GÜNEŞ ENERJİSİ VE UYGULAMALARI – Hüseyin Öztürk
ÖNSÖZ
Günümüzde ülkelerin ekonomik ve sosyal kalkınma için en önemli sorunlarından birisi de ucuz, temiz, güvenilir ve kolay elde edilebilen bir enerji kaynağı sağlamaktır. Bu amaçla, yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları ile etkin ve ucuz enerji üretim/kullanım teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik yoğun araştırmalar sürdürülmektedir. Özellikle artan nüfus, şehirleşme ve endüstrileşme pek çok yıldır fosil yakıtlarla karşılanan enerji gereksiniminin daha da^ fazlalaşmasına neden olmaktadır. Fosil yakıtların tükenmesi ve fiyatlarının devamlı artmasının yanı sıra, yanmaları sonucu çevreye verdikleri zararlar ve insan sağlığı üzerindeki etkileri de önemlidir.
Fosil yakıtların yoğun bir şekilde yakılması sonucunda, başta C02 olmak üzere, atmosferde sera gazlarının giderek artması ve buna bağlı olarak dünyamızın ısınması olayı, sera etkisi nedeniyle küresel ısınma olarak tanımlanır. Son yüzyılda artan C02 derişimi nedeniyle, dünyamızın ortalama sıcaklığında bir artma olduğu saptanmıştır. Dünya sıcaklığının artması, yeryüzüne yakın yerlerde ısınmaya, hava kürenin yukarı kısımlarında ise soğumaya neden olacaktır. Bu durumda, yüksek basınç sistemlerinin etkileneceği ve buna bağlı olarak da aşırı iklim koşullarının görüleceği tahmin edilmektedir. Fosil yakıt tüketiminin aynı hızla devam etmesi durumunda, önümüzdeki 50 yıl içinde dünyamızın sıcaklığının 5 °C artacağı ve bunun da büyük felaketlere yol açacağı bildirilmektedir. Enerji kaynaklan ve enerjinin üretim ve kullanımı ile ilgili etkinlikler, C02 ve diğer potansiyel sera gazlarının oluşumunda etkilidir. Enerjinin üretim ve kullanımı ile ilgili bazı değişiklikler yapılarak, sera etkisinin oluşmasına neden olan bu gazların miktarını azaltmak mümkündür.
Ülkemiz gibi Akdeniz kuşağında yer alan ülkeler için en önemli doğal enerji kaynağı güneş enerjisidir. Ülkemiz güneş kuşağı adı verilen ve güneş enerjisi bakımından zengin bir bölgede yer almasına karşın, güneş enerjisinden yeteri kadar faydalanamamaktadır. Günümüzde güneş enerjisi sistemleri; teknoloji, maliyet ve çevresel etkiler bakımından yaygın bir şekilde kullanım olanağı bulmaktadır. Güneş enerjisi sistemleri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik göstermekle birlikte, güneş enerjisinden, ısı enerjisi ve elektrik üretimi amacıyla yararlanılabilir. Bu çalışmada, güneş enerji ve kullanımına ilişkin temel bilgiler verilmiştir. Çalışmanın, enerji kullanımı ve yönetimi ile ilgilenenlere yararlı olmasını dilerim.
Prof. Dr. H. Hüseyin ÖZTÜRK
ADANA, 2008
İÇİNDEKİLER
GÜNEŞİN YAPISAL ÖZELLİKLERİ
Güneş Sistemi
Güneşin Yapısal Özellikleri
GÜNEŞ IŞINIMI
Elektromanyetik Spektrum
Foton Kavramı
Güneş Açılan
Deklinasyon Açısı
Saat Açısı
Enlem Açısı
Zenit Açısı
Güneş Yükseklik Açısı
Azimut Açısı
Güneş Azimut Açısı
Yüzey Azimut Açısı
Geliş Açısı
Toplam Güneş Işınımı
Atmosferdeki Azalma
Toplam Işınım
Doğrudan Işınım
Yaygın Işınım
Işınımı Soğurma-Yansıtma ve Geçirme..
Isınım Yasaları
Kirchhoff Yasası
Lambert Kosinüs Yasası
Planck Yasası
Wien Yasası
Stefan-Boltzman Yasası
Işınım ile Isı Transferi
Güneş Işınım Ekserjisi
Işınımın Isı Enerjisine Dönüşmesi;
Işınımın İşe Dönüşmesi
GÜNEŞ ENERJİSİ
Güneş Enerjisi Dönüşümleri
Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları
Türkiye'nin Güneş Enerjisi Potansiyeli
GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ
Düzlem Toplaç
Toplaç Üst Örtüsü
Soğurucu Plaka
Soğurucu Plaka Yüzey Kaplamaları...
