Güneş Enerjisi ve Kullanım Alanları
Güneş en önemli yenilenebilir enerji kaynağımızdır. Bunun sebebi bol, temiz, çevre dostu ve sürdürülebilir olmasıdır. Ülkemiz Güneş enerjisi açısından oldukça iyi bir konumda olduğundan Güneş enerjisi sistemlerinin kullanımına son derece uygundur.
Güneş enerjisi su ısıtma sistemlerinin kurulumu ve kullanımı oldukça rahattır. Herhangi bir zararlı atık bırakmadan, çevreye zarar vermeden istediğiniz enerjiyi kullanabilirsiniz. Ayrıca düşük maliyetli olması da avantajlıdır.
Peki Güneş enerjisi hangi alanlarda kullanılıyor diyecek olursanız;
- Isıtma,
- Soğutma,
- Aydınlatma,
- Elektrik üretimi,
- Su ısıtma,
- Havalandırma sistemi,
- Taşımacılık gibi birçok alanda bu enerjiden faydalanıldığını söyleyebiliriz.
Güneş Enerjisi Sistemleri ve Sistem Tasarımı
Bitkiler ihtiyaç duydukları Güneş enerjisini doğrudan alabilir. Fakat bizler günlük ihtiyaçlarımız için kullandığımız bu enerjiyi doğrudan alamayız. Bundan dolayı yaşam alanlarında veya endüstriyel alanlarda Güneş enerjisi depolarken çeşitli teknolojilerden ve sistemlerden faydalanırız. Bu sistemleri genel olarak aktif ve pasif sistemler şeklinde ikiye ayırmak mümkün. Şimdi biraz bu sistemleri açıklayalım.
Pasif Sistemler
Pasif sistemler sayesinde binalarda iç alanın dinamiklerini bozmadan ve mekanik sistemler kullanmadan Güneş enerjisinden yararlanılır. Ayrıca sistemin kurulmasında bina bileşenlerinden faydalanılır. Güneş odalarını ve güney yönünde tasarlanan büyük cam yüzeyleri buna örnek olarak verebiliriz.
Aktif Sistemler
Aktif sistemler Güneş enerjisinden etkin bir şekilde yararlanmaya imkan tanır. Bu mekanik ve elektronik sistemler, aldıkları güneş ışınlarını elektrik ve ısı enerjisi haline getirirler. Güneş toplayıcıları ve Güneş pillerini bu sistemlere örnek olarak verebiliriz.
Aktif sistemler kendi içinde ısı enerjisi üretimi ve elektrik enerjisi üretimi (fotovoltaik sistemler) yapanlar şeklinde ikiye ayrılır. Elektrik enerjisi üretimi yapan fotovoltaik sistemlerde Güneşten gelen ışınlar direkt elektrik enerjisine dönüştürülür.
Isı enerjisi üretimi ise edinilen sıcaklık değerlerine göre düşük, orta ve yüksek sıcaklık uygulamaları şeklinde üçe ayrılır.
- Düşük sıcaklık uygulamaları (20<T<100°C) Düz kolektör
- Orta sıcaklık uygulamaları (100<T<300°C) Çizgisel yoğunlaştırıcılı (parabolik) kolektör
- Yüksek sıcaklık uygulamaları (T>300°C) Noktasal yoğunlaştırıcılı kolektör
Yüksek sıcaklık uygulamalarında çeşitli araçlar ve cihazlar kullanılarak soğutma işlemi gerçekleştirilir veya elektrik üretilir. Güneş kuleleri ve güneş fırınlarını yüksek sıcaklık uygulamalarına örnek olarak verebiliriz. Orta sıcaklık uygulamaları ise vakum tüplü güneş kolektörleri ile sanayide su ve buhar temini, yüksek kapasiteli soğutma üniteleri ve büyük çapta ısıtma sistemleri için kullanılır. Düşük sıcaklık uygulamalarında ise düzlemsel güneş kolektörlerinden yararlanılır. Bu kolektörlerde Güneş enerjisi su ısıtma için kullanılır. Böylece yaşam alanlarında sıcak su temini sağlanır. Bunun yanı sıra Güneş havuzları, Güneş bacaları, su arıtma sistemleri, Güneş mimarisi, ürün kurutma ve sera ısıtma sistemleri, yüzme havuzlarının ısıtılması, Güneş enerjisi ile pişirme de düşük sıcaklık uygulamalarındandır.
Bizim yazımızın odak noktası Güneş enerjisi ile sıcak su temini olduğundan düşük sıcaklık uygulamaları yani Güneş su ısıtma sistemleri üzerinden ilerleyeceğiz. Şöyle ki, düşük sıcaklık uygulamalarında en kolay ve en çok kullanılan yöntem Güneş kolektörleridir. Güneş kolektörleri ise yapılarına göre düzlemsel (düz yüzeyli), vakum borulu (tüplü) ve camsız olmak üzere üçe ayrılır.
