Isı depolu parabolik oluklu güneş kolektörünün performans analizi
Performance analysis of parabolic through solar collector with heat storage
Yazar: BURAK AKINCI
Danışman: DOÇ. DR. ALPER ERGÜN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Isı enerjisi = Heat energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bugün enerji depolama, sürdürülebilir enerji üretimi ve kullanımında önemli bir rol oynamaktadır. Enerji depolama yöntemleri arasında, ısı depolama kapasitesine sahip olan parabolik oluklu güneş kolektörleri, sürdürülebilir enerji sistemleri alanında dikkat çekici bir yeniliği temsil etmektedir. Bu kolektörler, enerji depolama konseptini güneş enerjisi sistemlerine etkili bir şekilde entegre ederek bir dizi avantaj sunarlar.
Bu çalışma, özellikle ısı depolama kapasitesine sahip olan parabolik oluklu güneş kolektörlerinin performansının iyileştirilmesine yöneliktir. Bu amacı gerçekleştirmek için üç farklı alıcı tüp tasarımı titizlikle geliştirilmiştir. İlk tasarım, dayanıklılığı ve verimli ısı transfer özellikleri ile tanınan bakır borudan oluşturulan bir alıcı tüp kullanmaktadır. İkinci tasarım, bakır bir boruya ısıyı emen siyah bir kaplamanın uygulanmasını içerir ve bu şekilde güneş enerjisi emilimini en üst düzeye çıkarmayı hedefler. Üçüncü tasarım ise bakır bir borun yüzeyinin parafin mumu malzemesi ile kaplanmasıyla farklı bir yaklaşım sunar ve termal verimliliği artırmayı amaçlar.
Her biri kendi alıcı tüp konfigürasyonuyla ayrılan bu parabolik oluklu güneş kolektörleri, tarafsız ve kesin bir değerlendirme sağlamak amacıyla standartlaştırılmış iklim koşullarında titizlikle hazırlanan testlere sistematik olarak tabi tutulmuştur. Çeşitli parametreler üzerinden performanslarının dikkatli bir şekilde incelenmesi ile, bu çalışma, bu sistemlerin verimliliği ve sürdürülebilirlik açısından daha derin bir anlayışa ulaşmayı amaçlamaktadır ve böylece sürdürülebilir enerji çözümleri alanında genişleyen bilgi birikimine katkı sağlamaktadır. Bu araştırma bulgularının, ısı depolama ile donatılmış parabolik oluklu güneş kolektörlerinin potansiyelini ortaya koyması, sürdürülebilir enerji alanındaki konumlarını sağlamlaştırarak daha çevre dostu ve enerji verimliliği yüksek bir geleceğin yolunu açması beklenmektedir.
Araştırma sonucunda, şeffaf parafin ve bakır borular içeren ısı depolama sisteminin ortalama termal verimlilik açısından en yüksek performansa sahip olduğu gözlemlendi. Bu sistemin verimliliği, siyah boru sisteminin %10,7 ve düz bakır boru sisteminin ise %30 üzerindeydi. Sonuçlar, ısı depolamalı parabolik oluklu güneş kolektör sisteminin istenilen verimliliği tutarlı bir şekilde elde ettiğini göstermektedir.

Abstract:
Today, energy storage has a crucial role in sustainable energy production and use. Among the array of techniques for energy storage, parabolic trough solar collectors, endowed with the capacity for heat storage, represent a compelling innovation in the domain of sustainable energy systems. These collectors, which effectively embed the energy storage concept within solar energy frameworks, offer a multitude of advantages.
The present study is dedicated to the optimization of parabolic trough solar collector performance, particularly those equipped with heat storage capabilities. To achieve this objective, three unique receiver tube designs have been meticulously engineered. The first design employs a receiver tube constructed from copper piping, recognized for its durability and proficient heat exchange characteristics. The second design entails the application of a heat-absorbent black coating to a copper pipe, thereby maximizing solar energy absorption. The third design introduces a novel approach with a copper pipe whose surface is coated with paraffin wax material, with the intent of further augmenting thermal efficiency.
These parabolic trough solar collectors, each distinguished by its individual receiver tube configuration, have been systematically subjected to rigorous testing under standardized climatic conditions to ensure impartial and precise evaluation. Through meticulous scrutiny of their performance across various parameters, the study seeks to elucidate a deeper understanding of the efficiency and viability of these systems, thereby contributing to the expanding body of knowledge in the realm of sustainable energy solutions. The findings of this research endeavour are anticipated to cast light on the potential of parabolic trough solar collectors equipped with heat storage, solidifying their position within the sustainable energy landscape, and paving the way for a more environmentally responsible and energy-efficient future.
As a result of the research, it was observed that the heat storage system containing transparent paraffin and copper pipes had the highest performance in terms of average thermal efficiency. Its efficiency was 10.7% higher than the black pipe system and 30% higher than the plain copper pipe system. The findings unequivocally demonstrate that the parabolic trough solar collector system, integrated with heat storage, consistently achieves the targeted level of efficiency.