Güneş Enerjisi Sistemleri Temel Prensipler

 

 

 

 

 

 

 

Serdar Öksüz

Teknik ve Eğitim Bölümü Yöneticisi Ankara/Haziran 2014

 

Güneş Enerjisi

 

 

 

““Paramı güneşe ve güneş enerjisine yatırırdım.Ne büyük bir güç kaynağı! Umarım bunu ele almak için petrol ve kömürün bitmesini beklemeyiz.

 

 

 

 

 

 

 

 

1931 Thomas Edison

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Yenilenebilir Enerji Kanuni Düzenlemeler

 

BİNALARDA ENERJİ PERFORMANSI YÖNETMELİĞİ (Özet)

 

5 Aralık 2008         Sayı: 27075

 

 

  • Yeni yapılacak olan ve kullanım alanı 1.000 m2’nin üzerindeki oteller, hastaneler, yurtlar ve benzeri konaklama amaçlı konut harici binalar ile spor merkezlerindeki merkezi ısıtma ve sıhhi sıcak su sistemlerinde güneş enerjisi toplayıcıları ile sistemin desteklenmesi zorunludur
  • Yeni yapılacak binalarda yenilenebilir enerji sistemleri için tesbit edilen ilk yatırım maliyeti enerji ekonomisi gözönünde bulundurulmak suretiyle, inşaat alanı 20.000 m2’ye kadar olan binalarda 10 yıl, inşaat alanı 20.000 m2 ve daha büyük binalarda 15 yılda geri kazanılması durumunda bu sistemlerin yapılması zorunludur
  • Yeni yapılacak binalarda hava, toprak ve su kaynaklı ısı pompası sistemleri için tesbit edilen ilk yatırım maliyeti enerji ekonomisi gözönünde bulundurulmak suretiyle, inşaat alanı 20.000 m2 ve üstündeki binalarda 15 yılda geri kazanılması durumunda, bu sistemlerin yapılması zorunludur

 

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARININ ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ AMAÇLI

 

 

KULLANIMINA İLİŞKİN KANUNDA DEĞİŞİKLİK YAPILMASINA DAİR KANUN

Kanun No. 6094            29/12/2010     

 

Bu madde kapsamında yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üreten gerçek ve tüzel kişiler; ihtiyaçlarının üzerinde ürettikleri elektrik enerjisini dağıtım sistemine vermeleri halinde, I sayılı Cetveldeki fiyatlardan on yıl süre ile faydalanabilir. Bu kapsamda dağıtım sistemine verilen elektrik enerjisinin perakende satış lisansını haiz ilgili dağıtım şirketi tarafından satın alınması zorunludur.

 

 

 

 

I Sayılı Cetvel
 

Yenilenebilir Enerji Kaynağına Dayalı Üretim Tesis Tipi

 

Uygulanacak Fiyatlar (ABD Doları cent/kWh)

a. Hidroelektrik üretim tesisi7,3
b. Rüzgar enerjisine dayalı üretim tesisi7,3
c. Jeotermal enerjisine dayalı üretim tesisi10,5
d. Biyokütleye dayalı üretim tesisi (çöp gazı dahil) 

13,3

e. Güneş enerjisine dayalı üretim tesisi13,3

 

 

Solar Sistemlerin Avantajları

  • Çevresel kaynakları az kullanmak ve karbondioksit salınımını azaltmaktadır.
  • Binanın değerini arttırmaktadır.
  • Güneş enerjisi kullanıcıyı daha da bireyselleştirmektedir.
  • Diğer girdilerden bağımsız hale
  • Gelecekteki tüm enerji giderleri net olarak hesaplanabilmektedir.

 

  • Çok az bakım giderleri olmaktadır.
  • Enerji krizlerinden bağımsızdır.

 

  • Devlet tarafından da

 

Güneş

Güneş, dünyadan ortalama 1,469 x 10^8 km uzaklıkta, 1,392 x 10^6 km çapında ve 1,99 x 10^30 Kg kütlesinde sıcak gazlardan meydana gelen bir küredir. Yüzey sıcaklığı 6000 ºC olup iç bölgelerindeki sıcaklığın

  • ºC ile 000.000 ºC arasında

olduğu tahmin edilmektedir.

