Sabit ve Takip Sistemli Güneş Kollektörlerinin Isıl Performanslarının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Karşılaştırılması

Yıl 2015, Cilt: 1 Sayı: 1, 77 - 98, 01.03.2015

Selçuk Keçel

Öz

Güneş enerjisinin önemli kullanım alanlarından birisi olan güneş kollektörleri, borular içinde
hareket eden suyun güneş ışınımı ile ısıtılması prensibine dayanmaktadır. Kollektörler genellikle
sıcak su ihtiyacının karşılandığı binaların çatısına çeşitli konstrüksiyonlar ile sabitlenmektedir.
Genellikle sabit sistem ile takip sistemleri arasındaki verim farklılıkları fotovoltaik sistemlerin
verimleri üzerinden karşılaştırılmaktadır. Bu çalışmada farklı olarak 10m2’lik yüzey alanına sahip
biri hareketli diğeri sabit olan iki sistem üzerine kurulacak güneş kollektör sistemlerinin ısıl analizi
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Analizleri (HAD‐CFD) ile yapılmıştır. Bu çalışmada,
930*1930mm boyutlarındaki alüminyum boru kullanılan model üzerinde 2*25mm çapında ana
boruya bağlı olarak yerleştirilen 8 adet 12mm çaplı boru bulunan kollektörlerin çalışma verimi
incelenmiştir. Modellemelerde, güneş  kollektörlerindeki debi değeri 20‐60kg/h, kollektör içinde
dolaşan suyun giriş sıcaklığı 40  ‐ 50°C, çıkış sıcaklığı ise 50  ‐ 70°C aralıklarında ölçülmüştür. İki
aşamalı olarak gerçekleştirilen modelleme sürecinde ilk aşamada Ankara ili için bina çatısına
yerleştirilen iki sistemin yüzeyinde oluşan sıcaklık ve ışınım değerleri 21 Haziran tarihinde 08.00‐
18.00 saatleri arasında belirlenerek güneş haritaları çıkarılmıştır. İkinci aşamada ise 10m2 yüzey
alanına sahip sabit ve hareketli sistem üzerinde yer alabilecek toplam sekiz adet kollektörün
zamana bağlı ısıl analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonunda sabit ve hareketli sistem üzerinde yer
alan kollektörlere ait verim, yüzey sıcaklıkları, takip açıları saatlik olarak incelenmiştir. Böylece
kurulacak olan sistemler için kullanıcılara maliyet faktörlerini göz önüne alarak gerekli ihtiyacın
karşılanmasına yönelik bilgi akışı sağlanmış olacaktır.

Anahtar Kelimeler

Güneş Haritası, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Kollektör Verimi

Comparison of Thermal Performances of Fixed and Tracking Solar Collectors With Computational Fluid Dynamics

Öz

Solar collectors, one of the important areas of use for solar power, are based on the
principle of heating water flowing through piping systems with solar radiation. Collectors are
mostly fixed with various constructions on roofs of buildings, which provide hot water. Efficiency
differences between fixed systems and tracking systems are generally compared over efficiencies
of photovoltaic systems. As a different this study, the thermal analysis of solar collector systems
to be installed on two systems, one being fixed and the other tracking system, with a surface
area of 10m2, was made with Computational Fluid Dynamics Analyses (CFD). This study examines
the operating efficiency of collectors equipped with eight 12mm diameter pipes located in
connection to the main pipe of 2*25mm diameter on two models, which embody a 930*1930mm
aluminum pipe. In the models, the flow rate of solar collectors was measured 20/60kg/h, inlet
temperature of the water flowing through collectors was 40°C and outlet temperature was 50‐
70°C. Throughout the modeling process completed in two stages, solar charts were generated by
obtaining temperature and radiation values on the surface of two systems located on the
building roof for the city of Ankara between 08.00 and 18.00 on June 21 in the first stage. In the
second stage, time dependent thermal analyses were made for eight collectors in total, which
can be placed on a fixed and mobile system with a surface area of 10m2. These analyses allowed
for the evaluation of efficiency, surface temperature, and tracking angle values of the collectors
on an hourly basis on the fixed and mobile system. Therefore, the information flow will be
provided to users to meet the requirements considering cost factors for the systems to be
installed.

Anahtar Kelimeler

Computational Fluid Dynamics, Efficient of Collector, Solar Maps