Makale: Parabolik Kollektörlerin Optik, Enerjetik ve Ekserjetik Verimliliklerinin Analizi

Giriþ

E

ndüstriyel ilerleme, nüfus artýþý ve kiþilerin daha lüks yaþama arzusu günümüzde enerji tüketimini büyük ölçüde arttýrmýþtýr. Enerji ihtiyacýnýn karþýlanmasýnda, en çok dýþa baðýmlý olduðumuz kömür, petrol, doðal gaz gibi yakýtlar kullanýlmaktadýr. Ancak bu yakýtlarýn kullanýmýnda karþýmýza çeþitli sorunlar çýkmaktadýr. Söz konusu kaynaklarýn yakýn bir gelecekte tükenme olasýlýðý ve endüstrinin belli bölgelerde yoðunlaþmasý sonucu büyük oranda fosil yakýtlarýn kullanýmýndan kaynaklanan çevre kirliliðinin artmasý bu sorunlarýn sadece bir kýsmýný oluþturmaktadýr. Çevre

yük getirmektedir. Bu sorunlarýn aþýlmasý amacý ile güneþ, rüzgar, jeotermal, biokütle gibi yenilenebilir enerji kaynaklarýnýn kullanýmý daha da aðýrlýk kazanmýþtýr. Yenilenebilir enerji kaynaklarýndan güneþ enerjisi bu amaçla en çok kullanýlan bir enerji türüdür [1].

Yoðunlaþtýran toplayýcýlar içinde en basit olaný ve en yaygýn olarak kullanýlaný silindirik parabolik toplayýcýlardýr. Parabolik oluk tipi kollektörler için ýsý taþýyýcý akýþkan sýcaklýðý genellikle 400 C'den daha düþüktür [2]. Silindirik parabolik toplayýcýda yutucu borunun birinci fonksiyonu ýsýyý absorbe edip, içinden akan toplayýcý akýþkanýna transfer etmektir. Bu iþlem esnasýnda yutucu borunun

° Ýbrahim ÜÇGÜL

Murat ÖZTÜRK Nuri ÖZEK

Yrd.Doç.Dr., Süleyman Demirel Üniversitesi Yenilenebilir Enerji Kaynaklarý Araþtýrma ve Uygulama Merkezi

Süleyman Demirel Üniversitesi Yenilenebilir Enerji Kaynaklarý Araþtýrma ve Uygulama Merkezi

Prof.Dr., Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Ede.Fak.Fizik Böl.

ÖZET ABSTRACT

Güneþ enerjisinden yararlanarak ýsýl enerji üreten parabolik oluk tipi kollektörler özellikle yüksek sýcaklýk uygulamalarý için çok uygundur. Ancak güneþi takip etme zorunluluðu bir dezavantaj olarak ortaya çýkar. Yüksek verimli sistemleri geliþtirmede, uygun dizayn parametrelerinin belirlenmesi için parabolik oluk tipi kollektörlerin optik analizi yaný sýra termodinamik (enerji ve ekserji) analizlerininde yapýlmasý gerekir.

Güneþ ýþýnýmýnýn atmosferden geçerek dünyaya geliþi, parabolik oluk tipi yansýtýcýdan yalýtýmlý boru alýcýya odaklanmasý karmaþýk bir mekanizma oluþturmaktadýr. Bu çalýþmada parabolik oluk tipi yansýtýcýnýn geometrisi ile yansýtýcý yüzeye gelen radyasyonun özellikleri incelenerek, alýcýda toplanan toplam enerjinin hesabý yapýlmýþtýr. Tasarým parametreleri verilmiþ olan parabolik oluk tipi kollektörün meteorolojiden alýnan Isparta ili Mayýs, Haziran, Temmuz ve Aðustos aylarýna ait güneþlenme verileri kullanarak enerjetik ve ekserjetik analizleri yapýlmýþ sonuçlar tablo ve grafik halinde sunulmuþtur.

