çıkarılan katsayının değerine göre,

B(x)=−

−

=

−

∑ xEN

ii

ieB .

1

. (5.33)

Burada

∫

∫+

+

=−

1i

1

1İ

1

λ

λ

λ

λ

λ

λλ

d

dBB

).( (5.34)

ve


55

∫

∫+

+

=−

1i

1

1i

1

λ

λ

λ

λ

λ

λλ

d

dEE

).(

(5.35)

Eğer toplam enerji güneş spektrumu için şu şekilde tanımlanır ise

∫+

=− 1i

1

λ

λ

λλ dBB ).( (5.36)

birim miktarda geçmiş olan enerjinin oranı şu şekilde tanımlanıyor.

−=B

xBxTR )()( (5.37)

Eğer dalga boyu daha fazla spektruma bölünüp hesaplamalar yapılırsa

sonuçlar daha fazla doğru olacaktır ( Tsilingiris, 1988)

Güneş havuzunda hava-su yüzeyinden içeri giren güneş ışınları, gelem

açısına, ışığın dalga boyuna, canlı organizmaların su içindeki dağılımına ve havuz

içindeki toz-toprak gibi kirlilik miktarına, bağlı olarak değişik derinliklerde değişik

oranlarda soğurulur. Canlı organizmaların ve diğer kirliliklerin çokluğu, havuzun

performansını büyük ölçüde etkiler (Tabor, 1981).

Güneş ışınları su içinde ilerlerken yalnız soğrulmakla kalmaz aynı zamanda

ortamda bulunan parçacıklar tarafından saçılmaya uğratılırlar. Işığın saçılmaya

uğrayan kısmının miktarı, soğurulandan daha azdır. Diğer taraftan, saçılan ışının

birkaç metre aşağıda saçılma açısı, 3 0 ile 9 0 arasında değişmektedir (Rothmayer

1980) ve (Cengel ve Özışık 1984). Bu da hesapları etkileyecek kadar, büyük bir

saçılma değildir.

Güneş enerjisi havuzun üst kısmındaki su yüzeyine geldiğinde ışığın bir kısmı

yansımaya uğrar ama ışığın çoğu havuzun içine doğru girer. Aynı zamanda ışığın bir


56

kısmı havuzun (ÜKB) ve YB tabakları tarafından soğrulur. Geriye kalan ışık, AKB

bölgesine varır ve ısıya dönüştürülerek depo edilir. Güneş havuzlarının soğurma

kapasitesi suyun tuz yoğunluğuyla birlikte değişime uğrar. Ancak bu olağandışı

durum spektral analizler sonucu anlaşılabilir çünkü gelen ışın bir radyasyon

yoğunluğu spektrumu dağılımına sahip olmasıdır. Diğer taraftan havuzun optik

özellikleri örneğin soğurma, geçirgenlik ve saçılma gibi özellikleri gelen ışığın dalga

boyuna bağlıdır. Bu yüzden havuzun termal performansı hem gelen ışığın spektral

dağılımı hem de havuzun spektral özellikleri hesaba katılarak doğru bir şekilde

hesaplanabilir. Depolama bölgesindeki toplam enerjinin artması için havuzun ÜKB

ve DB kısmının mümkün olduğu kadar geçirgen olmalıdır. Çünkü hem gelen ışığın

radyasyon yoğunluğu hem de tuzlu suyun soğurması dalga boyuna bağlıdır. Toplam

geçirgenliği tam olarak hesaplamak için sırasıyla spektral yoğunluk (gelen ışığın

yoğunluğu) ve soğurma katsayılarını belirtmek zorundayız. Güneşin spektrumu hava

yoğunluğuyla değişirken, soğurma katsayısı spektrumu tuz yoğunluğuyla

değişmektedir. Güneş radyasyon spektrumu ve güneşin yükseklik açısı ve soğurma

katsayısı ve yoğunluk arasında bir bağlantı kurmak gereklidir.

Lambart kanunlarına göre tek renkli dalga boyuna λ sahip bir ışın havuza

farklı tabakalarına girdiğinde, soğurma katsayısı k λ ve radyasyonun değişimi dI xλ

arasındaki eşitlik şu şekilde veriliyor.

dI xλ = -k λ I xλ dx (5.38)

Bu eşitlik; x=0 sınır koşulunda, Iλx= Iλ0 ve x=L sınır koşulunda ise Iλx= IλL eşittir.

Soğurma katsayısı,

k λ =LIIIn L

− 0λ

λ

(5.39)

eğer soğurma katsayısı biliniyorsa spektral geçirgenlik λΤ şu şekilde hesaplanabilir.


57

λΤ = )exp(0

LkII L

λλ

λ −=

(5.40)

suyun x derinliğindeki bütün dalga boyu üzerinden integral alındığından toplam

geçirgenlik şu şekilde hesaplanabilir.

T x =

∫

∫∞

∞

00

00

λ

λ

λ

λλ

dI

dIT x

=

∫

∫∞

∞

∞

−

0λ0

0λ0λ

dλI

dλX)Iexp(k

(5.41)

Burada havuzun dikey derinliği olan x belirtilmek zorundadır. Aslında

havuzun yüzeyine gelen ışık ışınların çoğunun dik gelmediği daha tercih edilen bir

durumdur.

Bu yüzden gelen ışık dik değilse geçirgenliği doğru olarak bulmak için bazı zor

hesaplamalar yapmak gereklidir. Her farklı renkteki dalga boylu ışık için gelen ışık

miktarı şu kilde ifade ediliyor.

( )MMM AAAI 320 exp ζηξε λλλλ ++= ) (5.42)

Bu eşitlikte ε λ , λλ ηξ , ve λζ katsayıları her tek renkli dalga boyuyla ilişkisi

olan katsayılardır. A M ise havanın yoğunluğu ya da hava kütlesidir. Ayrıca spektral

soğurmayı yoğunluğa bağlı olarak şu şekilde ifade edilmiştir.

=λk λλ βα + C + λγ C 2 (5.43)

Burada, C yoğunluk , λλ βα , ve λγ katsayıları tek renkli dalga boyuna bağlı

katsayılardır (Li XY et al. 2000).


58

6. MATERYAL METOT Ayhan ATIZ

59

6. MATERYAL ve METOT

6.1. Materyal

Bu bölümde yalıtımlı silindirik model bir güneş havuzundan haftalık olarak

alınan numunelerin optik özelliklerinin hangi aletle yapıldığı ve bu özelliklerin nasıl

belirlediğimiz açıklanacaktır. Aynı zamanda SMGH’ un yapısı, özellikleri, yalıtımı

hakkında bilgiler verilecektir.

6.1.1. Yalıtımlı Silindirik Model Güneş Havuzu (SMGH)

Bu çalışmanın amacı, yalıtımlı silindirik model bir güneş havuzunun

(SMGH) ısıl dağılım performansını araştırmaktır. SMGH, 160 cm çapında 200 cm

yüksekliğinde olacak şekilde ve 5 mm kalınlığında çelik sacdan yapılmış olup yerden

130 cm yüksekliğinde çelik bir kaide üzerine yerleştirilmiştir. Çukurova Üniversitesi

Uzay ve Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi (UZAYMER)’de silindirik

model bir güneş havuzu inşa edilmiştir. Havuzun gövdesini oluşturan iç ve dış

kısımlarının paslanmaya karşı korunması için boyanmıştır. SMGH‘un taban ve yan

duvarları 10 cm kalınlığında cam yünü ile yalıtılmıştır. Cam yününün yağmur, rüzgar

gibi dış etkenlere karşı korumak için dış kısımları galvanizli sac ile kapatılmıştır.

6.1.2. SMGH’ un Isısal Yalıtımı

Güneş havuzları güneş enerjisini toplayan ve ısı enerjisi olarak depolayan

sistemlerdir. Depolanan ısının uzun süre saklanması ve ısı kayıplarının önlenmesi

için çeşitli yalıtım önlemlerinin alınması gerekir. Bunların başında da havuzun iç ve

dış kısımlarının yalıtılması gelir. İç kısmın iyi bir yalıtım görevi yapması için tuz

gradyentinin oluşturulması ve korunması, dış yüzeylerin uygun bir kalınlıkta ve iyi

bir yalıtım malzemesi ile kaplanması gerekmektedir. Bu çalışmada, SMGH’ un iç

kısımları eşit kalınlıklarda fakat farklı yoğunluklarda 10 farklı tabakadan olacak


60

şekilde konveksiyonsuz bir bölgeden oluşturulmuştur. Dış kısımları ise maliyeti

düşük ve iyi bir yalıtım malzemesi olan cam yünü yalıtılmıştır.

6.1.3. Tuz Gradyentli Güneş Havuzunun İç Yapısı

Güneş havuzları, güneş enerjisini ısı enerjisi biçiminde depolama bölgesi

denilen yüksek yoğunluklu tuzlu su içinde depolayan basit ve düşük maliyetli

sistemlerdir (Angeli ve Leonardi, 2004). Güneş havuzları genellikle üç bölgeden

oluşmaktadır. Havuzun en alt kısmında bulunan çok yoğun bölge, depolama bölgesi

(DB) veya alt konvektif bölge (AKB) olarak adlandırılır. Depolama bölgesinin

üzerinde bulunan havuzun yüzeyine doğru yoğunluğu azalan tabakalardan oluşan

bölge yalıtım bölgesi (YB) veya ara konveksiyonsuz bölge olarak adlandırılır. YB’

deki tuzlu su yükselemez çünkü onun hemen üzerindeki tuzlu su tabakası daha az

yoğunluğa sahiptir. Aynı şekilde aşağıya da inemez çünkü hemen altında daha fazla

yoğunluklu tuzlu su vardır. Böylece DB’ den konveksiyonla ısı kayıpları engellenir.

DB’ den ÜKB’ ye ısı kayıpları sadece iletim yolu ile olur. YB saydam bir yalıtkan

gibi davranır güneş ışınının DB’ ye geçmesine izin verir aynı zamanda

konveksiyonla ısı kayıplarını önler (Angeli ve Leonardi, 2004). YB’ nin üzerinde

bulunan tatlı sudan oluşan bölge ise üst konveksiyonlu bölge (ÜKB) olarak

adlandırılır.