Vakum Borulu (Tüplü) Güneş Kolektörleri
Vakum borulu kolektörler yuvarlak ve vakumlu cam borulardan oluşur. Boruların şekli sayesinde güneş ışınları yüzeye dik şekilde ulaşır. Böylece yüksek derecede enerji üretilebilir. Enerjinin daha fazla olması için metal veya cam yansıtıcılar da eklenebilir. Kolektör özel bir yüzey ile örtülüdür. Bu yüzey sayesinde güneş ışınları soğurulup ısı haline getirilir. Böylece Güneş enerjisi su ısıtma işleminde kullanılacak ısı enerjisine dönüşmüş olur. İç içe geçmiş iki borunun arasındaki havanın alınması sayesinde vakum ortamı oluşur ve ısı kayıplarının önüne geçilir. Bu kolektörler düzlemsel kolektörlerin kullanım alanlarında, yiyecek dondurma, bina soğutma ve konut ısıtma işlemlerinde kullanılır.
Camsız Güneş Kolektörleri
Camsız güneş kolektörü metal emici bir yüzeye sahiptir. Kullanıldığı alanlara ticari binalar, sanayi, hayvancılık ve tarım sektörü ve endüstriyel süreçlerde ihtiyaç duyulan dış havanın ısıtılması örnek olarak verilebilir. Binaların dış cephesine monte edilir. Böylece güneş ışınlarının düşük açılarla geldiği kış aylarında dahi güneş enerjisinden ve kar yüzeyinden yansıyan ışınlardan yararlanılır.
Düzlemsel Güneş Kolektörleri
Düzlemsel Güneş kolektörleri; yüzeyine ulaşan Güneş enerjisinin su, hava veya başka herhangi bir haldeki akışkana iletilmesi şeklinde çalışır. Evlerde sıcak su temini amacıyla kullanımı yaygın olan bu sistemler ortalama 70°C’ye ulaşır. Bunun yanı sıra Güneş enerjisi su ısıtma sistemine yüzme havuzları ve sanayi tesislerinde de ihtiyaç duyulur. Düzlemsel güneş kolektörü bileşenleri ise aşağıdaki gibidir.
- Soğurucu Plaka: Siyaha boyanmış metal yutucudur. Güneş ışınlarını soğurma (absorbe etme) özelliği vardır. Kolektörün en mühim parçasıdır. Kolektör kasası ile arasında izolasyon malzemesi bulunacak şekilde konumlanır ve kasanın içinde yer alır.
- Cam ya da Plastik Örtü: Soğurucu plakanın yani doğal olarak kolektör kasasının üstünde yer alır. Sera etkisi oluşturmaya yarar.
- Kolektör Kasası: Bu kasa, madeni, emprenye edilmiş ahşap veya plastik olur.
- Borular: Isıyı taşıyan akışkan bu borularda gezer.
- Yalıtım Malzemesi: Soğurucu plaka ile kolektör kasası arasında yer alır.
Sistemin işleyişine göre; yüzeyde yer alan cam tabakadan giren güneş ışınları, soğurucu tabaka sayesinde absorbe edilirken siyah yüzey sayesinde soğurulur. Sistemdeki ışınlar kızılaltı ışınlar haline gelir ve cam yüzeyden dolayı sistemde kalmaya devam ederek ortamın ısısını artırır.
Düzlemsel Güneş kolektörleri bulunulan yerin enlemine göre yerleştirilir. Önemli olan kolektörün Güneş ışınlarından maksimum verimi alacak şekilde, sabit açıyla monte edilmesidir. Güneş enerjisi su ısıtma işleminde kolektörün verimini etkileyen başlıca faktörleri ise;
- Absorblayıcı plaka,
- Absorblayıcı yüzey kaplaması,
- Akışkanın kanal şekli,
- Akışkan boru merkezleri arası uzaklık,
- Kolektör kasasında kullanılan malzeme,
- Isı yalıtım malzemesi,
- Saydam örtü,
- Kolektörün eğimi ve yönü,
- Boru geçiş sayısı,
- Boru ve yutucu plaka malzemesi,
- Boru–yutucu plaka birleşim yöntemi,
- Yutucu plaka optik özellikleri,
- Saydam örtü,
- Yalıtım,
- Eğim,
- Boru–yutucu plaka konstrüksiyonu şeklinde sayabiliriz.
Düşük sıcaklık uygulamaları doğal dolaşımlı ve zorlanmış (pompalı, basınçlı) olmak üzere ikiye ayrılır.
Doğal Dolaşımlı Sistemler
Düşük sıcaklık uygulamalarından biri olan doğal dolaşımlı sistemlerde su sirkülasyonu bir pompa ya da başka herhangi bir mekanizma olmaksızın gerçekleşir. Öncelikle toplayıcıda ısınan suyun yoğunluğu azalır ve yukarı ilerler. Böylece ısınan su depoya ulaşır. Deponun altında bulunan soğuk su ise toplayıcının alt bölümüne gider. Dolayısıyla depo ve kolektör arasında ısı geçişi gerçekleşir. Böylece Güneş enerjisi su ısıtma işleminde kullanılmış ve depodaki su ısınmış olur.