Anahtar Kelimeler:

Keywords:

Parabolik oluk tipi kollektör, optik ve termodinamik analiz

Parabolic trough collectors generate thermal energy from solar energy. Especially, they are very convenient to application of high temperature solar power systems. Parabolic trough collectors have to tracking the sun. Because of, the cost of parabolic trough collectors is increased. For conveniented design parameters, parabolic trough collectors have to analyzed with optical analysis besides thermodynamics (energy and exergy) analysis in the developmented of an energy efficient systems.

Solar radiation passes through earth's atmosphere until it reaches the earth surface and it focus from the parabolic trough collector to the tube receiver with envelope are generated a complex mechanism. Geometry of parabolic trough reflector and characteristic of solar radiation to the reflecting surface through earth's atmosphere are investigated and collecting total energy in the receiver is calculated. Parabolic trough collector, which design parameters are given, is analyzed with regarding the energy and exergy analysis according to the meteorological specification in May, June, July and August in Isparta and the results are given as tables and graphs..

Parabolic trough collectors, optical and thermodynamics analysis.

PARABOLÝK KOLLEKTÖRLERÝN OPTÝK, ENERJETÝK VE

EKSERJETÝK VERÝMLÝLÝKLERÝNÝN ANALÝZÝ

üzerinde bir deðere ulaþýr. Dolayýsýyla, yutucu boru yüzey sýcaklýðý ile çevre arasýndaki sýcaklýk farký, toplanan enerjinin büyük kýsmýnýn tekrar çevreye verilmesine neden olur. Bu nedenle yutucu borunun bir saydam örtü ile çevrelenmesi böylece dýþarý olan ýsý kaybýnýn azaltýlmasý mümkündür.

Güneþ yoðunlaþtýrýcýlarýnýn ekserji analizi ile ilgili literatürde pek çok çalýþma vardýr. Bannister [3], çalýþmasýnda yüksek sýcaklýklarda maksimum ekserji kazanca neden olacak boru çapýný ekserji analizi ile belirlemiþtir. Eltez [4], parabolik oluk tipi kollektörünün modüler tasarýmý için ýsýl davraným simülasyonunu vermiþtir. You ve Hu [5], rejenatij- ara kýzdýrmalý Rankine güç çevrimi ile güç endüstrisinde popüler olan parabolik oluk kollektör birleþik sisteminin optimal verimini incelemiþlerdir. Yaptýklarý analizin sonucunda, rejenatif-ara kýzdýrmalý sistemin orta sýcaklýk güneþ ýsýl güç üretimi için uygun olduðunu bildirmiþlerdir.

Singh ve diðerleri [6], güneþ ýsýl güç sisteminin (parabolik oluk tipi kollektör/alýcý ve Rankine ýsý makinesi) ekserjetik analizini yapmýþlardýr. Çalýþmalarýnda ana enerji kaybýnýn ýsý makinesinin bir parçasý olan kondenserde olduðunu bildirmiþlerdir. Yaptýklarý ekserji analizinde ise kollektör-alýcý ikisinde kaybýn maksimum olduðunu bildirmiþlerdir. Xiaowu ve Ben [7], çalýþmalarýnda evsel-boyutta güneþli su ýsýtýcýlarýnýn ekserji analizini incelemiþlerdir. Sonuç olarak, evsel boyutta su ýsýtýcýsýnýn ekserjetik veriminin, çýkan enerjinin düþük kalitede olmasýndan dolayý, az olduðunu ve büyük ölçekte ekserji kaybýnýn su depolama kazanýnda olduðunu bildirmiþlerdir.

