T.C.

DÜZCE ÜNİVERSİTESİMÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

2 0 1 7 - 2 0 1 8 G Ü Z D Ö N E M İ

M M - 4 5 8

G Ü N E Ş E N E R J İ S İ

AVRUPA ÜLKELERİNDE GÜNEŞ

1.11.2017 2

METEOROLOJİK GÜNEŞ ÖLÇÜMÜ

• Global güneş radyasyonu : Pyranometre, aktinometre, aktinograf

• Direkt güneş radyasyonu : Pyrheliometre

• Diffuse güneş radyasyonu : Gölge bantlı pyranometre

• Toplam güneş radyasyonu ve net radyasyon : Pyrgeometre ve pyranometre

• Güneşlenme süresi ölçümleri : Helyograf /Güneşlenme Süresi Ölçer

1.11.2017 3

GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI

• Global Güneş Radyasyonu Ölçümü (Pyranometre): Güneşten yatay yüzeye 2π’lik açıyla

gelen radyasyon toplamıdır. Dalga boyu 300 – 3000 nm’dir. (Kısa dalga radyasyon). Aktinometre,

aktinograf ve Pyranometre ile ölçülür. Direkt ve diffuse radyasyonun toplamıdır. Diffuse

radyasyon bileşenini ayırmak için gölgeleme bandı, disk veya top kullanılır.

• Pyranometre: Yatay düzleme gelen global (küresel) radyasyon şiddetini ölçmede kullanılır.

Termal radyasyondan voltaj üretir (Thermopile-Termoelektrik). Dalga Boyu: 300–3000 nm’dir.

Sensör güneş radyasyonu şiddetine göre μV seviyesinde voltaj üretir. Bu değer Sensör sensivity

değerine bölünerek W/m² olarak güneş radyasyon şiddeti elde edilir. Direkt ve diffuse

radyasyon toplamını ölçer. Diffuse radyasyon bileşenini belirlemek için gölgeleme bandı, disk

veya top kullanılır.

1.11.2017 4

GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI• Global Güneş Radyasyonu Ölçümü (Pyranometre): Güneşten yatay yüzeye 2π’lik açıyla

gelen radyasyon toplamıdır. Dalga boyu 300 – 3000 nm’dir. (Kısa dalga radyasyon). Aktinometre,

aktinograf ve Pyranometre ile ölçülür. Direkt ve diffuse radyasyonun toplamıdır. Diffuse

radyasyon bileşenini ayırmak için gölgeleme bandı, disk veya top kullanılır.

• Pyranometre: Yatay düzleme gelen global (küresel) radyasyon şiddetini ölçmede kullanılır.

Termal radyasyondan voltaj üretir (Thermopile-Termoelektrik). Dalga Boyu: 300–3000 nm’dir.

Sensör güneş radyasyonu şiddetine göre μV seviyesinde voltaj üretir. Bu değer Sensör sensivity

değerine bölünerek W/m² olarak güneş radyasyon şiddeti elde edilir. Direkt ve diffuse

radyasyon toplamını ölçer. Diffuse radyasyon bileşenini belirlemek için gölgeleme bandı, disk

veya top kullanılır.

1.11.2017 5

GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI• Direkt Güneş Radyasyon Ölçer (Pyrheliometre): Yansıma ve dağılmaya uğramadan yere

kadar dik ulaşan güneş radyasyonudur. Pyrheliometre ile ölçülür. Dalga boyu 300–3000 nm.

Pyrheliometrenin güneşi sürekli dik görmesi gerekir. Güneşi dik takip etmesi için güneş izleyici

(sun tracker) kullanılır. Takip açısı < 5º doğrulukla olmalıdır, w/m² olarak direkt güneş

radyasyonu ölçülür. Direkt güneş radyasyonun 120 W/m²üzerinde olduğu dakikalar güneşlenme

süresi olarak kaydedilir.

1.11.2017 6

GÜNEŞ RADYASYON ÖLÇÜM CİHAZLARI

• 10 Temmuz 2012 tarihli

resmi gazetede, Orman ve

Su İşleri Bakanlığı’nın

(Meteoroloji Genel

Müdürlüğü) güneş

enerjisine dayalı lisans

başvuruları (1 MW üstü

için) için zorunlu yapılacak 1

yıllık güneş ölçümleri

uygulamalarına dair tebliğe

(tebliğ no: 2012/01) göre

güneş ölçüm istasyonu

örnek şeması ve asgari

özellikleri;

1.11.2017 7

GÜNEŞ ÖLÇÜM SİSTEMİ

1.11.2017 8

GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ

1.11.2017 9

• Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Tanımı Çeşitleri ve Uygulama Şekilleri

