GÜNEŞ ENRJİSİ SİSTEMLERİ VE SİSTEM VERİM ARTTIRMA ÇALIŞMASI .: Makina Mühendisi

İÇİNDEKİLER

BÖLÜM 1. GÜNEŞ ENERJİSİ VE TEKNOLOJİLERİ…………………..…..…1
1.ISIL GÜNEŞ TEKNOLOJİLERİ…………………………………………………..1
1.1.Düşük Sıcaklık Sistemleri ……………………………………………..…1
1.1.1.Düzlemsel Güneş Kollektörleri……………………………..…..1
1.1.2.Vakumlu Güneş Kollektörleri…………………………..………2
1.1.3.Güneş Havuzları………………………………..……………….3
1.1.4.Güneş Bacaları ……………………………………………..…..3
1.1.5.Su Arıtma Sistemleri……………………………..……………..3
1.1.6.Güneş Mimarisi……………………………………..…………..4
1.1.7.Ürün Kurutma ve Seralar……………………………….………4
1.1.8.Güneş Ocakları……………………………………….………....5
1.2.Yoğunlaştırıcı Sistemler ………………………………………….……....5
1.2.1.Parabolik Oluk Kollektörler…………………….……………....5
1.2.2.Parabolik Çanak Sistemler…………………………….………..6
1.2.3.Merkezi Alıcı Sistemler……………………………….………..7
1.3.Güneş Kollektörlü Sıcak Su Sistemleri……………………………….….7
1.3.1.Tabii Dolaşımlı Sistemler…………………………….………...8
1.3.2.Pompalı Sistemler…………………………….………………...8
1.3.3.Açık Sistemler……………………………….………………….9
1.3.4.Kapalı Sistemler………………….……………………………..9
1.3.5.Düzlemsel Güneş Kollektörleri……………………….………...9
BÖLÜM. 2 YOĞUNLAŞTIRICI GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ...............15
1.YOĞUNLAŞTIRICI SİSTEMLERİN ÖZELLİKLERİ…………………..………15
1.1.Doğrusal Yoğunlaştırıcılar………………………………………………15
1.2.Noktasal Yoğunlaştırıcılar………………………………………………16
2.YOĞUNLAŞTIRICI SİSTEMLER İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ………………...17
2.1.Güneş Termal Güç Santrallerinin Tasarım İlkeleri………………….….18
2.2.Güneş Enerjisi ve iklim Değerlendirmesi…………………………….....18
2.3.Uzun Dönem Performans Değerlendirmesi…………………………..…19
2.4.İzleme Modülünün Seçimi……………………………………………....19
2.5.Parametrelerinin Optimizasyonu……………………………………..….19
2.6.Isı Transfer Yağının Seçimi ……………………………………..……..19
2.7.Basınç Düşmesi……………………………………………………...…..20
2.8.Boru Boyutlandırması………………………………………………..….20
2.9.Kapasite Seçimi………………………………………………..………...21
2.10.Korozyon…………………………..…………………………………...21
3.PARABOLİK OLUK KOLLEKTÖRLERLE ELEKTRİK ÜRETİMİ………...…21
3.1.Dünyadaki Uygulamaları…………………………………………..……23
3.1.1.SEGS Santrallerinin Ekonomisi……………………..………...25
4.PARABOLİK ÇANAK KOLLEKTÖRLER…………………………...…………26
5.MERKEZİ ALICI GÜÇ SANTRALLERİ…………………………..……………26
5.1.Dünyadaki Uygulamaları…………………………………………..……………27
……………….……..…29
BÖLÜM 3. GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİNİN BUHAR KAZANLARINDA
ÖN ISITMA OLARAK KULLANILMASI
1. SICAK SU SİSTEMLERİ…………………………………………………..……29
BÖLÜM 4. GÜNEŞ IŞINIMI..................................................................................31
1.ELEKTROMANYETİK IŞINIM, IŞIK VE ISI BOYUTU………………….…...34
1.1.Güneş Enerjisinin Spektral Analizi……………………………….…….35
1.2.İklim Kontrolü ve Cam……………………………………….………...35
1.3.Pencerelerden Güneş Isısı Girişinin Sınırlanması……………….……...36
1.4.Isı Yalıtımı ve Cam……………………………………………………..37
1.5. Low-E Kaplamaların Kış Kullanımı……………………….…………...38
1.6. Low-E Kaplamaların Yaz Kullanımı……………..…………………….39
1.7. Çok İklimli Coğrafyalar için Çok Amaçlı Çözümler……………….…..41
1.8. Tek Kaplamalı Çok Amaçlı Çözümler………………………………….41
1.9. Çift Kaplamalı Çok Amaçlı Çözümler…………………...……………..42
1.9.1. Giydirme Cepheler İçin Uygun Çözümler…………….….......42
BÖLÜM 5. GÜNEŞ PİLLERİ ( FOTOVOLTAİK PİLLER ) ………….……..44
1.GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPIMINDA KULLANILAN MALZEMELER …..…...46
1.1.Kristal Silisyum……………………………..…………………………...46
1.2.İnce Film ………………………………………………..……………....46
1.2.1.Amorf Silisyum……………………………………………..…46
1.2.2..Kadmiyum Tellürid (CdTe)……………………………..……47
1.2.3.Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2)……………………….….47
1.2.4.Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler ………………………….…....47
2.GÜNEŞ PİLİ SİSTEMLERİ ……………………………………………….….….47
3.DÜNYADA KULLANIM…………………………………….……………….….49
4.GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPISI VE ÇALIŞMASI……………………….……….50
5. GÜNEŞ PİLLERİNİN MİMARİYE ENTEGRASYONU…………….………...52
6. GÜNIŞIĞINDAN AKTİF YARARLANMA …………………….……….…….53
BÖLÜM 6. GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ PROJELERİ…………..……………54
1.GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ TEST STANDI ……………………..…………….54
2.VAKUMLU GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİNİN ISITMA VE SOĞUTMADA KULLANILMASININ ARAŞTIRILMASI………………………..……………….54
3.PROJELENDİRME……………………………..………………………………...55
BÖLÜM 7. GÜNEŞ PİLİ PROJELERİ ………………………………..………..57
1.GÜNEŞ PİLİ AYDINLATMA BİRİMLERİ ………………………………..…...57
2.GÜNEŞ PİLİ SU POMPAJ SİSTEMİ …………………………………...……….58
3.MOBİL PV SİSTEMİ …………………………………..………………………...58
4.GÜNEŞ PİLİ TRAFİK İKAZ SİSTEMİ …………………………..……………..59
5.ŞEBEKE BAĞLANTILI PV SİSTEMİ ……………………..……………………59
BÖLÜM 8. GÜNEŞ ENERJİSİ GÖZLEM İSTASYONU PROJESİ……..…... 60
BÖLÜM 9. GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ÇALIŞAN ISI ENERJİSİ DEPOLAMA
SİSTEM TASARIM VE ANALİZİ…………….…………..……….61
1. PROJE HAKKINDA BİLGİLER……………………………………………..….61
1.1.Projenin amacı ve önemi ………………………………………………..61
2.KOLLEKTÖR VE BOYLER YERİ…………………………………………..…..61
2.1.Montaj Yön ve Açısı………………………………………………..…...64
2.2.Sistem Çalışma Şemaları…………………………………………….….65
2.2.1.Tek Kolektörlü…………………………………………….…..65
2.2.2.Çift Kolektörlü…………………………………………….…..65
2.2.3.Boyler Özellikleri……………………………………….….….66
BÖLÜM 10. UYGULAMA ÖRNEKLERİ
1.GÜNEŞ PİLİ UYGULAMALARI………………………………………………..68
2.ISITMA SİSTEMLERİ UYGULAMALARI..……………………………………69..........................................................................................................71
KAYNAKLAR