Güneşten saniyede 4 milyon ton kütle enerjiye dönüşmektedir. Güneş daha milyonlarca yıl ışımasını sürdüreceğinden, dünyamız için sonsuz bir enerji kaynağıdır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = 6 x 1012 km²

 

Solar Radyasyondan elde edilebilecek enerji miktarı

Dünyanın primer enerji ihtiyacı yaklaşık 107,000 TWh/Yıl dır. Güneş bize bu miktarın 20 katını sunar.

Güneşten gelen güç  yaklaşık 63 MW/m² dir.

Güneş yüzeyinden yayılan ışınım 3.8 x 10^20 MW gücündedir. Yer yüzü  her yıl  bu miktarın 2,500,000 TWh nı alır.

 

 

 

Güneş Işınları

 

 

 

 

 

 

 

Direkt ve yayılmış (difüze) ışınım

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Güneşten direk gelen ışınlar ve yayılımla gelen ışınların toplamına tam ışınım denir. Güneş ışınları bulutlar ve hava içindeki partiküller tarafından dağıtılır,yansıtılır ve kırılır.Bu ışınım da solar teknoloji tarafından kullanılabilir.Direk ışınımla yayılım ışınımı mevsime ve hava şartlarına göre yüzdesel olarak değişmektedir. Bulutlu bir günde yayılım ışınlarının miktarı %80 olsa bile 400 W/m ² enerji verilmektedir

 

Solar spectrum

Grafik güneş ışınımlarının dalgaboyu enerjisini göstermektedir

 

Güneş ışınımının büyük bir miktarı görünür ışık aralığındadır (0.38-0.78 μm dalga boyu, maviden kırmızı ışığa) Bu aralık alınan toplam güneş ışınının %47 sine karşılık gelmektedir.

 

Güneş Açıları

 

 

 

 

 

Güneş açıları

Kolektörlerin optimum yönü güneye göre 0⁰ ve 30⁰ eğimle olmalıdır. Güneş ışınının kolektöre vuruş yönüne azimut  denir güney yönü  0º kabul edilir.

Güneş ışınlarından maksimum faydalanabilmek için kolektör açısı 30-45 º olmalıdır. Kalorifer destekli solar

sistemlerde, geçiş mevsimlerinde daha çok verim almak için kolektör açısının 45-60 º arasında olması tavsiye edilmektedir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Azimut açısı sapması

güneyden  30

 

 

Kollektörün yön ve açısına göre solar verim

 

 

 

 

 

 

Güneş Enerjisi

 

 

 

 

 

Aktif Sistemler                                                                  Pasif Sistemler

 

Elektrik Enerjisi Üretimi

 

 

Isı Enerjisi Üretimi

 

 

 

 

 

Düşük Sıcaklık Uygulaması Yüksek Sıcaklık Uygulaması

 

Havuz Isıtması Kullanım Suyu Isıtması Isıtma (Kazan) Desteği

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Shandong, China 75000m²                              Gut Erlasee Solar Park Almanya 12 MW

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dünyada güneş ışınımı

 

 

Almanyada yıllık ortalama güneş ışınımı 950 kWh/m²*Y ve1,200 kWh/m²*Y arasındadır.Dünyada ise İskandinavya da 800 kWh/m²Y ve Sahra çölünde 2500 kWh/m²Y dır.Toplam güneşlenme sürelerinde farklar vardır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

8

 

 

 

TÜRKİYE Global Radyasyon Değerleri (KWh/m2-gün)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ay İçerisindeki Bir Günlük Toplam Güneş Radyasonu

TÜRKİYE Güneşlenme Süreleri (Saat)

 

Ay İçerisindeki Bir Günlük Toplam Güneşlenme Süresi

 

 

 

 

 

 

 

BÖLGEGÜNEŞLENME

SÜRESİ (Saat/yıl)

G.DOĞU ANADOLU2993
AKDENİZ2956
DOĞU ANADOLU2664
İÇ ANADOLU2628
EGE2738
MARMARA2409
KARADENİZ1971

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Güneş Enerjisi

 

 

 

 

 

Türkiye’de yatay yüzeylere gelen güneş enerjisi miktarı 1400 kWh/m² ile 2000 kWh/m ² arasında olmaktadır. Bir yılda ort. 1450 kWh/m² ye gelen güneş enerjisi yaklaşık 145 l fuel-oil’e denk gelmektedir.