6.1.4 SMGH ‘da Kullanılan Isı Yalıtım Malzemesi

Yapı endüstrisinde yalıtım malzemeleri sıkça kullanılan bir üründür. Isı

yalıtım malzemelerinin en temel özelliği ısı iletim katsayılarının düşük olmasıdır.

Aşağıda binalarda kullanılan ısı yalıtım malzemeleri verilmiştir. Isı yalıtım

malzemelerinde uygulamaya göre aranması gereken özellikler;

• Isı İletim Katsayısı (W/mK)

• Yoğunluk (kg/m3)

• Yangın Sınıfı (DIN 4102, BS476)

• Sıcaklık Dayanımı (ºC)


61

• Mekanik Dayanım (kPa)

• Buhar Difüzyon Direnci

• Su Emme

• Boyutsal Kararlılık

SMGH da kullanıla ısı yalıtım malzemesi olarak cam yünü seçilmiştir. Bu

madde, inorganik hammadde olan silis kumunun 1200ºC–1250ºC’ de eritilerek elyaf

haline getirilmesi sonucu oluşan ısı yalıtım malzemesidir. Şilte ve levha halinde

kullanılabilir. Her türlü ahşap oturtma çatıda, metal çatılarda, sandviç çatılarda, tavuk

çiftliklerinde, hayvan barınaklarında ve güneş enerjisi toplayıcı sistemlerinde ısı

yalıtımı amacıyla kullanılır

(http://www.izocam.com.tr/izocam/Urunler/Cam-Yunu.aspx).

Cam Yününün Teknik Özellikleri:

• Isı iletkenlik beyan değeri λ ≤ 0.040 W/mºK’ dır.

• Su buharı difüzyon direnç faktörü µ = 1’ dır.

• Kullanım sıcaklığı -50/+250 ºC aralığındadır. Bağlayıcısız cam yünü

ürünler 500 °C ’ye kadar kullanılabilmektedir. Ayrıca −200/+400 ºC

aralığında kullanılan özel cam yünü ürünler de üretilebilmektedir.

• Alman Normu olan DIN 4102’ye ve Türk Standardı TS EN 13501-1’e

göre ”yanmaz malzemeler” olan A sınıfındandır.

6.1.5. SMGH’ nın İç Bölgeleri

SMGH’ nin iç bölgesi üç bölgeden oluşmaktadır. Havuzun en alt kısmında

bulunan çok yoğun bölge, depolama bölgesi (DB) veya alt konvektif bölge (AKB)

olarak adlandırılır. Depolama bölgesinin üzerinde bulunan havuzun yüzeyine doğru

yoğunluğu azalan tabakalardan oluşan bölge yalıtım bölgesi (YB) veya

konveksiyonsuz bölge olarak adlandırılır. YB’ deki tuzlu su tabakaları yoğunluk

farkı nedeniyle birbirine karışmazlar. Böylece DB’ den konveksiyonla ısı kayıpları

engellenir. DB’ den ÜKB’ ye ısı kayıpları sadece iletim yolu ile olur. YB saydam bir

yalıtkan gibi davranır güneş ışınının DB’ ye geçmesine izin verir aynı zamanda

konveksiyonla ısı kayıplarını önler (Angeli ve Leonardi, 2004). YB’ in üzerinde

http://www.izocam.com.tr/izocam/Urunler/Cam-Yunu.aspx)


62

bulunan tatlı sudan oluşan bölge ise üst konvektif bölge (ÜKB) olarak adlandırılır.

Depolama bölgesi havuzun tabanından 80 cm yüksekliğine kadar yoğunluğu yaklaşık

olarak 1182 kg/m³ olan tuzlu su ile oluşturulmuştur. Güneş havuzunun yüzeyine

gelen güneş enerjisinin büyük bir bölümü DB’ ye ulaşır ve burada soğurularak ısı

enerjisi olarak depolanır. YB, havuzun yüzeyine doğru yoğunluğu azalmakta olan 20

cm kalınlığında 5 tabakadan oluşmaktadır. Bu tabakların yoğunluğu 1150 kg/m³ den

1000 kg/m³‘ e kadar kademeli olarak azalmaktadır. Bu bölgenin konveksiyonsuz

olması nedeniyle iletim ile ısı kayıpları önlenmiştir. ÜKB’ in kalınlığı 20 cm olup

yoğunluğu 1000 kg/m³ de olan su ile oluşturulmuştur. Güneş havuzunu oluşturan bu

bölgeler Şekil 6.1’ de gösterilmiştir.

Şekil 6.1. SMGH’ nin iç bölgeleri

6.1.6. SMGH’ nıın İç Yalıtım Bölgesinin (Tabakaların) Oluşturulması

Bu çalışmada kolay temin edilebilmesi, ucuz olması ve sistemimiz için uygun

olması nedeniyle çözeltileri oluşturmak için tuz kullanılmıştır. SMGH’ in iç


63

bölgelerini oluşturmak için önceden belirlenen yoğunlarda tuz çözeltileri hazırlanır.

Şekil 6.1 ’de görüldüğü gibi havuzun tabanın başlama suretiyle en yoğun bölge olan

depolama bölgesi oluşturulur. DB’ nin hemen üstünde bulunan yalıtım bölgesi,

azalan yoğunluklarda olacak şekilde tuzlu su çözeltileri bir hortum vasıtasıyla

sırasıyla havuza akıtılmak suretiyle iç bölgeler oluşturulmuştur. DB için 1182 kg/m³

yoğunluğundaki tuzlu su çözeltisi hazırlanmıştır. Hazırlanan tuzlu su çözeltileri

tabandan itibaren 80 cm yüksekliğe kadar doldurulmuştur. Güneş havuzunun YB’ si

yani konveksiyonsuz bölge, yoğunlukları DB’ nin üst kısmından itibaren yukarıya

doğru belli oranlarda yoğunluğu azalan tuzlu çözeltiler 20’şer cm kalınlıklı tabakalar

halinde üst üste yığılarak yalıtım bölgesi olarak oluşturulmuştur. Bu tabakaları

oluşturmak için 1150, 1120, 1090, 1060, 1030 kg/m³ yoğunluklu tuzlu su çözeltileri

karıştırıcı ile hazırlanarak yoğunluğu havuzun yüzeyine doğru azalacak şekilde DB’

in üzerine yerleştirilmiştir. Daha sonra YB’ in üzerine 20 cm kalınlığında çeşme suyu

doldurulmuştur Tabakalar üst üste yığılırken sarsıntı ile farklı yoğunluklu tabakaların

birbirine karışmasını önlemek için havuzun içinde yüzen ince bir sunta

yerleştirilmiştir ve çözeltiler bu sunta levha üzerine yavaş yavaş boşaltılmıştır.

6.1.7. Tuzlu Su Örneklerin Alındığı Tabakalar

Güneş havuzlarının iç bölgeleri farklı yoğunluklu tabakalardan meydana

gelmektedir. Tabaklar arasındaki bu yoğunluk farkları havuzun performansı için çok

önemlidir. Bu nedenle havuzu oluşturan bu tabakaların yoğunluklarının sürekli takip

edilmesi gerekmektedir. İç bölgelerin yoğunluklarını ölçmek için havuzun. 2 m

boyunda 5x5 cm kalınlığında bir tahta direk üzerine 5 mm çapında 10 adet şeffaf

plastik hortumlar kroşeler yardımı 20’şer cm ara ile tahta direk üzerine

tutturulmuştur. Üzerine hortumlar bulunan direk düşey doğrultuda havuz içine

yerleştirilmiştir. Diğer uçları havuzun dışında bulanan hortumlar sifonlanmak

suretiyle tuzlu su numuneleri alınmaktadır. İstenilen zaman aralıklarında havuzun

belirlenen derinliklerinden bir miktar tuzlu su çekilerek 250 ml ölçekli bir behere

konulup yoğunlukları, yoğunluk ölçme aralıkları 1000-1100 ve 1100 -1200 kg/m3

arasında değişen hidrometreler yardımıyla yapılmaktadır.


64

Bu çalışmada kullanılan sistemde Şekil 5.2 ’de görüldüğü gibi, et kalınlığı 8

mm, iç çapı 30 cm ve yüksekliği 120 cm olan silindirik plastik (PVC) kaplar

kullanılmıştır. Silindirik kabın tabanından bir kaç cm yukarıya tuz tanelerinin havuza

erimeden akmaması için üzerinde 2 mm çapında çok sayıda delikler bulunan bir elek

sistemi yerleştirilmiştir (İskender, 2010).

Şekil 6.2. Tuz yoğunlunu ölçme sistemi

5.2. Metot

Bu bölümde, materyal bölümünde tanıtılan sistemlerin nasıl çalıştığı, çalışma

prensipleri ve alınan verilerin nasıl değerlendirildiği anlatılacaktır.

Spektrometreler malzemelerin ışık geçirgenlik, soğurma ve yansıması gibi

optik özelliklerini ölçmeye yarar. Başlıca kullanım alanı ince filmler fotovoltaik

hücrelerin karakterizasyonu belirlemektedir. Ayrıca yüksek sıcaklıktaki yakıt pilleri

malzemelerinin radyasyon özelliklerinin ölçülmesi için de kullanılabilir.


65

Şekil 6.3. Spektrometrenin önden görünümü

Şekil 6.4. Spektrometrenin çalışır görünümündeki hali


66

Şekil 6.5. Havuzdan alınan numuneler ve spektrometre

Şekil 6.6. Numunelerin içine konulduğu küçük plastik kaplar.

Şekil 6.7. Havuzdan alınan numunelerin plastik kaplara konularak optik

özelliklerini belirlenmesi için numunenin spektrometre içine

konulduğu düzeneğin görünümü.


67

Şekil 6.8. Spektrometrenin nasıl çalıştığını gösteren şematik yapı.

