Detaylı Ara
Ana Sayfa Hakkımızda Reklam Yazı Koşullarımız İletişim Abonelik-Alışveriş
English
Haberler
Etkinlik ve Fuarlar
Sektörel Fihrist
İnsan Kaynakları
Arşiv
Bu Sayıda
Mayıs-Haziran 2014

Kullanıcı Adı
Şifre
Şifremi unuttum

E-bültenimizi almak ve avantajlardan yararlanabilmek için sitemize üye olun
Bookmark and Share
Yeni Enerji
Mayıs- Haziran 2009
Sayı - 10
Araştırma&Görüş
Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi (CSP) Uygulamalarında Türkiye Şartlarına Uygun Teknolojilerin Belirlenmesi
Mustafa Ayhan
Ebitt Akışkan Teknolojileri
mustafa.ayhan@ebitt.com.tr

1. GÜNEŞ ENERJİSİ VE GÜNEŞ ENERJİSİNİN YOĞUNLAŞTIRILMASI

Güneş enerjisi, güneş ışınımından enerji elde edilmesine dayalı bir teknolojidir. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, güneş enerjisi çevre açısından temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.

Güneş ışınlarından yararlanmak için pek çok teknoloji geliştirilmiştir. Bu teknolojilerin bir kısmı güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde doğrudan kullanırken, diğer teknolojiler güneş enerjisinden elektrik elde etmek için kullanılmaktadır.

Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Ülkemizde kullanma sıcak suyu elde edilmesinde yaygın bir şekilde kullanılan düzlemsel kollektörlerle yazın 70-80°C, kışın ise 30-40°C sıcaklığında su elde edilebilmektedir.

Son yıllarda yaygınlaşmaya başlayan vakum borulu güneş kollektörleriyle elde edilebilecek sıcaklıklar özellikle kış şartlarında biraz daha yükselebilmektedir.

Düzlemsel kollektörlerde güneş ışınları herhangi bir yoğunlaştırma olmadan, doğrudan kullanıldığından daha yüksek sıcaklıklara ulaşma imkanı yoktur. Buna karşılık, verimleri yoğunlaştırıcı sistemlerden daha yüksektir.

Güneş ışınlarının yoğunlaştırılmasının herkes tarafından bilinen örneği, bir mercek veya çukur ayna kullanılarak kağıt vb. malzemelerin tutuşturulmasıdır. Yoğunlaştırma uygulamalarının tarihinin ise Sümerler'e dayandığı söyleniyor. Mezopotamya'da birbirine düşman gruplar, köylerde yangın çıkarmak amacıyla farklı birçok noktadan güneş ışınlarını belirli hedeflere yansıtırlarmış. Daha yakın tarihli bir başka söylenti ise, Roma gemilerinin Sicilya'daki Syracusa kentini kuşatması esnasında gemileri yakmak için Arşimet'in yaklaşık M.Ö. 210 yılında aynalar, güneş ışınları ve yoğunlaştırma teknolojilerini kullandığı yönünde.

Güneş ışınlarının yoğunlaştırılması için teknik olarak mercek veya aynalar kullanılabilmekte ise de, uygulama alanlarında mercek kullanımı pek mümkün olmadığından, yaygın sistemlerin hemen hemen tamamında yoğunlaştırma işlemi aynalarla gerçekleştirilmektedir.

Yoğunlaştırma işlemi yaygın olarak iki şekilde yapılmaktadır:

Noktasal yoğunlaştırma: Güneşten belirli bir yüzeye gelen ışınların tamamı, bir nokta üzerinde (odak noktası) toplanarak yoğunlaştırılmaya çalışılmaktadır. Burada nokta olarak bahsedilen odak, pratikte bir nokta olmaktan çok, küçük bir alandır.

Noktasal yoğunlaştırma teknolojilerinin en yaygın uygulamaları güneş kuleleri ve parabolik çanak kolektörlerdir.

Çizgisel yoğunlaştırma: Güneşten belirli bir yüzeye gelen ışınların, bir çizgi üzerinde (odak çizgisi) toplanarak yoğunlaştırılmaya çalışılmasıdır. Burada çizgi olarak bahsedilen odak, pratikte şerit şeklinde dar ve uzun bir alandır.

Uygulamada sıklıkla odak noktası veya odak çizgisi üzerinden geçirilen bir akışkan, yoğunlaştırılmış güneş enerjisinin ısısını almak için kullanılmaktadır.