ÖNSÖZ
Günümüzde doğal enerji kaynaklarından yararlanma biçimi enerji kaynaklarının giderek azalması ve dünya politikasındaki değişimler nedeniyle çok değişik boyutlara ulaşmıştır. Ülkemiz güneşten yararlanma olanakları açısından çok elverişli bir konumdadır.
Hızlı kentleşme, endüstrileşme ve nüfus artışının getirdiği enerji kullanım artışı, artık değişik enerji biçimlerini kullanmaya zorlamaktadır. Güneş enerjisi bu arayış içerisinde, ele alınan ve üzerinde yoğun araştırmalar yapılan bir enerji kaynağı olarak ortaya çıkmaktadır. En iyi enerji kaynağı tükenmeyen ve aynı zamanda bedava olan güneş enerjisidir. Artık dünyanın gelişmiş ülkelerinde bu enerji kaynağından nasıl faydalanılacağı, nasıl depo edileceği araştırılmaktadır. Bu enerji ile elektrik üretimi, ısıtma, damıtma, kurutma, soğutma vb. gibi olaylar gerçekleştirilmektedir. Son yıllarda güneş enerjisi ile çalışan otomobiller yapılmaktadır.
Dünya için sonsuz bir enerji kaynağı kabul edilen güneşten, bir yılda dünyaya aktarılan enerji, dünyadaki mevcut kömür rezervlerinin enerjisinin 150 katından fazladır. Bu temiz ve tükenmez enerji kaynağından olabildiğince yararlanma fikri, son yıllarda ülkemizin de bulunduğu 45° kuzey ve güney enlemleri arasında yer alan ve “Güneş Kuşağı” denilen ülkeler başta olmak üzere, bütün dünyada ilgi çekmiştir.
Gerçekte, bütün enerji kaynakları güneşten türemiştir. Yaygın olarak kullanılan fosil yakıtlar, çağlar önce güneşten aldıkları enerji sayesinde karakteristiklerini değiştirmişler ve bugünkü kullanılır şekillerini almışlardır. Fosil yakıtların bulunmasıyla birlikte kullanımları öyle hızlı bir şekilde artmıştır ki, çok yakın bir gelecekte bitirilmeleri söz konusudur. Bu nedenle, enerji ihtiyaçlarımızın büyük bir bölümünü, depolanmış enerji kaynaklarından değil, güneşten elde etmeye, mümkün olduğu kadar kısa zamanda başlamalıyız.
Gİ
RİŞ
Güneş ışınımı asırlardan beri yeryüzüne geldiği halde bilinçli faydalanmaya başlanması oldukça yenidir. Kaynaklara göre, ilk defa Sokrat (M.Ö.400), evlerin güney yönüne fazla pencere koyarak güneş ışığının içeri girmesini ve kuzey tarafını yüksek yaparak rüzgarın önlenmesi gerektiğini belirtmiştir. Arschimed’in (M.Ö.250) iç bükey aynalarla güneş ışığını odaklayarak Sirakuzayı kuşatan gemileri yaktığı iddia edilmektedir. Güneş enerjisi konusundaki çalışmalar 1600 yılında Galile’nin merceği bulmasıyla artmıştır. İlk defa Fransa’da 1725’de Belidor tarafından güneş enerjisiyle çalışan bir pompa yapılmıştır.
Fransız bilim adamı Mouchot 1860’da parabolik aynalar yardımıyla güneş ışınımını odaklamış ve küçük bir buhar makinesi yapmış, güneş pompaları ve güneş ocakları üzerinde deneyler yapmıştır. Güneş enerjisi ile ilgili ilk kitapta 1869’da “La Chaleur Solaire et Aplication Industrielles” ismiyle Nouchot tarafından hazırlanmıştır. Mouchot 1878 yılında ilk defa güneş enerjisi ile çalışan bir soğutucuda bir blok buz üretmeyi başarmıştır.
Güneş enerjisi ile ilk çalışan, iş yapan akışkanın hava olduğu bir makine 1868’de Ericsson tarafından geliştirilmiştir. Bu yıllarda güneş enerjisi konusundaki çalışmalar yoğunlaşmış tatlı su elde edilmesi ve güneş ocakları konusundaki çok sayıda çalışma yapılmıştır. Adams, Hindistan’da yedi askerin yemeğini soğuk ay sayılan ocak ayında konik yansıtıcılı güneş ocağı ile 2 saatte pişirmiştir.
Schuman ve Boys, 1913’te parabolik aynalar yardımıyla güneş enerjili bir buhar üreticisi yapmışlar ve bundan faydalanarak Nil Nehri’nden su çeken 50 BG’deki su pompasını çalıştırmışlardır.
I.Dünya Savaşı ve sonrasında, petrolün önem kazanmasıyla güneş enerjisine olan çalışmalar araştırma düzeyinde kalmıştır. 1930 yılından sonra pasif sistemlerle ilgili çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. Araştırmalarla ilgili ilk önemli toplantı da 1954’te Yeni Delhi’de yapılmış ve “Uluslararası Güneş Enerjisi Derneği-International Solar Energy Society”’nin kurulması kararlaştırılmıştır.
Güneş enerjisinin önem kazanması daha çok 1973’deki dünya enerji krizi ile olmuştur. Günümüzde güneş enerjisinden bir çok alanda yararlanılmakta ve her geçen gün faydalanma alanları artmaktadır.
Türkiye’de güneş enerjisi konusundaki çalışmalar yenidir. Özellikle 1973 petrol krizinden sonra ülkemizde de güneş enerjisi ile ilgili çalışmalar yoğunlaşmış ve 1975 yılından sonra güneş enerjisi ile sıcak su sağlayan sistemler yaygınlaşmıştır. Güney ve batı sahillerinde çok sayıda güneş enerjili sıcak su sistemi mevcuttur. Belirtmek gerekir ki Türkiye’de imalatı yapılan güneş toplayıcılarının bir çoğu dünya standartlarının altındadır. Isı hesapları kolay olmadığından Türkiye şartlarına uygun güneş toplayıcılarının geliştirilip yapılması mümkün olmasına rağmen, bir çoğu yabancı ülke patentiyle üretilmekte, genellikle de toplayıcı boyutları da benzetilerek seçilmektedir.

GÜNÜMÜZÜN VE GELECEĞİN “SOLAR” CAMLARI

Cam teknolojisindeki gelişmeler son on yılda çok büyük aşamalar kaydetmiş ve camın alışılmış özelliklerine aranan birçok yeni özellikler katmıştır. Gereksinimler, kullanım alanları ve cam ürünlerindeki rekabet bizleri camın değerini artırmaya zorlamaktadır. Cam ürünleri kavramı ile camın çok çeşitli kullanma alanlarından söz edilir. Bu, pencere camından gözlük camına, araba camlarından çay bardağına kadar çok geniş bir alanı kapsar. Camın değerini artırma ise, camın alışılmış geçirme ve yansıtma özelliğini camın kullanılış alanına uygun olarak istenilen ölçüde geçirici ve yansıtıcı hale getirme, bu özellikleri kontrol edebilme anlamına gelir.
Günümüzdeki çeşitli anlamlarda değerlendirilmiş camlar çeşitli tekniklerle hazırlanmakta ve çok farklı amaçlarla kullanılmaktadır. Cama katma değer sağlama işlemi farklı şekillerde yapılabilir. Camın kendi hamuru değiştirilebildiği gibi, cam yapıldıktan sonra üzerine konan kaplamalarla camın optik özellikleri kontrol edilebilir. Harman kompozisyonunun değiştirilmesi pahalı bir yöntem olduğundan ve harmandan çıkan renkli camların özelliğinin sınırlı olması nedeni ile daha çok düz camın ikinci işlemlerle kaplanarak değer artırma yolu kullanılır.
Geleceğin camları olarak, kaplama özelliğinin değiştirilebilmesi ya da değişmez olmasına göre aktif ve pasif camlardan bahsedilir. Pasif camlar özellikleri tasarımlanabilen, ancak kontrollü olarak değiştirilemeyen camlardır. Aktif camlar ise özelliklerini ya dış etkilere göre değiştiren ya da optik özellikleri bizim tarafımızdan kontrol edilebilen, değiştirilen camlardır. Aktif camlara “akıllı” camlar ya da “kromojenik” camlar da denir.
Camlarda aranan özellikler örneğin, görünüm, renk ve kusursuz olmanın dışında geçirgenlik ve yansıtma veya ısı alma ve yansıtma özellikleridir ki bu sonuncular coğrafik yere, mevsime, gündüz ve geceye bağlı olarak değişir. Enerji kaybının minimuma indirilmesi açısından cama solar kontrollü kaplamaların konması kaçınılmaz olmuştur. Genellikle pencere camlarının çoğu görülür ışığı dalga boyundan bağımsız olarak maksimum oranda geçirmeyi ve minimum oranda yansıtmayı sağlayacak şekilde düzenlenir. Özellikli camlar ise dışarıdan iç mekâna maksimum oranda güneş enerjisi alan, fakat içeriden dışarıya daha az enerji sızdıran camlardır. Bunlar solar enerjinin büyük kısmını dışarıdan iç mekâna geçiren, fakat içi mekândaki termal enerjiyi de çoklukla tekrar içeri yansıtsan bir cam tasarımıdır. Aktif camlarda isteğe göre camın özellikleri kontrol edilebilmektedir. Bu da özellikle “elektrokromik” camların normal ve diğer solar camlara üstünlüğü anlamına gelir.
Kaplamalı camları, kaplama proseslerindeki farklılıklar nedeni ile büyük alanlı ve küçük alanlı kaplamalar olarak iki kısımda toplayabiliriz. Büyük alanlı camları ise kullanılma alanlarına göre mimari camları ve oto camları olarak tekrar iki kısma ayırabiliriz. Küçük alanlı camlardan kaplama ile değerlendirilebilecek olanlar interferans filtreleri, lazer aynaları, kamera objektifleri gibi optik bileşenler, dekoratif camlar, gözlük camları vb. gibi diğer kullanım alanlarındaki camlardır. Bilhassa gözlük camlarındaki yansıtmayı önleyici, AR kaplamalar ve plastik lensler üzerine konan çizilmez sert kaplamalar günümüzün en yeni ve büyük sermaye gerektirmeyen, ancak çok büyük pazarları olan teknolojileridir.
Solar camları kızılötesi (IR) bölgede yansıtıcı, fakat görülür bölgede geçirici (düşük emisiviteli, “Low-E”, kaplamalar), veya görülür bölgede selektif yansıtıcı veya geçirici camlar (renkli solar camlar), veya yansıtmayı önleyici, AR, geçirgenliği yüksek camlar ve bunlar gibi çeşitli solar kontrollü camların yapımı, ince film kaplamaları ile mümkündür. Böyle kaplamalı camların büyük alanlı bina camlarında ve aynı zamanda oto camlarında yaygın ve çeşitli uygulama alanları vardır. AR kaplamalar müzelerdeki koruyucu resim camlarında, kamera objektiflerinde ve bunun gibi yerlerde istenmeyen yansımaları önlediği için çok kullanışlıdır. Low-E camlar camın ışık geçirme özelliğini değiştirmeksizin camdaki ısı kaybını önlediğinden, enerji tasarrufu açısından sağlayıcı yararları açıktır. Renkli solar camlar ise hem gizlilik sağlaması hem de solar enerji kayıplarını azaltması açısından gerek duyulan camlar arasındadır. Araba camlarındaki özel kaplamalar arasında; bir dakikada buzlanmış camdaki buzu eriten, buğuyu gideren kaplamalar, AR kaplamalar, akıllı camlar, radara görünmeyen camlar gibi örnekleri sayabiliriz.

