Güneş Bacası ile Elektrik Enerjisi Üretiminin Araştırılması Batman İli Örneği

Abstract

Bu çalışma güneş bacası prototipinin performansı için deneysel ve sayısal olarak analiz edilmiştir. Deneysel ölçüm parametreleri olarak sıcaklık, hız, ışınım ve türbin dünüş hızı (RPM) seçilmiştir. Sistemin detaylı analizi için deneysel ölçüm parametreleri dört bölge için (kuzey, güney, doğu ve batı) 24 saat boyunca eş zamanlı olarak ölçülmüştür. Sıcaklık için 24, hız için ise 6 farklı noktada ölçümler alınmıştır. SPSS 17 istatistik programı ile elde edilen veriler arasında korelasyon analizleri yapılmıştır. Işınım değerlerinin sistem performansı etkileyen parametreler (sıcaklık, hız ve RPM) ile yüksek korelasyonlarda ilişkili olduğu gözlemlenmiştir. Türbin dönüş hızı (RPM) ile ışınım değerleri arasında α=0.01 anlamlı önem seviyesine göre korelasyon değerinin 0,807 olduğu görülmektedir. Bu durumda parametreler arasında pozitif yönlü yüksek düzeyde bir ilişki olduğu tespit edilmiştir. Deneysel parametrelere uygulanan regresyon ile bağımlı değişkenler üzerinde etkin olan bağımsız değişkenler belirlenerek etkin olmayan değişkenler modelleme sürecinde elenmiştir.. Yapılan analizler sonucunda tespit edilen etkin parametreler ve güç üretim değerleri yapay sinir ağı modellerini eğitme ve test aşamasında kullanılmıştır. Elde edilen veriler MATLAB programı yardımıyla üç giriş, bir çıkışa sahip ileri beslemeli geriye yayılımlı Levenbergt Marquert algoritması kullanan çok katmanlı bir YSA modelde eğitilmiştir. Farklı transfer fonksiyonları (TANSİG, PURELİN ve LOGSİG) ile 2 katmanda farklı nöron sayıları (5,10,15,20,25) ile en uygun R değerine sahip eğitim ve test verileri belirlenmiştir. YSA modelin eğitimi sonrası elde edilen sonuçlar, ağın deneysel verileri tahminde oldukça başarılı olduğunu göstermiştir. Yapılan çalışmada, TANSİG transfer fonksiyonu için ağın eğitimi aşamasında regresyon değeri (R) 0,9995 olduğu görülmüştür.Güneş bacası prototipinin geometrik özellikleri sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal simülasyon hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak ticari yazılım programı ANSYS Fluent 18.1 ile analiz edilmiştir. Prototipin geometrisi iki boyutlu ve simetri eksenli olarak çizilmiştir. Sistem içerisindeki akış türbülanslı olduğu için (RNG) k-e türbülans modeli kullanılmıştır. Güneş bacası sisteminde sonlu hacimler yöntemi kullanılarak süreklilik, momentum ve enerji denklemleri uygulanmıştır. Ayrıca kolektör alanı içerisindeki radyasyon etkisinin değerlendirilmesi için DO (ayrık ordinatlar) modeli çözümlemeye dâhil edilmiştir. Son olarak sayısal ve deneysel sonuçlar karşılaştırıldığında elde edilen veriler ile sayısal verilerin birbirine yakın değerler olduğu görülmüştür.

This study was experimentally and numerically analyzed to determine the performance of the Solar Chimney prototype built in Batman University Campus. Temperature, velocity, radiation and turbine input speed (RPM) were used as experimental measurement parameters. For detailed analysis of the system, experimental measurement parameters were measured simultaneously for 24 hours for four regions (north, south, east and west). Measurements were taken at 24 points for temperature and 6 points for speed.Correlation analyzes were performed between the data obtained with SPSS 17 statistical program. It was observed that radiation values were correlated with high correlations with parameters affecting system performance. The correlation value between the turbine rotation speed (RPM) and the radiation values was found to be 0,807 according to the significance level α = 0.01. In this case, it was found that there was a high positive correlation between the parameters. By regression applied to the experimental parameters, independent variables that are effective on dependent variables were determined and ineffective variables were eliminated in the modeling process. The effective parameters and power generation values determined as a result of the analyzes were used in training and testing of artificial neural network models. The data obtained were trained in MATLAB program in a multilayer ANN model using forward feed backward propagation Levenbergt Marquert algorithm with three inputs and one output. Different transfer functions (TANSİG, PURELİN and LOGSİG) and different neuron numbers in two layers (5,10,15,20,25) and the most appropriate R values were determined with training and test data. The results obtained after training the ANN model showed that the network was very successful in predicting experimental data. In the present study, it was found that the regression value (R) for the TANSIG transfer function was 0.9995 during the training phase of the network.The geometric properties of the solar chimney prototype were investigated numerically. Numerical simulation computational fluid dynamics (CFD) method was used to analyze with commercial software program ANSYS Fluent 18.1. The geometry of the prototype is drawn in two dimensions and symmetry axis. Since the flow in the system is turbulent (RNG) k-e turbulence model is used. Continuity, momentum and energy equations were applied by using finite volume method in solar chimney system. In addition, DO (discrete ordinates) model is included in the analysis to evaluate the radiation effect within the collector area. Finally, when the numerical and experimental results were compared, it was seen that the data obtained were close to each other.