Ecevit ve Goshtasbpour [8], endüstriyel ýsý üretiminde kullanýlabilecek parabolik oluk tipi yoðunlaþtýrýcýlarýn optik ve ýsýl özelliklerini inceleyip ve yoðunlaþtýrýcýlar için malzeme seçimini yapmýþlardýr. Bu sonuçlarý kullanarak parabolik oluk tipi bir güneþ yoðunlaþtýrýcýsý imal etmiþlerdir. Ayrýca, yapýlan literatür taramasýnda parabolik oluk tipi toplayýcýnýn optik, enerjetik ve

ekserjetik analizinin bir arada yapýldýðý çalýþmaya rastlanýlmamýþtýr. Bu çalýþmada parabolik oluk tipi kollektörün optik, enerjetik ve ekserjetik analizi bir arada yapýlmýþ, hesaplamada kullanýlan temel formüller türetilmiþ ve örnek bir uygulama ile yaklaþým ortaya konmuþtur.

a-) Yansýtmayý yapacak olan eðik yüzey elemanýna gelen anlýk direkt güneþ ýþýnýmý

1. Yatay ve güneye bakan yüzeye dik olarak gelen direkt ýþýným þiddeti

(1) denklemine göre hesaplanýr [9].

2. Eðik ve güneye akan yüzeye dik olarak gelen direkt güneþ ýþýnýmý

(2) denklemine göre hesaplanýr. Denklem (1) ve (2)'den

(3)

yazýlýr. Burada R , eðik ve yatay düzleme gelen anlýk direkt güneþ ýþýnýmýnýn oranýdýr ve

(4)

þeklinde ifade edilir.

b-) Bir anda alýcýya birim yüzeyden yansýtýlacak güneþ ýþýnýmý aþaðýdaki gibi verilir.

(5)

Yansýtýcý uzay yüzeyinin ve alýcý yüzeyin birbirine göre durumlarý ve x,y,z koordinat sistemindeki denklemleri verildiði zaman, alýcý yüzeyindeki enerji akýþýný hesaplayabiliriz. I = I .cos z W/m I = I cos g W/m e n de n 2 2 d

Parabolik Oluk Tipi Kollektörün

Optik ve Enerjetik Analizi

Yansýtýcý Yüzeye Gelen Güneþ Iþýnýmý

Alýcý Kesitindeki Toplam Enerji

cosz

cosg

I

I

R

e de d

=

=

e e d de

.

I

z

cos

g

cos

I

.

R

I

=

=

y e 1

.

dA

z

cos

g

cos

.

I

e

=

Þekil 1. Güneþ, Yansýtýcý Yüzey ve Alýcýnýn Geometrik Durumlarý

k

A

j

A

i

A

1

+

2

+

3

=

ω

k

B

j

B

i

B

N

=

1

+

2

+

3

k

C

j

C

i

C

Y

=

1

+

2

+

3

dA

g

dA

y

dA

a

e

1

e

2

Aa

Ay

Ag

Alýcý

Yansýtýcý Yüzey

Güneþ

Alýcý birim yüzeyine gelen anlýk enerji,

(6)

ifadesinden hesaplanýr [10]. Bu ifadedeki dA /dA oraný bulunurken yararlanýlan temel kavram, yansýyan ýþýn denkleminin dA ve dA birim yüzey elemanlarý arasýnda bir dönüþüm saðlamasýdýr [11]. Bu dönüþüm sonucu

(7)

elde edilir. Burada;

(8) (9) (10) (11) (12) (13)

Alýcý birim yüzeyine gelen anlýk enerji e 'nin

hesaplanmasýndaki dönüþüm mekanizmasýný, analiz edebilmesi için, alýcý boruyu silindirik, yansýtýcý yüzeyin x-z düzlemindeki kesiti parabolik ve güneþ ýþýnlarýný ise

þeklinde alalým;

Alýcýmýz, parabolün yani yansýtýcýnýn odaðýna yerleþtirilmiþtir. Yansýtýcý yüzey normalinin denklemi,

þeklindedir. Buradaki B , B ve B katsayýlarý;

(14)

(15)

(16)

Ile verilir. Böylece yansýyan ýþýn denklemi Ifadesinden hesaplanýr. Burada C = 0'dýr. C ve C , (17) y a y a 2 1 2 3 2 1 3 a y e 2

dA

dA

.

z

cos

g

cos

.