BÖLÜM 1. GÜNEŞ ENERJİSİ VE TEKNOLOJİLERİ
Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır. Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m² değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.
Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir:Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir.
Güneş Pilleri:
Fotovoltaik piller de denen bu yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler.

1.ISIL GÜNEŞ TEKNOLOJİLERİ
1.1.Düşük Sıcaklık Sistemleri
1.1.1.Düzlemsel Güneş Kollektörleri
Güneş enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır. En çok evlerde sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Ulaştıkları sıcaklık 70°C civarındadır. Düzlemsel güneş kollektörleri, üstten alta doğru, camdan yapılan üst örtü, cam ile absorban plaka arasında yeterince boşluk, metal veya plastik absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve bu bölümleri içine alan bir kasadan oluşmuştur. Absorban plakanın yüzeyi genellikte koyu renkte olup bazen seçiciliği artıran bir madde ile kaplanır. Kollektörler, yörenin enlemine bağlı olarak güneşi maksimum alacak şekilde, sabit bir açıyla yerleştirilirler. Güneş kollektörlü sistemler tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılır.
Bu sistemler evlerin yanında, yüzme havuzları ve sanayi tesisleri için de sıcak su sağlanmasında kullanılır. Bu konudaki Ar-Ge çalışmaları sürmekle birlikte, bu sistemler tamamen ticari ortama girmiş durumdadırlar. Dünya genelinde kurulu bulunan güneş kollektörü alanı 30 milyon m2' nin üzerindedir. En fazla güneş kollektörü bulunan ülkeler arasında ABD, Japonya, Avustralya İsrail ve Yunanistan yer almaktadır. Türkiye, 7,5 milyon m² kurulu kollektör alanı ile dünyanın önde gelen ülkelerinden biri konumundadır.
Güneş Kollektörleri
1.1.2.Vakumlu Güneş Kollektörleri
Bu sistemlerde, vakumlu cam borular ve gerekirse absorban yüzeyine gelen enerjiyi artırmak için metal ya da cam yansıtıcılar kullanılır. Bunların çıkışları daha yüksek sıcaklıkta olduğu için (100-120°C), düzlemsel kollektörlerin kullanıldığı yerlerde ve ayrıca yiyecek dondurma, bina soğutma gibi daha geniş bir yelpazede kullanılabilirler.

1.1.3.Güneş Havuzları
Yaklaşık 5-6 metre derinlikteki suyla kaplı havuzun siyah renkli zemini, güneş ışınımını yakalayarak 90°C sıcaklıkta sıcak su eldesinde kullanılır. Havuzdaki ısının dağılımı suya eklenen tuz konsantrasyonu ile düzenlenir, tuz konsantrasyonu en üstten alta doğru artar. Böylece en üstte soğuk su yüzeyi bulunsa bile havuzun alt kısmında doymuş tuz konsantrasyonu bulunan bölgede sıcaklık yüksek olur. Bu sıcak su bir eşanjöre pompalanarak ısı olarak yararlanılabileceği gibi Rankin çevrimi ile elektrik üretiminde de kullanılabilinir. Güneş havuzları konusunda en fazla İsrail'de çalışma ve uygulama yapılmıştır. Bu ülkede 150 kW gücünde 5 MW gücünde iki sistemin yanında Avustralya'da 15 kW ve ABD'de 400 kW gücünde güneş havuzları bulunmaktadır.
Bu yöntemde güneşin ısı etkisinden dolayı oluşan hava hareketinden yararlanılarak elektrik üretilir. Güneşe maruz bırakılan şeffaf malzemeyle kaplı bir yapının içindeki toprak ve hava, çevre sıcaklığından daha çok ısınacaktır. Isınan hava yükseleceği için, çatı eğimli yapılıp, hava akışı çok yüksek bir bacaya yönlendirilrse baca içinde 15 m/sn hızda hava akışı-rüzgar oluşacaktır. Baca girişine yerleştirilecek yatay rüzgar türbini bu rüzgarı elektriğe çevirecektir. Bir tesisin gücü 30-100 MW arasında olabilir.Deneysel bir kaç sistem dışında uygulaması yoktur.

1.1.5.Su Arıtma Sistemleri
Bu sistemler esas olarak sığ bir havuzdan ibarettir. Havuzun üzerine eğimli şeffaf-cam yüzeyler kapatılır. Havuzda buharlaşan su bu kapaklar üzerinde yoğunlaşarak toplanırlar. Bu tür sistemler, temiz su kaynağının bulunmadığı bazı yerleşim yerlerinde yıllardır kullanılmaktadır. Su arıtma havuzları üzerinde yapılan Ar-Ge çalışmaları ilk yatırım ve işletme maliyetlerinin azaltılmasına ve verimin artırılmasına yöneliktir.

1.1.6.Güneş Mimarisi
Bina yapı ve tasarımında yapılan değişikliklerle ısıtma, aydınlatma ve soğutma gerçekleştirilir. Pasif olarak doğal ısı transfer mekanizmasıyla güneş enerjisi toplanır, depolanır ve dağıtılır. Ayrıca güneş kollektörleri, güneş pilleri vb. aktif ekipmanlar da yararlanılabilir.
Güneş enerjisinin tarım alanındaki uygulamalarıdır. Bu tür sistemler ilkel pasif yapıda olabileceği gibi, hava hareketini sağlayan aktif bile-şenler de içerebilir. Bu sistemler dünyada kırsal yörelerde sınırlı bir biçimde kullanılmaktadırlar.
Çanak şeklinde ya da kutu şeklinde, içi yansıtıcı maddelerle kaplanmış güneş ocaklarında odakta ısı toplanarak yemek pişirmede kullanılır. Bu yöntem, Hindistan, Çin gibi bir kaç ülkede yaygın olarak kullanılmaktadır.

