Güneş (Solar) Enerjisi

Archive for Temmuz, 2009

Kurutma, özellikle gıda, kimya, seramik, kağıt, tekstil ve deri sanayilerinin temel işlemlerinden birisidir. Gıda endüstrisinde kurutma ile, meyve ve sebzelerin besin değerlerini kaybetmeden uzun süre saklanabilmesi ve korunabilmesi amaçlanmaktadır. Kurutma ile besin maddesindeki su yüzdesi azaltılarak meyve asidi, amino asidi gibi zararlı enzimlerin faaliyeti de durdurulmaktadır. Güneş enerjisi ile kurutma, kurutulacak malzemeyi direkt güneş radyasyonu etkisinde bırakarak veya güneşle ısıtılan havayı doğal veya zorlanmış dolaşımla malzemenin üzerinden veya içinden geçirerek sağlanır. Bu sistemlerde güneş ışınımının yanı sıra dış hava sıcaklığı, bağıl nem ve
hava hızı da kurutma hızını etkilemektedir. Güneşli kurutucular, açık havada yapılan kurutmanın belli başlı mahzurlarını telafi etmektedir. Bu kurutucular yalnız başlarına kullanılabildikleri gibi fosil yakıtlı sistemlerle birlikte de kullanılabilmektedir. Güneş enerjili kurutma sistemlerinin güneşte doğal kurutmaya göre avantajları şu şekilde sıralanmaktadır: (i) Kurutulacak ürün tozlanma, zararlı böcekler ve yağmur gibi dış etkenlerden korunabilmektedir, (ii) Kurutulacak ürünün düzgün yerleştirme ve yeterli hava sirkülasyonu ile homojen kurutulması sağlanabilmektedir, (iii) Kurutma havası, ürünün zarar görmeyeceği en yüksek sıcaklığa kadar ısıtılabilmektedir, (iv) Kurutma ortamına hava giriş ve çıkış debileri ile kurutma hızları kontrol edilmektedir.

Güneş enerjili kurutma sistemlerinde, kurutulacak ürünün cinsine göre direkt veya indirekt kurutucular kullanılır. Direkt kurutucularda ürün direkt olarak güneşin etkisine bırakılır. İndirekt kurutucularda ise ürün kapalı, izolasyonla korunan kurutma odasına yerleştirilir. Direkt kurutucularda ürüne ısı transferi taşınım ve radyasyon ile gerçekleşir. Bundan dolayı kurutma oranı; indirekt güneş ışınımının etkisinde kalış biçimine, kurutucudan geçen kurutma havasının atılış biçimine ve kurutucu hacminde dolaşan havanın sıcaklığına göre sınıflandırılabilmektedir. Şekil 3.4’de farklı çalışma koşulları için dizayn edilen kurutma sistemleri verilmektedir. Güneşin kurutulan ürün üzerine başka etkileri görülmektedir. Örneğin; üzüm ve hurmaların kurutulmasında güneş ışığı etkisi altında kalmak kurutulan ürünün renk oluşumu için gereklidir. Oysa bazı meyvelerin kurutulmasında güneş ışığı etkisi altında kalmak C vitamını miktarını azaltmakta veya renk oluşumunu ters olarak etkileyebilmektedir. Bu nedenle kurutucu seçiminde kurutulan ürünün özellikleri de dikkate alınmalıdır.