Çizgisel yoğunlaştırma teknolojileri yaygın olarak Fresnel tipi veya parabolik oluk kolektörler kullanılarak uygulanmaktadır.

Noktasal veya çizgisel yoğunlaştırma işlemi sonrasında kullanılan akışkanın ulaşacağı sıcaklık akış hızı, yoğunlaştırma oranı ve anlık güneş ışınım değerine bağlı olarak değişmektedir. Bu sistem ile elde edilebilecek teorik sıcaklık, güneşin yüzeyindeki sıcaklık kadardır.

2. YOĞUNLAŞTIRILMIŞ GÜNEŞ ENERJİSİNİN KULLANIM ALANLARI

Elektrik üretimi: Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemlerinin tamamı aslında elektrik enerjisi üretmek amacıyla geliştirilmiştir.

Elektrik ve ısının birlikte üretimi (Kojenerasyon): Elektrik üretimi sonrası artık ısının çeşitli proseslerde veya ısınma, sıcak su elde etme gibi amaçlarla kullanımı mümkündür.

Deniz suyunun damıtılması: Güneş enerjisi açısından şanslı coğrafyaların temiz su kaynakları açısından genellikle aynı derecede şanslı olmamaları nedeniyle bu uygulamalar gittikçe artan bir oranda yaygınlaşmaktadır.

Güneş enerjisi ile soğutma: Özellikle yaşam yerlerinin soğutulma ihtiyacı güneş ile doğru orantılı arttığından, popüler uygulamalardan birisi de güneş enerjisinin soğutmada kullanımıdır.

Endüstriyel proses ısısı elde etme: Özellikle buhar kullanılan tüm proseslerde uygulama alanı bulmaktadır.

Karma sistemler: Örneğin elektrik üretiminden artan ısı ile deniz suyunun damıtılması, buradan artan ısı ile de sıcak su elde edilmesi yaygın bir uygulamadır.

3. İŞLETİM SÜREKLİLİĞİNİ SAĞLAMADA KULLANILAN YÖNTEMLER

Güneş enerjisi 365 gün 24 saat mevcut değildir. Yıl içerisinde mevsimlere, gün içerisinde gece-gündüz saatlerine, birkaç gün içerisinde meteorolojik şartlara, en ideal zamanlarda bile örneğin kısa süreli bulut geçişlerine bağlı olarak değişim göstermektedir.

Güneş enerjisinin kullanıldığı uygulama genellikle bu tip değişimlerden olumsuz etkilenmektedir. Uygulamada sürekliliği sağlamanın temel olarak iki yolu vardır.

Yedek enerji kaynağı kullanımı: Sürekli enerji kullanan bir uygulamada güneş enerjisinin dengesiz dağılımını tamamlamak amacıyla örneğin fosil yakıtlarla çalışan klasik bir kazan, sisteme ilave edilebilir.

Fazla enerjinin depolanması: Sistem kapasitesi ihtiyaçtan daha büyük seçilerek, güneşin uygun olduğu periyotlarda ihtiyaç fazlası olarak elde edilecek enerjinin çeşitli yollarla depolanması ve güneş enerjisinin azaldığı periyotlarda sistemin depolanan enerji ile çalıştırılması sağlanabilir. Ekonomik boyutu gözönüne alınmadığında teknolojik olarak enerjiyi yazın depolayıp, kışın kullanmak dahi mümkündür.

5. PARABOLİK ÇANAK GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

Parabolik çanak kolektörler, yüzeylerine gelen güneş radyasyonunu noktasal olarak odaklarında yoğunlaştırırlar. Gelen güneş enerjisi aynalar vasıtasıyla odaktaki Stirling motoru üzerine yoğunlaştırılır. Stirling motoru ısı enerjisini elektrik jeneratörü için gerekli mekanik enerjiye dönüştürür.

Parabolik çanak kollektörler küçük modüllerden oluştuğu için, enerji ihtiyacı duyulan yerlerin yakınında ve ihtiyaç duyulan kapasitede tesis edilebilirler. Çoğunlukla diğer yöntemlerle elektrik üreten santrallere destek amacıyla ve maden ocakları, radar istasyonları ya da uzak köylerin elektrik ihtiyacının karşılanmasında kullanılır.

Günümüzde henüz ekonomik olmayan parabolik çanak kollektörlü sistemlerin araştırma ve geliştirme çalışmaları sürdürülmektedir.

