PARABOLİK GÜNEŞ KOLEKTÖRÜ ISIL ANALİZİ

İbrahim ERCİYAS

Kemal Ersin ERİÇYEL

Uğur KARAGÖZ

İçerik

• Parabolik Güneş Kolektörü Nedir?

• Sistem Bileşenleri

• Sistemin Çevrimi

• Dünyadaki Uygulamaları

• Parametrik Hesaplamalar

• Elde Edilen Grafikler

1

Tezin Amacı

Parabolik güneş kolektöründe tasarım ve çalışma parametrelerinin sistem performansına etkisinin Engineering Equation Solver (EES) paket programıyla bilgisayar ortamında incelenmesi amaçlanmıştır.

2

Neden Parabolik Güneş Kolektörü

• Yatırım ve birim maliyet açısından avantajlı ve yaygın olarak kullanılan bir sistemdir.

• En olgunlaşmış güneş enerjisi teknolojisi parabolik oluk sistemidir.

• Güneş izleme sistemleri sayesinde gün boyu gün ışığından iyi bir şekilde yararlanır.

• Yüksek sıcaklıklara çıkılabildiğinden elektrik üretiminde kullanılabilir.

3

Kolektör Tipleri

Işın

Yoğunlaştırmasız

Işın Yoğunlaştırmalı

Çizgisel Odaklı Noktasal Odaklı

İsimlendirme Düz Kolektör Parabolik Oluk Tipi Heliostat, Çanak

Uygulama Alanı Sıcak Su KullanımıProses Buharı, Isıl

Güç ÇevrimiGüneş Fırınları

Sıcaklık Aralığı 90-110°C 110-400°C 400-1400°C

Yoğunlaştırma Oranı 1 >1 >100

Ortalama Isıl Verim %35 %55 %70

Güneş Takibi Yok Tek Eksenli Çift-Tek Eksenli

Işın Gelme Açısı <<1 0.95 1

Yatırım Maliyeti Düşük Orta Yüksek

4

Dünyadaki Örnekler

5

354 MW Kapasite

Dünyadaki Örnekler

6

Dünyadan Örnekler

Amerika Las Vegas’ ta 50 MW güç üretebilen santral.

7

Sistem Bileşenleri

8

Hibrit Sistemin Çevrimi

9

Nelere Dikkat Edilmeli ?

• Alıcı boru, ısı iletim katsayısı yüksek malzemeden yapılmalıdır.

• Cam örtünün geçirgenliği yüksek olmalıdır.

• Alıcı yüzey malzemesinde yutuculuk katsayısının, yansıtma katsayısından büyük olması istenir.

• Sistemin kurulacağı yer.

• Sistemde kullanılan akışkanın termodinamik özellikleri.

10

Sistem Bileşenleri Özellikleri

Yansıtıcı Yüzey Malzemesi Yansıtma Oranı

Gümüş 0,94 ± 0,02

Altın 0,76 ± 0,03

Alüminyum kaplı akrilik 0,86

Alüminyum 0,82 ± 0,05

Bakır 0,75

Arkası gümüş kaplı su beyazı ayna 0,88

Özel cilalanmış ince alüminyum tabaka(Alanod)

0,88

Yutucu

Yüzeyler

Işıma Özellikleri

α ε α / ε

Beyaz boya 0,20 0,91 0,22

Su 0,94 0,95–0,96 0,98

Siyah boya (cilalı) 0,90 0,90 1,00

Siyah boya ( mat) 0,94–0,98 0,88 1,07–1,11

Galvanizli çelik 0,65 0,13 5,00

Alüminyum 0,15 0,05 3,00

Krom 0,49 0,08 6,13

Parlatılmış çinko 0,46 0,02 23,00

Yutucu Yüzey

Kaplaması

Emici Boru

Malzemesi

Işıma Özellikleri

α ε α / ε

Nikel Galvanizli çelik 0,93 0,08 11.6

Krom Çelik 0,95 0,16 5,90

Demir oksit Çelik 0,83 0,06 13,80

Kobalt Alüminyum 0,92 0,13 7,10

Kurşun oksit Alüminyum 0,89 0,20 4,50

Nikel Çinko kaplı alüminyum 0,94 0,10 9,40

Krom Çinko 0,91 0,08 11,40

Çinko oksit Çinko 0,95 0,08 11,90

11

Sabit Değerler

Malzeme Özellikleri Sabit Birim

Cam

(Pyrex)

Yayma Katsayısı(ε) 0.9 -

İletim Katsayısı(k) 1.04 W/m*K

Yutuculuk Katsayısı(α) 0.02 -

Geçirgenlik Katsayısı(τ) 0.92 -

Alıcı Yüzey

Yayma Katsayısı(ε) 0.11 -

İletim Katsayısı(k) 400 W/m*K

Yutuculuk Katsayısı(α) 0.92 -

Annulus [3]Taşınım Katsayısı(h) 0.00007499 W/m2*K

12

Kullanılan Akışkanlar

HTFk

[W/(m-K)]

