Dr. Fatih AY
Tel: 0 388 225 22 55
[email protected]
www.fatihay.net
% 40 Ara Sınav
(% 20 Ödev ve Sunumu)
%40 Final Sınavı (Ödev Finale dahil edilecek)
2








GÜNEŞ ENERJİSİ
(1. Hafta)
GÜNEŞ GEOMETRİSİ ve ATMOSFER DIŞI GÜNEŞ IŞINIMI
(2. Hafta)
YERYÜZÜNE GELEN IŞINIM
(3. Hafta)
GÜNEŞ ENERJİSİ TOPLAYICILARI
(4. ve 5. Hafta)
ENERJİ DEPOLAMA
(6. ve 7. Hafta)
GÜNEŞ ENERJİLİ SICAK SU SİSTEMLERİ
(8. ve 9. Hafta)
GÜNEŞ PİLLERİ
(10. Hafta)
ÖDEV TESLİMİ ve SUNUMLAR
(11. ve 12. Hafta)
3









Güneş Enerjisiyle Soğutma
()
Güneş Enerjisi ile Su Damıtma Sistemleri
()
Güneş Enerjisi ile Kurutma Sistemleri
()
Seraların Isıtılmasında Güneş Enerjisi
()
Güneş Fırınları ve Pişiriciler
()
Güneş Enerjisi ile Buhar ve Elektrik Üretimi
()
Güneş Enerjisi ile Hacim Isıtma
()
Güneş Havuzları
()
Isı Borusu
()
4





Giriş
Güneş ve Güneş Enerjisi
Güneş Enerjisinin Tarihsel Gelişimi
Güneş Enerjisinin Uygulama Alanlarının
Sınıflandırılması
Güneş Enerjisi Uygulamaları
5



Güneş Sabiti (The Solar Constant) ve Atmosfer
Dışı Işınımın Değişimi
Güneş Açıları
Atmosfer Dışında Yatay Düzleme Gelen Güneş
Işınımı
6



Yeryüzüne Gelen Işınım
Güneş Işınım Ölçümleri
Yeryüzüne Ulaşan Güneş Işınım Hesabı
7




Düzlemsel Güneş Toplayıcıları
Vakumlu Güneş Toplayıcıları
Yoğunlaştırıcı Sistemler
Düz Toplayıcının Isıl Analizi
8


Isı Enerjisi Depolama Sistemleri
Elektrik Enerjisi Depolama Sistemleri
9




Doğal Dolaşımlı Sistemler
Pompalı Sistemler
Güneş Enerjili Sıcak Su Sistemlerinin
Projelendirilmesi
Projelendirme Hesap Yöntemleri
10




Güneş Pillerinin Yapısı ve Elektrik Üretimi
Güneş Pillerinin Yapımında Kullanılan
Malzemeler
Güneş Pilleri ve Güç Sistemleri
PV Sistemleri Yardımcı Ekipmanları
11
Dr. Fatih AY
Tel: 0 388 225 22 55
[email protected]
www.fatihay.net





Giriş
Güneş ve Güneş Enerjisi
Güneş Enerjisinin Tarihsel Gelişimi
Güneş Enerjisi Uygulama Alanlarının
Sınıflandırılması
Güneş Enerjisi Uygulamaları
13
İnsan ve hayat için üç önemli unsur
14
Enerji hayatın her alanında

Aydınlatma

Elektrik Enerjisi

Isı Enerjisi
15
Enerjiyi etkin kullanma ve enerji kaynaklarına
sahip olma mücadelesi