I

.

e

=

δ

(

Z X

) (

f Z Y

)

f 1 A′= − ₁∂ ∂ − ₂ ∂ ∂

(

z x

) (

f z y

)

f 1 B′= − ₁∂ ∂ − ₂ ∂ ∂

(

)

(

f x z y f y z x

)

f x z y f y z x f f y f x f C 1 1 2 2 2 1 2 1 ∂ ∂ ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ = ′ x f . y f y f . x f D′=∂₁ ∂ ∂ ₂ ∂ −∂₁ ∂ ∂₂ ∂ 2 1 1 C C f = 3 2 2 C C f =

1

-A

0

A

0

A

i

₁

=

₂

=

₃

=

−

=

ψ

k

B

j

B

i

B

)

z

,

x

(

N

=

1

+

2

+

3

r

2 2 z 2 x x 1

F

2

x

1

F

2

x

f

f

1

f

B

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

−

=

+

+

−

=

0 f f 1 f B 2 z 2 x y 2 = + + − = 2 2 z 2 x z 3

F

2

x

1

1

f

f

1

f

B

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

=

+

+

=

k C j C i C Y= ₁r+ ₂ + ₃ 2 2 1

F

4

x

1

F

x

C

+

−

=

(

) (

)

[

B Z z C Z z D

]

1 Y Z X Z A . 1 y z x z z cos g cos . I . e 2 2 1 2 2 2 1 2 2 d 2 ′ − + ′ − + ′ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ′ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ δ =

(18)

ile verilir. Gelen radyasyon ve normal denklemlerinin skaler çarpýmý geliþ açýsýnýn kosinüsünü verir. Böylece

ifadesinden,

(19)

elde edilir. (7) nolu denklemdeki katsayýlarý; Denklem (8), (9) ve (10)'da z/ x=x/2F, z/ y=0, Z/ Y=0,

, ,

ifadeleri yerine yazýlarak aþaðýdaki gibi bulunur;

(20)

(21)

(22)

deðerleri Denklem (7)'de yerine konulursa,

(23)

alýcý birim kesitinde toplanan enerji miktarý denklemi elde edilir. Tüm alýcý kesintindeki toplam enerji,

(24)

integrali alýnarak bulunur. Bulunan bu genel toplam enerji denkleminin hesaplanmasý için yansýtýcý ve alýcýya ait parametrelerin verilmesi gerekmektedir.

Literatürde [12], parabolik güneþ kollektörlerinin enerjetik verimi aþaðýdaki gibi verilir.

(25)

Burada, T=(T-T ) þeklindedir. Ekserjetik verimi türetmek için önce ekserjinin tanýmlanmasýnda yarar vardýr. Ekserji tersinir bir süreç sonunda çevre ile denge saðlandýðý takdirde kuramsal olarak elde edilebilecek maksimum iþ miktarýdýr. Bu tanýma uygun olarak ekserjinin hesaplanabilmesi için, çevrenin, basýnç ve kimyasal kompozisyonunun kesinlikle belirtilmesi ve tersinir bir sürecin var olduðunun kabul edilmesi gerekir. Diðer tüm termodinamik analizler gibi, ekserji analizi için de tersinir sürecin nasýl olduðunun bilinmesi gerekli deðildir. Sadece sürecin baþlangýç-giriþ noktalarý ile bitiþ-çýkýþ noktalarý için geçerli olan koþullarýn bilinmesi gereklidir[1]. Buna göre ýsýnýn ekserjisi den hesaplanýr. Ýncelenen

sistemde faydalý enerji, þeklinde hesaplanýr. Buradan ýsýnýn ekserjisi;

(26)

þeklinde elde edilir. Güneþ radyasyon yoðunluðu tarafýndan býrakýlmýþ ekserji ise literatürden [5];

(27)

alýnmýþtýr. Kollektörün ekserjetik (ikinci yasa) verimi aþaðýda verilmiþtir.