 

 

Güneş Enerjisinin, Toplam Enerjiyi Karşılama Oranı

 

 

  • Güneş enerjisinin, ısıtma ve sıcak su sisteminin gereksinim duyduğu enerjiyi karşılama oranı, Kolektör alanını ve boyler büyüklüğünü
  • Bu oran, sistem için gerekli enerjinin ne kadarının güneş tarafından karşılanacağını göstermektedir.
  • Kış aylarında güneş etkisi az olacağından dolayı %100 karşılaması mümkün değildir. Kolektör yüzeylerini artırarak kış aylarında karşılama oranını artırmak mümkündür. Fakat bu yaz aylarında sisteme fazla yüklenilmesine (aşırı genleşme ve kaynama) neden olmakta ve ilk yatırım maliyetlerini artırarak amortisman zamanını uzatmaktadır.
  • Böyle bir sistemin kullanışlı olabilmesi için fazla olan enerji eğer mevcut ise havuzda harcanarak sistem çalıştırılabilir.
  • Sistemin enerji ihtiyacının tamamının güneşten karşılanabilinmesi için sistemde

büyük enerji depolarının olması gerekir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mevsimlere göre güneş enerjisinin, gerekli olan toplam enerjiyi karşılama oranı.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–Küçük Sistemlerde                                                                      ~ % 60

–Orta Büyüklükteki Sistemlerde (Apartman, Spor salonu….)    % 30 – % 45

–Büyük Sistemlerde (30m2 ile 40m2 üzeri kolektör yüzeyinde)   < % 20

 

 

 

 

 

 

En uygun ihtiyaç ve verim

 

Kollektör yüzeyi A

 

 

 

 

Doğrudan ışınım

 

 

100 %

Absorberden yansıma

Camdan

yansıma

konveksiyon

 

Radyasyon kayıpları

 

-20 %

 

 

 

-10 %

Rüzgar, kar, yağmur konveksiyon kayıpları

 

 

 

 

 

 

 

difüzyonla

ışınım

70 %

 

 

 

 

Cam yüzeyde yutulan

Boru kayıpları                                     Kullanılan ısı enerjisi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sicherheitsglas, 3,2 mm
  • Koruyucu Cam

 

Absorberblech mit selektiver Beschichtung
  • Selektif Yüzeyli Absorber

 

Absorberserpentine mit Sammlerrohr Cu
  • Cu borulu kollektör

 

Aluminium Rahmen
  • Alüminyum Kasa

 

Glaswolle Isolierung 40 mm
  • Cam Yünü İzolasyon 40mm

 

Aluminium Rückwand
  • Alüminyum Taban Sacı

 

 

 

 

 

 

 

Seçici yüzey, kısa dalga boylu ( 0.2 – 2.5 µm ) ışınımın tamamına yakınını tutan, uzun dalga boylu ( 2.5 – 50 µm ) ışınımın geri yayılımını en aza indiren yüzeydir. Böylece, emici plakanın sıcaklığı daha fazla arttırılarak, akışkana daha fazla ısı iletimi sağlanmış olur.Vaillant  kollektörlerde  absorbe değeri α:% 95  ve yansıtma değeri ε:%5 dir.

 

 

 

 

 

Selektif yüzeylerde istenen değerler yüksek ve  yutma düşük yansıtma değerleridir..

 

 

mirotherm® | mirosol® selektif yüzey kaplaması

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–Anodlaştırılan aluminyum baz üzerine Fiziksel Buhar Yatırma (PVD) tekniği kullanılarak,

–yüzeye çoklu katman seçici kaplama uygulanır. Yüksek kızılötesi (IR) yansıma, düşük

–emisyon katsayısını mümkün kılmaktadır. Üst yüzeydeki oksit kaplama, son derece yüksek

  • soğurma katsayısı ve dayanıklılık özelliğine sahiptir

 

 

 

Stagnation (Durgunluk)

 

 

 

 

 

 

Stagnation sıcaklığı kollektörde ulaşılabilecek maksimum sıcaklığı tanımlar.

Eğer bir solar sistemde ısı kaybı olmazsa kollektördeki tüm enerji su sıcaklığını artırmak için kullanılacaktır.Enerji dış çevreye bir kayıp olarak atılana kadar sıcaklık artar.

