Determination of the Effects of Using Different Designs on Energy and Efficiency in Flat Plate Water Heated Solar Collectors in Isparta Conditions

Abstract

The main source of greenhouse gas emissions that cause global warming in the world is the intense use of fossil energy resources. Alternative to fossil energy sources are renewable energy sources. Solar energy is regarded as the cleanest energy source as a renewable and fuel-free resource. Solar energy; it is used through electrical and thermal transformations. Solar collectors are used in thermal energy conversion from solar energy.
Solar collectors are used for air and water heating. In this study, it is aimed to determine the effects of using different designs and materials on solar collectors used in Isparta conditions on the energy and collector efficiency to be produced. Different absorbing surface and isolation materials have been foreseen as materials in the collectors. In the calculations, the use of 7 absorptive surfaces and 5 insulation materials has been predicted. Insulation material thickness and pipe number are used as design parameters. In the study, simulations were carried out for 4 different pipe numbers and insulation material thickness. In the results of study; it was determined that the most suitable angle of inclination for Isparta conditions was 28 °. It has been demonstrated that the annual efficiency of collectors can increase from 30% to 44% with the use of insulation and surface material, and this efficiency can be increased to 47% with design parameters. 

Keywords

• Isparta
• Solar energy
• Solar collectors
• Absorber
• Isolation materials

Isparta Koşullarında Düzlemsel Su Isıtmalı Güneş Kollektörlerinde Farklı Tasarım ve Malzeme Kullanımının Enerji ve Verim Üzerine Etkilerinin Belirlenmesi

Öz

Dünya’da küresel ısınmaya neden olan sera gazı emisyonlarının temel kaynağı fosil enerji kaynaklarının yoğun olarak kullanılmasıdır. Fosil enerji kaynaklarının alternatifi yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Güneş enerjisi, yenilenebilir ve yakıt kullanmayan özelliğiyle en temiz enerji kaynağı olarak kabul edilmektedir. Güneş enerjisi; elektrik ve ısıl dönüşümler yoluyla kullanılmaktadır. Güneş enerjisinden ısıl enerji dönüşümünde güneş kollektörleri kullanılmaktadır. Güneş kollektörleri hava ve su ısıtma amacıyla tasarlanmış sistemlerdir. Bu çalışmada; Isparta koşullarında güneş kollektörlerinde, farklı tasarım ve malzeme kullanımının üretilecek enerji ve kollektör verimi üzerine etkilerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Kollektörlerde malzeme olarak farklı yutucu yüzey ve izolasyon maddeleri öngörülmüştür. Hesaplamalarda, 7 yutucu yüzey ve 5 yalıtım malzemesi kullanımına göre simülasyonlar yapılmıştır. Tasarım parametresi olarak yalıtım malzemesi kalınlığı ve boru sayısı kullanılmıştır. Çalışmada 4 farklı boru sayısı ve 4 farklı yalıtım malzemesi kalınlığı için simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda; Isparta koşulları için en uygun eğim açısının 28° olduğu tespit edilmiştir. Yalıtım ve yüzey malzemesi kullanımıyla kollektörlerin yıllık veriminin %30’dan %44’e yükselebileceği ve tasarım parametreleriyle bu verimin %47 seviyelerine taşınabileceği ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Isparta
• Güneş kollektörü
• Güneş Enerjisi

References

1. Bektaş, V. (2017). Binalarda Isı Yalıtımının Önemi ve Isı Yalıtım Malzemesi Kalınlığının Yalıtıma Etkisi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 4 (1), 36-42.
2. Deris, N. (1979). Solar energy, solar water heating technique. Sermet Matbaası, Istanbul.
3. Duffie J. and Beckman W. (2013). Solar Engineering of Thermal Processes, 4th ed., 163: 236-319, New Jersey
4. Gordon, J. (2001). Solar energy: the state of the art. ISES, New York.
5. Günder. (2002). Güneş ülkemizin enerji geleceğidir. Erişim Tarihi: 15/08/2020, erişim adresi: https://gunder.org.tr/wp-content/uploads/gunder-enerjimaden.pdf.
6. Hsieh, J.S.(1986). Solar energy engineering. Prentice Hall Inc., New York.
7. Klein, S.A. (1977). Calculation of monthly average insolation on tilted surfaces. Solar Energy 19, 325-329.
8. Klein, S.A. (1973). The effects of thermal capacitance upon the performance of flat plate collectors. M.Sc. Thesis, University of Wisconsin.

9. Korkmaz, M. (2006). Düzlemsel Güneş Kollektörlerinde Farklı Profillerdeki Emici Plakaların Deneysel İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Öğretimi ABD Yüksek Lisans Tezi.
10. Liu, B.Y.H.; Jordan, R.C. (1960). The interrelationship and characteristics and distribution of direct, diffuse and total solar radiation. Solar Energy 4, 1-10.
11. Madhukeshwara, N., Prakash, E.S. (2012). An investigation on the performance characteristics of solar flat plate collector with different selective surface coatings. Internatıonal Journal of Energy And Envıronment 3(1), 99-108.
12. Munroe, M.M. (1980). Estimation of totals of irradiance on a horizontal surface from UK: average meteorological data. Solar Energy 24, 235-238.
13. Lunde P.J. (1980). Solar thermal engineering: space heating and hot water systems. John Wiley and Sons: New York.
14. Özel, M., Şengür, S. (2012). Farklı Yakıt Türü ve Yalıtım Malzemelerine Göre Optimum Yalıtım Kalınlığının Belirlenmesi. Tesisat Mühendisliği Sayı 132, 5-11.
15. Sakallı, U. (2005). Antifirizli Sulu Vakumlu Isı Borulu Güneş Kollektörü İle Klasik Direkt Dolaşımlı Güneş Kollektörlerinin Verimlerinin Karşılaştırılması. Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Eğitimi Anabilim Dalı Bilim Uzmanlığı Tezi.
16. Tırıs, M.; Tırıs, C.; Erdallı (1997). Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri, Tübitak M.A.M. Matbaası, Kocaeli, 1-60.