FRESNEL TİPİ BİR GÜNEŞ KOLLEKTÖRÜNÜN TERMAL MODELLEMESİ

Abstract

Enerji üretim alanındaki en önemli rekabet unsuru maliyetlerin düşürülmesidir. Endüstride ısıl enerji giderlerinin yenilenebilir enerji kanakları kullanılarak yapılması rekabet gücünü artıran bir yaklaşımdır. Bu tez çalışmasında ısıl güneş enerji teknolojileri arasında özel ve pahalı üretim teknoloji gerektirmeyen ve kolay yapısı nedeniyle güneş yoğunlaştırıcı sistemleri arasında maliyeti en düşük sistem olan lineer fresnel güneş kollektörü tasarım ve prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Yansıtıcı yüzeyler (ayna), yutucu yüzey (absorber) ve içinden geçen ısı transfer akışkanından oluşan Fresnel kollektörler, çizgisel odaklı yoğunlaştırmalı güneş enerjisi teknolojisidir. Fresnel kollektörler, güneş ışınlarını yansıtıcı yüzey olarak isimlendirilen çok sayıda düz aynada, odak eksenindeki yutucu yüzeye yansıtır ve geçen akışkanın sıcaklığını artırır. Fresnel kollektöründen elde edilen sıcak akışkan, elektrik üretimi veya proses ısısı için kullanılabilir. Bu tip kolektörlerin en büyük avantajlarından biri; tek eksende güneş takibi yapılırken aynaların güneşin hareketine göre eksenleri doğrultusunda hafif dönme hareketi yaparak odak eksenindeki sabit olan absorber borusuna yansıtma yapmasıdır. Üretiminin nispeten basit olması, yatırım maliyetinin düşük olması ve işletimindeki kolaylığa karşın Türkiye’de Fresnel kollektörü üretimi yapan endüstriyel bir firma bulunmamaktadır. Bu tez çalışmasında geliştirilen yenilikçi ve yerli fresnel tipi güneş kollektör sisteminin, kolayca kullanımın sağlanması için tasarım kriterleri ve parametreleri belirlenmesi hedeflenmiştir. Tübitak 1003 öncelikli alanlarda 118M43 no’lu proje kapsamında desteklenenen tez çalışmasında, endüstriyel ölçekte doğrusal fresnel tipi yoğunlaştırılmış güneş kolektörünün prototip üretimi Harran Ünivsersitesinde GAPYENEV merkezinde gerçekleştirilmiştir. 20 kW kapasiteye sahip olan doğrusal fresnel kollektörün Şanlıurfa meteorolojik koşulları için sisteminin boyutlandırılması yapılmıştır. Bu çalışmada optik tasarım için açık kaynaklı bir program olan Tonatiuh kullanılmıştır. Bu program ile incelenecek sistemin ayna yüzeyine gelen ve absorber yüzeyine gönderilen ışıma hesaplanmaktadır. Bu programdan elde edilen absorber yüzeyine gelen her bölgenin ışıma miktarını veren sonuç dosyası, Ansys Fluent programında kullanılarak sistemin ısıl analiz gerçekleştirilmiştir. Şanlıurfa meteorolojik koşulları dikkate alınarak gerçekleştirilen tasarım çalışmasında, 20 kW ısıl kapasite için ayna genişliği 20cm, aynalar arası mesafeler 10 cm, ayna sıra sayısı 20, ayna uzunluğu 13m ve absorber yüksekliği 3 m olarak bulunmuştur.