1.2.Yoğunlaştırıcı Sistemler
1.2.1.Parabolik Oluk Kollektörler
Doğrusal yoğunlaştırıcı termal sistemlerin en yaygınıdır. Kollektörler, kesiti parabolik olan yoğunlaştırıcı dizilerden oluşur. Kolektörün iç kısmındaki yansıtıcı yüzeyler, güneş enerjisini, kollektörün odağında yer alan ve boydan boya uzanan siyah bir absorban boruya odaklarlar. Kollektörler genellikle, güneşin doğudan batıya hareketini izleyen tek eksenli bir izleme sistemi üzerine yerleştirilirler. Enerjiyi toplamak için absorban boruda bir sıvı dolaştırılır. Toplanan ısı, elektrik üretimi için enerji santraline gönderilir. Bu sistemler yoğunlaştırma yaptıkları için daha yüksek sıcaklığa ulaşabilirler. (350-400°C) Doğrusal yoğunlaştırıcı termal sistemler ticari ortama girmiş olup, bu sistemlerin en büyük ve en tanınmış olanı 350 MW gücündeki şimdiki Kramer&Junction eski Luz International santralleridir.
Parabolik Oluk Kolektörler
350 MW gücünde parabolik oluk güneş santralı-Kaliforniya
İki eksende güneşi takip ederek, sürekli olarak güneşi odaklama bölgesine yoğunlaştırırlar. Termal enerji, odaklama bölgesinden uygun bir çalışma sıvısı ile alınarak, termodinamik bir dolaşıma gönderilebilir ya da odak bölgesine monte edilen bir Stirling makine yardımı ile elektrik enerjisine çevrilebilir. Çanak-Stirling bileşimiyle güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesinde % 30 civarında verim elde edilmiştir.
Parabolik Çanak Güneş Isıl Elektrik Santralı (İspanya)

1.2.3.Merkezi Alıcı Sistemler
Tek tek odaklama yapan ve heliostat adı verilen aynalardan oluşan bir alan, güneş enerjisini, alıcı denen bir kule üzerine monte edilmiş ısı eşanjörüne yansıtır ve yoğunlaştırır. Alıcıda bulunan ve içinden akışkan geçen boru yumağı, güneş enerjisini üç boyutta hacimsel olarak absorbe eder. Bu sıvı, Rankine makineye pompalanarak elektrik üretilir. Bu sistemlerde ısı aktarım akışkanı olarak hava da kullanılabilir, bu durumda sıcaklık 800°C'ye çıkar. Heliostatlar bilgisayar tarafından sürekli kontrol edilerek, alıcının sürekli güneş alması sağlanır. Bu sistemlerin kapasite ve sıcaklıkları, sanayi ile kıyaslanabilir düzeyde olup Ar-Ge çalışmaları devam etmektedir.
Solar I Merkezi Alıcı Güneş Isıl Elektrik Santralı (İspanya)

1.3.Güneş Kollektörlü Sıcak Su Sistemleri
Güneş kollektörlü sıcak su sistemleri, güneş enerjisini toplayan düzlemsel kollektörler, ısınan suyun toplandığı depo ve bu iki kısım arasında bağlantıyı sağlayan yalıtımlı borular, pompa ve kontrol edici gibi sistemi tamamlayan elemanlardan oluşmaktadır.
Güneş Kollektörlü Sıcak Su Sistemi
Güneş kollektörlü sistemler tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılırlar. Her iki sistem de ayrıca açık ve kapalı sistem olarak dizayn edilirler.
1.3.1.Tabii Dolaşımlı Sistemler
Tabii dolaşımlı sistemler ısı transfer akışkanının kendiliğinden dolaştığı sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine dayanmaktadır. Bu tür sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden en az 30 cm yukarıda olması gerekmektedir. Deponun alt seviyesinden alınan soğuk (ağır) su kollektörlerde ısınarak hafifler ve deponun üst seviyesine yükselir. Gün boyu devam eden bu olay sonunda depodaki su ısınmış olur. Tabii dolaşımlı sistemler daha çok küçük miktarda su ihtiyaçları için uygulanır. Deponun yukarıda bulunması zorunluluğu nedeniyle büyük sistemlerde uygulanamazlar. Pompa ve otomatik kontrol devresi gerektirmediği için pompalı sistemlere göre biraz daha ucuzdur.

1.3.2.Pompalı Sistemler
Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir. Deposunun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su hatlarındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın olmaması ve büyük bir deponun yukarıda tutulmasının zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur.
Pompalı sistemler otomatik kontrol devresi yardımı ile çalışırlar. Depo tabanına ve kollektör çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri; kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10^{oC daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3 oC olduğunda ise pompayı durdurur. Pompa ve otomatik kontrol devresinin zaman zaman arızalanması nedeniyle işletilmesi tabii dolaşımlı sistemlere göre daha zordur.}

1.3.3.Açık Sistemler
Açık sistemler kullanım suyu ile kollektörlerde dolaşan suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde kullanılırlar.

1.3.4.Kapalı Sistemler
Kullanım suyu ile ısıtma suyunun farklı olduğu sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan su bir eşanjör vasıtasıyla ısısını kullanım suyuna aktarır. Donma, kireçlenme ve korozyona karşı çözüm olarak kullanılırlar. Maliyeti açık sistemlere göre daha yüksek verimleri ise eşanjör nedeniyle daha düşüktür.

1.3.5.Düzlemsel Güneş Kollektörleri
Düzlemsel güneş kollektörleri, güneş enerjisinin toplandığı ve herhangi bir akışkana aktarıldığı çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır.
Düzlemsel güneş kollektörleri, üstten alta doğru, camdan yapılan üst örtü, cam ile absorban plaka arasında yeterince boşluk, kollektörün en önemli parçası olan absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve yukardaki bölümleri içine alan bir kasadan oluşmuştur .
Düzlemsel Güneş Kollektörü

Üst Örtü:
Kollektörlerin üstten olan ısı kayıplarını en aza indirgeyen ve güneş ışınlarının geçişini engellemeyen bir maddeden olmalıdır. Cam, güneş ışınlarını geçirmesi ve ayrıca absorban plakadan yayınlanan uzun dalga boylu ışınları geri yansıtması nedeni ile örtü maddesi olarak son derece uygun bir maddedir. Bilinen pencere camının geçirme katsayısı 0.88’dir. Son zamanlarda özel olarak üretilen düşük demir oksitli camlarda bu değer 0.95 seviyesine ulaşmıştır. Bu tür cam kullanılması verimi % 5 mertebesinde arttırır.

Absorban Plaka:
Absorban plaka kollektörün en önemli bölümüdür. Güneş ışınları, absorban plaka tarafından yutularak ısıya dönüştürülür ve sistemde dolaşan sıvıya aktarılır.
Absorban plaka tabanda ve üstte birer manifold ile bunların arasına yerleştirilmiş akışkan boruları ve yutucu plakadan oluşur. Yutucu plaka ışınları yutması için koyu bir renge genellikle siyaha boyanmıştır. Kullanılan boyanın yutma katsayısının (absorptivite) yüksek uzun dalga boylu radyasyonu yayma katsayısının (emissivite) düşük olması gerekmektedir. Bu nedenle de bu özelliklere sahip seçici yüzeyler kullanılmaktadır. Mat siyah boyanın yutuculuğu 0. 95 gibi yüksek bir rakam iken yayıcılığı da 0.92 gibi istenmeyen bir değerdedir. Yapılan seçici yüzeylerde yayma katsayısı 0.1’in altına inmiştir. Seçici yüzey kullanılması halinde kollektör verimi ortalama % 5 artar.
Absorban plaka, borular ile sıkı temas halinde olmalıdır. Alüminyumda olduğu gibi, akışkan borularının kanatlarla bir bütün teşkil etmesi en iyi durumdur. Bakır ve sacda bu mümkün olmadığı için akışkan boruları ile plakanın birbirine temas problemi ortaya çıkmaktadır. Bu problem ya tamamen yada belli aralıklarla lehim veya kaynak yapmakla çözülebilir.Kollektörün arkadan olan ısı kayıplarını minimuma indirmek için absorban plaka ile kasa arası uygun bir yalıtım maddesi ile yalıtılmalıdır. Absorban plaka sıcaklığı, kollektörün boş kalması durumunda 150 °C’a kadar ısınması nedeniyle kullanılacak olan yalıtım malzemesinin sıcak yalıtım malzemesi olması gerekmektedir. Isı iletim katsayıları düşük ve soğuk yalıtım malzemesi olarak bilinen poliüretan kökenli yalıtım malzemeleri tek başına kullanılmamalıdır. Bu tür yalıtım malzemeleri, absorban plakaya bakan tarafı sıcak yalıtım malzemesi ile takviye edilerek kullanılmalıdır.

