Investigation of the performance of a flat plate solar collector

Abstract

Dünya nüfusu hızla artarken zararlı karbon salınımına neden olan fosil yakıtlarınfiyatlarındaki dalgalanmalarla beraber, güneş, rüzgar ve hidro yenilenebilirenerjilere olan ihtiyacın giderek artışı küresel olarak kabul görmektedir.Düzlemsel (düz plaka) güneş kollektörünün (FPSC), en önemli parçası güneşışınımını ısıya çevirip sistemde dolaşan akışkana transfer eden emici yüzeydir(absorber'dir). Bu tezde hacimsel oran % 0-2 aralığında ve 0.02 kg/s kütlesel debideğerlerinde bir FPSC'de akışkan olarak Al 2 O 3 , CeO 2 , Cu, SiO 2 ve TiO 2 olmaküzere beş farklı nanofluid kullanılarak kollektörün performansı incelenmiştir. Tezidoğrulamak için, deneyle ile bir karşılaştırma yapılmıştır ve sonuç olarak iyi biranlaşma bulundu. Bu tezde yılın en soğuk ayı olarak Ocak ayı için ve en sıcak ayıolarak Temmuz ayı için kütle akış hızı ve düşük sıcaklık gibi parametrelerinperformansa, enerjik verime ve ekserjik verime olan etkileri MATLABprogramında yazılan bir parametrik çalışmayla ele alınmaktadır. Elde edilensonuçlar, 0,02 kg/s'lik sabit bir debi ve % 2 hacimsel oran için, SiO 2 akışkanı ileveriminin her iki ay için de % 10 arttığını göstermektedir. Ek olarak, azami ekserjiartışı 0.02 kg/s debide ve %2'lik hacimsel oranda Ocak ayında % 2,7 ve Temmuzayında % 3,1 olarak Cu'da gözlemlenmiştir. Türkiye'de Aydın ilinin çevreselverileri ve özellikleri (sıcaklık ve ışınım) ele alınarak genel bir metodolojigeliştirilmiştir.

As the world population is increasing rapidly and the fluctuation in the price of theharmful fossil fuels, the need for renewable energies such as solar, wind and hdrohave gradually been recognized and accepted globally. The absorber is the mostimportant part of a flat plate solar collector (FPSC) which absorbs the solarradiation, converts it to heat and transfer it to the working fluid. This thesisinvestigates the performance of a FPSC using five different nanofluids includingAl 2 O 3 , CeO 2 , Cu, SiO 2 , and TiO 2 as the working fluid with a volume fraction rangeof 0-2% and mass flow rate of 0.02kg/s. To validate the thesis, a comparison wasmade with an experiment in which a good agreement was found. A parametricstudy is done using a computer program written in MATLAB to investigate theeffects of volume fractions on the performance, energetic and exergeticefficiencies of the collector in the coldest, January and hottest, July, month of theyear. The results show that for a constant flow rate of 0.02kg/s and volumefraction of 2%, the maximum efficiency enhancement is observed in SiO 2 by 10%in both months while the maximum exergy enhancement is observed in Cu by2.7% and 3.1% in January and July respectively for a flow rate of 0.02kg/s andvolume fraction of 2%. The overall methodology has been developed on theenvironmental data (ambient temperature and irradiation), which arecharacteristics of the city of Aydin in Turkey.