(28)

Üzerinde durulan yaklaþýmýn esaslarýný göstermek için, literatürden[12] = 0,98, kollektör uzunluðu 100 m, alýcý geniþliði 5,8 m, alýcý yarý çapý 3,5 cm, odak uzaklýðý 1,71 m olan parabolik oluk tipi kolektörün teknik ölçüleri kullanýlmýþtýr. Isparta güneþlenme deðerlerinin kullanýlabilmesi için literatürden [13] alýnan yatay birim yüzeye bir anda gelen direkt güneþ ýþýnýmýný;

A’, B’, C’ A’, B’, C’ Q = I ¶ ¶ ¶ ¶ ¶ ¶ D h d a 1

Parabolik Oluk Tipi Kollektörün

Ekserjetik Analizi

Isparta Ýli Ýçin Örnek Bir

Hesaplama

(

)

2 2 2 2 2 2 3

F

4

x

1

F

4

x

1

sin

cos

C

+

−

=

α

−

α

=

3 3 2 2 1 1

B

A

B

A

B

A

g

cos

=

+

+

2 2

F

4

x

1

1

g

cos

+

−

=

2 2 _X R X X Z ∂ = − ∂

₍

2 2

₎

3 1 1 F 4 x 1 F x C C f − − = = f₂=C₂ C₃=0

(

)

2 2 2 2 1 F 4 x 1 F 4 x 1 x z f 1 B − + = ∂ ∂ − = ′

∫

₋

=

L 0 2 2 2

dX

X

R

R

.

e

E

(

)

(

)

2 kollektör , I I T . I . 0003 , 0 I T . 039 , 0 T . 000045 , 0 75 , 0 ∆ − ∆ − ∆ − = η ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = T T 1 Q Ex a Q ,

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ −

η

=

T

T

1

I

Ex

a I Q ,

(

)

_⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ _{− −} ≅ 1 0.28lnf T T 3 4 1 I Ex s a güneº ,

(

1 0,28lnf

)

T T 3 4 1 T T 1 Ex E s a a kollektör , I güneº , Q , X kollektör , II − − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − η ≅ = η

(

)

) X R ( ) F 4 x 1 ( F xX X R ) F 4 x 1 ( x z f 1 A 2 2 2 2 2 2 2 2 1 − − + − − = ∂ ∂ − = ′ 2 2 2 2 2 1 ) F 4 x 1 .( F ) F 4 x 1 ( x f C − + − = ∂ ∂ = ′

[

]

⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ₋ − − + − − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + δ = − 1 ) F 4 x 1 ( F ) z Z ( . R F xX X R ) F 4 x 1 ( F 4 x 1 1 e . A . . I e 2 2 2 2 2 2 2 3 2 2 Bm b 2

I = cos exp ( Bm) W/m I = I - I b e d A z - 2 (29) veren ifadedeki A ve B katsayýlarýnýn Isparta deðerlerinin hesaplanmasý gerekir. Yatay yüzeye gelen anlýk difüz güneþ ýþýmasý, literatürden [14]

(30)

denklemi kullanýlýr. Yatay yüzeye gelen anlýk toplam güneþ ýþýmasý, a ve b katsayýlarý

olmak üzere;

(31)

kullanýlarak hesaplanabilir. den hesaplanan anlýk direk radyasyon deðeri Denklem (29) ile korale edilip, A ve B katsayýlarý hesaplanmýþ ve tablo halinde sunulmuþtur.

Bu deðerlere göre tasarýmý ve hesaplamasý yapýlan

parabolik oluk tipi kollektörün alýcýsýnda toplanan anlýk

enerji miktarlarý Denklem (24)'e göre hesaplanmýþ, tablo

ve grafik halinde sunulmuþtur.

