Giriþ: Fosil yakýtlarýn azalmasý, pahalý olmasý ve çevreye olumsuz etkileri alternatif / yenilenebilir enerjilere olan ihtiyacý arttýrmýþtýr. Bu alternatif enerji kaynaklarýndan olan güneþ enerjisi günümüzün en önemli enerji kaynaklarýndan biri haline gelmiþtir. Güneþ enerjisi termal olarak ve elektrik enerjisi olarak kullanýlabilmektedir. Güneþ enerjisi doðal olarak kesikli bir enerji türüdür. Güneþ enerjisinin mekân ýsýtmasýnda daha uzun süreli ve verimli olarak kullanýlabilmesi için termal olarak depolanmasý gerekmektedir. Genel olarak termal depolama, güneþ varken, gün içinde, güneþ enerjisinin ýsý deposuna þarj edilmesi ve güneþin olmadýðý zamanlarda depolanan enerjinin deþarj edilerek kullanýlmasý þeklindedir. Termal enerji depolama, depolama malzemesinin sýcaklýðý yükseltilerek; duyulur ýsý þeklinde ve/veya faz deðiþtirmesi saðlanarak; gizli ýsý þeklinde yapýlmaktadýr. Bu çalýþmada güneþ enerjisinin daha iyi depolanmasý için bir ýsý deposu geliþtirilmiþtir. Geliþtirilen ýsý deposuna ýsýtýlan akýþkanla þarj etme yanýnda direk güneþ ýþýnýmý da uygulanarak depoya etkileri araþtýrýlmýþtýr. Amaç: Bu çalýþma güneþ enerjisinin termal olarak daha verimli depolanmasý ve böylece mekân ýsýtmasýnda kullanýmýnýn yaygýnlaþmasý amacýyla gerçekleþtirilmiþtir. Kapsam: Yapýlan bu çalýþmada üç farklý ýsý depolama malzemesi kullanýlmýþtýr. Deneyler Kocaeli ilinde Þubat, Mart ve Nisan aylarýnda yapýlmýþtýr. Sýnýrlýklar: Depolama sisteminin çalýþmasý için otomasyon ve otomatik kontrolü maliyetli olduðundan manuel olarak yapýlmýþtýr. Yöntem: Çalýþmamýzda güneþi termal olarak depolamak üzere bir ýsý deposu tasarýmý ve imalatý yapýlmýþtýr. Isý deposu; su akýþkanlý ve hava akýþkanlý kollektörlerden ýsý aldýðý gibi kendi güney cephesinden de güneþ ýþýnýmýný alarak ýsý enerjisine dönüþtürecek ve güneþin olmadýðý zamanlarda kullanýlmak üzere ýsýyý bazalt taþlarýnda, suda ve parafin waxta depolayacak þekildedir. Isý deposunun güney cephesi Kocaeli ili kýþ þartlarýna göre 56 derece eðimli ve çift camlý olarak yapýlmýþtýr. Kontra plak malzemeden yapýlan kabin içerisine paslanmaz çelik malzemeden yapýlmýþ bir tank yerleþtirilmiþtir. Tankýn iç kýsmýna parafin wax, dýþ kýsmýna su konulacak þekilde iki bölmeli olarak imal edilmiþtir. Tankýn dýþ çapý 71,6 cm, yüksekliði 150 cm’dir. Parafin waxýn depolandýðý içteki tankýn çapý 31,8 cm’dir. Bu tank su akýþkanlý güneþ kollektörünce ýsýtýlmýþtýr. Isý depolama malzemesi olarak, Gölcük/Kocaeli bölgesinde çýkarýlan bazalt taþlarý kullanýlmýþtýr. Isý deposu içerisi çift bölmeli silindirik tanký saracak þekilde 4-6 cm boyutlarýnda 1250 kg bazalt taþý ile doldurulmuþtur. Kullanýlan bazalt taþlarýnýn özgül aðýrlýðý 2.665 kg/m3’tür. Taþlar hava akýþkanlý güneþ kollektörünce ve direk güneþ ýþýnýmýyla ýsýtýlmýþtýr. Küçük hacimde yüksek miktarda ýsý depolayabilen faz deðiþtiren madde ile tankýn ýsý tutma kabiliyetinin arttýrýlmasý hedeflendiði için diðer bir ýsý depolama malzemesi olarak parafin wax kullanýlmýþtýr. Parafin wax ýsý deposunun içinde yer alan ve çift bölmeden oluþan tankýn ortasýndaki bölmeye yerleþtirilmiþtir. Çalýþmamýzda 46 °C’de eriyip/katýlaþtýðý tespit edilen 50 litre parafin wax kullanýlmýþtýr. Isý deposunun güney cephesi açýk býrakýlarak ve kapatýlarak ölçüm yapýlmýþ ve güneþ ýþýnýmýnýn taþlara direk ýþýnýmýnýn etkileri araþtýrýlmýþtýr. Deney düzeneklerinin kurulmasýndan sonra sistem çalýþtýrýlmýþ ve güneþ ýþýðý ölçümleri, sýcaklýk ölçümleri, termal kamera ile sýcaklýk ölçümleri, hava hýzý ölçümü, kullanýlan elektrikli ýsýtýcýnýn çektiði güç ve harcadýðý enerji ölçümleri yapýlmýþtýr. Bulgular: Isý deposuna direk güneþ ýþýnýmý etkisinin incelendiði deney baþlýðýnda yapýlan deney sonucunda havanýn güneþli olduðu ve güneþ ýþýnýmýnýn birbirine benzer olduðu durumda; direk olarak güneþ ýþýðý almayan ýsý deposunun ortalama sýcaklýðý maksimum olarak saat 17:00 de 38 ºC’ ye ulaþabilirken direk güneþ ýþýðý alan sistemde saat 17:00 de 45,6 ºC’ ye ulaþmýþtýr. Termal kameralarla yapýlan ölçümler sonucunda; güney cephe kapatýlarak direk ýþýnýmýn olmadýðý durumda güneþ görmeyen taþlarýn sýcaklýðýnýn gün sonunda maksimum ulaþtýðý sýcaklýðýn saat 20:00 itibariyle 46,6 ºC olduðu, güneþ ýþýnýmýnýn taþlara direk temasý olduðu durumda ise gün sonunda saat 20:00 itibariyle maksimum sýcaklýk 56,8 ºC olarak tespit edilmiþtir. Güneþin taþlara direk temas ettiði deneyde 1 saat arayla yapýlan ölçümlerde güneþin en parlak olduðu saat 14:00'te bazalt taþý yüzey sýcaklýðýnýn maksimum 79,6 ºC sýcaklýða kadar ulaþabildiði tespit edilmiþtir. Sonuç: Çalýþma sonucunda, faz deðiþtiren madde ve suyun yüksek ýsý tutma avantajý ile taþlarýn yüksek ýsý transfer hýzý (temas yüzeyinin fazla olmasý sayesinde) avantajý birleþtirilip daha yüksek performanslý bir ýsý deposu tasarýmý ve imalatý yapýlmýþtýr. Yapýlan deneylerde direk güneþ ýþýnýmý alan ýsý deposunun almayan ýsý deposuna göre daha yüksek sýcaklýklara ulaþabildiði ve %11,7 daha fazla enerji depolayabildiði tespit edilmiþtir. Teþekkür: Bu çalýþma Kocaeli Üniversitesi, Bilimsel Araþtýrma Projeleri Koordinasyon Birimi (BAP) tarafýndan desteklenmiþtir (2014/007).
Anahtar Kelimeler: Güneþ Enerjisi Depolama, Isý Depolama, Taþlarda Isý Depolama
|
