Vakum tüplü güneş kollektörlerinin absorpsiyonlu soğutma için kullanılabilme potansiyelinin araştırılması
Investigation of evacuated tube solar collectors' capacity for absorption cooling
Yazar: AHMED DÜZCAN
Danışman: PROF. DR. YUSUFALİ KARA
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Soğurmalı soğutma sistemleri = Absorption cooling systems

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ve nüfusun artmasıyla birlikte ülkemizin enerji ihtiyacı artış göstermektedir. Ülkemizde, gerekli olan enerjinin üretilebilmesi için çoğunluğu fosil yakıtlar olan doğalgaz, kömür gibi yakıtlar kullanılmaktadır. Bu yakıtların büyük bir çoğunluğu ise ithal edilmektedir. Ülkemiz için gerekli olan enerjinin üretilmesinde, yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak çevreye zararlı olan emisyonların azaltılmasına katkı sağlanmış olunacaktır. Bu tez çalışmasında Antalya ili için vakum tüplü güneş kollektörlerinden faydalanılarak absorpsiyonlu soğutma işleminin yapılabilirliği TRNSYS programında simüle edilmiştir. Yapılan analizler hem düz hem de vakum tüplü güneş kollektörleri ile yapılmış ve her iki kollektör tipindeki durumlar karşılaştırılmıştır. Endüstride kullanılan düz ve vakum tüplü güneş kollektörleri simülasyonda kullanılmıştır. Yaz ayları boyunca yapılan simülasyonda farklı yük debilerinde güneşten faydalanma oranının nasıl değiştiği gözlenmiştir. Yapılan 3 aylık simülasyonda yük dönüş sıcaklık değeri 75 °C olarak kabul edilmiştir.Yük uygulanan analizlerde yükün uygulandığı zaman dilimi 10:00 ve 22:00 saatleri arasındadır. Bu analiz esnasında depolama tankının set sıcaklık değeri 85 °C ve 90 °C seçilmiş ve bu parametrenin de etkisi incelenmiştir.
Günlük analiz çalışmaları ise Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarında seçilen bir gün için yapılmıştır. Bu analizde, kollektör çıkış sıcaklığı, yüke giden tank sıcaklığı, kollektörden elde edilen faydalı ısı miktarı, kollektör verimi ve güneşten faydalanma oranları incelenmiştir. İncelenen bu parametreler ise yüksüz ve yardımcı ısıtıcı kapalı durumda iken, yüklü ve yardımcı ısıtıcı kapalı iken, yüklü ve yardımcı ısıtıcı açık iken durumlarına göre analiz edilmiştir. Yük uygulama durumlarında yük debisi 15 – 30 – 45 kg/h olarak farklı debilerde uygulanmıştır. Bu analizde de yükün uygulandığı zaman dilimi 10:00 ve 22:00 saatleri arasındadır. Yardımcı ısıtıcı açık olduğu durumda set edilen sıcaklık değeri ise 85 °C olarak kabul edilmiştir. Aynı zamanda yük dönüş sıcaklık değeri ise 15 °C olarak alınmıştır.
Bu çalışmalar sonucunda aynı şartlar altında vakum tüplü güneş kollektörünün düz güneş kollektörüne göre daha verimli olduğu daha yüksek sıcaklık değerlerine çıkılabildiği, kurulması planlanan sistem için güneşten faydalanma oranının daha yüksek olduğu sonucuna varılmıştır. Günlük analiz sonuçlarında güneşten faydalanma oranı 15 – 30 – 45 kg/h debilerinde vakum tüplü güneş kollektöründe sırasıyla yaklaşık % 87, % 61, %17 iken, düz güneş kollektöründe ise yaklaşık % 77, % 38, -% 1 olarak bulunmuştur. Yüksüz durumda, kollektör verimlerinde ise vakum tüplü güneş kollektörü düz güneş kollektörüne göre yaklaşık % 5 daha iyi performans ortaya koymaktadır. 3 aylık yaz dönemi boyunca yapılan analiz sonuçlarında ise, 15 – 30 – 45 kg/h debilerinde elde edilen faydalanma oranı değerleri sırasıyla vakum tüplü güneş kollektöründe % 99, % 96, % 84 iken, düz güneş kollektöründe ise % 90, % 47, % 20 olarak bulunmuştur. Absorpsiyonlu soğutma sistemi için gerekli olan enerjinin uygulanacak olan yük debisine bağlı olarak büyük oranda vakum tüplü güneş kollektöründen sağlanabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
With the increase in population and the development of technology, the energy demand of our country increases. In our country, fossil fuels such as natural gas and coal are used in order to produce the necessary energy. The majority of these fuels are imported. In the production of the energy required for our country, usage of renewable energy sources will contribute to the reduction of harmful emissions to the environment. In this thesis, the feasibility of absorption cooling process by using vacuum tube solar collectors for Antalya province is simulated in TRNSYS program. The analyzes were performed with both flat and vacuum tube solar collectors and the conditions of both collector types were compared. Flat and vacuum tube solar collectors used in industry are used in simulation. The simulation is performed during the summer months, it has been observed how the solar fraction changes at different load conditions. In the 3-month simulation, load return temperature was accepted as 75 °C. In the analyzes applied with load, the time period in which the load is applied is between 10:00 and 22:00. During this analysis, the set temperature value of the storage tank was selected as 85 °C and 90 °C and the effect of this parameter was examined.
Daily analysis was conducted for a selected day in June, July and August. In this analysis, the collector outlet temperature, temperature to load, the amount of heat obtained from the collector, collector efficiency and solar fraction were examined. These parameters were analyzed at three conditions which are no-load and no auxiliary heater, with load and no auxiliary heater, with load and auxiliary heater. In case of load application, load flow rate is 15 – 30 – 45 kg/h at different flow rates. In this analysis, the time period in which the load is applied is between 10:00 and 22:00. If the auxiliary heater is switched on, the set temperature is assumed to be 85 °C. At the same time, the temperature of the water retuning from load is taken as 15 °C.
As a result of these studies, it was concluded that the vacuum tube solar collector is more efficient than the flat solar collector under the same conditions, higher temperature values can be reached and the utilization rate of the sun is higher for the planned system. In the daily analysis results, the solar utilization rate was found to be approximately 87 %, 61 %, 17 % in the vacuum tube solar collector at flow rates of 15 - 30 - 45 kg/h, while it was approximately 77 %, 38 %, - 1 % in the flat solar collector, respectively. In the case of no load, the collector yields about 5% better performance than the solar collector with vacuum tube. According to the results of the analysis conducted during the 3-month summer period, the utilization rates obtained in the 15 - 30 - 45 kg/h flow rates were found as 99 %, 96 %, 84 % in the vacuum tube collector and 90 %, 47 % and 20 % in the flat solar collector, respectively. It has been concluded that the energy required for the absorption cooling system can be supplied mainly from the vacuum tube solar collector depending on the load flow to be applied.