6. GÜNEŞ KULELERİ

Güneş enerjisini yoğunlaştırarak elektrik üreten diğer bir uygulama da merkezi alıcı güç santralleridir.  Bu santrallerde güneş enerjisi, heliostat denilrn aynalar yardımıyla bir kule üzerine yerleştirilmiş olan alıcıya yansıtılır. Bu yolla 700°C'nin üzerinde sıcaklık elde edilir.

Heliostatlar, merkezi bir bilgisayar yardımıyla güneşi takip ederek güneş enerjisini kule üzerindeki alıcıya yansıtırlar.

7. PARABOLİK OLUK TİPİ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

Bu santrallerde çizgisel yoğunlaştırma yapılarak, güneş enerjisinden 300°C'nin üzerinde sıcaklık elde edilir ve ısı transfer akışkanı olarak genellikle yüksek sıcaklıklara dayanıklı termal yağ kullanılır.

Güneş tarlası; bağımsız üniteler şeklinde birbirine paralel bağlanmış parabolik kolektör gruplarından oluşan alandır. Bu üniteler, gelen güneş enerjisini yüksek yansıtma oranına (% 94) sahip aynalar vasıtasıyla, odakta bulunan alıcı boru üzerine yansıtırlar.

Parabolik kolektör grupları, yatay eksen boyunca dönmelerini engellemeyen metal yapılarla  desteklenmiştir. Sistemde aynaların güneşi izlemesini sağlayan bir sensör ve otomasyon-takip sistemi bulunur.

8. FRESNEL TİPİ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

Tek boyutlu parabolik bir yapıya eşdeğer şekilde, düzlemsel aynalar kullanılarak gerçekleştirilmiştir.  Aynaların odak noktası boyunca yine bir ısı toplama borusu yerleştirilmiştir. Parabolün güneşi takip edebilmesi için gerekli destek yapısı ve yataklama elemanları da mevcuttur.

9. YOĞUNLAŞTIRMA TEKNOLOJİLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

A. Teknik / Teknolojik karşılaştırma

Parabolik çanak güneş kolektörleri:

İki eksende takip ve noktasal yoğunlaştırma yapıldığından verimleri yüksektir.

Takip sistemi pahalı ve karmaşıktır.

Büyük boyutlarda gerçekleştirilemez. Bugüne kadar gerçekleştirilmiş en büyük güç, 25 kW'tır.

Genellikle bir stirling motoru ile birlikte kullanılmaktadır ancak stirling motorlarının teknolojisi yaygın değildir.

Kolektörü taşıyan destek yapısı büyük ve hantaldır.

Güneş kuleleri:

İki eksende takip ve noktasal yoğunlaştırma yapıldığından verimleri yüksektir.

Takip sistemi pahalı ve karmaşıktır.

Küçük boyutlarda gerçekleştirilemez.

Heliostatları taşıyan destek yapısı büyük ve hantaldır.

Parabolik oluk tipi güneş kolektörleri:

Tek eksende takip ve çizgisel yoğunlaştırma yapıldığından verimleri  düşüktür.

Takip sistemi ucuz ve basittir.

Küçük veya büyük tüm uygulamalarda kullanılabilir.

Kullanılan ısı toplama borusu ve aynaların imalatı özel teknolojiler gerektirmektedir.

Fresnel tipi güneş kolektörleri:

Tek eksende takip ve çizgisel yoğunlaştırma yapıldığından verimleri düşüktür.

Takip sistemi ucuz ve çok basittir.

Küçük veya büyük tüm uygulamalarda kullanılabilir.

Yapısında özel teknoloji gerektiren herhangi bir eleman bulunmamaktadır.

B. Ekonomik karşılaştırmas

Parabolik çanak güneş kolektörleri: Kullanılan teknolojilerin yaygın olmaması, başka endüstriler için geliştirilmiş malzeme ve cihazların kullanılmaması ve büyük kapasitede uygulama olanağının  bulunmaması nedenleriyle birim maliyeti en yüksek sistemdir.

Güneş kuleleri: Isı toplaması amacıyla kullanılan kule ve aynalardan oluşan heliostatların hantal yapısı nedeniyle pahalı bir sistemdir.

Parabolik oluk tipi güneş kollektörleri: Isı toplama borusu ve aynaların özel teknoloji gerektirmesi maliyetlerini yükseltmektedir.