Tasarlanan parabolik oluk tipi kollektörün ekserji

deðerlendirmesinde ortam sýcaklýðýnýn 300 K olduðu

varsayýlmýþ, sistemdeki ýsý kayýplarý ihmal edilmiþ,

kollektörden çýkan akýþkan sýcaklýðý 400 K, T =5777 K

olarak alýnmýþ ve bulanýklýk faktörü (f) literatüre [5] göre

hesaplanmýþtýr.

Yapýlan analiz hesaplarýnda meteorolojiden alýnan

Isparta güneþ verileri kullanýlmýþ ve bu veriler Tablo 4.'de

sunulmuþtur.

Bu deðerlere göre hesaplamasý yapýlan parabolik

oluk tipi kollektörün enerjetik ve ekserjetik verimlilikleri

grafikler halinde aþaðýda verilmiþtir.

s

Tablo 2.Alýcýda Toplanan Anlýk Enerji (kW)

s s s s 6 d d

cos

360

2

sin

cos

cos

3600

.

24

10

.

H

I

ω

πω

−

ω

ω

−

ω

π

=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

(

)

(

60

)

sin

4767

,

0

6609

,

0

b

60

sin

5016

,

0

409

,

0

a

s s

−

ω

−

=

−

ω

+

=

(

)

d d 6

H

I

cosh

b

a

3600

10

H

I

+

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

Tablo 1.Isparta Ýçin Hesaplanan A ve B

Katsayýlarý Aylar A B Ocak 308,6 0,142 Þubat 326,8 0,144 Mart 384,9 0,156 Nisan 418,8 0,180 Mayýs 680,7 0,196 Haziran 716,4 0,205 Temmuz 859,5 0,207 Aðustos 848,6 0,201 Eylül 812,6 0,177 Ekim 651,8 0,160 Kasým 524,4 0,149 Aralýk 272,7 0,142 Pa rabolik kollektörde toplanan anlýk enerji (kW ) 125 135 145 155 165 175 5 10 15 20 25 30 Mayýs Haziran Temmuz Aðustos Günler

Tablo 3.Isparta Mayýs, Haziran, Temmuz ve Aðustos Aylarý Ýçin Hesaplanmýþ Bulanýklýk Faktörleri

Bulanýklýk faktörü (f) Saat

Mayýs Haziran Temmuz Aðustos 08:00 6,745.10-6 _7,33.10-6 _7,531.10-6 _6,578.10-6

09:00 9,174.10-6 9,761.10-6 1,015.10-5 9,283.10-6 10:00 1,121.10-5 _1,179.10-5 _1,234.10-5 _1,158.10-5

11:00 1,256.10-5 _1,314.10-5 _1,38.10-5 _1,312.10-5

12:00 1,304.10-5 _1,361.10-5 _1,431.10-5 _1,357.10-5

Tablo 4.Yatay Düzleme Gelen Anlýk Güneþ Iþýnýmlarý

Sezon Zaman (Saat) I (W/m2) Ie (W/m2) Sezon Zaman (Saat) I (W/m2 Ie (W/m2₎ Mayýs 08:00 415,3 244,9 Temmuz 08:00 475,5 322,6 09.00 579,3 349,3 09.00 640,9 448,3 10:00 707,9 440,4 10:00 755,6 556,2 11:00 793,7 502,6 11:00 855,7 629,3 12:00 824 524,7 12:00 903,8 655,2 Haziran 08:00 425,9 277,16 Aðustos 08:00 462,8 284 09.00 586,2 393,1 09.00 616,4 406,2 10:00 731,6 486,6 10:00 744,6 518,7 11:00 828,5 550,7 11:00 829,7 595,8 12:00 859,6 573,3 12:00 862,8 623,1 0,728 0,73 0,732 0,734 0,736 0,738 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Mayýs Haziran Temmuz Aðustos

Þekil 3.Parabolik Oluk Tipi Kollektörün I. Yasa Verimliliðinin Karþýlaþtýrýlmasý

0,2565 0,257 0,2575 0,258 0,2585 0,259 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Mayýs Haziran Temmuz Aðustos

hI

hII

) Yapýlan analiz hesaplarýnda meteorolojiden alýnan

Isparta güneþ verileri kullanýlmýþ ve bu veriler Tablo 4.'de sunulmuþtur.