• 1- Depo sayısına göre;

• - Tek depolu,

• - Çift depolu,

• 2- Deponun pozisyonuna göre;

• - Dik depolu,

• -Yatık depolu,

• 3- Mantolu olup olmadığına veya kapalı yada açık oluşuna göre;

• - Mantosuz (açık sistem) depo,

• - Mantolu (kapalı sistem) depo,

• 4- İçinde bulunan serpantin sayısına göre;

• - Tek serpantinli,

• - Çift serpantinli,

GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ

1.11.2017 10

• 5- İçinde hazne bulunmasına göre;

• - Hazneli sıcak su deposu,

• - Haznesiz sıcak su deposu,

• 6- Sıcak su deposundaki basınç seviyesine göre;

• - Basınçlı sıcak su deposu,

• - Basınçsız sıcak su deposu,

• 7- Akışkanın sirkülasyon şekline göre;

• - Doğal sirkülasyonlu (pompasız),

• - Cebri sirkülasyonlu (Pompalı)

GÜNEŞ ENERJİSİ

1.11.2017 11

• Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çok çeşitlilik

göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir:

Fotovoltaik GüneşTeknolojisi:

• Fotovoltaik hücreler denen yarı-iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler.

Isıl GüneşTeknolojileri:

• Bu sistemlerde öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi

elektrik üretiminde de kullanılabilir.

FOTOVOLTAİK HÜCRELER

1.11.2017 12

• Güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik

enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir.

• Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş hücreleri alanları genellikle 100

cm² civarında, kalınlıkları ise 0,1- 0,4 mm arasındadır.

• Güneş hücreleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman

uçlarında elektrik gerilimi oluşur.

• Hücrenin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir.

• Güneş enerjisi, güneş hücresinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 30 arasında bir verimle elektrik

enerjisine çevrilebilir.

• Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş hücresi birbirine paralel ya da seri bağlanarak

bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş hücresi modülü ya da fotovoltaik modül adı

verilir.

• Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan

MEGA Watt'lara kadar sistem oluşturulur.

FOTOVOLTAİK HÜCRELER

1.11.2017 13

FOTOVOLTAİK HÜCRELER

1.11.2017 14

DÜZLEM TOPLAÇDÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ (TOPLAYICILARI)

• Güneş kollektörleri, güneş radyasyonunu toplayıp bir akışkana (sıvı veya hava) aktaran bir

ünitedir.

• Üç değişik biçimde olabilir.

• Birinci grup düz yüzeyli tipler güneş ışığını odaklamazlar ve genel olarak sabit çalışırlar ve

ulaşılan sıcaklık seviyesi 95 °C nin altındadır.

• İkinci grup odaklamalı tiplerdir. Güneş ışınlarını sürekli olarak bir odak noktasına toplarlar.

Sadece direkt radyasyondan yararlanırlar.

• Üçüncü grup ise vakumlu-boru kollektörlerdir. Bu tip kollektörlerde vakumlu bir cam boru

(absorber) içerisine bir ısı borusu yerleştirilmiştir.

1.11.2017 15

DÜZLEM TOPLAÇDÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ• Isı borusunda kolayca faz değiştiren akışkan bulunur.

• Güneş radyasyonu etkisiyle ısı borusundaki akışkan buharlaşarak yükselir ve ısı eşanjörüne

(kondenser) gelir.

• Burada kollektör akışkanına (su) ısısını aktararak yoğuşur.

1.11.2017 16

DÜZLEM TOPLAÇDÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

• Toplaçlar, yörenin enlemine bağlı olarak en yüksek oranda güneş alacak şekilde, sabit bir açıyla

yerleştirilirler.

• En uygun eğim açısı aşağıdaki gibi belirlenir;

• Bütün yıl için yaklaşık olarak eğim açısı = enlem derecesi

• Yaz mevsimi için eğim açısı = enlem derecesi -10°

• Kış mevsimi için eğim açısı = enlem derecesi +10°

1.11.2017 17

DÜZLEM TOPLAÇDÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ• Düzlem toplaçlar; ısı taşıyıcı akışına bağlı olarak

• Havalı tip ve

• Sıvılı tip olmak üzere iki grupta incelenebilir.

• Havalı toplaçlar genellikle konutların ve küçük ticari binaların ısıtılmasında ve kurutma

işlemlerinde kullanılmalarına karşın, sıvılı toplaçlar büyük binaların ısıtılmasında, endüstriyel

ısıtma işlemlerinde ve güneş enerjisiyle soğutma uygulamalarında kullanılırlar.

• Sıvılı toplaçlar, daha fazla enerji toplar ve verimleri daha yüksektir.