μ

[kg/(m-s)]

cp

[J/(kg-K)]

ρ

[kg/m3]

Syltherm 800 0,12 0,00299 1745 864,05

Downtherm A 0,1259 0,00097 1800 994,9

Downtherm G 0,1172 0,00178 1825 984,9

Downtherm T 0,12 0,0027 2201 818,1

Therminol 66 0,134 0,00352 1840 954

Water 0,6791 0,000281 4219 958

13

Ana Denklemler ve Direnç Devresi

14

Enerji Denklemleri

15

Q c o n v ; 1 2 = h H TF · A a b s ; i · ( T 2 – T 1 )

Q c o n d ; 2 3 = 2 · p · k a b s o rb e r · L · T 3 – T 2

lnD a b s ; o

D a b s ; i

Q ra d ; 5 7 = s · e g la s s · A g la s s ; o · ( T 54

– T 74

)

Q c o n v ; 5 6 = h a ir · A g la s s ; o · ( T 5 – T 6 )

Ana Denklemler ve Direnç Devresi

16

Q c o n v ; 1 2 = Q c o n d ; 2 3

Q S o lA b s = Q c o n d ; 2 3 + Q c o n v ; 3 4 + Q ra d ; 3 4

Q c o n v ; 3 4 + Q ra d ; 3 4 = Q c o n d ; 4 5

Q S o lG la s s + Q c o n d ; 4 5 = Q c o n v ; 5 6 + Q ra d ; 5 7

Q h e a t lo s s = Q c o n v ; 5 6 + Q ra d ; 5 7

Grafik Analizi

1500 1750 2000 2250 2500 2750 30000,28

0,29

0,3

0,31

0,32

0,33

0,34

ReHTF

hth

w aterw ater

Syltherm 800Syltherm 800

Dow ntherm ADow ntherm A

Dow ntherm GDow ntherm G

Dow ntherm TDow ntherm T

Therminol 66Therminol 66

v = 0,2 (m/s)

Tin = 373 (K)

Qsol = 1000 (W/m^2)

250 300 350 400 450 500 550 60015

20

25

30

35

40

45

50

Tin (K)

DT (K)

Syltherm 800Syltherm 800

Dow ntherm ADow ntherm A

Dow ntherm GDow ntherm G

Dow ntherm TDow ntherm T

Therminol 66Therminol 66

w aterw ater

m = 0,2 (kg/s)

Qsol = 1000 (W/m^2)

v = 0,2 (m/s)

17

Grafik Analizi

0 5 10 15 20 251200

1250

1300

1350

1400

1450

vair (m/s)

Qheatloss (W)

Dow ntherm ADow ntherm A

Syltherm 800Syltherm 800

Dow ntherm GDow ntherm G

Dow ntherm TDow ntherm TTherminol 66Therminol 66

WaterWater

Qsol = 1000 (W/m̂ 2)

m = 0,2 (kg/s)

Tin = 373 (K)

18

Grafik Analizi

300 350 400 450 500 550 600500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Tort (K)

Qheatloss (W)

w aterw ater

Syltherm 800Syltherm 800

Dow ntherm ADow ntherm A

Dow ntherm GDow ntherm G

Dow ntherm TDow ntherm T

Therminol 66Therminol 66

Qsol = 1000 (W/m^2)

m = 0,2 (kg/s)

v = 2 (m/s)

300 350 400 450 500 550 6000,28

0,29

0,3

0,31

0,32

0,33

0,34

0,35

Tort (K)

hth

w aterw ater

Syltherm 800Syltherm 800

Dow ntherm ADow ntherm A

Dow ntherm GDow ntherm G

Dow ntherm TDow ntherm T

Therminol 66Therminol 66

Qsol = 1000 (W/m^2)

v = 0,2 (m/s)

m = 0,2 (kg/s)

19

Grafik Analizi

500 600 700 800 900 1000 1100 1200600

800

1000

1200

1400

1600

1800

QSol (W/m2)

Qheatloss (W)

Syltherm 800Syltherm 800

Dow ntherm ADow ntherm A

Dow ntherm GDow ntherm G

Dow ntherm TDow ntherm T

Therminol 66Therminol 66

WaterWater

Tin = 373 (K)

v = 0,2 (m/s)

m = 0,2 (kg/s)

500 600 700 800 900 1000 1100 1200370

380

390

400

410

420

QSol (W/m2)

Tout (K)Dow ntherm ADow ntherm A

Syltherm 800Syltherm 800

Dow ntherm GDow ntherm G

Dow ntherm TDow ntherm T

Therminol 66Therminol 66

WaterWater

Tin = 373 (K)

v = 0,2 (m/s)

m = 0,2 (kg/s)

20

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER