Giriş: Fosil yakıtların azalması, pahalı olması ve çevreye olumsuz etkileri alternatif / yenilenebilir enerjilere olan ihtiyacı arttırmıştır. Bu alternatif enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi günümüzün en önemli enerji kaynaklarından biri haline gelmiştir. Güneş enerjisi termal olarak ve elektrik enerjisi olarak kullanılabilmektedir. Güneş enerjisi doğal olarak kesikli bir enerji türüdür. Güneş enerjisinin mekân ısıtmasında daha uzun süreli ve verimli olarak kullanılabilmesi için termal olarak depolanması gerekmektedir. Genel olarak termal depolama, güneş varken, gün içinde, güneş enerjisinin ısı deposuna şarj edilmesi ve güneşin olmadığı zamanlarda depolanan enerjinin deşarj edilerek kullanılması şeklindedir. Termal enerji depolama, depolama malzemesinin sıcaklığı yükseltilerek; duyulur ısı şeklinde ve/veya faz değiştirmesi sağlanarak; gizli ısı şeklinde yapılmaktadır. Bu çalışmada güneş enerjisinin daha iyi depolanması için bir ısı deposu geliştirilmiştir. Geliştirilen ısı deposuna ısıtılan akışkanla şarj etme yanında direk güneş ışınımı da uygulanarak depoya etkileri araştırılmıştır. Amaç: Bu çalışma güneş enerjisinin termal olarak daha verimli depolanması ve böylece mekân ısıtmasında kullanımının yaygınlaşması amacıyla gerçekleştirilmiştir. Kapsam: Yapılan bu çalışmada üç farklı ısı depolama malzemesi kullanılmıştır. Deneyler Kocaeli ilinde Şubat, Mart ve Nisan aylarında yapılmıştır. Sınırlıklar: Depolama sisteminin çalışması için otomasyon ve otomatik kontrolü maliyetli olduğundan manuel olarak yapılmıştır. Yöntem: Çalışmamızda güneşi termal olarak depolamak üzere bir ısı deposu tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Isı deposu; su akışkanlı ve hava akışkanlı kollektörlerden ısı aldığı gibi kendi güney cephesinden de güneş ışınımını alarak ısı enerjisine dönüştürecek ve güneşin olmadığı zamanlarda kullanılmak üzere ısıyı bazalt taşlarında, suda ve parafin waxta depolayacak şekildedir. Isı deposunun güney cephesi Kocaeli ili kış şartlarına göre 56 derece eğimli ve çift camlı olarak yapılmıştır. Kontra plak malzemeden yapılan kabin içerisine paslanmaz çelik malzemeden yapılmış bir tank yerleştirilmiştir. Tankın iç kısmına parafin wax, dış kısmına su konulacak şekilde iki bölmeli olarak imal edilmiştir. Tankın dış çapı 71,6 cm, yüksekliği 150 cm’dir. Parafin waxın depolandığı içteki tankın çapı 31,8 cm’dir. Bu tank su akışkanlı güneş kollektörünce ısıtılmıştır. Isı depolama malzemesi olarak, Gölcük/Kocaeli bölgesinde çıkarılan bazalt taşları kullanılmıştır. Isı deposu içerisi çift bölmeli silindirik tankı saracak şekilde 4-6 cm boyutlarında 1250 kg bazalt taşı ile doldurulmuştur. Kullanılan bazalt taşlarının özgül ağırlığı 2.665 kg/m3’tür. Taşlar hava akışkanlı güneş kollektörünce ve direk güneş ışınımıyla ısıtılmıştır. Küçük hacimde yüksek miktarda ısı depolayabilen faz değiştiren madde ile tankın ısı tutma kabiliyetinin arttırılması hedeflendiği için diğer bir ısı depolama malzemesi olarak parafin wax kullanılmıştır. Parafin wax ısı deposunun içinde yer alan ve çift bölmeden oluşan tankın ortasındaki bölmeye yerleştirilmiştir. Çalışmamızda 46 °C’de eriyip/katılaştığı tespit edilen 50 litre parafin wax kullanılmıştır. Isı deposunun güney cephesi açık bırakılarak ve kapatılarak ölçüm yapılmış ve güneş ışınımının taşlara direk ışınımının etkileri araştırılmıştır. Deney düzeneklerinin kurulmasından sonra sistem çalıştırılmış ve güneş ışığı ölçümleri, sıcaklık ölçümleri, termal kamera ile sıcaklık ölçümleri, hava hızı ölçümü, kullanılan elektrikli ısıtıcının çektiği güç ve harcadığı enerji ölçümleri yapılmıştır. Bulgular: Isı deposuna direk güneş ışınımı etkisinin incelendiği deney başlığında yapılan deney sonucunda havanın güneşli olduğu ve güneş ışınımının birbirine benzer olduğu durumda; direk olarak güneş ışığı almayan ısı deposunun ortalama sıcaklığı maksimum olarak saat 17:00 de 38 ºC’ ye ulaşabilirken direk güneş ışığı alan sistemde saat 17:00 de 45,6 ºC’ ye ulaşmıştır. Termal kameralarla yapılan ölçümler sonucunda; güney cephe kapatılarak direk ışınımın olmadığı durumda güneş görmeyen taşların sıcaklığının gün sonunda maksimum ulaştığı sıcaklığın saat 20:00 itibariyle 46,6 ºC olduğu, güneş ışınımının taşlara direk teması olduğu durumda ise gün sonunda saat 20:00 itibariyle maksimum sıcaklık 56,8 ºC olarak tespit edilmiştir. Güneşin taşlara direk temas ettiği deneyde 1 saat arayla yapılan ölçümlerde güneşin en parlak olduğu saat 14:00'te bazalt taşı yüzey sıcaklığının maksimum 79,6 ºC sıcaklığa kadar ulaşabildiği tespit edilmiştir. Sonuç: Çalışma sonucunda, faz değiştiren madde ve suyun yüksek ısı tutma avantajı ile taşların yüksek ısı transfer hızı (temas yüzeyinin fazla olması sayesinde) avantajı birleştirilip daha yüksek performanslı bir ısı deposu tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Yapılan deneylerde direk güneş ışınımı alan ısı deposunun almayan ısı deposuna göre daha yüksek sıcaklıklara ulaşabildiği ve %11,7 daha fazla enerji depolayabildiği tespit edilmiştir. Teşekkür: Bu çalışma Kocaeli Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (BAP) tarafından desteklenmiştir (2014/007).
Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi Depolama, Isı Depolama, Taşlarda Isı Depolama
|