Güneş enerjili su ısıtma sistemleri özellikle maliyet ve çevre şartları dikkate alınarak kurulmalıdır. Uygulamada kullanılan güneşli su ısıtma, genellikle doğal dolaşımlı sistemlerdir. Uygulama şartlarına bağlı olarak ters dolaşımlı, aşağıya doğru boşaltmalı, geriye doğru boşaltmalı ve donmayan sistemler tercih edilebilir. Doğal dolaşımlı su ısıtma sisteminin toplayıcısında güneş radyasyonunun yutulması sonucunda, yutucu plaka kanallarında dolaşan su ısıtılır. Isınan suyun yoğunluğu azalarak, kendiliğinden yükselir ve depolama tankına üst kısımdan girer. Depolama tankının alt kısmındaki soğuk su, yer çekiminin etkisi ile dışarı çıkar ve toplayıcının alt kısmına ulaşır. Bu dolaşım, toplayıcı ve depolama tankı sıcaklıkları birbirine eşit oluncaya kadar devam eder. Güneş radyasyonunun şiddeti arttıkça, akışkanın dolaşım hızı da artar. Sıcak su kullanılmak istendiğinde, su depolama tankının üstünden alınır. Suyun sıcaklığı yeterli değilse, yardımcı bir enerji kaynağı ile ısıtmaya devam edilerek istenilen sıcaklığa ulaşılır (Şekil 3.3a). Şekil 3.3b’de ise zorlanmış dolaşımlı bir sistem görülmektedir. Bu sistemde genel olarak pompa, diferansiyel termostat, sıcak su deposu, ve tek yollu çek valf bulunur. Toplayıcı devresinde şebeke suyu dolaştırılmaktadır. Ek ısıtıcı ise sıcak su deposunun dışındadır. Burada suyun dolaşımı bir pompa ile sağlanmaktadır. Bu sistemin en önemli avantajlarından birisi ise depoyu istenilen yere monte imkanı vardır. Şekil 3.3c’de ise zorlanmış dolaşımlı kapalı devreli bir sıcak su sistemi verilmiştir. Toplayıcı devresinde dolaşan antifirizli su bir ısı değiştiricisi ile sıcak su deposu içerisinden geçirilmekte ve yeniden toplayıcıya pompalanmaktadır.Zorlanmış dolaşımlı kapalı devreli sıcak su sistemlerinde genellikle iki depo kullanılır. Burada ısı eşanjörü deponun dışındadır.

Güneş enerjisinden en basit ve en yaygın yararlanma yöntemi, düzlemsel güneş toplayıcıları yardımıyla gelen güneş enerjisinin su, hava veya herhangi bir akışkana iletilmesidir. Düzlemsel güneş toplayıcıları genel olarak; saydam örtü, güneş ışınımını toplayan yutucu yüzey, yüzeye entegre edilmiş taşıyıcı borular, yalıtım malzemesi ve kasadan ibarettir. Bu tip toplayıcıların verimini arttıran en önemli parametre, güneş ışınlarını ısı enerjisine dönüştüren ve bu ısıyı akışkana aktaran yutucu yüzeydir. Yutucu yüzeyde yapılan seçici yüzeyli kaplama ile toplayıcı veriminde önemli artışlar sağlanmaktadır. Düzlemsel güneş toplayıcıları, güneş ışınımını ısı enerjisine dönüştüren en basit ve en yaygın olarak kullanılan araçlardan birisidir. Şekil 3.1′de farklı tipte tasarlanmış güneş toplayıcıları görülmektedir. Toplayıcı verimi; yutucu yüzey kaplamasına, geometrisine ve yüzey için seçilen malzemenin özelliğine bağlı olarak değişir. Bu yüzeyin imalinde bakır, alüminyum, paslanmaz çelik, saç, plastik gibi malzemeler kullanılır. Yutucu yüzey kaplamalarının başlıca görevi güneş ışınımını mümkün olduğu kadar yutması ve ısıya dönüştürmesidir. Yutucu yüzey kaplaması olarak siyah mat boya ve seçici yüzey kaplamaları kullanılır. Şekil 3.2′de siyah boyalı ve seçici yüzeyli plakada güneş ışınımının yutulması ve yayılması arasındaki fark görülmektedir. Yutucu yüzey siyah mat boya ile boyandığında yüzeyin güneş ışınımını yutma oranı %90-98, uzun dalga boylu ışınımı yayma oranı ise %85-92 arasındadır. Yani yüzey yuttuğu ışınımın büyük kısmını geriye vermektedir. Seçici yüzeyli kaplamalarda temel amaç, kısa dalga boylu ışınımın tamamına yakın kısmının yutulması buna karşılık uzun dalga boylu ışınım yayıcılığının en aza indirilmesidir. Böylece plaka sıcaklığı daha fazla artırılarak akışkana daha fazla ısı iletimi sağlanır. Seçici yüzeyler; sıcaklık yükselmesinde daha az ışınım yayarlar, dolayısıyla toplayıcı verimi yüksektir. Yüksek verimli toplayıcıların imalatında en önemli faktör; toplayıcının temelini oluşturan yutucu plakaların güneşten gelen radyasyonu yutması buna karşılık ısınan yutucu yüzeyin geriye enerjiyi yaymamasıdır. İsviçre standardına göre yutucu plakaların optik özellikleri üç sınıfa ayrılmaktadır.