Seçici Yüzey Kaplamaları
Isı Yalıtımı
Toplaç Kasası
Toplaçlarda Sıvı Akışı
Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri
Doğal Dolaşımlı Sistemler
Basınçlı Sistemler
Açık Devre Sistemler
Kapalı Devre Sistemler
Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sisteminin Projelenmesi
Isıtma Sistemi Pompası
Boru Çapı
Sıcak Su Gereksinimi
Toplaç Yüzey Alanı
Depolama Tankı Hacmi
Güneş Enerjili Havalı Toplaçlar
Dolgusuz Havalı Toplaç
Dolgulu Havalı Toplaç
Havalı Toplaç Soğurucu Yüzeyi
Havalı Toplaç Örtüsü
Sızdırmazlık Malzemeleri
Vakum Borulu Güneş Toplaçları.....
Isı Borulu Güneş Toplaçları
GÜNEŞ TOPLAÇLARINDA ENERJİ DENGESİ
Dolgusuz Düzlem Toplacın Enerji Dengesi
Dolgulu Düzlem Toplacın Enerji Dengesi
Güneş Toplacının Etkinliği
Güneş Toplacının Enerji etkinliği
Güneş Toplacının Ekserji Etkinliği
Güneş Toplacı Seçimi
GÜNEŞ HAVUZÜ
Güneş Havuzunun Çalışma İlkesi
Güneş Havuzu İçin Enerji Analizi
Güneş Havuzu İçin Ekserji Analizi
GÜNEŞ ENERJİLİ PİŞİRİCİ
Güneş Enerjili Pişirici Tasarımı
Kutu Tipi Güneş Enerjili Pişirici
Kutu Tipi Güneşli Pişiricinin Bileşenleri
Kapak Örtüsü
Soğurucu Yüzey
Yoğunlaştırıcı Tip Güneş Enerjili Pişirici
Tasarım Özellikleri
Doğrusal Yansıtıcılı Yoğunlaştırıcı
Parabolik Yansıtıcılı Yoğunlaştırıcı
Parabolik Yoğunlaştırıcı Tasarımı
Güneş Enerjili Pişirici Etkinliğinin Belirlenmesi
Güneş Enerjili Pişirici İçin Enerji Analizi
Güneş Enerjili Pişirici İçin Ekserji Analizi
Güneş Enerjili Pişiriciler İçin Test Yöntemi
GÜNEŞ MİMARİSİ
Aktif Sistemler
Pasif Sistemler
Doğrudan Kazançlı Pasif Sistemler
Dolaylı Kazançlı Pasif Sistemler
GÜNEŞ ENERJİSİYLE KURUTMA
Kuruma Teorisi
Kuruma Evreleri
Kurutucuların Sınıflandırılması
Kurutma İçin Gerekli Hava Miktarı
Kurutucu İçin Isı ve Güç gereksinimi
Güneş Enerjisiyle Kurutma
Güneş Enerjili Kurutucular
Kurutma İşlemi İçin Enerji ve Ekserji Analizi
Kütle Dengesi
Enerji Dengesi
Ekserji Dengesi
Kurutma İşleminin Ekserji Etkinliği
GÜNEŞ ENERJİSİYLE SERA ISITMA
Serada Isı Dengesi
Serada Güneş Işınımından Isı Kazanılması
Sera Etkisi
Seranın Işınım Geçirgenliği
Serada Isı Gereksiniminin Belirlenmesi
Serada Toplam Isı Kaybının Belirlenmesi
Toplam Isı Kaybı Katsayısı
Sera İç Ortam Sıcaklığı
Dış Ortam Sıcaklığı
Serada Isı Gereksinimi
Sera Isıtma İçin Gerekli Yakıt Miktarının Belirlenmesi
Seralarda Güneş Enerjili Isıtma Sistemleri
Güneş Enerjili Pasif Isıtma Sistemleri
Isı Depolama Materyali Olarak Su Kullanılan Sistemler Faz Değiştiren Materyal Kullanılan Pasif Isıtma Sistemleri... Sera Tabanındaki Toprakta Isı Depolanan Pasif Sistemler...
Çakıl veya Kırma Taş Kullanılan Pasif Isıtma Sistemleri
Değişik Tip Güneş Enerjili Pasif Isıtma Sistemleri
Güneş Enerjili Aktif Isıtma Sistemleri
Güneş Havuzunda Isı Depolama ile Sera Isıtma
Serada Güneş Enerjili Isıtma Sisteminin Projelenmesi....
Isıtma Borusu Uzunluğu
Isıtma Borusundan Sera Ortamına Geçen Isı Miktarı...