Kollektör Kasası:
Kasa, yalıtkanın ıslanmasını önleyecek biçimde yapılmalıdır. Özellikle kollektör giriş ve çıkışlarında kasanın tam sızdırmazlığı sağlanmalıdır. Kasanın her yanı 100 kg/m2 (981 Pa=N/m2) basınca dayanıklı olmalıdır (TSE-3680).
Sıvılı kollektörlerde sızdırmazlığın yüzde yüz sağlanamadığı durumlarda camda yoğunlaşan su buharını dışarıya atmak amacıyla kasanın iki yan kenarına tam karşılıklı ikişer adet 2-3 mm çapında delik açılmalıdır.Kollektör üzerine gelen güneş ışınımının bir kısmı saydam örtüde yansır, bir kısmı yine saydam örtüde yutulur ve geri kalan kısmı absorban plakaya (yutucu yüzeye) ulaşır. Absorban plakaya gelen enerjinin, bir kısmı ısı taşıyıcı akışkana geçerken bir kısmı absorban plakada depolanır, geri kalan kısmı ışınım, taşınım, ve iletimle çevreye gider. Işınım taşınım ve iletimle olan ısı kayıplarının toplamı Qk, depolanan enerji Qd, akışkana geçen enerji Qf, olmak üzere, düzlemsel kollektörler için enerji dengesi:
I.A.(t.a)=Qf+Qk+Qd şeklinde yazılabilir.
Burada (t.a) kollektör yutma geçirme çarpımı, I kollektör üzerine gelen güneş enerjisi ve A faydalı yüzey alanı olmak üzere I.A.(t.a) çarpımı absorban plaka üzerine gelen güneş enerjisini verir. Kollektörlerde ısı taşıyıcı akışkanda toplanan güneş enerjisinin, kollektöre gelen güneş enerjisine oranına kollektör verimi denir. Kollektör giriş suyu sıcaklığı arttıkca verim düşme eğiliminde olacağından genel bir verim yerine anlık verimden yani verim eğrisinden bahsetmek daha doğru olacaktır. Kollektör verimi ısı taşıyıcı akışkanın giriş, çıkış sıcaklıkları ve debi değerlerinin sağlıklı ölçülebildiği durumlarda ve en önemlisi çevre sıcaklığının sabit olduğu durumlarda
h
= (m*Cp*( Tçık-Tgir)) / (A*I) bağıntısıyla hesaplanabilir.
Fakat verim eğrisi oluşturulurken çevre sıcaklığı da değişeceğinden verim bağıntısında Tç çevre sıcaklığı da değişken parametre olarak bulunmalıdır.
Buna bağlı olarak verim,
Qk=-k*A*dt/dx genel ısı transfer denklemi kullanılarak ve Qg kollektöre gelen toplam güneş enerjisi olmak kaydı ile
h
h
=(t*a)-K(Tort-Tçev)/I formülüyle hesaplanması daha mantıklıdır. Burada kullanılan K kollektör için ısı kayıp katsayısıdır.
‘K’ Kollektör Isı Kayıp Katsayısı;
düzlemsel kollektörlerde çevreye olan ısı kaybı kollektörlerin üst alt ve yan yüzeylerinden olur.
K= Küst + Kalt + Kyan şeklinde yazılabilir.
Kollektör alt ve yan yüzeylerinden olan ısı kayıpları yalıtım malzemesinin kalınlığına ve ısı transfer katsayısına bağlıdır. Değeri ‘Küst’ parametresine göre oldukça küçüktür. Çünkü kollektör üst yüzeyi saydam örtüden dolayı izolasyon yapılamamaktadır ve toplam ısı kayıplarının % 70’ i bu yüzeyden olmaktadır. ‘k’ yalıtım malzemesi ısı transfer katsayısı, L yalıtım malzemesi kalınlığı h konveksiyon ısı kayıp katsayısı olmak üzere
Kalt=1/((1/h)+(L/k)) bağıntısıyla hesaplanabilir.
Üstten olan ısı kayıp katsayısının iteratif metotlarla hesaplanması uzun işlemleri gerektirmektedir. Pratikte basit bağıntılar tercih edilir. Agarwal ve Larson (1981), Küst değerinin
Bağıntısı ile maksimum ±0,25 W/m2°K hata ile bulunabileceğini belirtmektedir.Burada,
htd=5,7+3,8V
f=(1-0,04*htd+0,0005*h2td)(1+0,091N)
C=250*(1-0,0044*(s-90)) olup, V (m/s) rüzgar hızı, s(drc) kollektör eğimi, N saydam örtü sayısı, eL yutucu yüzeyin ışınım neşretme oranı,eS saydam örtünün ışınım neşretme oranı TY ve Tçev sırası ile yutucu yüzey ve çevre sıcaklıklarıdır. Saydam örtü sayısının birden fazla olduğu durumlarda yukarıdaki denklemin kullanılabilmesi için saydam örtülerin aynı tip olması gerekir. Fiziksel özellikleri farklı saydam örtü kullanılması durumunda iteratif metotlar kullanılmalıdır.
Teorik olarak hesaplanması çok zor olan K kollektör kayıp katsayısı, kollektör test çalışması sonucunda elde edilen verim eğrisinden kolayca tespit edilebilmektedir. Kollektörün verimi, giriş suyu sıcaklığı, çevre sıcaklığı, debi ve radyasyon değerlerine bağlı olarak değişmektedir. Toplam ısı kayıp katsayısı da bu parametrelere bağlı olarak değişim gösterir. Pratik olarak verim eğrisinin eğimi toplam ısı kayıp katsayısı değerini verir. Toplam ısı kayıp katsayısı ve bu eğrinin verim eksenini kestiği noktadaki maksimum verime (ısı yalıtım katsayısının 0 kabul edildiği yani hiç ısı kaybının olmadığı durum) göre kollektörlerin iyi veya kötü olduğuna karar verilmektedir.
Sayfa 56’da toplam ısı kayıp katsayısı (4,16 W/°Cm2) düşük ve yutma geçirme katsayısı (0,82) büyük olan iyi kabul edilebilecek bir verim eğrisi görülmektedir.

=Qf/Qg=(Qg*(t*a)-Qk)/Qg=(t*a)-(Qk/Qg)= (t*a)-(K*A*(Tort-Tçev))/(I*A)

BÖLÜM. 2 YOĞUNLAŞTIRICI GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ

1.YOĞUNLAŞTIRICI SİSTEMLERİN ÖZELLİKLERİ
Güneş enerjisi uygulamalarında düzlemsel güneş kollektör sistemlerinin yanı sıra daha yüksek sıcaklıklara ulaşmak için yoğunlaştırıcı kollektör sistemleri kullanılmaktadır. Düzlemsel güneş kollektörleri için kullanılan kavram ve tarifler, yoğunlaştırıcı kollektörler için de geçerlidir. Bununla birlikte yoğunlaştıcı kollektör teknolojisinin daha karmaşık olması nedeniyle, yeni tariflerin yapılması gereklidir.
Kollektörlerde güneş enerjisinin düştüğü net alana "açıklık alanı" ve güneş enerjisinin yutularak ısı enerjisine dönüştürüldüğü yüzeye "alıcı yüzey" denir. Düzlemsel güneş kollektörlerinde açıklık alanı ile alıcı yüzey alanı birbirine eşittir. Yoğunlaştırıcı kollektörlerde ise güneş enerjisi, alıcı yüzeye gelmeden önce optik olarak yoğunlaştırıldığı için alıcı yüzey, açıklık alanından daha küçük olmaktadır.
Güneş enerjisini yoğunlaştıran kollektörlerde en önemli kavramlardan biri "yoğunlaştırma oranı" dır. Yoğunlaştırma oranı; açıklık alanının alıcı yüzey alanına oranı şeklinde tarif edilir. Yoğunlaştırma oranı, iki boyutlu yoğunlaştırıcılarda (parabolik oluk) 300, üç boyutlu yoğunlaştırıcılarda (parabolik çanak) 40000 mertebesindedir.
Bu tür kollektörlerde güneş enerjisi, yansıtıcı veya ışın kırıcı yüzeyler yardımı ile doğrusal ya da noktasal olarak yoğunlaştırılabilir.

