Güneş enerjisinin farklı malzemelere depolanmasının araştırılması / Investigation of the storage of solar energy in different materials

Abstract

İklimlendirme sistemleri, tüketilen toplam enerjide önemli bir paya sahiptirler. Bu durum Türkiye gibi enerjide dışa bağımlı ülkelerin, ısıtma ve soğutma uygulamaları için gerekli olan enerji ihtiyacını karşılamak ve enerji tüketimini düşürmek için farklı alternatif çözümler geliştirmelerini gerekli kılmıştır. Isıl depolama teknolojileri, enerji verimliliği ve enerjinin sürdürülebilirliği açısından önemli bir çözümdür. Katı, sıvı ve faz değiştirici malzemelerin kullanıldığı birçok farklı ısıl depolama yöntemleri vardır. Bu çalışmada çakıl taşı, farklı geometrilerdeki Urfa taşı ve bazalt taşının ısıl enerji depolama özellikleri deneysel olarak Şanlıurfa iklim şartlarında incelenmiştir. Bu amaç için taşın içine yerleştirildiği bir yalıtımlı kutu, bir havalı güneş kolektörü veya ısıtıcı, bir fan ve ölçüm cihazlarından meydana gelen bir deney düzeneği kullanılmıştır. Analiz ve hesaplamalar için güneş ışınım miktarı, hava giriş ve çıkış sıcaklıklıkları, taş sıcaklıkları ve ortam sıcaklığı ölçülerek dataloggerda veriler kaydedilmiştir. Ayrıca hava hızı bir anemometre ile ölçülmüştür. Farklı günlerde yapılan ölçümlere göre taşların ısıl enerji depolama miktarları, şarj ve desarj süreleri tespit edilerek zamana bağlı sıcaklık değişimleri incelenip teorik hesaplama sonuçları ile karşılaştırma yapılmıştır. Ayrıca ele alınan taşların sabit sıcaklıkta da şarj ve desarj durumları incelenmiştir. Yapılan incelemenin sonucunda deneysel çalışmada kullanılan doğal taşlardan bazalt taşının ısıl depolama özelliğinin Urfa taşına göre daha yüksek olduğu ve taşın geometrik şeklinin ısıl depolama üzerine etkisinin olduğu tespit edilmiştir. Doğal taşların ısıl depolama potansiyellerinin ısıtma ve kurutma sistemlerinde enerji verimliliği açısından kullanılabileceği görülmüştür. Air conditioning systems have a substantial share in total energy consumption. Energy dependent countries such as Turkey need to develop different alternative solutions in order to reduce its energy consumption and to meet energy required for heating and cooling applications. Heat storage technologies are an important solution in terms of energy efficiency and energy sustainability. There are many different thermal storage methods using solid, liquid and phase modifying materials. In this study, thermal energy storage properties of pebbles, Urfa stone and basalt stone at different geometric shapes were investigated experimentally under Şanlıurfa climate conditions. For this purpose, an experimental setup inculing an insulated box where the stone is placed inside, an air solar collector or a heater, a fan and the measuring devices have been used. Solar radiation, air inlet and outlet temperatures, stone temperatures and ambient temperature were measured and recorded by using a data logger for the analysis and calculations. Air velocity was measured with an anemometer. Charge and discharge times, and the thermal energy storage potentials of the stones were determined according to the measurements carried out for different days and the time dependent temperature changes were examined. The charge and discaharge charactheristics of the stones were also investigated for constant temperature conditions. The experimental results were compared with that of theoretical calculations. As a result of this study, it was determined that the thermal storage capacity of the basalt stone is higher than that of the Urfa stone and the shape of the stone effects on thermal energy storage. It has been also observed that the thermal storage potential of natural stones can be used in terms of energy efficiency in heating systems and drying applications.