Sıcaklık Farkı
Isıtma Borusu Yüzey Alanı
Borudan Sera Ortamına Işınımla Isı Transferi
Isı Taşıyıcı Akışkanın Kütlesel Debisi
Isıtma Borusu Sıcaklığı
Isıtma Akışkanı Sıcaklığı
Isıtma Akışkanından Kazanılan Isı Miktarı
Isıtma Kazanı Kapasitesi
Isıtma Kazanı Yüzey Alanı
Akışkan Dolaşım Pompası Debisi
GÜNEŞ ENERJİSİYLE SOĞUTMA
Soğutma ve Güneş Enerjisi
Güneş Enerjisiyle Soğutma
Güneş Enerjisiyle Soğutma Sisteminin Bileşenleri
Güneş Enerjisiyle Soğutma Yöntemleri
Güneş Enerjili Sıvı Soğurmalı Soğutma Sistemi
Güneş Enerjili Buhar-Jet Soğutma Sistemi
GÜNEŞ ENERJİSİ İLE SU DAMITMA
Damıtma Yöntemleri
TOPRAK SOLARİZASYONÜ
Toprak Dezenfeksiyonu
Toprak Dezenfeksiyonu Yöntemleri
Toprak Solarizasyonu
Toprak Solarizasyonunun Önemi
Toprak Solarizasyonunun İlkesi
TOprak Solarizasyonunun Etkinliği
Toprak Solarizasyonunun Üstünlük ve Olumsuzlukları....
Toprak Solarizasyonunun Uygulanması
Toprak Solarizasyonunun Etkileri
Toprak Sıcaklığına Etkisi
Toprak Özelliklerine Etkisi
Topraktaki Bitki Besin Elementlerine Etkisi
Bitki Gelişimi ve Ürün Verimine Etkisi
Toprak Canlılarına Etkisi
Doğal Mikrofloraya Etkisi
Toprak Solarizasyonunun Maliyeti
SÜMEŞ IŞINIMI YOĞUNLAŞTIRICI SİSTEMLER
Odaklama Yöntemleri
Doğrusal Yoğunlaştırıcı
Noktasal Yoğunlaştırıcı
GÜftlEŞ EMEFÖİSİMDE^ ELEKTRİSC ÜRETİMİ
Güneş Termik Elektrik Üretimi
Yoğunlaştırıcı Sistemler İle Elektrik Üretimi
Parabolik Oluk Toplaçlarla Elektrik Üretimi
Güneş Fotovoltaik Elektrik Üretimi
Güneş Pillerinin Tarihi Gelişimi
Güneş Pillerinin Çalışma İlkesi
Fotovoltaik Güneş Pilleri
Tek Kristal Silikon Güneş Pili
Çok Kristalli Silisyum Güneş Pili
İnce Film Güneş Pilleri
Amorf Silisyum Güneş Pilleri
Çok Kristalli İnce Film Güneş Pilleri
Bakır İndiyum Diseleneid Güneş Pili
Kadmiyum Tellür İnce Film Güneş Pilleri
Fotovoltaik Diyot Üretiminde Temel Ölçütler
Güneş Pilinin Etkinliği
Güneş Pili Sistemi Tasarımı
Düzlem Toplaç
Kristal Hücrelerin Üretim Modüllerine Bağlanması
İnce Film Modül Tasarımı
Dizi Tasarımı
Modül Tasarım Etmenleri
Yoğunlaştırıcı Toplaçlar
Özel Tip PV Hücreler
Güneş Pili Sistemleri
Güneş Pillerinin Kullanım Alanları..„
Şebekeden Bağımsız Güneş Pili Sistemi ile Elektrik
Güneş Paneli
Şarj Kontrol Cihazı
Güneş Aküleri
Çevirici
Güneş Pili Sistemlerinin Maliyeti
GÜNEŞ ENERJİSİ DEPOLAMA
Güneş Enerjisi Depolama Yöntemleri
Duyulur Isı Depolama
Sıvılarda Duyulur Isı Depolama
Katilarda Duyulur Isı Depolama
Sıvı ve Katilarda Birlikte Duyulur Isı Depolama
Duyulur Isı Depolamanın Etkinlik ve Uygulanabilirliği
Gizli Isı Depolama
Faz Değişimi ve Gizli Isı Kavramı
Gizli Isı Depolama İçin Faz Değiştiren Materyaller
Gizli Isı Depolama Sistemlerinin Etkinliği
Termokimyasal Yöntemle Isı Depolama
Tersinir Kimyasal Tepkimelerle Isı Depolama
Kimyasal Isı Pompasıyla Isı Depolama
Termokimyasal Isı Borusuyla Isı Depolama
Termokimyasal Isı Depolamanın Uygulanabilirliği
Isı Depolama Yöntemlerinin Karşılaştırılması
Isı Depolama Materyallerini Karşılaştırma
Isı Depolama Yöntemlerini Karşılaştırma