Şekil 6.9. Bilgisayarda kullanılan Qbasic programının başlangıç şeması


68

Şekil 6.10. Ölçümler başlamadan önce Qbasic programının görünümü

Numune kaplarının içine sıvı numuneler boşaltıldıktan sonra spektrometrede

suyun temiz halinde kalibrasyon yapılarak havuzdan alınan her bir numune için 400-

700 nm arasında % geçirgenliğini belirlemek için Qbasic program başlatılarak veri

alınmaya başlanır.


69

(a)

(b)

Şekil 6.11. a) Örnek soğurma ve b) Geçirgenlik eğrisi

50

60

70

80

90

100

285 485 685 885 1085

%G

eçirg

enlik

Dalgaboyu(nm)


70

7. BULGULAR VE TARTIŞMA Ayhan ATIZ

71

7. BULGULAR VE TARTIŞMA

Bu bölümde, deneysel çalışmalarımızda silindirik model yalıtımlı bir güneş

havuzunun (SMGH) iç bölgelerinin yoğunluk ve sıcaklık dağılım profilleri elde

edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla, iç bölgenin sıcaklık dağılımları saatlik olarak ve

10 farklı tabakadan alına tuzlu su numunelerinin ise yoğunlukları ve geçirgenlikleri

ölçülmüştür. Bu ölçümler Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında eş zamanlı olacak

şekilde yapılmıştır. Aynı zamanda, tuzlu su tabakaların geçirgenliğini etkileyen

etmenler ve bunların iç bölgelerin sıcaklık dağılımları üzerindeki etkisi belirlenmeye

çalışılmıştır.

Şekil 7.1. 16.06.2010 tarihinde yoğunluğun derinlikle değişimi.

Şekil 7.1 ’deki yoğunluk dağılımı profillerinden görüldüğü gibi, depolama

bölgesinin (0-80cm) üst bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğunu 1180 kg/m3 ile

1179 kg/m3 arasında değişmemektedir. Bu değişme, Haziran ayında depolama bölge-

sinin sıcaklığının hızlı artmasıyla beraber tuzlu sudaki moleküler difüzyonun artışıyla

beraber üst tabakaların yoğunluğun artmasına neden olduğu görülmüştür. Konveksi-


72

yonsuz bölgede (80-180 cm) yoğunluğun aşağıdan yukarıya doğru azalması ile olu-

şan eğim ise beklenen bir durumdur. Bu eğimin bozulmaması ve korunması gerek-

mektedir. Çünkü, depolama bölgesindeki ısının, konveksiyonla üst bölgeye (180-200

cm) oradan da atmosfere kaçmasını önleyen yüksek geçirgenlik özelliğine sahip say-

dam bir bölgedir.

Şekil 7.2. 16.06.2010 tarihinde sıcaklığın derinlikle değişimi

Şekil 7.2 ’deki sıcaklık dağılımı profillerinden görüldüğü gibi, depolama böl-

gesinin (0-100 cm) sıcaklığı tabandan yukarıya doğru artış göstermektedir. Bu bekle-

nen bir dağılım değildir. Tabanda sıcaklık 36 °C iken depolama bölgesinin üst kıs-

mında 41,3 °C olarak ölçülmüştür. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı arasın-

daki sıcaklık farkının depolama bölgesindeki kirlilik ve gölgelemeden kaynaklandığı

kanısındayız. Tuzlu sudaki kirliliğin belirlenebilmesi için temiz tuzlu su ve havuzdan

alınan kirli tuzlu suyun geçirgenlik analizlerinin karşılaştırılması gerekmektedir. Bu-

nun için, önce temiz su ile farklı yoğunluklarda hazırlanan tuzlu suyun görünür böl-

gede % geçirgenlikleri ölçülmüştür.


73

Şekil 7.3. Temiz su ile farklı yoğunluklarda hazırlanan tuzlu suyun görünür bölgede % geçirgenlikleri

Şekil 7.3 ’de temiz su ile farklı yoğunluklarda olacak şekilde hazırlanan tuzlu

suyun % geçirgenlik dağılımları görülmektedir. Görünür bölgenin en düşük ve en

yüksek dalga boyunda (400-700 nm) yoğunluğa bağlı olarak % geçirgenlikleri temiz

su ve düşük yoğunluklu tuzlu su için sırasıyla, %97 ile %98, yüksek yoğunluklu tuz-

lu su için ise sırasıyla, %89 ile %93 ‘lük küçük farklar olduğu görülmektedir. Suda

çözünen yüksek yoğunluklu tuzlu suyun, geçirgenliği yoğunluğa bağlı olarak düşük

dalga boyunda yaklaşık % 8, yüksek dalga boyunda ise % 5 oranında azalttığı gö-

rülmüştür.


74

Şekil 7.4. 16.06.2010 tarihinde dalga boyuna karşı % geçirgenlik değişimi

Şekil 7.4 ’de havuzun farklı tabakalarından alınan farklı yoğunluklardaki tuz-

lu suyun % geçirgenlik dağılımları görülmektedir. Üst konveksiyonlu bölgede (180-

200 cm) görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğunluğa bağlı

olarak % geçirgenlikleri sırasıyla, %98 ve %99, konveksiyonsuz bölgenin (80-180

cm) yoğunluğu 1029 kg/m3 ilk tabakasının (160-180 cm) geçirgenliği %98,5 ve %99,

yoğunluğu 1069 kg/m3 olan ikinci tabakasının (140-160 cm) geçirgenliği %98 ve

%99, yoğunluğu 1108 kg/m3 olan üçüncü tabakasının (120-140 cm) geçirgenliği %97

ve %98, yoğunluğu 1140 kg/m3 olan dördüncü tabakasının (100-120 cm) geçirgenliği

%95 ve %97 ve yoğunluğu 1163 kg/m3 olan beşinci tabakanın (80-100 cm) ise, ge-

çirgenliği %94,5 ve %97 olduğu görülmektedir. Depolama bölgesinde (0-100 cm)

ise, yoğunluğu 1179 kg/m3 olan tabakanın (60-80 cm) geçirgenlik %77,5 ve %87,

yoğunluğu 1180 kg/m3 olan tabakanın (40 ve 60 cm) geçirgenliği %70,5 ve %85,

yoğunluğu 1180 kg/m3 olan üçüncü tabakanın (20-40 cm) geçirgenliği %69 ve %80,

yoğunluğu 1181 kg/m3 olan dördüncü tabakanın (0-20 cm) geçirgenliğinin ise, %75


75

ve %85 olduğu görülmektedir. Şekil 7. 3’de farklı yoğunluklardaki temiz tuzlu suyun

geçirgenlik değerleri yoğunluk farkıyla sırasıyla görünür bölgenin en düşük ve en

yüksek dalga boyunda sırasıyla, %99 ve %95 arasında değişirken, Şekil 7.4 ’deki

havuz içinden alınan ilk örneklerde üst ve konveksiyonsuz bölgede %90 ve %99,

depolama bölgesinde ise, %70 ve %85 arasında değişmektedir. Tabakaların geçirgen-

liklerindeki düşüşlerin Şekil 7.2 ’de görülen depolama bölgesinde yaklaşık 4-5 °C

’lik sıcaklık farkı oluşmasına neden olduğu görülmektedir. Bu da yeteri kadar güneş

enerjisinin depolama bölgesine tamamına ulaşamadığı sonucunu doğurmaktadır. Ge-

çirgenlik düşüşlerinin en önemli nedenlerinden birisinin de suda zamanla oluşan bi-

yolojik, kimyasal, çevreden suya karışan toz partiküllerinden ve kullanılan tuzda

bulunan çeşitli kirliliklerde kaynaklandığı kanaatindeyiz. Bu kirliliğin başında daha

önce kullanılmış olan tuzlu suyun güneş havuzunda yeniden kullanılması ve kaynak-

landığı düşüncesindeyiz. Dolayısıyla, optik özellikleri bozulan suyun özellikle depo-

lama bölgesini oluşturan 20, 40, 60 ve 80 cm ’ler deki tabakalarda geçirgenliklerinin

önemli ölçüde azalmasına sebep olduğu ve özellikle de 80-100 cm deki tabakalarda

görünür bölgenin 400 nm dalga boyunda % geçirgenliklerin %60-70’lere kadar düş-

tüğü görülmüştür. Bu düşüşlere, depolama bölgesine gelen güneş ışınlarının önemli

bir bölümünün depolama bölgesinin tabanına kadar ulaşmasını engellediği ve üst

bölgelerde soğurularak bu bölgelerde sıcaklık farkının oluşmasına sebep olduğunu

göstermektedir.


76

Şekil 7.5. 23.06.2010 tarihinde yoğunluğun derinliğe göre değişimi

Şekil 7.5 ’deki yoğunluk dağılımı profiline göre, depolama bölgesinin üst

bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğunun 1180 kg/m3 ile 1179 kg/m3 arasında

değişmektedir. Haziran ayında depolama bölgesinin sıcaklığındaki hızlı artışın tuzun

moleküler difüzyonla artmasına neden olduğu sonucunu oluşmuştur. Konveksiyon-

suz bölgede, yoğunluğun aşağıdan yukarıya doğru azalması ile oluşan eğim ise bek-

lenen bir durumdur. Bu eğimin bozulması 180-200 cm ‘deki yoğunluğun hemen he-

men aynı olmasının ve yaklaşık bir ya da iki hafta en üst kısma su takviyesi yapılma-

dığı için tuz difüzyonundan dolayı yoğunluklarda birbirine çok yaklaşmıştır. Bundan

dolayı eğim biraz bozulmuştur. Ancak bu eğimin bozulmaması ve korunması gerek-

mektedir. Çünkü depolama bölgesindeki ısının, konveksiyonla üst bölgeye oradan da

atmosfere kaçmasını önleyen yüksek geçirgenlik özelliğine sahip saydam bir bölge-

dir


77

Şekil 7.6. 23.06.2010 tarihinde sıcaklığın derinliğe göre değişimi

Şekil 7.6 ’daki sıcaklık dağılımı profiline göre, depolama bölgesinin sıcaklığı

tabandan yukarıya doğru artış göstermektedir. Bu beklenen bir dağılım değildir. Ta-

bandan sıcaklık 38 °C iken depolama bölgesinin üst kısmında 43-43,5 °C ’e yüksel-

diği görülmektedir. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı arasındaki sıcaklık 4-5

°C ’lik sıcaklık farkının tuzlu suyun saydamlığının bozulması ile suyun geçirgenli-

ğinde meydana gelen azalmasından kaynaklandığı düşüncesindeyiz


78


Şekil 7.7 görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda, yoğunluğa

bağlı olarak % geçirgenliklerinin sırasıyla, üst konveksiyonlu bölgede %98-100,

konveksiyonsuz bölgede yoğunluklar sırasıyla, 1026 kg/m3, 1069 kg/m3, 1100 kg/m3

1140 kg/m3 ve 1163 kg/m3 dir. Geçirgenlikleri ise sırasıyla, %98,5-100, %99-100,

%98-99, %96-98 ve %94- 99 olduğu görülmektedir. Depolama bölgesinin yoğunluğu

ise sırasıyla, 1179 kg/m3, 1179 kg/m3, 1180 kg/m3 ve 1180 kg/m3dir. Geçirgenlikleri

ise sırasıyla, %82-90, %88-80, %85-72 ve %84-72 olduğu görülmektedir. Şekil 7.7

’de ise havuz içinden alınan ilk örneklerde üst ve konveksiyonsuz bölgede %92 ve

%99, depolama bölgesinde ise %72 ve %88 arasında değişmektedir. Şekil 7.6 ’da

depolama bölgesindeki sıcaklık farkı, yeteri kadar güneş enerjisinin depolama bölge-

sine tamamına ulaşamaması sonucunu doğurmaktadır. Bunun en önemli nedeni suda

bulunan çeşitli kirliliklerde kaynaklandığı düşüncesindeyiz. Dolayısıyla, optik özel-

likleri bozulan suyun özellikle depolama bölgesini oluşturan tabakalarda geçirgenlik-

lerinin önemli ölçüde azalmasına sebep olduğu ve özellikle de 80-100 cm ‘deki taba-


79

kalarda görünür bölgenin 400 nm dalga boyunda geçirgenliklerin %70’lere kadar

düştüğü görülmüştür. Bu düşüşlerin, depolama bölgesine gelen güneş ışınlarının

önemli bir bölümünün depolama bölgesinin tabanına kadar ulaşmasını engellediği ve

üst bölgelerde soğurularak bu bölgelerde 5-6 °C’ kadar sıcaklık farkının oluşmasına

sebep olduğunu göstermektedir.

Şekil 7.8. 29.06.2010 tarihinde yoğunluğu derinliğe göre değişimi

Şekil 7.8 ’deki yoğunluk dağılımı profilinden görüldüğü gibi, depolama böl-

gesinin (0-80cm) üst bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğu değişmemiştir.

Fakat üst konveksiyonsuz bölgenin yoğunluğunu 1161kg/m3’ den 1180 kg/m3’ e çı-

karmıştır. Tuz yoğunluğunu koruyan sistemin devreye girmesiyle beraber artan yo-

ğunluğun sıcaklığın etkisiyle difüzyona başladığını göstermektedir. Konveksiyonsuz

bölgede (80-180 cm) yoğunluğun biraz daha yükselmesine sebep olmuştur. Aşağıdan

yukarıya doğru azalan eğimde bir miktar değişim oluşturmuştur. (180-20) arasındaki

en üst kesimde yoğunluğun 1000 kg/m3’ den 1020 kg/m3 çıkmasıyla %2 ‘ lik bir

artış meydana gelmiştir. Ancak bu eğim yaklaşık olarak korunduğunu görülmektedir.


80

Bu eğimin bozulmaması ve korunması gerekmektedir. Çünkü depolama bölgesindeki

ısının, konveksiyonla üst bölgeye (180-200 cm) oradan da atmosfere kaçmasını önle-

yen yüksek geçirgenlik özelliğine sahip saydam bir bölgedir.


Şekil 7.9’ daki sıcaklık dağılımı profillerinden görüldüğü gibi, depolama böl-

gesinin sıcaklığı tabandan yukarıya doğru artış göstermektedir. Bu beklenen bir dağı-

lım değildir. Tabandan sıcaklık 37 °C iken depolama bölgesinin üst kısmında 40 °C

olarak ölçülmüştür. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı arasındaki sıcaklık far-

kının daha az olması ışığın depolama bölgesinin üst kısmından daha az kırılarak sı-

caklıkların birbirine yakın olmasını sağlamıştır. Ancak sıcaklığın 40 °C ’de kalması-

nın en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kirliliğin olduğunu göstermek-

tedir.


81


Şekil 7.10 görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğunluğa

bağlı olarak % geçirgenliklerinin sırasıyla, üst konveksiyonlu bölgede %99-100 dür.

Konveksiyonsuz bölgedeki tabakaların yoğunlukları sırasıyla, 1020 kg/m3, 1069

kg/m3, 1100 kg/m3, 1156 kg/m3 ve 1180 kg/m3 dir. Geçirgenliklerinin ise sırasıyla,

%99-100, %97-99, %96-98, %93- 96 ve %71-89 olduğu görülmektedir. Depolama

bölgesinin yoğunluğu ise sırasıyla, 1180 kg/m3, 1180 kg/m3, 1181 kg/m3 ve 1181

kg/m3 dir. Geçirgenlikleri ise sırasıyla, %70-89, %69-88, %69-87 ve %64-87 olduğu

görülmektedir. Şekil 7.10 ’da havuz içinden alınan ilk örneklerde üst ve konveksi-

yonsuz bölgede %98 den %71 ‘e kadar düşmüştür. Bu düşüşün nedeni, difüzyonla

beraber hem kirlilik hem de tuz yoğunluğu üst kısımda artmasıdır. Depolama bölge-

sindeki geçirgenlikler ise %65 ve %90 arasında değişmektedir. Şekil 7.9 ’daki depo-

lama bölgesindeki sıcaklık farkı, yeteri kadar güneş enerjisinin depolama bölgesine

tamamına ulaşamadığı sonucunu doğurmuştur. Bunun en önemli nedenin de tabaka-

larda oluşan çeşitli kirliliklerde kaynaklandığı kanaatindeyiz. Dolayısıyla, optik özel-

likleri bozulan suyun özellikle depolama bölgesini oluşturan tabakalarda geçirgenlik-


82

lerinin önemli ölçüde azalmasına sebep olduğu özellikle de 80. ve 100. cm ‘deki ta-

bakalarda görünür bölgenin en düşük dalga boyunda (400 nm) geçirgenliklerin %60

ve %70’lere kadar düştüğü görülmüştür. Fakat artan sıcaklıkla beraber difüzyon art-

mış ve havuzun alt kısmında bir konvektif hareketin başlamasına sebep olmuştur. Bu

da depolama bölgesinde tabakalar arası sıcaklığın en fazla 3-4 °C’ olmasını sağlamış-

tır.


Şekil 7.11’deki yoğunluk dağılımı profillerinden görüldüğü gibi, depolama

bölgesinin (0-80 cm) üst bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğunun kararlı olduğu

gözlenmektedir bu da tuz koruma sitemin iyi çalıştığını ve bu tabakaya yakın yerler-

de tuz difüzyonundan dolayı yoğunlukta bir artışa sebep olmuştur. Bu, Haziran ayın-

da depolama bölgesinin sıcaklığının hızlı artışına ve dolayısıyla da tuzun moleküler

difüzyonun artışına sebep olması sonucunda oluşmuştur. Konveksiyonsuz bölgede

(100-180 cm) yoğunluğun aşağıdan yukarıya doğru azalması ile oluşan eğim ise bek-

lenen bir durumdur. Bu eğimin bozulmaması ve korunması gerekmektedir. Çünkü,

depolama bölgesindeki ısının, konveksiyonla üst bölgeye (180-200 cm) oradan da


dir.


83


Şekil 7.12’deki sıcaklık dağılımı profillerinden görüldüğü gibi, depolama

bölgesinin (0-100 cm) sıcaklığı tabandan yukarıya doğru artış göstermektedir. Bu

beklenen bir dağılım değildir. Tabandan sıcaklık 38 °C iken depolama bölgesinin üst

kısmında 42,5 °C olarak ölçülmüştür. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı ara-

sındaki sıcaklık farkının daha az olması ışığın depolama bölgesinin üst kısmından

daha az kırılarak sıcaklıkların birbirine yakın olmasını sağlamıştır. Ancak sıcaklığın

40 ° de kalmasının en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kirliliğin oldu-

ğunu göstermektedir.


84


Şekil 7.13 ’de görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğunlu-

ğa bağlı olarak % geçirgenlikleri, üst konveksiyonlu bölgede %99-100, konveksiyon-

suz bölgenin 1., 2., 3., 4 ve 5. tabakalarının yoğunlukları sırasıyla, 1028 kg/m3, 1069

kg/m3 1102 kg/m3, 1155 kg/m3 ve 1178 kg/m3 , geçirgenlikleri ise sırasıyla, %98.5-

100, %97-99, %96-98, %93-96 ve %71- %90 oldukları görülmektedir. Depolama

bölgesinin 1., 2., 3. ve 4. tabakalarının yoğunlukları sırasıyla, 1178 kg/m3, 1180

kg/m3, 1181 kg/m3 ve 1181 kg/m3, geçirgenlikleri ise sırasıyla, %69-88, %70-87,

%67-87 ve %70-87 olduğu görülmektedir. Şekil 7.3 ’de farklı yoğunluklardaki temiz

tuzlu suyun geçirgenlik değerleri yoğunluk farkıyla sırasıyla görünür bölgenin en

düşük ve en yüksek dalga boyunda %95-100 arasında değişmektedir. Şekil 7.13’de

ise havuz içinden alınan ilk örneklerde üst ve konveksiyonsuz bölgede %71-99 dir.