Kömürün Bulunması

Petrol
Sanayi Devrimi
Günümüz Savaşları
16

Petrol, doğalgaz ve kömür rezervleri

Küresel ısınma
Sera gazları

Buzulların erimesi
Fosil yakıtlar

Çölleşme
17
18
Atmosferi en çok kirleten ülkeler
Dünya nüfusunun %4’ü
ABD
Çin
Rusya
Japonya
Hindistan
Almanya
İngiltere
Sera etkisi yapan gazların %25’i
19
Yenilenebilir enerji çalışmaları için dönüm noktaları
1973 Enerji krizi
Küresel ısınma
20
Türkiye’de genel enerji tüketiminin kaynaklara göre dağılımı (2005)
13%
38%
Petrol
27%
Doğal Gaz
Kömür
22%
*Hidroelektrik
santraller de bu kategoriye dahil edilmiştir.
Yenilenebilir*
21
Toplam enerji talebinin yerli üretimle karşılanma
oranı
2005
%26
2020
%24
22
2020 yılı tahminleri
Jeotermal
Rüzgar Enerjisi
Güneş
6269 TEP
23 TEP
828 TEP
Toplam üretimin sadece %10’u
TEP: Ton Petrol Eşdeğeri
23
Mevcut durum itibari ile güneş enerjisinin en
ekonomik ve yaygın kullanılan türü güneş enerjisi
ile sıcak su ısıtma sistemleridir.
24
İki adet kaliteli düzlemsel güneş kollektörünün
ürettiği ısı enerjisinin karşılığı
3000 kg odun
765 kg fuel-oil
720 kg LPG
960 m3 doğalgaz
2200 kg yerli-Soma kömürü
1480 kg ithal taş kömürü
1088 kWh elektrik enerjisi
25
Ülkemizde ortalama yıllık toplam güneşlenme
süresi: 2640 saat
Yıllık güneş enerjisi ışınım şiddeti: 1311 kWh/m2
GÜNEŞ KUŞAĞI ÜLKESİ
26
Türkiye’de aylık güneşlenme süreleri
339
350
322
308
300
269
261
250
201
197
200
Saat
170
137
150
122
107
96
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Aylar
27
Çap: 1.400.000 km
Dünyanın yaklaşık 109 katı büyüklük
Yoğunluk: Dünya yoğunluğunun ¼’ü kadar
28
Samanyolunda güneşin yeri
200.000.000.000 yıldızdan 1’i !!!
29
Evrende kaç galaksi vardır?
Hubble Uzay Teleskopu ile yapılan ölçüm ve tahmine
göre
100.000.000.000 ile 300.000.000.000 arası
Alman bilim adamlarının yaptığı süper-bilgisayar
simülasyon tahminine göre
500.000.000.000!!! 
Fatih AY’ın tahminlerine göre
30
31




Güneş, hidrojen ve helyum gazlarından oluşan
orta büyüklükte bir yıldızdır. Sıcaklığı merkeze
doğru artar ve 20.000.000°C ‘yi bulur.
Güneş, ortalama 6000°K sıcaklıkta ışınım yapan
bir cisim olarak kabul edilir.
Yüksek sıcaklık nedeni ile elektronlar atom
çekirdeklerinden ayrılır.
Güneşte atom ve molekül değil serbest
elektronlar ve atom çekirdekleri bulunur.
32
Füzyon
33
Hidrojen Bombası: 60 megatonluk (60 milyon ton) TNT
patlamasına karşılık gelir.
Atom Bombası: Hiroşima, 15 kilo tonluk bir patlama
34
Güneşin merkezinde bir saniyede 564 milyon ton
hidrojen 560 milyon ton helyuma dönüşür.
Aradaki fark?
Enerjiye dönüşür ve bunun 170 milyar MW’ı
dünyaya ulaşır.
Bu miktar şu an dünyada kullanılan enerji
miktarının 15-16 bin katıdır.
35
%45
36
Dünyanın dışına, yani hava kürenin dışına güneş
ışınlarına dik bir metre kare alana bir saniyede
gelen güneş enerjisi, 1367 W/m2 dir.
Bu değer, tanım gereği, yıl boyunca değişmez
varsayılabilir. Bu sayı «Güneş Sabiti» olarak
adlandırılır.
37
Hava küre dışına gelen güneş ışınlarının dalga
boyları, içinde görünür bölgeyi de kapsayacak şekilde,
morötesinden kırmızı altına dek uzanmaktadır.
Güneş ışınımlarının dalga boyları 100 nm ila 3000 nm
arasındadır.
38
Güneş ışınımları hava küreyi geçerken belli
yutulmalara uğrarlar.
- Gazlar
- Toz parçacıkları
- Saçılmalar
- Bulutlar
- Su buharı ve karbondioksit tarafından emilim
(Mavi renge karşılık gelen dalga boyları kırmızıya
oranla daha fazla saçıldığından gökyüzü mavi
görünür.)
39