Depolar, kolektörler, boru ve tesisat armatürleri doğal dolaşımlı sistemlerin elemanlarıdır. Evlerde yaygın olarak kullanılan bu sistemler açık devreli ve kapalı devreli (antifrizli sistem) olmak üzere ikiye ayrılır.
Açık devreli sistemlerde su ilave bir akışkana ihtiyaç duymaz. Su sistemde dolaşır ve Güneş enerjisi su ısıtma işlemini gerçekleştirmede yeterlidir. Bu sistemler kapalı sistemle karşılaştırıldığında ilk kullanımda yüksek sıcaklıklar elde eder. Diğer yandan ise kullanıldıkça kolektörde kireçlenme oluşur ve verim azalır. Bu da ısı ediniminin önüne geçer. Ayrıca kireçlenmenin oranına bağlı olarak zamanla delinme yaşanabilir. Eğer yaşadığınız bölgede hava kışın 0°C’nin altına düşüyorsa bu sistemi kullanmanız zor olacaktır. Çünkü sistemdeki suyu boşaltmanız gerekecektir.
Kapalı sistemler ise birbirini etkilemeksizin çalışan iki devreye sahiptir. Alınan Güneş enerjisi su ısıtma işleminin gerçekleşmesi için kolektördeki akışkan tarafından kullanım suyuna iletir. Akışkanın içerisinde yer alan antifriz sayesinde sistem kış aylarında da rahatlıkla çalışır.
Pompalı Sistemler
Pompalı sistemler; kolektörler, pompa, kapalı genleşme tankı, boyler ya da akümülasyon tankı, eşanjör, montaj setleri, boru vana ve tesisat armatürlerinden oluşur. Sistemde yer alan pompa sayesinde ısıtılan akışkanın çevrimi gerçekleşir.
Endüstriyel tesislerin personel duşları, otel, motel, pansiyon gibi binaların duşlarında Güneş enerjisi su ısıtma sistemlerinin kullanımı yaygındır. Bunların yanı sıra çok yaygın olmamakla birlikte mekan ısıtma, sera ısıtma ve havuz ısıtma amaçlı da kullanılır. Pompalı sistemler açık ve kapalı devreli olmak üzere ikiye ayrılır.
Açık devre pompalı sistemlerde soğuk su girişi sistemin bütününe olduğu için kolektör ve depo arasındaki sıcaklık farkı çok değişkendir. Bundan dolayı da pompanın devreye girişleri sıklaşır. Bunların yanı sıra açık devre pompalı sistemlerde sudaki kireç kolektörün niteliğini bozabildiğinden bu sistemler pek tercih edilmez.
Kapalı devre pompalı sistemlerde ise aynı su boru hatlarında tekrar gezer. Bu sistemde basınçlı bir genleşme tankı vardır ve sıkıştırılmış gaz lastik bir membran aracılığıyla sudan ayrılır.
Güneş Enerjisi ile Su Isıtma Sistemleri Çalışma Prensibi
Alınan Güneş enerjisi su ısıtma için yeterli miktara ulaştığında sistem çalışmaya başlar. Akışkan, ısı eşanjörü veya serpantin aracılığıyla ısıtma işlemi gerçekleşir. Su kullanıldıkça depodaki su miktarı azalır ve dolayısıyla sıcaklığı düşer. Bu durumda ikinci bir devre aracılığıyla ısı takviyesi yapılabilir. Kısacası Güneş enerji sistemi su ısıtma işlemine ancak yeterli enerjiyi depoladığında başlar.
Güneş Enerjisi ile Sıcak Su Üretmenin Avantajları
- Temiz, çevre dostu bir enerji kaynağıdır. Radyasyon, karbon monoksit veya başka herhangi bir gaz salınımı yapmaz.
- Kurulumu kolaydır, karmaşık bir teknoloji gerektirmez ve kurulum için herhangi bir izin almak gerekmez.
- Düşük maliyetle çalışır, az enerji tüketir. Isıtma sistemleriyle kullanıldığında yaşam alanı için kullanılan enerji maliyeti ekstra düşer. Normal şartlar altında sıcak su temini için harcayacağınız enerjiden %60 daha azını harcarsınız.
- Yerel olarak uygulanabilir.
- Sessiz çalışır.
- Konutun değerini artırır.
- Uzun ömürlü sistemlerdir.
- Güneş enerjisinden başka herhangi bir kaynağa gerek yoktur.
Güneş Enerjisi Su Isıtma Fiyatları
Evinizde Güneş enerjisinden faydalanmak istiyorsanız Güneş enerjisi su ısıtma panel fiyatları veya Güneş enerjisi su ısıtma fiyatları üzerine araştırma yapıyor olabilirsiniz. Fiyatların sistemin türüne, özelliklerine, kullanılan ekipmanlara ve işleyiş prensibine göre değişiklik gösterdiğini söyleyebiliriz. Fakat Güneş enerjisi su ısıtma sistemlerinin ortalama 20-25 yıl kullanıldığı ve elektrik ve doğalgaza gelen zamlar göz önünde bulundurulduğunda çok daha hesaplı olduğunu söylemek mümkün.
