Spektral olarak ayrıştırılan yoğunlaştırılmış güneş enerjisi ile stirling motorda güç üretimi ve performans değerlendirmesi

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı günden güne önem kazanmaktadır. Güneş en önemli yenilenebilir enerji kaynağımızdır. Güneşten, aydınlatma ve çeşitli yöntemlerle ısı enerjisi elde edilmesi gibi çok farklı kullanım alanlarında yararlanmak mümkündür. Bunlardan biride yoğunlaştırılmış güneş enerjisi ile enerji elde etmedir.Birim yüzeye gelen güneş ışınımı enerjisinin düşük oluşu yoğunlaştırıcı sistemlerin kullanılması fikrini doğurmuştur. Çizgisel ve noktasal olarak iki farklı kategoride incelenebilen yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemlerinin elektrik ve termal enerji üretimi, Stirling motorlarla bütünleştirilmesi, güneş enerjili aydınlatma sistemlerinde kullanımı gibi birçok kullanım alanı mevcuttur. Noktasal odaklayıcı güneş enerjisi sistemlerde odak bölgesinde yüksek yoğunluklu bir ışınım elde edilmektedir.Bu çalışmada spektral olarak ayrıştırılan yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemiyle bütünleştirilmiş Stirling motoru test edilmiş ve performansı hakkında bilgi verilmiştir. Sistem bileşenleri olan parabolik çanak çift eksenli takip sistemi, soğuk ayna, fiber optik kablo demeti ve Stirling motoru sunulmuştur. Performans analizi Uşak Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünde yapılmış ve sistem bileşenlerinin sıcaklıkları, Stirling motorun devir sayısı, rüzgar hızı, yatay ve dikey ışınım parametreleri incelenmiştir. Sistemin sıcaklık ve ışınım dağılımı hakkında bilgi edinmek için termal kamera ile ölçümler yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda yatay toplam ve direkt normal güneş ışınımı sırası ile 397-906 W/m2 ve 658-948 W/m2 aralıklarında değerler alırken, Stirling motorun enerji ve ekserji verimlerinin sırası ile 0,12-0,23; 0,23-0,55 değerleri arasında değiştiği gözlemlenmiştir.

The use of renewable energy sources is getting more important day by day. Sun is the most important renewable energy source. There are many application areas of sun such as lighting and obtaining heat energy with various methods. One of them is to produce energy by concentrated solar energy. Low density of solar radiation per unit area has emerged the idea of using concentrator systems. Concentrating solar energy systems which could be studied in two different categories such as imaging and non-imaging has many using area such as production of electricity and thermal energy, integration with Stirling engines and using in solar powered lighting system. High-intensity radiation is obtained on focus region for the imaging concentrators. In this study, Stirling engine integrated with spectrally decomposed concentrated solar power has been tested and given information about the performance. System components such as parabolic dish, dual-axis tracking system, cold mirror, fiber optic cable bundle and Stirling engine were presented. Performance analysis of the system was performed in Department of Mechanical Engineering in Uşak University and experimental data including temperature of system components, wind speed, horizontal and vertical radiation and rotation speed of Stirling engine were obtained. Thermal camera images were provided to obtain information on irradiance and temperature distribution of the system. It is observed that while global and direct normal solar radiation have values between 397-906 W/m2 and 658-948 W/m2respectively, the energy and exergy efficiency values of the Stirling engine varied from 0.12 to 0.23 and from 0.23 to 0.55 respectively at the end of the study.