Rüzgar oluşumu: Sıcak soğuk farkından
dolayı meydana gelen basınç farkı
Deniz dalgaları ve akıntılar: Rüzgarın etkisi ile
ortaya çıkarlar.
Dolayısıyla, rüzgar, deniz dalgaları ve akıntılar
birer güneş enerjisi türevidir.
40
Socrates (M.Ö. 470-399)
(konutların ısıl dengesi ve ısınması için güneşten
faydalanılması)
Xenopohon’s Memorable adlı eserinden alınan
prensibe göre:
«Binaların güney duvarlarını, kış güneşini alacak
şekilde daha yüksek, kuzey duvarlarını da soğuk
rüzgarlara maruz kalmaması için alçak yapmak en iyi
bir düzenlemedir.»
41
Salama de Caus (1564-1626)
Güneş Enerjisi ile çalışan ilk su pompası
Ericsson
Güneş enerjisinden buhar elde ederek makine
işletmiş
Sir John Herschel
Güneş ışınımı ölçen ilk aleti icat etmiştir.
42
1954 yılında Bell laboratuvarlarında güneş pilleri
üretilmiştir.
İlk büyük ölçekli kullanım uzay alanında
43
44
Güneş Enerjisi Uygulamaları
I.
Düşük Sıcaklık (20-100°C)
II. Orta Sıcaklık (100-300°C)
III. Yüksek Sıcaklık (>300°C)
45
I. Düşük Sıcaklık Uygulamaları








Kullanım sıcak suyu elde edilmesi
Konut ısıtılması soğutulması
Sera ısıtılması
Kurutma
Yüzme havuzu ısıtılması
Güneş ocakları ve fırınları
Deniz suyundan tatlı su elde edilmesi
Tuz üretimi
46
II. Orta Sıcaklık Uygulamaları

Endüstriyel kullanım için buhar üretimi

Büyük ısıtma-soğutma sistemleri

Elektrik üretimi
47
III. Yüksek Sıcaklık Uygulamaları

Güneş fırınları

Güç santralleri
48
Bir diğer sınıflama
I. Aktif Sistemler
II. Pasif Sistemler
III. Fotovoltaik Uygulamalar
49
I. Aktif Sistemler
Aktif Güneş sistemleri, Güneş enerjisini istenilen
biçimdeki enerjiye dönüştürmek amacıyla
kullanılan çeşitli mekanik ve elektronik
sistemlerin bütünüdür. Bu sistemler sayesinde
güneş ışınımı istenilen seviyede ısı ve elektrik
enerjisine dönüştürülmektedir
50
II. Pasif Sistemler
1.Toplama
Güneşin ışınlarının geliş yönünde açılan
pencereler, seralar v.s yardımıyla güneş
enerjisinin yapıt içerisine alınmasıdır.
2.Depolama
Yapıt içerisine alınan ısının fazlasının
daha sonra kullanılmak üzere zemin ve
duvarlara depo edilmesidir.
3.Dağıtma
Depolanan ısının ihtiyaç duyulduğunda
yapıta tekrar aktarılmasıdır. Bu işlem
ısısın yayılmasıyla olabileceği gibi
fanlarda kullanılabilir
51
III. Fotovoltaik Uygulamalar
52
Hacim Isıtma
Güneş
enerjisinden
yararlanılan
evler
güvenli ve ucuz bir
şekilde ısıtılabilir. Aktif
ve
pasif
sistemler
beraber kullanılabilir.
İdeal olarak güneş
kollektörleri ile üretilen
sıcak hava veya su,
güneş pilleri ile üretilen
elektrik ve ısı tutucu
pasif sistemler birlikte
kullanılır.
53
Evlerde ve Sanayide Su Isıtma Sistemleri
Kullanım suyu için güneş enerjili sıcak su sistemleri
en yaygın kullanılan güneş enerjisi sistemleridir.
Teknolojisi oldukça basit olduğundan gelişmiş
ülkelerde olduğu gibi gelişmekte olan ülkelerde de
güvenilir güneşli su ısıtıcıları yapılmaktadır.
54
Güneş kollektörlü sistemler
Doğal Dolaşımlı
Sistemler
Açık Devreli
Kapalı Devreli
Pompalı Sistemler
Açık Devreli
Kapalı Devrel
55
Doğal dolaşımlı sistemler, ısı transfer akışkanının
sıcaklıkla yoğunluğunun azalması dolayısıyla
kaldırma kuvvetiyle sirkülasyonun sağlandığı
sistemlerdir.
Kollektörlerde
ısınan
suyun
yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine
dayanmaktadır.
Deponun alt seviyesinden kendi ağırlığı ile aşağıda
bulunan kollektörlere giren soğuk (ağır) su,
kollektörlerde ısınarak hafifler ve deponun üst
seviyesine yükselir.
Ucuzdur ve küçük sistemlere uygundur.
56
57
Pompalı sistemler, ısı transfer akışkanının pompa ile
dolaştırıldığı sistemlerdir. Büyük sistemlerde basınç
kaybının artması sonucu doğal dolaşımın olmaması
ve büyük bir deponun yukarıda tutulmasının
zorunluğu
nedeniyle
pompalı
sistemler
kullanılmaktadır.
Depo tabanına ve kollektör çıkışına yerleştirilen
diferansiyel termostatın sensörleri; kollektörlerdeki
suyun depodaki sudan 10°C daha sıcak olması
durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya
alır, bu fark 3°C olduğunda ise pompa durur.
Pompa ve sistem arızaları
maliyetleri yüksektir.
dolayısıyla
işletme
58
59
Açık devreli sistemler, kullanım suyu ile
kollektörlerde dolaşan suyun aynı olduğu
sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri
yüksek ve ucuzdur.
Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı
bölgelerde kullanılır.
60
Kapalı sistemler, kullanım suyu ile ısıtma suyunun
farklı olduğu sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan
su depo içindeki 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
düşüktür.
61
+100oC'ta suyun yoğunluğu 958,4 kg/m3
+40oC'ta suyun yoğunluğu 992,2 kg/m3
+20oC'ta suyun yoğunluğu 998,2071 kg/m3
+4oC'ta suyun yoğunluğu 999,9720 kg/m3
0oC'ta suyun yoğunluğu 999,8395 kg/m3
-10oC'ta suyun yoğunluğu 998,117 kg/m3
Not: Su özelliği gereği 4oC üzerinde yoğunluğu azaldığı için
sıcak su üst kısımda yer alır. Su 4oC altında da yoğunluğu
azalmaktadır.
62
63