1.1.Doğrusal Yoğunlaştırıcılar
Parabolik oluk kollektörler, doğrusal yoğunlaştırma yapan ve kesiti parabolik olan dizilerden oluşur. Oluğun iç kısmındaki yansıtıcı yüzeyler, güneş enerjisini paraboliğin odağında yer alan ve boydan boya uzanan siyah bir absorban boruya yansıtır.
Orta derecede sıcaklık isteyen uygulamalarda kullanılan bu sistemlerde, güneş enerjisi bir doğru üzerinde yoğunlaştırılacağından tek boyutlu hareket ile güneşi izlemek yeterlidir.
Doğrusal Yoğunlaştırıcı Kollektör
1.2.Noktasal Yoğunlaştırıcılar
İki boyutta güneşi izleyip noktasal yoğunlaştırma yapan ve daha yüksek sıcaklıklara ulaşan bu tür sistemler, parabolik çanak ve merkezi alıcı olmak üzere iki gruba ayrılır.
Parabolik çanak kollektörler iki eksende güneşi takip ederek sürekli olarak güneşi odak noktasına yoğunlaştırırlar.
Parabolik Çanak Kollektörler
Merkezi alıcı sistemde, tek tek odaklama yapan ve heliostat adı verilen düzlemsel aynalardan oluşan bir alan, güneş enerjisini, bir kule üzerine monte edilmiş ve alıcı denilen ısı eşanjörüne yansıtır. Heliostatlar bilgisayar tarafından kontrol edilerek, alıcının devamlı güneş alması sağlanır.
Solar I Merkezi Alıcılı Güneş Isıl Elektrik Santralı

2.YOĞUNLAŞTIRICI SİSTEMLER İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ
Bugüne kadar güneş enerjisi ile elektrik üretiminde başlıca iki sistem kullanılmıştır. Birincisi, güneş enerjisini direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik sistemlerdir. Fakat geçen 20 yıl içerisinde fotovoltaik sistem uygulamalarının artışına rağmen, teknolojisinin karmaşıklığı ve maliyetinin yüksek oluşu, geniş çapta elektrik üretimi için yetersiz olduğunu ortaya çıkarmıştır. İkinci seçenek ise, güneş enerjisinin yoğunlaştırıcı sistemler kullanılarak odaklanması sonucunda elde edilen kızgın buhardan, konvansiyonel yöntemlerle elektrik üretimidir.
Güneş termal güç santralleri, birincil enerji kaynağı olarak güneş enerjisini kullanan elektrik üretim sistemleridir. Bu sistemler temelde aynı yöntemle çalışmakla birlikte, güneş enerjisini toplama yöntemleri, yani kullanılan kollektörler bakımından farklılık gösterirler. Toplama elemanı olarak parabolik oluk kollektörlerin kullanıldığı güç santrallerinde, çalışma sıvısı kollektörlerin odaklarına yerleştirilmiş olan absorban boru içerisinde dolaştırılır. Daha sonra, ısınan bu sıvıdan eşanjörler yardımı ile kızgın buhar elde edilir. Parabolik çanak kollektörler kullanılan sistemlerde de ya aynı yöntem kullanılır ya da merkeze yerleştirilen bir motor (Stirling) yardımı ile direkt olarak elektrik üretilir. Merkezi alıcılı sistemlerde ise, güneş ışınları düzlemsel aynalar (heliostat) yardımı ile alıcı denilen ısı eşanjörüne yansıtılır. Alıcıda ısıtılan çalışma sıvısından konvansiyonel yollarla elektrik elde edilir.

2.1.Güneş Termal Güç Santrallerinin Tasarım İlkeleri
Güneş termal güç santrallerinin tasarımında dikkate alınması gereken en önemli parametreler şunlardır;
- Bölge seçimi
- Güneş enerjisi ve iklim değerlendirmesi
- Parametrelerin optimizasyonu
- Bölge Seçimi
-Santralın tesis edileceği ideal bölge seçilirken aşağıdaki kriterler göz önünde bulundurulmalıdır.
Yıllık yağış miktarının düşük olması,
Bulutsuz ve sissiz bir atmosfere sahip olması,
Hava kirliliğin olmaması,
Ormanlık ve ağaçlık bölgelerden uzak olması,
Rüzgar hızının düşük olması.

2.2.Güneş Enerjisi ve iklim Değerlendirmesi
Santralın tesis edileceği bölgenin, yılda en az 2000 saat güneşlenme süresine ve metrekare başına yıllık l500 kWh'lık bir güneş enerjisi değerine sahip olması gereklidir. Ayrıca, 4 saatlik güneşlenme süresine sahip gün sayısının 150 den az olmaması gereklidir. Yukarıdaki şartları sağlayan bir bölgede santral tasarımı için aşağıdaki çalışmaların yapılması gerekir.
2.3.Uzun Dönem Performans Değerlendirmesi
Yoğunlaştırıcı kollektörlerin uzun dönem performans değerlendirmesi için saatlik direkt güneş enerjisi değerleri kullanılır. Bu değerler ölçümlerden elde edilemediği zaman, bir model yardımı ile günlük toplam güneş enerjisi değerlerinden elde edilmelidir. Coğrafi bölge ve kollektör seçiminin yapılmasında uzun dönem yıllık güneş enerjisi değerlerinden faydalanılır. Bu değerler aynı zamanda ekonomik analiz için de gereklidir.
Doğrusal yoğunlaştırıcı kollektörler, Kuzey-Güney veya Doğu-Batı doğrultusunda yerleştirilebilir. Yön seçilirken, maksimum güneş enerjisinin hangi doğrultuda alındığı göz önünde bulundurularak yerleştirme yapılır. Genelde Kuzey-Güney doğrultusunda yerleştirmekle en iyi sonuç elde edilir.
Doğrusal yoğunlaştırma yapan ve ısı transfer akışkanı olarak termal yağ kullanılan sistemlerde çalışma parametrelerinin optimizasyonu için aşağıdaki kriterler dikkate alınmalıdır.

2.6.Isı Transfer Yağının Seçimi
Güneş termal güç santralinin verimli çalışması büyük ölçüde, uygun ısı transfer akışkanının seçimine bağlıdır. Bu akışkanın dolaştığı sistem parçaları, 0 øC ile 300 øC arasında değişen sıcaklık dalgalanmalarına maruz kalırlar. Bu nedenle güç santrallerinde kullanılan ısı transfer akışkanında aşağıdaki özellikler aranır:
- Yüksek yanma noktası (500 °C'ın üstünde)
- Düşük buharlaşma basıncı
- Düşük sıcaklıklarda yüksek akışkanlık
- Yüksek yoğunluk
- Yüksek sıcaklıklarda ( 300 °C) sürekli çalışabilme
Bu kriterlerin hepsini sağlayan bir yağda ayrıca 0 oC ve 300 oC arasında basınç düşmesinin minimum olması gerekir.

2.7.Basınç Düşmesi
İşletme basıncı; santralın önemli çalışma parametrelerinden biridir. İşletme basıncının maksimum ve minimum değerleri, işletme sıcaklığının maksimum ve minimum değerleri ile sınırlanır. Bu basıncın alt limiti ısı transfer akışkanının buharlaşmasını engelleyecek bir değerde olmalıdır.

2.8.Boru Boyutlandırması
Sistemdeki sıvının sirkülasyonu için kullanılan boru şebekesi, absorban borulardan ve esnek hortumlardan oluşur. Kollektörlerdeki absorban borular sabittir. Fakat kollektörler arasındaki bağlantıyı sağlayan esnek hortumlar hareketli olduğu için uygun olarak boyutlandırılması önem taşır. Boruların çapının arttırılması, akışkan hızını ve basıncını düşürür. Hızın düşmesi ile artan ısı kayıpları maliyeti olumsuz yönde etkiler. Bunun için boru çapı belirlenirken, sistem basınç düşüşünün minimum olmasına ve çalışma basıncının işletme maliyetini minimum seviyeye getirmesine dikkat edilmelidir.
Kollektör giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki fark maksimum olmalıdır. Bu durumu sağlamak için:
Isı transfer akışkanı, güneş tarlasından aldığı enerjiyi mümkün olduğunca buhar üretim sistemine bırakıp, minumum sıcaklıkta geri dönmelidir.
Isı değiştirgeci, buhar üreteci gibi ekipmanların verimliliği arttırılmalıdır.
Sistemin ısı kayıplarını minimum seviyeye getirirken prosesin olduğu kısımlar ve kollektörler korozyondan korunmalıdır. Örneğin ekipman içinde yoğunlaşmasına izin verilen buharın, ısı değiştirgecinde ıslak buhar korozyonuna neden olmaması için, süper ısıtıcılarda kızgın buhar haline getirilir.

