Güneş bacası ile enerji üretiminin incelenmesi
Investigation of energy production by the solar chimney
Yazar: ARİF KOYUN
Danışman: PROF.DR. MUSTAFA ACAR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
GÜNEŞ BACASI İLE ENERJİ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİArif KOYUNÜlkemizde ve dünyada enerji maliyetleri giderek arttığından ve çevre kirliliği giderekönem kazandığından dolayı, son yıllarda yenilenebilir enerji kaynaklarına daha fazlayönelim olmuştur. Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında gelen güneş enerjisindenfaydalanmak son yıllarda daha da önem kazanmıştır. Bu çalışma da ise güneşenerjisinden elektrik elde etme yöntemlerinden bir tanesi olan güneş bacası sistemleriincelenmiştir.Güneş bacası sistemleri, havanın sıcaklığının artması sonucu yükselmesi prensibiyleçalışan bir elektrik üretim sistemidir. Bu esnada güneşten gelen ışınımlarla havanın ısılenerjisi artar ve yükselen hava bu ısıl enerjisini bir türbin ve generatör grubuna vererekburadan da elektrik enerjisi elde edilmiş olur.Deneysel çalışma olarak, Süleyman Demirel Üniversitesi Yenilenebilir EnerjiKaynakları Araştırma Uygulama Merkezi tarafından kurulan prototip güneş bacasıüzerinde ölçümler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca teorik olarak ise güneş bacası sistemi içinkütle korunumu, momentum ve enerji denklemleri türetilmiştir. Ardından elde edilendeneysel verilerle, teorik çalışma birleştirilerek temel parametreler türetilip, diğerçalışma şartları da (diğer iklim şartları) göz önüne alınarak FLUENT simülasyonprogramıyla simüle edilmiştir. Sistemin kafes yapısı GAMBIT programındaoluşturulmuştur. Bu simülasyon işleminde, güneş bacası içindeki akış türbülanslı olduğuiçin türbülans modeli olarak RNG k-Îµ modeli kullanılmıştır. Bu program ile güneşbacasının her bölgesindeki sıcaklık, hız, yoğunluk gibi temel parametrelerbelirlenmiştir.Yapılan deneysel çalışmada, sisteme gelen güneş enerjisi miktarı, sisteme giren vesistemden çıkan hava hızları ve sıcaklıkları ölçülmüştür. Böylece sistem performansınıetkileyen parametreler de tespit edilmiştir.Geliştirilen bir bilgisayar programı ile güneş bacası ile ilgili bazı temel özelliklerinbelirlenmesi mümkün olmuştur. Bu özellikler, güneş bacası ölçülerine göre sistemdenelde edilecek güç, seçilen yöre için bir günlük güneş ışınım değerleri, sistemde oluşanısı kayıpları ve istenen güç için gerekli olan güneş bacası sistem ölçüleri olmaktadır.Sonuç olarak, deneysel ölçüm sonuçları ve CFD analiz sonuçlarının birbirine oldukçayakın olduğu ve iyi bir uyumun sözkonusu olduğu görülmüştür.ANAHTAR KELİMELER : Güneş bacası, Güneş enerjisi, Simülasyon, Fluent,Yenilenebilir enerji, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, CFD

Abstract:
INVESTIGATION OF ENERGY PRODUCTION BY THE SOLAR CHIMNEYArif KOYUNBecause of the fact that energy expenses are increasing to a greater extent andenvironment pollution is gradually getting more serious in our country and in our world,there has been a further tendency towards renewable energy resources in recent years.Making use of solar energy which is the prime renewable energy source has gainedmore importance in recent years. In this study, solar chimney system which is one of thetechniques of producing electricity from solar energy has been examined.Solar chimney system is a system that works with the principle that air temperatureelevates when it rises. Thermal air temperature rises with the radiation coming from thesun. Elevated air gives its thermal energy to turbine and generator group, thus creatingelectrical energy.As an experimental study, measurements have been performed on prototype solarchimney which has been constructed by Süleyman Demirel University, RenewableEnergy Resources Research and Application Center. Moreover, mass conservation,momentum and energy equations have been theoretically derived. Subsequently,FLUENT simulation program has been simulated by setting basic parameters fromcombining obtained experimental data and theoretical study and considering otherworking conditions (other climatic conditions). The framework structure of the systemhas been formed by using GAMBIT program. In this simulation process, RNG k-Îµmodel has been used as the turbulent model due to the fact that the current in the solarchimney has been turbulent. With this program, basic parameters in every part of thesolar chimney like temperature, velocity, and density have been determined.In this experimental study, the amount of solar energy that comes to the system, airvelocities and temperatures that come in and out of the system have been measured.Therefore, parameters that affect the system performance have been determined.Thanks to a developed computer program, it has been possible to identify some basicfeatures that are related with solar chimney. These features are the power that isregulated in the system according to the solar chimney dimensions, daily solar radiationvalues for the selected territory, and the solar chimney system measurements that arenecessary for heat losses occurring in the system and the required power.KEY WORDS: Solar chimney, Solar energy, Simulation, Fluent, Renewable energy,Computational fluid dynamics, CFD