Silindirik oluk tipindeki güneş yoğunlaştırıcısının deneysel ve teorik incelenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi, silindirik yansıtıcı, yutucu, sıcak su ve kızgın buhar. Denizli-Kızıîdere Jeotermal tesislerinde kurulan düz ve sabit yutuculu, güneş izleyicili deneysel sette silindirik ayna vasıtasıyla buhar üretilmektedir. Aynalar 4.2 m genişliğinde 13 m uzunluğunda toplam 54 m2 alana sahip olup iki eksen üzerine monte edilmiştir. Üzerine topladığı güneş ışmlannı yoğunlaştıran bu aynalardan, odak mesafesi 12 m olan yutucuya güneş ışınımı gönderilmektedir. Toplayıcının yoğunlaştırma oranı 20 dir. Yutucunun genişliği 0.20 m ve boyu 14 m olup 2.8 m2 alana sahiptir. Deney seti güneye doğru yerleştirilmiş olup, doğu-batı yönünde güneşi takip etmektedir. Bölgenin enlemiyle (37°) aynı eğimde yerleştirildiğinden polar sistemlidir. Elektrik üretmek amacıyla kurulan bu deney setinde dolaştırılan akışkan; Jeotermal Tesisleri türbinlerinde kullanılan buharın yoğuşturulmasıyla elde edilen sudur. Korozyon özelliği az olduğundan bu su kullanılmaktadır. Silindirik aynalardan yansıyan güneş ışınımlarının yutucuda odaklanmasıyla suyun - çalıştırma şekline göre- sıcak su veya kızgın buhar haline dönüştürülmesi sağlanmaktadır. Güneş ışınımına göre buhar miktarı değiştiğinden elde edilebilecek buhara göre suyun sisteme pompalaması bir debi düzenleyicisi tarafından otomatik olarak yapılmaktadır. Elde edilen kızgın buhar bir ısı değiştiricisinde ısısı alındıktan sonra tekrar sisteme verilmektedir. Değişik tarihlerde sıcak su ve buhar üretimi yapılmıştır. Deneyde ortam sıcaklığı, rüzgar hızı, ortam nemi, yutucuya giriş ve çıkış sıcaklıkları, güneş ışınım miktarı ve buhar debisi ölçümleri alınmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda değişik basmçîardaki buhar ile sabit debilerde sıcak suyun ısıl güç ve ısıl verimleri bulunmuştur. Eğik ve hareketli bir yüzey üzerine gelip yutucuya yansıyan direkt ışınım, yutucudaki ısıl kayıpları ile sistemin teorik ısıl güç ve ısıl verimleri hesaplayan bir program geliştirilmiştir. Isıl güç ve ısıl verim analizleri için değişik tarihlerdeki deneylere ait grafikler hazırlanmıştır. Deneysel sonuçlarla bulunan değerlerin, teorik hesaplamalarda bulunan değerlerden çok düşük olmadığı görülmüştür. Yapılan deneysel çalışmada sistemin maksimum %40 ısıl verime sahip olduğu anlaşılmıştır. Gelen ışınım şiddetine göre ısıl güç değiştiğinden, sabah ve akşam saatlerinde minimum 6 kW, öğle saatlerinde ise maksimum 1 5 kW elde edilmiştir. Sıcak su ve buhar deneylerinin ısıl verimleri için yapılan karşılaştırmada ise buhar ile yapılan deneylerin daha yüksek çıktığı görülmüştür. Direkt buhar üretebilen bu sistemin performansının iyileştirilmesi ve sistemin bir tarla halinde kurulmasıyla elektrik üretilebileceği sonucuna varılmıştır. xiv

EXPERIMENTAL AND THEORETICAL ANALYZING OF CYLINDRICAL TROUGH TYPE SOLAR CONCENTRATOR SUMMARY Key words: Solar energy, cylindrical reflector, absorber, hot water and superheated steam In an experimental setup in Denizli steam is generated with a cylindrical mirror which has fixed and flat absorber and a system that traces the sun. The mirrors which have 4.2 m width and 13 m length and total area of 54 m2 are placed on two axes. The sunrays are sent to the absorber with a focus length of 12 meter from these mirrors which collect and concentrate sunrays. The collector's concentration rate is 20. The absorber's width is 0.20 m and length is 14 m and has a area of 2.8 m2. The experimental set up is placed to the south and traces the sun east to west direction. Because it is placed with the same inclination with area latidute (37°), it is a polar system. The fluid which is circulated in the experimental setup to generate electricity is water which is obtained by condensing the steam that is used in turbines. This water's corrosion properties are better. By focusing of the sunrays that reflects from cylindrical mirrors at absorber, the water is converted to heated water or superheated steam. Because the steam generation is depended on sunrays the pumping of the water is made by a mass flow regulator automatically. The obtained superheated steam is again returned to the system after removing it's heat in a heat exchanger. In the test, ambient temperature, wind speed, ambient humidity, input and output temperatures, sun radiation and mass flow of steam is measured. The heated water, and steam are generated at different days. In the test for generating steam with different pressures, heated with constant mass flow, heat power and efficiency is found and the results are compared. In different times, heated water and steam is generated. The experimental works showed that the system has %40 heat efficiency. Because the power is depend on radiation, in the morning and evening hours the minimum value of power 6 kW and between 1 1:30 and 13:30 hours (noon hours) heat power of 15 kW is obtained. Although there isn't much difference in the heat efficiency of heated and superheated water and steam, the heat efficiency of steam is greater. Thus the works about producing electricity with steam is written and it is stated that electricity can be produced by this system that generates directly steam. Because the maximum heat loss occurs in the absorber, the total heat conductivity constant in the absorber is found. For evaluating the analyses of the heat power and efficiency, the diagrams of experiments conducted on different days are prepared and compared. In addition to improve the performance of the system is investigated. xv