Bunun nedeni ise difüzyonla beraber hem kirlilik hem de tuz yoğunluğu üst kısımda

artmasıdır. Depolama bölgesinde ise %67-86 arasında değişmektedir. Şekil 7.12’deki

depolama bölgesindeki sıcaklık farkı, yeteri kadar güneş enerjisinin depolama bölge-

sine tamamına ulaşamaması sonucunu doğurmuştur. Özellikle de 80-100 cm deki


85

tabakalarda görünür bölgenin 400 nm dalga boyunda % geçirgenliklerin %60-70’lere

kadar düştüğü görülmüştür. Fakat artan sıcaklıkla beraber difüzyon artmış ve havu-

zun alt kısmında bir konvektif hareketin başlamasına sebep olmuştur. Bu da depola-

ma bölgesinde tabakalar arası sıcaklığın en fazla 4 °C’ olmasını sağlamıştır.


Şekil 7.14’deki yoğunluk dağılımı profilinden görüldüğü gibi, depolama böl-

gesinin (0-80 cm) üst bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğu değişmemiştir. Fakat

üst konveksiyonsuz bölgenin yoğunluğunu 1161 kg/m3’ den 1180 kg/m3’ e çıkart-

mıştır. Tuz yoğunluğunu koruyan sistemin devrede olması ve artan yoğunluğun sı-

caklığın etkisiyle difüzyona başladığını göstermektedir. Konveksiyonsuz bölgede

(80-180 cm) yoğunluğun biraz daha yükselmesine sebep olmuştur. Aşağıdan yukarı-

ya doğru azalan eğimde bir miktar değişim oluşturmuştur. 180-200 cm arasındaki en

üst kesimde yoğunluğun 1000 kg/m3’da olmasının sebebi suyun yeni değiştirilmesi-

dir. Ve eğim hemen hemen korunmuştur. Oluşan eğim ise beklenen bir durumdur. Bu

eğimin bozulmaması ve korunması gerekmektedir. Çünkü depolama bölgesindeki


86


yen yüksek geçirgenlik özelliğine sahip saydam bir bölgedir



bölgesinin (0-80 cm) sıcaklığı tabandan yukarıya doğru artış göstermektedir. Bu bek-

lenen bir dağılım değildir. Tabandan sıcaklık 39 °C iken depolama bölgesinin üst

kısmında 43,6 °C olarak ölçülmüştür. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı ara-



40° ‘ler de kalmasının en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kirliliğin

olduğunu göstermektedir


87


Şekil 7.16 ’da görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğun-

luğa bağlı olarak % geçirgenliklerinin sırasıyla, üst konveksiyonlu bölgede %99-100,

konveksiyonsuz bölgenin 1., 2., 3., 4. ve 5. tabakalarının yoğunlukları sırasıyla, 1028

kg/m3, 1068 kg/m3, 1108 kg/m3, 1156 kg/m3, 1180 kg/m3 , geçirgenlikleri ise, %98,5-

99, %98-99, %97-99, %95-97 ve %73-90 dir. Depolama bölgesinde ise 1., 2., 3. ve 4.

tabakaların yoğunlukları sırasıyla, 1182 kg/m3, 1182 kg/m3, 1182 kg/m3 1181 kg/m3,

geçirgenliği ise sırasıyla, %66,5-84, %72-87, %72-90 ve %66-85 olduğu görülmek-

tedir. Şekil 7.16 ’da havuz içinden alınan ilk örneklerde üst ve konveksiyonsuz böl-

gede geçirgenlikleri %70-99 dur. Depolama bölgesinde ise %65-90 arasında değiş-

mektedir. Şekil 7.15’deki depolama bölgesindeki sıcaklık farkı, yeteri kadar güneş

enerjisinin depolama bölgesine tamamına ulaşamaması sonucunu doğurmaktadır.

Bunun en önemli nedeni suda bulunan çeşitli kirliliklerde kaynaklandığı kanaatinde-

yiz. Dolayısıyla, optik özellikleri bozulan suyun özellikle depolama bölgesini oluştu-

ran tabakalarda geçirgenliklerinin önemli ölçüde azalmasına sebep olduğu ve özellik-


88

le de 80-100 cm deki tabakalarda görünür bölgenin 400 nm dalga boyunda % geçir-

genliklerin %60-70’lere kadar düştüğü görülmüştür. Bu da depolama bölgesinde ta-

bakalar arası sıcaklığın en fazla 4,5 °C olmasına neden olmuştur.



gesinin (0-80cm) üst bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğu değişmemiştir. Artan

tuz yoğunluğu ve difüzyonuyla beraber diğer üst bölgelerde yoğunluğun artmasına

sebep olmuştur. Üst konveksiyonsuz bölgenin yoğunluğu 1175 kg/m3 ile 1069 kg/m3

arasında değişmektedir. Tuz yoğunluğunu koruyan sistemin devreye girmesiyle be-

raber artan yoğunluğun sıcaklığın etkisiyle difüzyona başladığını göstermektedir.

Konveksiyonsuz bölgede (80-180 cm) yoğunluğun biraz daha yükselmesine sebep

olmuştur. Aşağıdan yukarıya doğru azalan eğimde bir miktar değişim oluşturmuştur.

180-200 cm arasındaki en üst kesimde yoğunluğun 1000 kg/m3’ den 1020 kg/m3

çıkmasıyla %2 ‘ lik bir artış meydana gelmiştir. Ancak, eğim hemen hemen korun-

muştur. Bu eğimin bozulmaması ve korunması gerekmektedir. Çünkü depolama böl-


89

gesindeki ısının, konveksiyonla üst bölgeye, oradan da atmosfere kaçmasını önleyen

yüksek geçirgenlik özelliğine sahip saydam bir bölgedir.



bölgesinin sıcaklığı tabandan yukarıya doğru artış göstermektedir. Bu beklenen bir

dağılım değildir. Tabandaki sıcaklık 40 °C iken depolama bölgesinin üst kısmında 44

°C olarak ölçülmüştür. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı arasındaki sıcaklık

farkının daha az olması ışığın depolama bölgesinin üst kısmından daha az kırılarak

sıcaklıkların birbirine yakın olmasını sağlamıştır. Ancak sıcaklığın 40 °C ‘ler de

kalmasının en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kirliliğin olduğunu

göstermektedir


90


Şekil 7.19 ’da görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğun-

luğa bağlı olarak % geçirgenliklerinin sırasıyla, üst konveksiyonlu bölgede, %97-99,


kg/m3, 1069 kg/m3,1106 kg/m3, 1154 kg/m3 ve 1175 kg/m3dir. Geçirgenliği ise sıra-

sıyla, %97-99, %97-99, %97-99, %88-95 ve %87-94 olduğu görülmektedir. Depo-

lama bölgesinin 1., 2., 3. ve 4. tabakalarının yoğunlukları sırasıyla, 1180 kg/m3, 1180

kg/m3, 1180 kg/m3 ve 1181 kg/m3 geçirgenlikleri ise sırasıyla, %60-84, %55-82,

%60-84 ve %54-83 olduğu görülmektedir. Şekil 7.19’da ise havuz içinden alınan ilk

örneklerde üst ve konveksiyonsuz bölgede geçirgenlik %87-99 dur. Depolama bölge-

sinde ise, %54-84 arasında değişmektedir. Şekil 7.18’deki depolama bölgesindeki

sıcaklık farkı, yeteri kadar güneş enerjisinin depolama bölgesine tamamına ulaşa-

maması sonucunu doğurmaktadır. Dolayısıyla, optik özellikleri bozulan suyun özel-

likle depolama bölgesini oluşturan tabakalarda geçirgenliklerinin önemli ölçüde


91

azalmasına sebep olduğu ve özellikle de 80-100 cm deki tabakalarda görünür bölge-

nin 400 nm dalga boyunda % geçirgenliklerin %50-60’lare kadar düştüğü görülmüş-

tür. Yoğunluğun azalmasıyla beraber kirliliğin alt tabakalara doğru hareket ettiği

kanısındayız. Bu da depolama bölgesinde tabakalar arası sıcaklığın en fazla 4 °C’

olmasını sağlamıştır.



gesinin (0-80cm) üst bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğu değişmemiştir.

Fakat üst konveksiyonsuz bölgenin yoğunluğunu 1175 kg/m3 ‘de sabit kalınmıştır.

Tuz yoğunluğunu koruyan sistemin devreye girmesiyle beraber artan yoğunluğun

sıcaklığın etkisiyle difüzyona başladığını göstermektedir. Konveksiyonsuz bölgede


ya doğru azalan eğimde bir miktar değişim oluşturmuştur. (180-20) arasındaki en üst

kesimde yoğunluğun 1000 kg/m3’ den 1020 kg/m3 çıkmasıyla %2 ‘ lik bir artış

meydana gelmiştir. Ancak bu eğim hemen hemen korunmuştur. Oluşan eğim ise bek-

lenen bir durumdur. Bu eğimin bozulmaması ve korunması gerekmektedir. Çünkü


92

depolama bölgesindeki ısının, konveksiyonla üst bölgeye (180-200 cm) oradan da


dir





kısmında 44.7 °C olarak ölçülmüştür. Bu da ışık şiddetinin daha diğer günlere göre

daha yoğun olduğunu göstermektedir. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı ara-



40 °C ’ler de kalmasının en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kirliliğin

olduğunu göstermektedir


93


Şekil 7.22 görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğunluğa

bağlı olarak % geçirgenliklerinin sırasıyla, üst konveksiyonlu bölgede %100-99,


kg/m3, 1061 kg/m3,1105 kg/m3, 1153 kg/m3 ve 1179 kg/m3dir. Geçirgenliği ise sıra-

sıyla, %100-99, %99-97, %98-93, %85-67ve %87-94 olduğu görülmektedir. Depo-

lama bölgesinin 1., 2., 3. ve 4. tabakalarının yoğunlukları sırasıyla, 1179 kg/m3, 1180

kg/m3, 1180 kg/m3 ve 1181 kg/m3 geçirgenlikleri ise sırasıyla, %82-63, %82-62,

%82-59 ve %80-57 olduğu görülmektedir. Şekil 7.22’de ise havuz içinden alınan ilk

örneklerde üst ve konveksiyonsuz bölgede %67-99, bunun sebebi difüzyonla beraber

hem kirlilik hem de tuz yoğunluğu üst kısımda artmıştır. Depolama bölgesinde ise

%57-82 arasında değişmektedir. Şekil 7.21’deki depolama bölgesindeki sıcaklık far-

kı, yeteri kadar güneş enerjisinin depolama bölgesine tamamına ulaşamaması sonu-


94

cunu doğurmaktadır. Dolayısıyla, optik özellikleri bozulan suyun özellikle depolama

bölgesini oluşturan tabakalarda geçirgenliklerinin önemli ölçüde azalmasına sebep

olduğu ve özellikle de üst tabakalarda görünür bölgenin 400 nm dalga boyunda %

geçirgenliklerin %50-60 ’lara kadar düştüğü görülmüştür. Bu da depolama bölgesin-

de tabakalar arası sıcaklığın en fazla 4 °C’ olmasını sağlamıştır.


