Birleşik parabolik yoğunlaştırıcılı güneş kollektörleri ile buhar üretiminin deneysel ve teorik incelenmesi
Experimental and theoretical investigation on the steam generation with compound parabolic concentrators
Yazar: KÜBRA GÜRBÜZ
Danışman: DOÇ. DR. KEMAL ATİK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada endüstride yoğun olarak kullanılan buharın silindirik alıcılı birleşik parabolik yoğunlaştırıcılı güneş kolektörleri kullanarak elde edilmesi teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Buharın, endüstride tercih edilmesinin en önemli sebepleri; çok iyi bir ısı taşıyıcısı olması, ısı transferi özelliklerinin faz değişiminden dolayı yüksek olması ve iletiminin çok kolay olması ile herhangi bir pompalama sistemine ihtiyaç duymamasıdır. Buhar sadece ısı taşıyıcı özelliğinin dışında bazı süreçlerde nemlendirme özellikleri için de kullanılmaktadır. Çalışmada ilk olarak, güneş enerjisinin tarihçesi anlatılarak Türkiye?de güneş enerjisi potansiyeli hakkında bilgi verilmiştir. Daha sonra güneş kolektörlerinin çeşitleri anlatılarak, silindirik alıcılı birleşik parabolik yoğunlaştırıcılı güneş kolektörü incelenmiştir. Bu kolektörün oluşumunda rol oynayan kenar-ışın prensibi, yarım kabul açısı, kabul fonksiyonu ve eténdue gibi temel kavramlar tanımlanmıştır. 
Yaptığımız teorik çalışmalar sonucunda farklı yarım kabul açıları, kolektör açıklığı, kolektör uzunluğu ve yüksekliği ile farklı kesim açılarının uygulanmasının yoğunlaştırma oranına etkisi değerlendirilerek, birleşik parabolik yoğunlaştırıcı kolektörün bazı parametrelerinin değişiminin yoğunlaştırma oranına etkisi grafikler ile sunulmuştur. Yapılan hesaplamaların literatürdeki diğer çalışmalarla uyum içerisinde olduğu görülmüş, endüstride yoğun olarak kullanılan buharın güneş enerjisinden elde edilmesinin mümkün olduğu gözlemlenmiştir.
Silindirik alıcılı birleşik parabolik yoğunlaştırıcılı güneş kolektörünün geometrisinden yola çıkarak kolektör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneğinde silindirik alıcı olarak vakum cam tüpü kullanılmıştır. Bir kısım deneyler vakum cam tüp içerisine doğrudan su konularak; bir kısım deneyler ise vakum cam tüp içerisine bakır borulu düzenek yerleştirilerek yapılmış ve karşılaştırılmıştır. Birleşik parabolik yoğunlaştırıcının yansıtıcı yüzeyleri galvanizli sacdan imal edilmiştir. İlk deneyler bu şekilde yapılmış; daha sonra yüzeyler yansıtma katsayısı daha yüksek olan alüminyum folyo ile kaplanarak tekrarlanmıştır. Deney başarıyla sonuçlanarak % 60 verim elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, birleşik parabolik yoğunlaştırıcı, güneş kolektörleri, vakum tüplü güneş kolektörleri, yoğunlaştırma oranı

Abstract:
In this study, obtaining steam by using cylindrical receiver compound parabolic concentrating solar collectors which is heavily used in industry were investigated in theoretical and empirical way. The most important reasons to prefer steam in industry are; being very good heat transporter,  high heat transfer characteristic because of phase changing and it doesn?t need any pumping system beacuse of very easy transmission. The steam is not only used for heat transferring,  is also used for humidification in some processes. As a first in the study, information about the potential of solar energy was given by explaining history of solar energy in Turkey. Afterward,cylindrical receiver compound parabolic concentrating solar collector was examined with explaining types of solar collectors. Basic concepts such as edge-ray principle half accceptance angle, acceptance function and  eténdue were defined which have a role on formation of this collector.
As a result of our theoretical studies, the effect of applying different half acceptance angle, collector length and height with different angle of relief to concentrating ratio was evaluated graphically. The effect of changing some parameters of compound parabolic concentrating collector on concentrating ratio was presented. The calculations that made are in compliance with other studies in literature, it was observed that the steam can be obtained from solar power which is heavily used in industry.  
Based on the geometry of cylindrical receiver compound parabolic concentrating solar collectors the design was realized. Glass vacuum tube was used as cylindrical receiver on experimental setup. Some parts of experiments were fulfilled and compared with directly using water and in the other parts of experiments were fulfilled and compared with using copper pipe assembly which was placed inside of vacuum tube. The reflective surfaces of compound parabolic concentrator made of galvanized sheet metal. After  surfaces were covered with aluminum foil which have higher reflection coefficient. The experiment were accomplished and %60 efficiency was obtained.

Keywords: Solar Energy, Compound Parabolic Concentrator, Solar collector, vacuum tube solar collector, concentrating ratio.