Read the rest of this entry »

Türkiye güneş kuşağı adı verilen 40o kuzey ve 40o güney enlemleri arasında yer almakta ve güneş enerjisi bakımından orta zenginlikte bir ülke durumundadır. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresinin yüksek olmasına karşılık düşük ve orta sıcaklık uygulamalarında sınırlı sayıda kullanılmaktadır. Sanayinin toplam enerji ihtiyacının karşılanmasında güneş enerjisinden yalnızca % 0.1 oranında faydalanılmaktadır. Ülkemizde güneş enerjisi uygulamaları ağırlıklı olarak, güneş toplayıcıları vasıtasıyla düşük sıcaklıkta sıcak su ve sıcak hava üretimi ile sınırlı kalmıştır. Güneş enerjisi uygulamaları; sıcak su üretimi, bitkisel ürünlerin soğutulması ve kurutulması, pişirilmesi, deniz suyunun damıtılması, elektrik üretimi, hacim ısıtılması ve soğutulması, sulama suyunun pompalanması, endüstriyel işlem ısısı üretme, fotokimyasal ve fotosentetik çevrimlerin gerçekleştirilmesi olarak sıralanabilir.

Read the rest of this entry »

Bir binanın tümünün güneş enerjisinden yararlanılacak şekilde tasarlanması, yaşam alanlarının fonksiyonel kullanımı ve hatta doğal havalandırma olanaklarının bu anlayışa eklenmesi sonucu pasif güneş sistemi uygulamaları oluşmaktadır. Genel olarak insanların ısınmak amacıyla düşük sıcaklık düzeylerine ihtiyaç duyması aslında bu işlevin güneş tarafından kolayca karşılanabileceği bir ortam yaratır.

Read the rest of this entry »

Birçok gelişmiş ülkede güneş enerjisi teknolojilerinde öncelik çizgisel odaklayan ve güneşi izleyen sistemlere verilmiş durumdadır: Tipik çizgisel odaklayıcı, parabolik bir yalak ve bu yalağın odak noktasından geçen bir borudan oluşmaktadır. Parabolik yalak güneş ışnlarmı yüksek verimle odaklayan bir ayna ve suport sisteminden başka bir şey değildir. Odak noktasında bulunan ve içinden ısı transfer akışkanının geçtiği boru ise genellikle saydam bir ikinci boru içinde yer alır. İki boru arası konveksiyon kayıplarını en aza indirgemek için vakumlanmıştır.

Read the rest of this entry »

Basit toplayıcı teknolojisi ülkemizde en bilinen güneş teknolojisidir. Bu nedenle fazla ayrıntıya girilmeyecektir. Ancak, son yıllarda özellikle A.B.D.’de açık tip endüstriyel çevrimlere sıkça rastlanmaya başlamıştır. Böyle bir sistemin şeması Şekil 3′ten görülebilir. Mevcut uygulamalar ile karşılaştırma yapabilmek amacıyla konvansiyonel bir sistem şeması da Şekil 4′te sunulmaktadır.

Read the rest of this entry »

Fotovoltaik sistemler, güneş enerjisinden doğrudan elektrik üreten sistemler olarak tanımlanmaktadır. Bu tür sistemlerin ana elemanı fotovoltaik(güneş) pilleridir. Güneş pillerinin çalışma ilkesi de fotovoltaik etkiye dayanır. Çok sayıda materyel fotovoltaik etkiye sahip olmakla birlikte, elektrik üretecek kapasiteye sahip olan grup yarı iletken grubudur.

Read the rest of this entry »