3.PARABOLİK OLUK KOLLEKTÖRLERLE ELEKTRİK ÜRETİMİ
Parabolik oluk kollektörlü güç santralleri, güneş tarlası, buhar ve elektrik üretim sistemlerinden oluşur. Bu santrallerde proses ısısı için, doğrusal yoğunlaştırma yapılarak, güneş enerjisinden 300 øC'nin üzerinde sıcaklık elde edilir ve ısı transfer akışkanı olarak yüksek sıcaklıklara dayanıklı termal yağ kullanılır.
Güneş tarlası; bağımsız üniteler şeklinde birbirine paralel bağlanmış parabolik oluk kollektör gruplarından oluşan alandır. Bu üniteler, gelen güneş enerjisini 4 mm kalınlığında ve yüksek yansıtma oranına (% 94) sahip aynalar vasıtasıyla, odakta bulunan alıcı boru üzerine yansıtırlar. Parabolik oluk kollektörler grupları yatay eksen boyunca dönmelerini engellemeyen metal yapılarla desteklenmiştir. Sistemde aynaların güneşi izlemesini sağlayan bir sensör bulunur.
Isı toplama elemanı; cam tüp, yüzeyi yaklaşık % 97 lik bir absorbtiviteye sahip çelik alıcı boru ve cam-metal birleştiricilerden oluşur. Alıcı boru üzerinde meydana gelen yüksek sıcaklık nedeniyle oluşan ısı kayıplarını azaltmak için, cam tüp ile alıcı boru arasındaki hava vakumlanmıştır. Bu boşluk basıncı yaklaşık 0.1 atm dir. Isıya dayanıklı cam tüp, yüksek bir geçirgenliğe ve radyasyon kayıplarını en aza indirgemek için antireflektif bir yapıya sahiptir. Sıcaklık nedeniyle meydana gelen genleşmelerin etkilerini gidermek için körüklü cam-metal birleştiriciler kullanılmaktadır.
Güneş tarlası kontrol sistemi; genel kontrol sistemi ve her kollektör grubunda bulunan lokal kontrol ünitelerinden oluşur. Genel kontrol sistemi güneşlenme durumunu izler ve buna göre sistemi tamamen ya da kısmen açar ya da kapatır. Bu işlem, lokal kontrol üniteleriyle iletişim içinde yapılır. Lokal kontrol üniteleri, her kollektör grubunu ayrı ayrı kontrol ederek güneşin takip edilmesini sağlarlar.
Buhar üretim sistemi; ön ısıtma, buhar üretimi ve süper ısıtma bölümlerinden oluşur. Bu bölümlerden geçirilerek 371oC ve 100 bar basınca yükseltilen buhar, elektrik üretimi için türbine gönderilir. Šretimden sonra yeterince soğumayan buhar, yeni bir çevrime gönderilmeden, yeniden aynı sıcaklığa kadar ısıtılır ve tekrar türbine gönderilir. Bu ikinci çevrimden sonra artık soğuyan buhar, sıkıştırılıp sıvı hale getirildikten sonra yeni bir çevrime gönderilir.
Güneş enerjili güç santrallerinde, güneş enerjisinin yetersiz kaldığı durumlarda, kesintisiz elektrik üretimini sağlamak için ilave ısıtıcılar kullanılır. Petrolle ya da doğal gazla çalışan ilave ısıtıcılar, aynı sıcaklık ve basınçta buhar üretirler. Şekilde gelen güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesi ve kaçaklar görülmektedir.
Parabolik Oluk Elektrik Santrallarında Elektrik Verimi
Parabolik oluk kollektörlü sistemler konusunda faaliyet gösteren LUZ İnternational (ABD), dünyada güneş enerjisiyle üretilen toplam elektriğin % 92'sini gerçekleştirmektedir. Bu şirket, 1984 yılında başlattığı çalışmalar ile günümüze kadar 9 güç santralini (SEGS: Solar Electric Generating System) işletmeye sokmuş olup 4 santral ise proje safhasındadır.
80 MW gücündeki SEGS-9, 1990 yılında Harper Gölü'nde inşa edilen santralların ikincisi olup, inşa edilmesi ve devreye sokulması 8.5 ay gibi kısa bir sürede tamamlanmıştır. SEGS-8 ve SEGS-9'dan sonra 1994 yılına kadar inşa edilecek olan 4 santral da işletmeye alındığında, 1 milyon insanın elektrik enerjisi ihtiyacını karşılayacak ve toplam 680 MW'lık bir enerji üretilecektir.
SEGS teknolojisi, güneş enerjisini birincil enerji kaynağı olarak kullanan Rankin çevrimli buhar türbin sistemine dayanır. Güneş Santralı, parabolik oluk kollektör gruplarından (Solar Collecting Assemblies-SCA) meydana gelmiştir. Güneşi iki boyutlu olarak takip eden ve yansıtıcı yüzeyleri vasıtasıyla güneş ışınlarını odaklayarak çelik boru üzerinde yoğunlaştıran kollektörler, kolonlar üzerine kurulmuş olup, esnek hortumlarla birbirine bağlanmışlardır. Verimi arttırmak ve ısı kayıplarını en düşük seviyeye getirmek için, absorban olarak kullanılan ve özel bir madde ile kaplı olan bu çelik boru, içi vakumlanmış cam bir tüp içine yerleştirilmiştir. Boruların içinden geçirilen ısı transfer akışkanı (sentetik yağ), 380oC civarına kadar ısıtılır ve sistem boyunca dolaştırılarak türbin jeneratörü için gerekli olan buhar üretilir.
SEGS Güneş Santralinin Blok Şeması
Güneş enerjisinin yetersiz olduğu zamanlarda, kesintisiz enerji üretimini sağlamak için, doğal gazlı ısıtıcı sistem kullanılmaktadır. Güneş enerjisinin yeterli, yetersiz veya hiç olmama durumuna göre sistem üç değişik şekilde çalışır.
Güneş enerjinin yeterli olduğu durumlarda, ısı transfer akışkanı doğrudan güneş tarlasından geçer. Yetersiz veya hiç olmama durumlarında ise doğal gazlı ısıtıcılarla desteklenir veya tamamen bu ısıtıcılar devreye sokulur. Her iki enerji kaynağının da kullanıldığı durumda, hem güneş enerjisinden hem doğal gazdan yararlanabilmek için by-pass valfıaçık bırakılır. Bu durumda güneş tarlasında ısınan sıvı, destek ısıtıcılar yardımı ile çalışma sıcaklığına ulaşıncaya kadar ısıtılır.
ABD'de yürütülen SEGS projelerinin toplam kurulu gücü 680 MW ve toplam yatırım maliyeti 2 milyar dolardır. Bu maliyetin 1 milyar dolarlık kısmı çalışır durumdaki 8 santral için harcanmıştır. Her biri büyük bir yatırım olan bu santraller, özel şirketler tarafından finanse edilmiştir.
80 MW gücündeki bütün santraller, yaz ayları boyunca ilave güce ihtiyaç duyan Güney Kaliforniya Edison ve San Diego Gaz ve Elektrik Şirketleri tarafından finanse edilmektedir.
Petrolle çalışan 80 MW gücünde bir güç santralı ile, yatırım maliyeti bundan üç kat daha pahalı olan eşdeğer bir SEGS santralı arasında enerji üretim maliyeti açısından bir karşılaştırma yapılmıştır.
Bu karşılaştırmaya göre, ham petrolün varil fiyatının 20 ABD $'ı olduğu düşünüldüğünde, SEGS santrali % 30 daha pahalı olmaktadır. Ham petrol fiyatının 30 ABD $'ı olduğu varsayıldığında, maliyetler arasındaki fark % 10'a düşmektedir. Karşılaştırma için 240 MW'lık santrallar gözönüne alınır ve ham petrol fiyatının 20 ABD $'ı olduğu varsayılırsa, SEGS santralının üretim maliyetinin, petrolle çalışan santralin üretim maliyetinden sadece % 10 daha pahalı olduğu görülür. Ham petrol fiyatının 30 ABD $'ı olduğu varsayılırsa, güneş santrali elektrik üretim maliyeti açısından petrollü santrallere göre avantajlı duruma geçmektedir.