Fresnel tipi güneş kolektörleri: Hiçbir özel teknoloji gerektiren parçasının olmaması ve basit/sade yapısı nedeniyle tüm sistemler içerisinde birim maliyeti en düşük sistemdir.

C. Uygulama ihtiyaçlarına göre karşılaştırma

Parabolik çanak güneş kolektörleri: Sistemin yapısı itibariyle sadece elektrik üretimi amacıyla kullanıma uygundur.

Güneş kuleleri: Tüm uygulamalar elektrik üretimi amaçlı olmakla birlikte, çok yüksek sıcaklıkta proses ısısı elde etme amacıyla kullanımı da mümkündür.

Parabolik oluk tipi güneş kolektörleri: Elektrik veya orta-yüksek sıcaklıkta proses ısısı elde etmek amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır.

Fresnel tipi güneş kolektörleri: Parabolik oluk tipi kollektörün zayıf noktalarının geliştirilmesi amacıyla alternatif olarak geliştirilmiştir. Elektrik veya orta-yüksek sıcaklıkta proses ısısı elde etmek amacıyla  kullanılabilir.

D. Alan kullanımı açısından karşılaştırma

Parabolik çanak güneş kolektörleri: Sistemin kurulduğu alanın yaklaşık olarak ayna alanının 1.2 katı kadar olması gerekmektedir. Bu ünitelerin yanyana sıralar halinde kullanılması durumunda gereken alan ise aktif ayna alanının yaklaşık 8-10 katıdır.

Güneş kuleleri: Aktif ayna alanının yaklaşık 10 katı bir alana ihtiyaç duyulmaktadır.

Parabolik oluk tipi güneş kollektörleri: Aynaların birbirini gölgelememesi için ayna dizileri arasında belirli miktarda boşluk bırakmak gerektiğinden, aktif ayna alanının en az 3 katı yerleşim alanına ihtiyaç vardır.

Fresnel tipi güneş kollektörleri: Aktif ayna alanının 1.1-1.2 katı bir yerleşim alanı yeterli olmaktadır.

E. İşletme kolaylığı açısından karşılaştırma

Parabolik çanak güneş kollektörleri: Sistemin tüm yapı elemanları özel teknoloji ile üretilmektedir. Kullanıcı seviyesinde yapılabilecek tek bakım ayna temizliğidir. Arıza durumunda orijinal yedek parça temini ve dış kaynaklı işçilik gerekmektedir.

Güneş kuleleri: Büyük oranda lokal malzeme ve işçilik kullanımı mümkündür. Bu nedenle işletme ve onarımı nispeten daha sorunsuzdur.

Parabolik oluk tipi güneş kolektörleri: Sistemin en önemli iki elemanı ? ısı toplama borusu ve aynalar ? özel teknolojiler ile üretilmektedir. Arıza durumunda orijinal yedek parça temini ve bazen dış kaynaklı işçilik gerekmektedir.

Fresnel tipi güneş kollektörleri: Sistemin tamamı yerel malzeme ve işçilik ile üretilebilmektedir. Yapısı basit olduğundan standart bakım ekibi ile her türlü bakım ve onarımı yapılabilmektedir.

10. KARŞILAŞTIRMALARIN DEĞERLENDİRİLMESİ VE SONUÇ

Parabolik çanak güneş kolektörleri: Sistemin maliyetleri gözönüne alındığında, elektrik şebekesinden uzak bölgelerde şantiye vb. hareketli ortamlarda elektrik enerjisi temininde kullanımı düşünülebilir.  Tamamı ülkemizde geliştirilmesi durumunda 1-2 kW?lık sistemler müstakil konutların elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanması amacıyla kullanılabilir.

Güneş kuleleri: Ülkemiz şartlarında kullanımı hem ekonomik olarak, hem de coğrafi alan itibariyle kısıtlıdır. Büyük ölçekli uygulama için Orta Anadolu coğrafyası uygundur.

Parabolik oluk tipi güneş kollektörleri: Proses ısısı veya elektrik temini amacıyla kullanılabilir. Kritik malzemelerinin yurtdışından temini gerekmektedir.

Fresnel tipi güneş kolektörleri: Parabolik oluk sisteminin kullanıldığı her yerde kullanılabilir. Maliyetleri daha düşük olup, tamamı yerli kaynaklarla üretilebilir.

 


Get it on Google Play









© DOĞA SEKTÖREL
YAYIN GRUBU