Isı depolu havalı güneş kolektörlü kurutma sistemi
Drying system with heat storage solar air collector
Yazar: MUHAMMET MUSTAFA BENLİOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ALPER ERGÜN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Kurutma sistemleri = Drying systems ; Parafin = Paraffin

Özet:
Son yıllarda yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinin oldukça elverişli olması, kolay ulaşımı, çevreci ve ekonomik olması nedenleriyle ülkemizde birçok alanda kullanımı artmaktadır. Kurutma sektörü de bu alanlardan biridir. Endüstride yüksek kurutma maliyetlerini azaltma ve daha iyi kalitede ürün elde etmek için güneş enerjili kurutma sistemleri kullanılmaktadır. Dünyada ve ülkemizde bu sistemleri geliştirebilmek adına araştırmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada güneş enerjisinden elektrik enerjisi üreten fotovoltaik (PV) modüller ve güneş enerjisiyle havayı ısıtabilme imkanı sağlayan havalı güneş kolektörü, güneş ışınımını artıracak şekilde tasarlanmış bir yoğunlaştırıcı içerisinde kullanılmıştır. PV modüllerin arkasına monte edilen spiral şekilde ki bakır borular vasıtasıyla hem PV modül soğutularak verimi artırılmış hem de buradan kazanılan enerji, bir ısı değiştirici kullanılarak kolektöre giren havaya ön ısıtma yapmak için kullanılmıştır. Tasarlanan sistemin kullanılabilirliğini sürdürmesi adına kolektör içerisinde kullanılan faz değiştiren malzeme parafin mumu ile enerji depolanması yapılabilmiştir. Bu sayede bulutlu günlerde ve belli bir saate kadar güneş battıktan sonra kurutma işleminde süreklilik sağlanmıştır. Kendi kullandığı gücü ürettiği enerjiyle karşılayabilen sistem aynı zamanda kullanılan mikro işlemcili otomasyon sistemiyle üzerinde bulunan verileri kayıt altına alabilmiş, nem kontrolünü kendi yapabilmiştir. Deneyde kurutulacak ürün olarak nane seçilmiştir ve 3,3125 su/g kuru madde nem içeriğinden 0,0625 su/g su/g kuru madde nihai nem içeriğine kadar kurutulmuştur. Ortalama kurutma verimi %40'dır. Deney süresince ortalama kabin sıcaklığı 30 °C ölçülmüştür. Bu değer nane kurutma kalitesi verimini ortalama %65 olarak hesaplamamıza olanak sağlamıştır. Konsantrasyon oranı 1,2 olarak hesaplanmıştır. Sistemde kullanılan PV modüllerin ortalama elektriksel verimi yaklaşık %10 civarındadır.

Abstract:
In recent years, since the solar energy, one of the renewable energy sources, is quite convenient, easily-accessible, environmentally-friendly and economical, its usage in many fields in our country is increasing. Drying sector is also one of these fields. In industry, in order to decrease high drying costs and to obtain more qualified products, solar drying systems are used. All over the world and in our country, in order to be able to improve these systems, researches are done. In this study, photovoltaic (PV) modules generating electrical energy from the solar energy and a solar air collector that provides the opportunity to be able to heat the air by means of the solar energy have been used inside a concentrator designed in such a way that it increases the solar radiation. By means of copper pipes in spiral shape that have been mounted behind the PV modules; both PV modules' efficiency has been increased by making them cooled and the energy gained from here, has been used in order to pre-heat the air entering the collector, by using a heat exchanger. For the system designed, in order to maintain its availability; energy storage has been possible by means of paraffin wax, a phase-changing material used inside the collector. That way: on cloudy days and until a certain hour after the sunset, continuity in the drying process has been obtained. The system which is able to compensate the power it uses by the energy it generates, by means of the automation system with microprocessor used has also been able to register the data that exist on it and to control the humidity spontaneously. In the experiment, mint has been chosen as the product to be dried and it has been dried from the humidity content of 3,3125 water/g dry material until the final humidity content of 0,0625 water/g dry material. Average drying efficiency is 40%. During the experiment, the average cabin temperature has been measured as 30oC. This value has given us the opportunity to calculate the mint drying quality efficiency as 65% on average. The concentration rate has been calculated as 1,2. The average electrical efficiency of PV modules used in the system is approximately 10%