4.PARABOLİK ÇANAK KOLLEKTÖRLER
Parabolik çanak kollektörler, yüzeylerine gelen güneş radrasyonunu noktasal olarak odaklarında yoğunlaştırırlar.Bu kollektörlerin yüzeyleri de parabolik oluk kollektörlerin yüzeyleri gibi yansıtıcı aynalarla kaplanmıştır. Gelen güneş enerjisi bu aynalar vasıtası ile odaktaki Stirling motoru üzerine yoğunlaştırılır. Stirling motoru ısı enerjisini elektrik jeneratörü için gerekli olan mekanik enerjiye dönüştürür.
Elektrik üretiminden başka, bu kollektörler buhar ya da sıcak hava üretimi için de kullanılır.
Parabolik çanak kollektörler ile elde edilen elektrik, diğer yöntemlerle elektrik üreten santrallere destek amacıyla ve maden ocakları, radar istasyonları ya da uzak köylerin elektrik ihtiyacının karşılanmasında kullanılır. Ayrıca, endüstride buhar üretimi, yer altı enjeksiyonu, petrol çıkartılması gibi işlemler için kullanılır.
Bu santraller, küçük modüllerden oluştuğu için enerji ihtiyacı duyulan yerlerin yakınında ve ihtiyaç duyulan kapasitede tesis edilebilirler. Günümüzde uygulamaları aşağıda verilmiştir.
Günümüzde henüz ekonomik olmayan parabolik çanak ve parabolik oluk kollektörlü sistemlerin araştırma ve geliştirme çalışmaları sürdürülmektedir. Bu çalışmalarda amaç, birim alan maliyetini düşürmek ve verimini artırmaktır.

5.MERKEZİ ALICI GÜÇ SANTRALLERİ
Güneş enerjisini yoğunlaştırarak elektrik üreten diğer bir uygulama da merkezi alıcı güç santralleridir. Bu santrallerde güneş enerjisi, heliostat denen aynalar yardımı ile bir kule üzerine yerleştirilmiş olan alıcıya yansıtılır. Bu yolla 1000øC'nin üzerinde sıcaklık elde edilir. Heliostatlar, merkezi bir bilgisayar yardımı ile güneşi takip ederek güneş enerjisini kule üzerindeki alıcıya yansıtırlar.
Alıcıda ısıtılan akışkan, buhar jeneratörüne gönderilerek buhar üretilir. Bu buhar, buhar türbininden geçirilerek elektrik üretilir. Bu çevrimden sonra buhar, kondansatörde soğutma suyu çevrimi ile soğutulur ve tekrar buhar jeneratorüne döner. Isı transfer akışkanı buhar jeneratöründen geçtikten sonra alıcıya gönderilir.
SOTEL ve Alman DLR şirketleri merkezi yoğunlaştırma ile elektrik üretiminin uygulanabilirliğini ve teknolojisini araştırmak için bir araya gelerek PHOEBUS grubunu oluşturmuşlardır. Bu amaçla, Avrupa,Japonya ve ABD de 6 adet santral inşa edilmiştir. Bu grubun çalışmaları merkezi yoğunlaştırıcı santraller için bir temel oluşturur.
Günümüze kadar tesis edilmiş olan merkezi alıcı sistemlerin işletilmesi sonucunda, büyük sorunlar ortaya çıkmıştır. Bu sistemlerden 2'si ekonomik olmadığından parçalara ayrılarak ve 3 taneside kapatılarak proje çalışmalarına son verilmiştir. Dünyada mevcut merkezi alıcı sistemlerin özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
^{Sistem Verimi %} ^{Enerji maliyeti}
^Elekt. ^Isı ^{Elekt. $/kWh} ^{Isı $/kWh}
^{Düzlemsel Koll.} ^- ^50-70 ⁸⁰ ^250-1000 ^- ^0.0013-0.004
^{Parabolik Oluk} ¹⁴ ⁴⁶ ³⁸⁰ ²⁸⁰⁰ ^0.15 ^0.0053
^{Parabolik Çanak} ²⁴ ⁷⁹ ⁷⁰⁰ ⁵⁰⁰⁰ ^0.28 ^-
^{Merkezi Alıcı} ¹⁵ ⁴⁶ ^600-700 ³⁰⁰⁰ ^0.16 ^0.004
^{Tek Kristal Silisyum} ¹² ^- ^- ⁶⁰⁰⁰ ^0.29 ^-
^{Çok Kristal Silisyum} ¹⁰ ^- ^- ⁶⁰⁰⁰ ^0.29 ^-
^{Tek İnce Film} ⁴ ^- ^- ⁵⁰⁰⁰ ^0.25 ^-
^{Çoklu İnce Film} ⁷ ^- ^- ⁵⁰⁰⁰ ^0.24 ^-

Güneş Enerjisi Teknolojileri ve Özellikleri

BÖLÜM 3. GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİNİN BUHAR KAZANLARINDA
ÖN ISITMA OLARAK KULLANILMASI

Sıvılaşma yakınındaki gazlara "buhar", küçük bir sıcaklık düşmesinin sıvılaştırdığı buhara "doymuş buhar", sıvılaştırmak için belirli bir sıcaklık düşmesine ihtiyaç gösteren buhara "kızgın buhar" adı verilir.Buharın genel kullanım alanları, ısıtma sistemleri, endüstriyel tesisler ve termik santrallerde elektrik enerjisi üretimidir.
Buhar ile ısıtma sistemleri; ısıtma, vakum, atmosferik basınç ve düşük basınçlarda buharın faz değişim sırasında açığa çıkan buharlaşma ısısından faydalanarak yapılır. Genellikle bölgesel ısıtma sistemlerinde ısı santralinde bulunan buhar kazanına buhar üretilir; konut ya da ısıtılacak mahal girişine yerleştirilen ısı değiştiricilerinde üretilen buhar taşınır. Sistemlerin kondens hatlarında bulunan besleme suyu hazırlama ünitesine Sunnypower güneş enerji sistemleri uygulanabilmektedir. En çok kullanılan sektörler gıda, tekstil, ilaç, kimya, petrokimya endüstrileridir
1. SICAK SU SİSTEMLERİ
Kullanılan suyun sıcaklık farkını (Δt) yükseltmek için kızgın sulu kazan sistemleri kullanılmaktadır. Kullanım ihtiyacına göre rezerv boylerler ve kullanılan birim zamandaki kcal ihtiyacını karşılayacak kazan sistemleri kullanılır. Sıcak su kazanları ve işletme maliyetleri buhar sistemine göre daha ekonomiktir.
Sistemlerin genel kullanım alanları 40 °C ile 80 °C sıcak su kullanımı olan sektör kuruluşları ve konutlardır. Sunnypower sıcak su kazan sistemlerine uyguladığı güneş enerjisi sistemleri ile kazan brülöründe harcanan yakıt sarfiyatını minimumlara düşürmektedir. En çok kullanıldığı yerler; turizm sektörü, sosyal tesisler, spor salonları, yurtlar, yemek fabrikaları ve restaurantlardır.

BÖLÜM 4. GÜNEŞ IŞINIMI
Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışıma enerjisidir, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. 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.
Güneşten Gelen Işınımın Dağılımı
- Dünya ile Güneş arasındaki mesafe 150 milyon km’dir.
- Dünya’ya güneşten gelen enerji, Dünya’da bir yılda kullanılan enerjinin 20 bin katıdır.
- Güneş, 5 milyar yıl sonra tükenecektir.
Güneş ışınımının tamamı yeryüzeyine ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi tarafından geriye yansıtılır.
Güneş ışınımının %50’si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır. Bu enerji ile Dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur. Rüzgar hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur.
Güneşten gelen ışınımının %20’si atmosfer ve bulutlarda tutulur.
Yer yüzeyine gelen güneş ışınımının %1’den azı bitkiler tarafından fotosentez olayında kullanılır. Bitkiler, fotosentez sırasında güneş ışığıyla birlikte karbondioksit ve su kullanarak, oksijen ve şeker üretirler. Fotosentez, yeryüzünde bitkisel yaşamın kaynağıdır.
Dünya’ya gelen bütün güneş ışınımı, sonunda ısıya dönüşür ve uzaya geri verilir.

<