Şekil 7.23’deki yoğunluk dağılımı profilinden görüldüğü gibi, depolama bölge-

sinin (0-80cm) üst bölümünü oluşturan tabakanın yoğunluğu değişmemiştir.

Fakat üst konveksiyonsuz bölgenin yoğunluğunu 1175 kg/m3 ‘de sabit kalınmıştır.

Tuz yoğunluğunu koruyan sistemin devreye girmesiyle beraber artan yoğunluğun

sıcaklığın etkisiyle difüzyona başladığını göstermektedir. Konveksiyonsuz bölgede


ya doğru azalan eğimde bir miktar değişim oluşturmuştur. En üst kesimde yoğunlu-

ğun 1000 kg/m3’ den 1020 kg/m3 çıkmasıyla %2 ‘lik bir artış meydana gelmiştir..

Bu eğimin bozulmaması ve korunması gerekmektedir. Çünkü depolama bölgesindeki


95


yen yüksek geçirgenlik özelliğine sahip saydam bir bölgedir.

Şekil 7.24.09.08.2010 tarihinde sıcaklığın derinliğe göre değişimi


bölgesinin sıcaklığı tabandan yukarıya doğru artış göstermesi beklenen bir durum

değildir. Tabanda sıcaklık 40 °C iken depolama bölgesinin üst kısmında 44°C olarak

ölçülmüştür. Bu haftada da ışık şiddetinin biraz daha yoğun olduğu gözlemlenmekte-

dir. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı arasındaki sıcaklık farkının biraz fazla

olması ışığın depolama bölgesinin üst kısmından biraz daha kırılarak sıcaklıkların

birbirinden uzak olmasına neden olmuştur. Ancak sıcaklığın 40 ° ‘ler de kalmasının

en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kirliliğin olduğunu göstermekte-

dir.


96


Şekil 7.25 ’de görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunun yo-

ğunluğa bağlı olarak % geçirgenlikleri sırasıyla, üst konveksiyonlu bölgede %100-

99, konveksiyonsuz bölgenin 1., 2., 3., 4. ve 5. tabakalarının yoğunluğu sırasıyla,

1020 kg/m3, 1066 kg/m3, 1100 kg/m3, 1153 kg/m3 ve 1175 kg/m3 geçirgenlikleri ise

sırasıyla, %100-98, %99-97, %99-97, %98-89 ve %85-63 olduğu görülmektedir.

Depolama bölgesinde 1., 2., 3. ve 4. tabakalarının yoğunlukları sırasıyla, 1180 kg/m3,

1181 kg/m3, 1183 kg/m3 ve 1183 kg/m3 dir. Geçirgenlikleri ise sırasıyla, %54-81,

%57-81, %57-80 ve %80-53 olduğu görülmektedir. Şekil 7.25’de ise havuz içinden

alınan ilk örneklerde üst ve konveksiyonsuz bölgede %63-99 dir. Depolama bölge-

sinde ise %53 ile %81 arasında değişmektedir. Şekil 7.24’ deki depolama bölgesin-

deki sıcaklık farkı, yeteri kadar güneş enerjisinin depolama bölgesine tamamına ula-

şamaması sonucunu doğurmaktadır. Dolayısıyla, optik özellikleri bozulan suyun


97

özellikle depolama bölgesini oluşturan tabakalarda geçirgenliklerinin önemli ölçüde

azalmasına sebep olduğu ve özellikle üst tabakalarda görünür bölgenin 400 nm dalga

boyunda % geçirgenliklerin %50-60’lara kadar düştüğü görülmüştür. Bu da depola-

ma bölgesinde tabakalar arası sıcaklığın en fazla 5-6 °C ’e kadar yükselmesine neden

olmuştur.


Şekil 7.26’daki yoğunluk dağılımı profilinden görüldüğü gibi, depolama bölge-


Fakat üst konveksiyonsuz bölgenin yoğunluğunu 1175 kg/m3 ‘ten 1171 kg/m3’e dü-

şürmüştür. Bunun tuz difüzyonundan kaynaklandığını düşünmekteyiz. Tuz yoğunlu-

ğunu koruyan sistemin devreye girmesiyle beraber artan yoğunluğun sıcaklığın etki-

siyle difüzyona başladığını göstermektedir. Konveksiyonsuz bölgede (80-180 cm)

yoğunluğun biraz daha yükselmesine sebep olmuştur. Aşağıdan yukarıya doğru aza-

lan eğimde bir miktar değişim oluşturmuştur. (180-20) arasındaki en üst kesimde

yoğunluğun 1000 kg/m3’ den 1020 kg/m3 çıkmasıyla %2 ‘ lik bir artış meydana

gelmiştir. Ancak bu eğim hemen hemen korunmuştur. Bu eğimin bozulmaması ve


98

korunması gerekmektedir. Çünkü depolama bölgesindeki ısının, konveksiyonla üst

bölgeye (180-200 cm) oradan da atmosfere kaçmasını önleyen yüksek geçirgenlik

özelliğine sahip saydam bir bölgedir.





kısmında 44°C olarak ölçülmüştür. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı arasın-

daki sıcaklık farkının daha az olması ışığın depolama bölgesinin üst kısmından biraz

az kırılarak sıcaklıkların birbirine yakın olmasına sağlamıştır. Ancak sıcaklığın 40 °

de kalmasının en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kirliliğin olduğunu

göstermektedir.


99


Şekil 7.28 ’de görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğun-

luğa bağlı olarak % geçirgenlikleri üst konveksiyonlu bölgede %99-100, konveksi-

yonsuz bölgenin 1., 2., 3., 4. ve 5. tabakalarının yoğunluğu sırasıyla, 1023 kg/m3,

1069 kg/m3, 1100 kg/m3, 1151 kg/m3 ve 1171 kg/m3 dir. Geçirgenlikleri ise sırasıyla,

%99-100, %97-99, %90-97, %88-97 ve %58-82 olduğu görülmektedir. Depolama

bölgesinde ise yoğunluklar sırasıyla, 1171 kg/m3, 1180 kg/m3, 1181 kg/m3 ve 1181

kg/m3, geçirgenlikleri ise sırasıyla, %57-71, %52-72, %53-72 ve %55-71 olduğu

görülmektedir. Şekil 7.28’de ise havuz içinden alınan ilk örneklerde üst ve konveksi-

yonsuz bölgede %58-99 dur. Depolama bölgesinde ise %53-71 arasında değişmekte-

dir. Dolayısıyla, optik özellikleri bozulan suyun özellikle depolama bölgesini oluştu-

ran tabakalarda geçirgenliklerinin önemli ölçüde azalmasına sebep olduğu ve özellik-

le de üst tabakalarda görünür bölgenin 400 nm dalga boyunda % geçirgenliklerin


100

%50-60’lare kadar düştüğü görülmüştür. Alt tabaklarda geçirgenlik daha yüksek ol-

duğundan sıcaklığın düşmesi beklenmektedir. Düşen sıcaklıkla beraber difüzyon

azalmış ve havuzun alt kısmında bir konvektif harekette azalmış ve depolama bölge-

sinde tabakalar arası sıcaklığın 5 °C’ olmasını neden olmuştur.


Şekil 7.29’daki yoğunluk dağılımı profilinden görüldüğü gibi, depolama bölge-


Fakat üst konveksiyonsuz bölgenin yoğunluğunu 1171 kg/m3 ‘dan 1170 kg/m3’ e

düşmüş yani yoğunluk hemen hemen sabit kalınmıştır. Tuz yoğunluğunu koruyan

sistemin devreye girmesiyle beraber artan yoğunluğun sıcaklığın etkisiyle difüzyona

başladığını göstermektedir. Konveksiyonsuz bölgede (80-180 cm) yoğunluğun biraz

daha yükselmesine sebep olmuştur. Aşağıdan yukarıya doğru azalan eğimde bir mik-

tar değişim oluşturmuştur. (180-20) arasındaki en üst kesimde yoğunluğun 1000

kg/m3’ den 1020 kg/m3 çıkmasıyla %2 ‘ lik bir artış meydana gelmiştir.


101


Şekil 7.30’daki sıcaklık dağılımı profillerinden görüldüğü gibi, depolama

bölgesinin (0-80 cm) sıcaklığı tabandan yukarıya doğru artış göstermektedir. Bu bek-

lenen bir dağılım değildir. Tabandan sıcaklık 40 °C iken depolama bölgesinin üst

kısmında 44.5 °C olarak ölçülmüştür. Bu haftada da ışık şiddetinin biraz daha yoğun

olduğu gözlemlenmektedir. Depolama bölgesinin üst kısmı ile tabanı arasındaki sı-

caklık farkının biraz fazla olması ışığın depolama bölgesinin üst kısmından biraz

daha kırılarak sıcaklıkların birbirinden uzak olmasına neden olmuştur. Ancak sıcak-

lığın 40 °C ’ler de kalmasının en büyük sebebinin depolama bölgesinde ciddi bir kir-

liliğin olduğunu göstermektedir.