Bu deðerlere göre hesaplamasý yapýlan parabolik oluk tipi kollektörün enerjetik ve ekserjetik verimlilikleri grafikler halinde aþaðýda verilmiþtir.

Saat Saat

Sonuçlar

Semboller

Alt Ýndisler Parabolik oluk tipi kollektörler güneþ enerjisinden

yararlanarak yüksek sýcaklýk gerektiren proses uygulamalarýnda kullanýlabilir. Bu tip kollektörlerin tasarým parametreleri belirlenirken, yansýtýcý ve alýcý

yüzeylere gelen enerjinin hesaplanmasý büyük önem arz eder.

Look ve Sundvold'un [11] yaptýklarý çalýþmada parabolik oluk tipi kolektörlerin optik analizini, hesaplanmasý pratik olmayan formülasyon þeklinde vermiþlerdir. Bu çalýþmada ise, parabolik oluk tipi kollektörlerinin optik ve enerjetik analizleri sonunda elde edilen tüm alýcý yüzeye gelen toplam enerji miktarýný veren (24) nolu denklem yansýtýcý ve alýcý boyut parametreleri verilen tüm parabolik oluk tipi kolektörlere kolaylýkla uygulanabilir. Buna ilave olarak, parabolik oluk tipi kolektörlerin verimini ifade etmede son derece önemli olan ekserjetik analizin nasýl uygulanacaðý açýklanmýþtýr. Örnek bir çalýþma olarak,

tasarým parametreleri verilmiþ olan parabolik oluk tipi kollektörün Mayýs, Haziran, Temmuz ve Aðustos aylarýna ait Isparta güneþlenme verileri kullanýlarak enerjetik analizi yapýlmýþ, termodinamiðin I. yasasýna göre enerjetik verimi II. yasasýna göre ekserjetik verimi incelenmiþtir. Þekil 2'ye göre Temmuz ayýnda kollektörde toplanan ortalama anlýk enerjinin inceleme yapýlan diðer aylarda toplanan ortalama anlýk enerjiden daha fazla olduðu görülmüþtür. Bunun nedeni; yoðunlaþtýrýcý kollektörlerin, güneþten gelen direk ýþýnýmý yoðunlaþtýrarak enerji üretmesi ve Isparta'ya en fazla direk ýþýnýmýn Temmuz ayýnda gelmesidir. Buna baðlantýlý olarak Þekil 3'deki enerjetik verim ve Þekil 4’deki ekserjetik verim grafikleri incelendiðinde, enerjetik analizle uyum içinde olduklarý ve analizi yapýlan aylardaki en yüksek deðerlere Temmuz ayýnda ulaþtýklarý görülmüþtür.

A, B Katsayý

g Geliþ açýsý (derece)

dA , dA Sýrasýyla birim yansýtýcý ve alýcý yüzeyler (m ) e Birim yansýtýcý yüzeyden yansýtýlacak anlýk

enerji (W)

e Birim alýcý yüzeye gelen anlýk enerji (W) H Aylýk ortalama günlük tüm radyasyon (W/m ) H Aylýk ortalama günlük difüz radyasyon (W/m )

I Tüm radyasyon (W/m )

I Direkt radyasyon (W/m )

I Yatay ve güneye bakan yüzeye direkt olarak

gelen radyasyon (W/m ) I Difüz radyasyon (W/m )

I Eðik ve güneye bakan yüzeye gelen direkt radyasyon (W/m )

F Alýcý odaðý (m) f Bulanýklýk faktörü R Alýcý yarýçapý (m)