• Bunun nedeni, havalı toplaçların daha fazla ısı kaybetmesidir.

1.11.2017 18

DÜZLEM TOPLAÇDÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

• Havalı toplaçların soğurucu plakasının sıcaklığı daha yüksek olacağından çevreye olan ısı kaybı

da artar.

• Suyun ısı taşıma verimliliği daha yüksek olduğundan, sıvılı toplaçlarda soğurucu plakasının

sıcaklığı, içindeki ısı taşıyıcı akışkandan sadece birkaç derece yüksektir.

• Hava iyi bir ısı taşıyıcı akışkan değildir.

• Bu nedenle, havalı toplaçların soğurucu plaka sıcaklığı, içlerinde dolaşan hava sıcaklığından 15°C

daha yüksek olabilmektedir.

• Soğurucu plakanın sıcak olması, daha fazla ısı kaybına neden olur ve verimde düşme meydana

gelir.

1.11.2017 19

DÜZLEM TOPLAÇDÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

• Güneş enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır.

• En çok evlerde sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır.

• Ulaştıkları sıcaklık 70°C civarındadır.

• Düzlemsel güneş kolektörleri, üstten alta doğru, camdan yapılan üst örtü, cam ile absorban

plaka arasında yeterince boşluk, metal veya plastik absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve bu

bölümleri içine alan bir kasadan oluşmuştur.

• Absorban plakanın yüzeyi genellikte koyu renkte olup bazen seçiciliği artıran bir madde ile

kaplanır.

• Kolektörler, yörenin enlemine bağlı olarak güneşi maksimum alacak şekilde, sabit bir açıyla

yerleştirilirler.

1.11.2017 20

1.11.2017 21

DÜZLEM TOPLAÇDÜZ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ

• Güneş kollektörlü sistemler tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılır.

• Bu sistemler evlerin yanında, yüzme havuzları ve sanayi tesisleri için de sıcak su sağlanmasında

kullanılır.

• Bu konudaki Ar-Ge çalışmaları sürmekle birlikte, bu sistemler tamamen ticari ortama girmiş

durumdadırlar.

• Dünya genelinde kurulu bulunan güneş kolektörü alanı 30 milyon m2'nin üzerindedir.

• En fazla güneş kolektörü bulunan ülkeler arasında Çin, ABD, Japonya, Avustralya İsrail ve

Yunanistan yer almaktadır.

• Türkiye 18 milyon m² kurulu kolektör alanı ile dünyanın önde gelen ülkelerinden biri

konumundadır.

1.11.2017 22

1.11.2017 23

GÜNEŞ PANELLERİ NASIL ÇALIŞIR?• Güneş ışığı foton adı verilen küçük enerji paketlerinden

oluşur. Her dakika güneşten gelen fotonlar dünyanın bir yıllık

enerji tüketimine yetecek kadar enerjiyi dünyamıza ulaştırırlar.

• Güneşten gelen bu enerjiyi kullanarak elektrik üretme amacı

ile güneş panelleri, başka bir deyişle fotovoltaik paneller

kullanılır.

• Güneş panelleri yani fotovoltaik paneller, birçok solar

hücreden oluşur.

• Bu hücreler silisyum adı verilen ve dünyamızda çokça bulunan

elementlerden yapılır.

• Her bir hücre, aynen pillerde de olduğu gibi, elektrik akımı

yaratmak için bir pozitif ve bir negatif katmandan oluşur.

• Güneşten gelen fotonlar güneş panelinin üzerinde bulunan

bahsettiğimiz bu hücreler tarafından emildiklerinde, açığa

çıkan enerji elektronları özgürce hareket etmelerine yol açar.1.11.2017 24

GÜNEŞ PANELLERİ NASIL ÇALIŞIR?• Elektronlar panelin alt kısmına doğru yol alır ve bağlantı

kablosundan dışarı çıkarlar.

• Elektronların bu akımına elektrik denir.

• İstenilen enerji miktarına göre solar hücreleri bir araya getirip

birçok farklı alanda kullanmak ve enerji üretmek mümkündür.

• Kullanılan panelin boyutu yapılacak ise göre değişse de, işleyiş

prensibi aynıdır.

• Fotovoltaik sistemlerin güneş enerjisinden elektrik enerjisi

ürettiğini bilmekteyiz.

• Fakat bu şekilde elektrik üretmek için sadece güneş panelleri

yeterli değildir.

• Bir fotovoltaik sistem güneş panelinin dışında birçok cihazın

bir arada kullanılmasını gerektirir.

1.11.2017 25

YİNE GELDİK BİR DERSİN SONUNA!

1.11.2017 26