102


Şekil 7.31 ’de görünür bölgenin en düşük ve en yüksek dalga boyunda yoğun-

luğa bağlı olarak % geçirgenlikleri üst konveksiyonlu bölgede %99-100 dir. Konvek-

siyonsuz bölgenin 1., 2., 3., 4. ve 5. Tabakalarının yoğunluğu sırasıyla, 1021 kg/m3

1061 kg/m3, 1100 kg/m3, 1151 kg/m3 ve 1170 kg/m3 dir. Geçirgenlikleri ise sırasıyla,

%99-100, %97-100, %94-98, %91-97 ve %61-82 olduğu görülmektedir. Depolama

bölgesinin yoğunlukları sırasıyla, 1180 kg/m3, 1180 kg/m3, 1180 kg/m3 ve 1181

kg/m3 dir. Geçirgenlikleri ise sırasıyla, %70-48, %72-50, %,70-47 ve %70-45 olduğu

görülmektedir. Şekil 7.31’de havuz içinden alınan ilk örneklerde üst ve konveksiyon-

suz bölgede %61-99 ve depolama bölgesinde ise, %45-70 arasında değişmektedir.

Şekil 7.30’deki depolama bölgesindeki sıcaklık farkı, yeteri kadar güneş enerjisinin

depolama bölgesine tamamına ulaşamaması sonucunu doğurmaktadır. Dolayısıyla,

optik özellikleri bozulan suyun özellikle depolama bölgesini oluşturan tabakalarda


103

geçirgenliklerinin önemli ölçüde azalmasına sebep olduğu ve özellikle de 80-100 cm

deki tabakalarda görünür bölgenin 400 nm dalga boyunda % geçirgenliklerin %45-50

’lere kadar düştüğü görülmüştür. Yoğunluğun düşmesiyle beraber kirliliğin üst taba-

kalardan aşağıya doğru hareket ettiği kanısındayız. Alt tabaklarda geçirgenlik daha

yüksek olduğundan sıcaklığın düşmesi beklenmektedir. Düşen sıcaklıkla beraber

difüzyon azalmış ve havuzun alt kısmında bir konvenksiyonal harekette azalmış ve

depolama bölgesinde tabakalar arası sıcaklığın 4,5 °C olmasını neden olmuştur.


104

8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Ayhan ATIZ

105

8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Güneş havuzlarının enerji kaynağı güneştir. Güneş enerjisi, yenilenebilir ve

sonsuz bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi ışınım olarak yeryüzüne ulaşmaktadır.

Güneş ışınımı yeryüzüne ulaşmadan önce atmosferde yansımaya, soğurulmaya,

saçılmaya ve geri kalan kısmı da atmosferden geçerek yeryüzüne ulaşır. Yeryüzüne

ulaşan güneş ışığını ısı enerjisine dönüştürebilen çeşitli sistemler bulunmaktadır. Bu

sistemlerden birisi de güneş havuzlarıdır. Güneş havuzlarıyla düşük sıcaklıklarda ısı

enerjisi elde etmek ve depolamak mümkündür. Fakat bu sistemler düşük verimli

sistemlerdir. Bu güneş enerjisi sistemini oluşturan sistem bileşenlerinden

kaynaklanmaktadır. Bu nedenle bileşenlerin iyi seçilmesi ve temiz olması

gerekmektedir. Güneş havuzlarının en önemli bileşenlerinin başında da iç bölgeleri

oluşturan farklı yoğunluklarda ve farklı kalınlıklarda tuzlu su tabakaları gelmektedir.

Bu bölgeler; üst konveksiyonlu bölge, konveksiyonsuz bölge ve depolama bölgesidir.

Üst konveksiyonlu bölge temiz su bölgesidir. Yüzeye gelen ışığın uzun dalga boyuna

karşılık gelen kısmı burada soğurulur. Işığın görünen bölümüne karşılık gelen kısmı

ise yansımaya, soğurulma ve geçerek konveksiyonsuz bölgeye ulaşır.

Konveksiyonsuz bölge, havuzun tabanına doğru farklı yoğunluklarda ve kalınlıklarda

tuzlu su tabakalarıdır. Bu bölgeye gelen ışığın önemli bir bölümü buradaki farklı

yoğunluk ve kalınlıklarda tabakalar tarafından yansıtılmakta, soğurulmakta ve geri

kalan kısmı ise tabakalardan geçerek depolama bölgesine ulaşmaktadır. Depolama

bölgesi en yoğun tuzlu su bölgesidir. Havuz yüzeyine gelen güneş ışığının geri kalan

kısmı burada soğurularak ısı enerjisi biçiminde toplanmakta ve depolanabilmektedir.

Depolama bölgesine gelen güneş ışığı depolama bölgesine gelinceye kadar tuzlu su

tabakalarında enerjisinin önemli bir kısmını kaybetmiştir. Bu kayıplar güneş havuzu

sisteminin verimi önemli ölçüde etkilemektedir. Bu nedenle, güneş havuzunun en

önemli bileşenlerinden olan tuzlu su tabakalarının optik özelliklerinin belirlenmesi

ile güneş enerjisi ile çalışan sistemlerinin verimleri üzerindeki etkilerinin

belirlenmesi mümkün olacaktır. Buradan elde edilecek sonuçlar göre de sistem

bileşenlerinin modellerin sunulması mümkün olacaktır.


106

Şekil 8.1. Farklı miktarlarda tuz içeren suyun geçirgenliği

Şekil 8.2. Farklı miktarlarda kirlilik içeren suyun geçirgenliği


107

Şekil 8.3. Farklı tabakaların farklı dalga boyunda 10 haftalık ortalama geçirgenliği

Şekil 8.4. Farklı tabakaların tabandan itibaren tabakaların 10 haftalık ortalama

sıcaklık dağılımları


108

Havuzdan aldığımız tuzlu suları içine koyduğumuz 150 ml ’lik plastik şişeleri

temizleyip içine temiz su koyduktan sonra içine kirlilik ve tuz ekleyerek hangisinin

geçirgenliği daha çok etkilediğini kıyaslamak istedik. Şekil 8.1 ve Şekil 8.2’ye

baktığımızda ortaya şaşırtıcı derecede büyük miktarda fark çıktığını gördük. Kirlilik

için sırasıyla 0.2gr/150ml %66 ‘ a kadar 0.4gr/150ml %45’ e kadar 0.6gr/150ml

%32’ye kadar 0.8 gr/150ml %21’e kadar geçirgenliği düşürdüğü görülüyor. Tuz için

4gr/150ml %95’e kadar 8gr/150ml %87’e kadar 12gr/150ml %88’e kadar

16gr/150ml %87’e kadar 20gr/150 ml %85’e kadar geçirgenliği düşürdüğünü

gördük. Bu da bize tuz oranını kirliliğe göre 10 ile 20 kat daha fazla koyduğumuzda

halde kirliliğin suyun geçirgenliği üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olduğunu

gösteriyor. Havuzdan aldığımız numunelerinin geçirgenliğine bakarken kirli olan

plastik şişelerin numunelerin daha fazla geçirgenliği düşürdüğü görülmüştür.

Havuzun üst konveksiyonlu bölgesi ile konveksiyonsuz bölgenin depolama bölgesine

göre daha çok ışığı geçirmesinin sebebi çok daha az kirli olmalarından

kaynaklanmaktadır. Bunu Şekil 8.3 ‘de on haftalık ortalamada da görmekteyiz.

Havuzun üst kısmının ve konvektif olmayan bölgenin ışığın geçirgenliğini

etkilemediğini ama depolama bölgesinin geçirgenliği çok daha fazla düşürdüğü

görülmektedir. Havuz suyu doldururken depolama bölgesindeki su daha önce başka

bir havuzda kullanılmış sudan alınmıştır. Bu da suyun içinde zamanla kirliğin artığı

bilinmekle beraber havuz içerisindeki suyun demiri çözdüğünü ve suyun içerisinde

yoğun miktarda bir kirliliğin oluştuğu kanısındayız. Üç ay içerisinde bile havuzun

geçirgenliğin %70’lerden %45’lere kadar düştüğü görülmektedir. Bu da havuzda

oluşan kirliliğinin daha çok depolama bölgesinde toplandığını ve bu yüzden havuzun

depolama bölgesinde geçirgenliğin daha çok düştüğü kanısındayız. Fakat tuz

difüzyonuyla beraber artan yoğunluk kirliliğin hemen hemen aynı olan yoğunluklu

tabaklarda bir difüzyon oluşturulduğu da görülmüştür. Ve geçirgenlik değerlerinin

farklı farklı olmasının sebebini havuzun içerisindeki kirliliğin homojen olmadığını

göstermektedir. Özellikle depolama bölgesinde bu kirliliğin bir konveksiyonel

harekete sahip olduğu kanısındayız. Şekil 8.4 ’deki tabakaların 10 aylık sıcaklık

dağılımlarından görüldüğü gibi depolama bölgesinin üst bölümündeki kirlikler

sebebiyle güneş ışınlarının önemli bir bölümünü burada soğurulduğu görülmüştür.


109

Soğurulan ışınlar sıcaklık artışına neden olduğu saptanmıştır. Bu sonuçlar bize eğer

bir güneş havuzunda daha fazla enerji toplanmak isteniyorsa mutlaka havuzun

suyunun ve kullanılan tuzun temiz olması gerekmektedir. Böylece havuz daha uzun

zamanda kirlenecek ve havuzdan daha uzun süre faydalanılabilecektir. Havuzun

verimliliğini etkileyen en önemli etkeninin kirlilik olduğu belirlenmiştir.


110

111

KAYNAKLAR

AFEEF, M. and MULLETT, L.B., 1989. Solar Transmission in Salt Solutions with

Reference to Solar Ponds Solar & Wind Technology, 6, 1, 1-9.

AMERICAN SOCIETY OF LIMNOLOGY ANDOCEANOGRAPHY, INC., 1991.

Absorption and Scattering Estimates From Irradiance Measurements, Monte

Carlo Simulations. Lmnol. Oceanogr., 36 4, 769-777.

ANGELI, C., and LEONARDI, E., 2004. A One Dimensional Numerical Study of

the Salt Diffusion in a Salinity-Gradient Solar Pond. International Journal of

Heat and Mass Transfer, 47, 1-10.