R Eðik ve yatay düzleme gelen anlýk direkt

radyasyonun oraný

T Yutucu boruda bulunan çalýþma sývýsýnýn sýcaklýðý (K) T Ortam sýcaklýðý (K) T Güneþ sýcaklýðý (5777 K) Q Faydalý enerji (W/m ) z(x) Parabolün denklemi (x /4F) Z(X) Alýcý denklemi

z Zenit açýsý (derece) Yansýtma katsayý

Enerjetik verim (I. yasa verimi) Ekserjetik verim (II. yasa verimi) h Saat açýsý (derece)

Güneþ batýþ saat açýsý (derece)

1 Yansýtýcý yüzey 2 Alýcý yüzey y a 1 2 d b e d de d a s I II,kol s 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 d h h w 4 s T f I= σ

)

X

R

F

(

−

2

−

2

I I. Yasa verimi II II. Yasa verimi

Þeffaf Yalýtýmlý Düz Kollektörler ile Düz Kollektörlerin (güneþ enerjisi toplayýcýlarýnýn) I. ve II. Yasa Verimliliklerinin Ýrdelenmesi, II. Ulusal Ege Enerji Sempozyumu ve Sergisi, Kütahya, 2004.

Maximization of Exergy Gain in High Temperature Solar Thermal Receivers by Choise of Pipe Radius, Journal of Heat Transfer, Vol:33, pp 337-340, 1991.

Simulation of Thermal Behaviour for Modular Design of Parabolic Through Solar Concentrators, First Trabzon International Energy and Environment Symposium, pp 103-110, 1996.

Exergetic Analysis of a Solar Thermal Power System, Renewable Energy, pp 135-143, 19, 2000.

Exergy Analysis of Domestic Scale

Solar Water Heaters, Renewable and Sustainable Energy Reviews, pp 638-645, 9, 2005.

Güneþ Enerjisinde Yoðunlaþtýrýcý Toplaç, Türkiye Bilimsel ve Teknik Araþtýrma Kurumu, Temel Bilimler Araþtýrma Grubu, 586, Ankara, 1985. Yeni Enerji Kaynaklarý, Ýstanbul, 1983. Sabit Yansýtýcýlý-Çizgisel Odaklý Kule Projesinde Yansýtýcýlý-Odaklayýcý Yüzeyin Þekillendirilmesi, Ege Üniversitesi Güneþ Enerjisi Enstitüsü Doktora Tezi, Ýzmir, 1986.

Analysis of Concentrating Collectors of Energy From a Distant Point Source, Solar Energy Vol.31.No.6,pp. 545-55, 1983.

Comparison of Different Solar-Assisted Heat Supply Systems for a Multi-Effect Seawater Distillation Unit, ISES Solar World Congress, Göteborg, June, 14-19 Sweden, 2003.

Güneþ Enerjisi, Kipaþ Daðýtýmcýlýk, 1983.

Türkiye'deki Çeþitli Ýstasyonlarda Toplam ve Saatlik Güneþ Iþýma Hesap Deðerleri, Isý Bilimi ve Tekniði Cilt 19 No 1-2, Sayfa 27-32, 1998.

Kaynakça

1. Üçgül, Ý., Koyun, T. ve Þenol, R.,

2. www.kimyamühendisi.com 3. Bannister, P.,

4. Eltez, M.,

5. You, Y., Hu, E.J.,

6. Singh, N., Kaushik, S.C., Misra, R.D.,

7. Xiaowu, W., Ben, H.,

8. Ecevit, A., Goshtasbpour, M.,

9. Külünk, H. ve Eyice, S., 10. Eltez, M.,

11. Look, D.C. and Sundvold, P.D.,

12. Blanco, J., Alarcon, D., Sanchez, B., Malato, S., Maldonado, M., Hublitz, A., Spinnler, M., Technical

13. Kýlýç, A. Ve Öztürk, A.,

14. Fakýoðlu, A. ve Ecevit, A.,

A Medium-Temperature Solar Thermal Power System and Its Efficiency Optimisation, Applied Thermal Engineering, pp.357-364, Australia, 2002.

ODA DERGÝLERÝ 2006 YILI ABONE KOÞULLARI