 

 

QS           – Işınım Enerjisi

QD           – Stagnasyon enerjisi

QN           – Kullanılan faydalı ısı

 

 

 

Güneş Enerjisi Sistemleri

 

 

Basınçlı Sistemler

Drainback Sistemler

 

Doğal sirkülasyonlu (Termosifon) sistemler

 

Avrupa ülkelerinde solar kollektör kullanım oranlarının dağılımı

Ülke sıralaması pareto diyagramı 2009, ‘000 m2 & %

 

 

 

 

‘000 m2

 

1.150    1.125

1.100

410

400

 

350

 

 

 

85

363  79

72

89    92

 

95    96

97    98

98    99

99    99

100 100

100 100 100

% 100

 

80

 

63

300

53

250

 

200

 

150     27

100

310

 

250

 

 

 

 

171

 

 

 

 

 

 

126

 

 

 

 

 

 

 

102

60

Solar kollektör

(toplam pazar: 4.179.000 m2)                          60

basınçlı sistem

termosifon sistemi                                         40

drain back (geri toplama) sistemi

 

20

48

 

50

 

0

DE  TR    IT

 

 

ES   AT

 

 

FR  PT

27

 

PL   CH  UK   BE  CZ

23    15

 

NL  HU

12    12

 

SK  DK

11       7      4      2      2

0

IRL  HR  RO  RU   UA

 

* 21 Avrupa ülkesi  / Kaynak: Vaillant Pazar araştırma, Eylül 2010

Avrupa’da düzlemsel solar kollektörlerin kullanım oranının %79’u 5 ülkeye

dağılmış durumdadır.                            33

 

Güneş Enerjisi Sistemleri

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Doğal Sirkülasyonlu Sistemler, Akışkanın ilave bir pompa veya benzeri herhangi bir hareket mekanizması olmaksızın kollektör ile depo arasındaki sirkülasyonun kendiliğinden gerçekleşmesidir.

ısınan suyun yoğunluğu azalır ve sistemin üst kısmına doğru toplanmaya başlar. Soğuk, yani yoğunluğu yüksek olan su ise aşağıya doğru yönelerek sistemin alt kısmında toplanır. Doğal sirkülasyonun mantığında sıcaklık farklılığından kaynaklanan bu yoğunluk değişmesi ile kendiliğinden oluşan harekettir. Bu hareket kolektör ile depo arasındaki ısı alışverişinin gerçekleşmesini sağlar.

 

 

Doğal sirkülasyonlu sistemlerde ısı transfer akışkanı günde 8-10 defa depo ile kolektör arasında sirkülasyon eder.                                                                   34

 

Açık Devre Doğal Sirkülasyonlu Sistemler

 

 

Açık devrede kullanım suyu kolektör içerisinde dolaşarak direkt olarak ısınır. Kapalı devrede olduğu gibi ilave bir ısı transfer akışkanına ihtiyaç yoktur.

Bu sistemler ilk kullanım günlerinde kapalı sistemlere nazaran daha yüksek sıcaklıklara ulaşırlar. Fakat zamanla güneş  kollektörlerin de oluşan kireçlenme verimi düşürerek ısınmayı engeller ve şebeke suyundaki kirece bağlı olarak belirli bir süre sonra delinmeler yaşanmaktadır.

Bu sistemlerin dezavantajlarından biri dış ortam sıcaklığı 0 °C’nin altına düşen bölgelerde dört mevsim kullanılamaz. Kış aylarında sistemdeki suyun mutlaka boşaltılması gerekir.

 

Kapalı Devre Doğal Sirkülasyonlu Sistemler (antifrizli sistem)

 

 

 

 

Kapalı devre sistemlerde birbirinden bağımsız                Kullanma suyu                                                                                              Solar sıvısı çalışan iki ayrı devre bulunmaktadır. Kolektör

devresinde bulunan su (antifriz + su ) güneşten aldığı enerjiyi şehir şebekesinden gelen kullanım suyuna transfer eder.

 

 

Kollektör devresindeki kapalı devrede bulunan akışkan, kış aylarında donma riskinin bulunduğu bölgelere bağlı uygun orandaki antifriz su karışımından oluşur.

 

 

Havuz Isıtması

 

 

 

 

Basınçlı Sistemler

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bu tür sistemler ısı transferi akışkanının pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir.

.

Deponun yukarıda olma zorunluluğu yoktur.

