Faz değiştiren madde ile güneş enerjisinin depolanmasının ve ısıtma uygulamalarında kullanımının incelenmesi
Investigation of the use of solar energy in the storage and heating applications with phase changing material
Yazar: GAMZE YILDIRIM SOYTÜRK
Danışman: PROF. DR. AHMET KABUL
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Termal enerji = Thermal energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu çalışmada, Isparta ilinde bulunan bir evin faz değiştiren maddeli depolama sistemi ile ısıtma ihtiyacının karşılanması hedeflenmektedir. Bu amaçla, düzlemsel havalı güneş kolektörlü ve parabolik güneş kolektörlü depolama sistemi olmak üzere iki farklı sistem tasarlanarak sistemlerin enerji-ekserji analizleri yapılmıştır. Sistemler için gereken ısıl enerji kolektörlerden elde edilmiştir. Öncelikle Isparta şartlarında güneş enerjisi potansiyeli belirlenmiştir. Işınım şiddeti, çevre sıcaklığı, rüzgâr hızı dikkate alınarak ısıtma ihtiyacının en fazla olduğu Ocak ayına göre kolektör tasarımı yapılmıştır. Hesaplamalarda ısıtma ihtiyacının karşılanabilmesi için 64 adet düzlemsel havalı güneş kolektörüne veya 8 adet parabolik güneş kolektörüne ihtiyaç duyulmuştur.

Sodyum Asetat Trihidrat ergime ısısı ve sıcaklığı, ulaşılabilirliği, ucuzluğu gibi parametreler göz önüne alınarak sistem için uygun faz değiştiren madde (FDM) olarak seçilmiştir. Her iki sistemde gerekli olan FDM miktarı 1171 kg olarak hesaplanmıştır. 

Yapılan parametrik çalışmalar sonucunda, düzlemsel güneş kolektörlü sistemde ışınım şiddetinin % 64 artışı ile kolektör birinci yasa veriminin % 39 azaldığı, havanın kolektörden çıkış sıcaklığının ise % 62 oranında arttığı hesaplanmıştır. Ayrıca, ışınım şiddetinin % 64 artışı ile kolektör ikinci yasa veriminin %35 oranında azaldığı belirlenmiştir. 

Parabolik güneş kolektörlü depolama sisteminde ışınım şiddetinin yaklaşık % 64 artışı ile akışkanın kolektörden çıkış sıcaklığının % 53 arttığı, ikinci yasa veriminin ise % 45 azaldığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to meet the need of heating with a house phase change material storage system in the province of Isparta. For this purpose, energy-exergy analyzes of the systems have been made by designing two different systems, one is planar solar collector and the other is parabolic solar collector storage system. The thermal energy required for the systems is derived from the collectors. Firstly, solar energy potential is determined in Isparta conditions. Collector design was made according to the month of January when the radiation need is the most, taking into consideration the radiation intensity, the ambient temperature and the wind speed. In order to meet the heating needs in the calculations, 64 planar air solar collectors or 8 parabolic solar collectors were needed.

Sodium Acetate Trihydrate has been chosen as a suitable phase change material (FDM) for the system, taking into consideration parameters such as melting temperature and temperature, accessibility, and cheapness. The amount of FDM required for both systems was calculated as 1171 kg.

As a result of the parametric studies, it has been calculated that the efficiency of the first law of the collector is reduced by 39 % and the temperature of the air from the collector is increased by 62 % by 64 % increase of the radiation intensity in the planar solar collector system. It was also determined that the efficiency of the second law of the collector was reduced by 35 % with a 64 % increase in radiation intensity.

In the parabolic solar collective storage system, it was determined that the discharge temperature of the fluid from the collector increased by 53% and the efficiency of the second law decreased by 45% with a radiation increase of about 64%.