Lineer fresnel kollektör tasarımında kavisli reflektör kullanımının Şanlıurfa meteorolojik koşullarında sistem performansına etkisi
The effect of curved reflector use in linear fresnel collector design on system performance in Sanliurfa meteorological conditions
Yazar: HAKKI KESKİN
Danışman: PROF. DR. MEHMET AZMİ AKTACİR
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Doğrusal frensel kolektör = Linear brake collector ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Meteorolojik faktörler = Meteorological factors ; Yansıtıcılar = Reflectors ; Şanlıurfa = Şanlıurfa

Özet:
Günümüzde geniş alanlarda kullanılan fosil bazlı yakıtların maliyeti ve çevreye verdiği zarar nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talep artmıştır. Bu kaynaklar arasında en yaygın olarak kullanılan düzlemsel güneş kollektörleri, parabolik çanak, parabolik oluk, güneş kulesi ve lineer fresnel yoğunlaştırma sistemleri gibi teknolojilerle doğrudan veya dolaylı olarak kullanılabilmektedir. Reflektör yüzey, alıcı yüzey (absorber) ve alıcı yüzey içerisinden geçen ısı transfer akışkandan oluşan lineer fresnel kolektörler, doğrusal odaklı yoğunlaştırmalı güneş enerjisi sistemlerinden biridir. Lineer fresnel kolektörler, reflektör yüzey olarak adlandırılan düz ve uzun çok sayıda ayna üzerine gelen güneş ışınlarını, odak ekseninde bulunan alıcı yüzey üzerine yansıtarak, absorber boru içerisinden geçen ısı transfer akışkanın yüksek sıcaklığa çıkmasını sağlamaktadır. Lineer fresnel kolektörde üretilen sıcak akışkan ile dolaylı olarak elektrik üretimi veya doğrudan proses ısısı olarak kullanılabilmektedir. Fresnel kolektör sistemini diğer sistemlerden ayıran en önemli özellik diğer solar yoğunlaştırıcı sistemlere göre metrekare başına daha düşük maliyettir. Harran üniversitesi GAPYENEV araştırma ve uygulama merkezinde TUBİTAK 1003 desteğiyle yürütülen proje kapsamında lineer fresnel kollektörün tasarımı yapılarak prototip kurulumu gerçekleştirilmiştir. Bu prototip 20 ayna serili, her bir ayna serisinin uzunluğu 12 m ve ayna genişliği 20 cm, toplam 48 m2 ayna açıklık alanına sahip, 3 m absorber yüksekliğinde ve tasarım kapasitesi 20 kW'dir. Bu tez çalışmasında, tasarımı gerçekleştirilen lineer fresnel kolektörde düz reflektör yerine kavisli reflektör kullanılması durumunda sistem performans detaylı olarak analiz edilimiştir. Bu amaçla, aynı açıklık alanına sahip düz reflektörlü ve kavisli reflektörlü fresnel kolektörler Tonatiuh yazılımı kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir. Tez çalışmasının sonunda, düz reflektörlü fresnel kolektörlerde hafif kavisli reflektörlerin kullanılması durumunda optik verimin Şanlıurfa meteorolojik koşullarında önemli ölçüde arttığı (%41) belirlenmiştir. Böylelikle fresnel güneş kolektörlerinde düz reflektör yerine daha az sayıda hafif kavisli reflektör kullanılması mümkün olmaktadır.

Abstract:
Today, the demand for renewable energy sources has increased due to the cost of fossil-based fuels used in large areas and the damage they cause to the environment. Planar solar collectors, which are the most widely used among these sources, can be used directly or indirectly with technologies such as parabolic dish, parabolic trough, solar tower and linear fresnel condensation systems. Linear fresnel collectors, which consist of reflector surface, absorber surface and heat transfer fluid passing through the receiver surface, are one of the linear focused condensation solar energy systems. Linear fresnel collectors provide the heat transfer fluid passing through the absorber pipe to reach high temperature by reflecting the sun rays coming on a large number of flat and long mirrors called the reflector surface onto the receiver surface located on the focal axis. With the hot fluid produced in the linear fresnel collector, it can be used indirectly as electricity generation or directly as process heat. The most important feature that distinguishes the Fresnel collector system from other systems is its lower cost per square meter than other solar concentrator systems. Within the scope of the project carried out with the support of TUBITAK 1003 in the GAPYENEV research and application center of Harran University, the linear fresnel collector was designed and a prototype was installed. This prototype has 20 mirror series, each mirror series has a length of 12 m and a mirror width of 20 cm, a total mirror opening area of 48 m2, an absorber height of 3 m and a design capacity of 20 kW. In this thesis, the system performance is analyzed in detail in the case of using a curved reflector instead of a straight reflector in the designed linear fresnel collector. For this purpose, straight reflector and curved reflector fresnel collectors with the same aperture area were numerically investigated using Tonatiuh software. At the end of the thesis, it was determined that the optical efficiency of the flat reflector fresnel collectors increased significantly (41%) in the case of using slightly curved reflectors in the meteorological conditions of Şanlıurfa. Thus, it is possible to use fewer slightly curved reflectors instead of straight reflectors in fresnel solar collectors.