Parabolik oluk tipi güneş kollektörü ile enerji üretimi
Energy production by parabolic trough solar collector
Yazar: CAN CİCİBIYIK
Danışman: PROF. DR. BEKİR ZÜHTÜ UYSAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Enerji üretimi = Energy generation ; Güneş enerjisi = Solar energy

Özet:
Dünyada artan nüfus ile orantılı olarak enerji ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Günümüzde enerji ihtiyacı esas olarak fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Fosil yakıtların kullanılması sonucu meydana gelen emisyonlar çevre kirliliği yaratmakta ve günümüzün önemli bir çevre sorunu olan küresel ısınmaya yol açmaktadır. Ayrıca fosil kaynakların giderek tükenmesi ve ülkelerin ekonomik özgürlüklerini kısıtlaması, araştırmacıları enerji ihtiyacı için yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde güneş enerjisi, sahip olduğu potansiyeli, zararlı emisyonunun olmaması ve teknolojik gelişmelerinin artmasıyla ön plana çıkmaktadır.Türkiye, konumu itibariyle güneş kuşağı içerisinde yer almaktadır ve güneş enerjisi potansiyeli önemle ele alınması gereken büyüklüktedir. Güneş enerjisinden ısıtma, soğutma, pişirme, kurutma gibi amaçlarla yararlanılmasının yanında yoğunlaştırılmış sistemlerle yüksek sıcaklıklarda buhar elde ederek elektrik üretimi yaygınlaşmaya başlamıştır.Bu çalışmada yoğunlaştırılmış güneş enerjisi sistemlerinden biri olan parabolik oluk tipi güneş kollektörü incelenmiştir. Parabolik oluklu güneş kollektörünün yansıtıcı yüzey, emici boru ve cam örtü tasarımları yapılarak ısıl deneyler için prototip imalatı yapılmıştır. Tasarlanan 1,40 x 3,00 m boyutundaki parabolik oluk tipi güneş kollektörüyle yapılan deneyler sonucu optik ve ısıl verim hesaplamaları yapılarak ısı transfer sıvısına aktarılan faydalı enerji belirlenmiştir. Hesaplamalar sonucunda sistemin ortalama ısıl veriminin % 85 ve ortalama optik veriminin % 20 olduğu görülmüştür. Optik verimi önemli oranda etkileyen cam örtü optik veriminin ortalama % 25 olduğu görülmüştür. Isı transfer sıvısına aktarılan faydalı enerji ile Organik Rankine Çevrimi (ORC) prosesinde elektrik üretimi teorik olarak simüle edilmiş ve çevrimin çalışma koşullarındaki termodinamik analizi yapılmıştır. ORC prosesinin ekserji analizi yapılmış ve birinci yasa verimi % 9, ikinci yasa verimi % 45 olarak hesaplanmıştır. Yapılan simülasyonlarda deneysel sistem için buhar türbininde net güç çıkışının yaklaşık 50 W olduğu görülmüştür.

Abstract:
In line with the growing population of the world energy demand is increasing day by day. Today, energy demand is mainly provided by fossil fuels. Emissions caused by fossil fuels lead to environmental pollution and global warming which leads to an important environmental issue. Also the depletion of fossil resources and increasingly restricted country's economic freedom, led researchers to renewable energy sources for energy needs. Among renewable energy sources, solar energy comes to the fore by its potential, the lack of deleterious emissions and the increasing technological developments.Turkey is located in the sun-belt and its solar energy potential should be taken into serious consideration. Beside its use for heating, cooling, cooking, drying, solar energy can be employed to generate high temperature steam to produce electricity by concentrating systems.In this study parabolic trough collector, one of the concentrated solar power systems, was studied. Parabolic trough collector?s reflecting part, absorber tube and glass covering were designed and a prototype was manufactured for thermal experiments. Optical and thermal efficiencies of the parabolic trough collector in size 1,40 x 3,00 m were calculated experimentally and the useful energy which transferred to the heat transfer fluid was also determined. As result of calculations the mean thermal efficiency of system was found as 85 % and the mean optical efficiency of system is as 20 %. Efficiency of the glass cover which affects the systems optical efficiency significantly, was determined as 25 %. Electricity production in Organic Rankine Cycle (ORC) processes was also simulated theoretically and thermodynamic analyses were carried out at working conditions. Exergy analysis of ORC process was done and first law efficiency was determined as 9 % and second law efficiency as 45 %. In simulations, net power from the steam turbine for the experimental system was determined to be around 50 W.