BEZİR, N.Ç., ŞENCAN, A., ÖZEK N., YAKUT, A.K., KAYALI, R., VE

DİKMEN, E., 2008. Deneysel Tuz Gradiyentli Prototip Bir Güneş

Havuzunun Isıl Performansı, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık

Fakültesi Dergisi, Cilt 23, Sayı 2, 405-411.

,2008. DÖNMEZ, O., KAYALI, R., OZEK, N., Numerical And

Experimental Analysis of a Salt Gradient Solar Pond Performance With or

Without Reflective Covered Surface.Applied Energy , 85, 1102-1112.

BRYANT, H.C., and COLBECK, I., 1977. A Solar Pond for London. Solar Energy,

19, 321.

CENGEL, Y. A and ÖZİŞİK , M. N., (1984) Solar Radiation Absorption in Solar Ponds, Solar Energy, 33, 6, 1984, 581-591.

DEMİRDÖVER, A., 1995. İzmir Bornova koşullarında güneş havuzlarının deneysel

Araştırılması. İzmir Güneş Enerjisi Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İzmir.

DUFFIE, J. and BECKMAN, W.A., 1980. Solar Engineering of Thermal Proceses.

John Wiley and Sons, New York, 71.

EMRUMİYE A., 2007. Suyun Hidrojen Bağı ve Özellikleri. Ç.Ü. Fen Bilimleri

Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana.

GAR, H.P., 1985. Solar Ponds-As an Energy Storage Device. Workshop on the

Physics of Non-Convectional Energy Sources and Material Science for

Energy, Trieste, Italy.

112

HAWLADER, M.N.A. and BRINKWORTH, B. J., 1981. An Analysis of the Non-

Convecting Solar Pond. Solar Energy, 27, 3, 195-204.

HUOVİNEN, P.S. H. PENTTİLEA , M.R. SOİMASUO., 2003. Spectral Attenuation

of Solar Ultraviolet Radiation in Humic Lakes in Central Finland.

Chemosphere. 51, 205–214.

HUSAİN M., S.R. PATİL, P.S. PATİL, S.K. SAMDARSHİ..2004. Simple Methods

for Estimation of Radiation Flux in Solar Ponds. Energy Conversion and

Management, 45 ,303–314.

HULL, J.R.,(1980). Computer simulation of Solar Pond Thermal Behaviour. Solar

Energy, 25, 33-40.

İSKENDER, A., 2010. Güneş Havuzlarının Termodinamik Özelliklerinin

İncelenmesi. Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana.

JOHN T.O. KİRK., 1988. Effect of Scattering and Absorption on Solar Pond

Efficiency. Solar Energy, 40, 2, 107-116.

KARAKILÇIK, M., 1992. Yalıtımlı ve Yalıtımsız Güneş Havuzlarının

Performansını Etkileyen Etmenler. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova

Üniversitesi, Adana.

, 2006. DİNCER, İ., and ROSEN, M.A., Performance Investigation of a Solar

Pond. Applied Thermal Engineering, 26, 727-735.

, 2005. KIYMAÇ, K., and DİNCER, İ., Experimental and Theoretical

Temperature Distributions in a Solar Pond. International Journal of Heat and

Mass Transfer, 49, 825-835.

KAYALI, 1992. Yalıtımlı ve Yalıtımsız Güneş Havuzlarının Çukurova Bölgesi

Şartlarında Ekonomik Analizi, Güneş Enerjisi Enstitüsü Dergisi, 1, (4), 95-

101

KAMİL B. VARINCA ve M. TALHA GÖNÜLLÜ., 2006. Türkiye’de Günes

Enerjisi Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve

Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma. 1. Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi

Kongresi, 21-23 Haziran 2006, ESOGÜ, Eskişehir.

113

KURT, H., HALICI, F., and BINARK, A.K., 2000. Solar Pond Conception –

Experimental and Theoretical Studies. Energy Conversion & Management

41, 939-951.

, 2004. OZKAYMAK, M., and BINARK, A.K., Experimental and Numerical

Analysis of Sodium-Carbonate Salt Gradient Solar-Pond Performance

Under Simulated Solar-Radiation, 83, 324-342.

, 2000. Güneş Havuzlarında Güneş Enerjisinin Toplama ve Depolama

Karakteristiklerinin Deneysel ve Teorik Olarak İncelenmesi, M.Ü. Fen

Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İstanbul.

KANAYAMA, K., Lİ, XY., BABA, H. and ENDOH, N., 1997. Conventional

Equation For Calculation of Total Transmittance of Nacl Water Solution

Used To Solar Pond. J of Thermophysical Properties, 11, 34-8 (in

Japanese).

Lİ, XY., KANAYAMA, K, BABA, H., 2000. Spectral Calculation of The Thermal

Performance of a Solar Pond And Comparison of The Results with

Experiments. Renewable Energy 20, 371-387.

Lİ NAN, FANG YİN B, WENCE SUN, CAİHONG ZHANG, YUFENG SHİ., 2010.

Turbidity Study of Solar Ponds Utilizing Seawater As Salt Source. Solar

Energy. 84, 2, 289–295.

MOREL, A., GENTİLİ, B., CLAUSTRE, H., BABİN, M., BRİCAUD, A., RAS, J.

and TIECHE, F., 2007. Optical Properties of the ‘‘Clearest’’ Natural Waters

American Society of Limnology and Oceanography., 52 (1), 217–229.

OUNI, M., GUIZANI, A., and BELGUITH, A., 1998. Simulation of The Behaviour

of a Salt Gradient Solar Pond in Tunisia. Renewable Energy 14, 69-76.

RABL, A., and NIELSEN, C.E., 1975. Solar Ponds for Space Heating. Solar Energy,

17, 1, 1-2.

RAYMOND C.S. and KAREN, S.B., 1981. Optical Properties of The Clearest

Natural Waters. Applied Optics, 20, 2, 177-184.

REDDY, T.A., JUMPA, S., and SAUNIER, G.Y., 1986. Effective Daily Mean

Position of The Sun for Solar Ponds. Solar Energy, 37, 1, 75-77.

114

ROTHMEYER, M. 1980. The Soret Effect and Salt-Gradient Solar Ponds. Solar

Energy, 25, 567-568.

MANTAR S., 2010. Yalıtımlı Silindirik Model Bir Güneş Havuzunun Matematiksel

Modellemesi. Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi Adana

USMANOV, Y., ELISEEV, V., and UMAROV, G.Y.,1971. On the Optical

Properties of a Solar Pond. Applied Solar Energy, 7, 78-81

TABOR, H., 1981. Solar Ponds. Solar Energy, 27, 3, 181-194.

TSILINGIRIS, P. T., (1990), Effect of Salinity-Concentration Gradient on Radiation

Transmission İn Salt-Gradient Ponds. Applied Energy, 35, 2, 125-133.

,1988, An Accurate Upper Estimate for The Transmission of Solar Radıatıon

in Salt Gradient Ponds. Solar Energy, 40, 1, 41-48.

VISKANTA, R. and TOOR. J. S., 1978. Absorption of Solar Radiation in Ponds.

Solar Energy, 21, 1, 17-25.

WANG, Y.F., and AKBARZADEH, A., 1983. A Parametric Study on Solar Ponds.

Solar Energy, 30, 6, 555-562.

WANG, J. and J.SEYED-YAGOOBI, J., 1994. Effects of Water Turbidity And Salt

Concentration Levels on Penetration of Solar Radiation Under Water. Solar

Energy. 52, 5, 429-438.

,1995 Effect of Water Turbidity on Thermal Performance of a Salt-Gradient

Solar Pond. Solar Energy, 54, 5, 301-308.

WERNET,P., NORDLUND, D., BERGMANN, U., OGASAWARA, H.,

CAVALLERİ, M., NÄSLUND, L. Å., HİRSCH, T. K., OJAMÄE, L.,

GLATZEL, P., ODELİUS,M.,PETTERSSON,L.G.M. and NİLSSON, A.,

2004, The Structure of The Firstcoordination Shell in Liquid Water,

Science. 304, 995.

115

http://www.teias.gov.tr/eBulten/makaleler/yenilenerj/yenilenebilirenerj.htm

http://www.kuresel-isinma.org/kuresel-isinma/sera-etkisi-ve-kuresel-isinma.html

www.gesk.yildiz.edu.tr

www.eie.gov.tr

http://www.eie.gov.tr/turkce/YEK/gunes/tgunes.html

http://www.yildiz.edu.tr/~okincay/dersnotu/gunesbacalari.pdf

http://tr.wikipedia.org

http://eosweb.larc.nasa.gov

http://www.izocam.com.tr/izocam/Urunler/Cam-Yunu.aspx

http://www.teias.gov.tr/eBulten/makaleler/yenilenerj/yenilenebilirenerj.htm

http://www.kuresel-isinma.org/kuresel-isinma/sera-etkisi-ve-kuresel-isinma.html

http://www.gesk.yildiz.edu.tr

http://www.eie.gov.tr

http://www.eie.gov.tr/turkce/YEK/gunes/tgunes.html

http://www.yildiz.edu.tr/~okincay/dersnotu/gunesbacalari.pdf

http://tr.wikipedia.org

http://eosweb.larc.nasa.gov

http://www.izocam.com.tr/izocam/Urunler/Cam-Yunu.aspx

116

117

ÖZGEÇMİŞ

1983 yılında Bingöl’de doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini Adana’da

tamamladı. 2000 yılında Selçuk Üniversitesi Fizik Öğretmenliği bölümünü kazandı.

Aynı bölümden 2005 yılında mezun oldu. 2009 yılında Çukurova Üniversitesi Fizik

bölümünde yüksek lisans eğitimine hak kazandı. 2010 yılında yüksek lisans

derslerinde başarı sağlayarak tez çalışmasına başladı. Çukurova Üniversitesi Fen

Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalında Yüksek Lisans öğrenimine halen devam

etmektedir.

Documents

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ · 2019-05-10 · Yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmanın hazırlanması süresince,