Depoda ve kollektör de bulunan sensörler arasındaki sıcaklık farkına göre çalışırlar.

 

 

c     –  Solar boyler

d     –  Kullanma suyu

e     –  Termostatik vana

f      –  Soğuk su

a     – Kollektör

b     –  Takviye ısıtma

Basınçlı Sistemler/Sıcak su hazırlama

 

 

 

 

 

 

 

 

Basınçlı Sistemler/Sıcak su hazırlama ve ısıtmaya destek

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Drain- back paket sistemler

 

 

Termosifon sistemler

 

 

auroSTEP plus 1.150, 2.250 or 3.350

Solar destekli sıcak su hazırlama amaçlı standart sistemler

 

 

Kapalı devre bir drain – back sisteminin çalışması

 

.

Solar devresinde, standart solar sistemlerden farklı olarak glykolün yanında hava da bulunmaktadır. Solar sıvısı saf su, proplenglykol ve koruyucu katkı maddelerinden oluşmaktadır.

Solar devresinin içinde, sistem kapalı olduğunda sadece solar boylerin içindeki eşanjörü dolduracak kadar solar sıvısı bulunmaktadır. Kolektör ve boru devrelerinin içinde hava bulunmaktadır. Solar devresi tamamen solar sıvısı ile dolu olmadığından devre üzerinden bir genleşme deposu kullanılmasına gerek yoktur. Devre içinde ısınan solar sıvısının hacim artışını karşılayabilecek yeterli hava bulunmaktadır

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Göstergeler

  • Solar geri dönüş
  • Boyler doldurma çevrimi otomatik hava

purjorü

  • Boyler doldurma pompası
  • Boyler doldurma çevrimi akış sensörü 5 Solar pompa

6 Solar sistem emniyet valfi 7 Boyler geri dönüş

  • Boyler gidiş
  • Solar çevrim doldur ve boşalt bağlantısı 10 Solar sıvısı toplama tankı
  • Solar yükleme ünitesi elektronik kutu
  • Çalıştırma ünitesi ile ekran
  • Solar çevrim temizleme / hava alma 14 Solar gidiş

 

4430

 

 

 

auroFLOW plus tek ve toplu yaşam yerleri uygulaması

 

 

 

448

 

Sıcak su bölgesi doldurma çalışma şeması

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4752

 

 

 

 

 

Solar destekli mahal ısıtması sistemi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Büyük sistemler de solar karşılama oranının boyler kapasitesine göre değişimi

 

Grafikte 50l /gün için değişik karşılama oranları verilmiştir

  1. Solar karşılama oranı %34 8m² kolektör yüzeyi  /50l sıcak su Her  1m² kolektör yüzeyi için 20 l boyler hacmi
  2. Solar karşılama oranı %50 25m² kolektör yüzeyi  /50l sıcak su Her  1m² kolektör yüzeyi için 40 l boyler hacmi

Örnek :Sıcak su tüketimi 10.000l/gün

Solar karşılama oranı %34 160m² kolektör yüzeyi  3200l boyler

Solar karşılama %50 250m² kolektör yüzeyi 10000l boyler

 

 

 

 

 

Kolektör ölçüsüne ve boyler hacmine bağlı olarak enerji tasarrufu

 

 

 

 

 

 

 

Güneş Kollektörleri

 

 

 

 

 

 

Solar Boylerler

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Çift serpantinli Boylerler 300-400-500 lt

Tank in Tank Boyler 700 -1000 lt

Akümülasyon Tankı 500-750 -1000 lt

 

 

 

 

 

 

 

Solar Kontrol Panelleri

 

 

 

 

 

 

 

Solar Sistem Elemanları

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Su İstasyonları 25l/dak.-40 lt/dak.

 

 

 

 

 

Solar İstasyon 6l/dak.-22 lt/dak.

 

 

 

 

 

Hidrolik Blok

 

Montaj Sistemler

 

 

 

 

 

 

56

                –Vaillant Kolektörler  farklı montaj şekillerinde uygulanabilmektedir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hibrit Sistemler

 

 

Hibrit Sistemler : HP + Solar + Yoğuşmalı Kazan

 

Hibrit Sistemler : mCHP + Yoğuşmalı Kazan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

İlginiz için teşekkür ederiz

 

 

 

 

 

 

 

65