Hacim Soğutma
Güneşli Pişirme Sistemi
Su Pompalama Sistemi
Elektrik Üretim Sistemi
Merkezi Alıcı Güç Santralleri
64
Pasif Isıtma Sistemleri
• Doğrudan Kazanım Sistemleri
• Isı Toplayan Duvar Sistemleri
• Birleşik Sistemler
• Isı Toplayan Çatı Sistemleri
65
Doğrudan kazanım sistemleri, güneşin
yönlendirilmiş pencereden doğrudan
geçmesini sağlar.
uygun
içeriye
66
Isı toplayan duvar sistemi, öncelikle üzerindeki dış ısı
kaybını azaltmak için şeffaf bir dış örtü ile kaplanmış
dikey bir duvarın karartılmış dış yüzeyinde enerji
soğurulur. Soğurulan ısı daha sonra içeriye taşınım ve
ışınım olmak üzere iki yolla verilebilir.
67
Birleşik sistemler, uygun yönlendirilmiş bir sera ile
uygun yönlendirilmiş duvarın bir araya getirilmesi
ile oluşturulur. Arkadaki duvar bu amaçla yalıtılarak
rüzgarın soğutucu etkisinden korunmuştur. Bu
sistem hacim ısıtmada kullanılabilir.
68
Isı toplayan çatı sistemleri, uygun kuru iklimlerde hem ısıtma
hem de soğutma amacıyla kullanılabilir. Çatı depolama aracı
içerecek şekilde tasarlanmıştır. Bu araç, kışları güneşte
kalmakta, geceleri de hareketli kaplayıcılarla izole edilmektedir.
Sıcak havalarda ise çatı gecenin soğutucu etkisine açık
tutularak gündüzleri güneşe karşı yalıtılmaktadır.
69
Su Arıtma Sistemleri, sistemi sığ bir havuzdan ibarettir.
Havuzun üzerine eğimli şeffaf cam yüzeyler kapatılır.
Havuzda buharlaşan su bu kapaklar üzerinde
yoğunlaşarak toplanırlar.
Sera Isıtması, güneş enerjisinin tarım alanındaki
uygulamasıdır. Bu tür sistemler ilkel pasif yapıda
olabileceği gibi, hava hareketini sağlayan aktif bileşenler
de içerebilir.
70
Bu ders ve içeriği oluşturulurken «Güneş Enerjisi» kitabı (Prof.Dr.Abdulvahap YİĞİT
ve Yrd. Doç. Dr. İbrahim Atmaca) ders kitabı olarak kullanılmıştır.
71
Download

Ders 1 - Yrd.Doç.Dr.Fatih AY