Seasonal Heat Storage of Solar Energy for Heating and The Use of Heat Pump Assisted

Abstract

In this study, the aim was to provide the heating need of a detached house from the solar energy in Isparta. For this purpose, solar energy is stored as sensible heat on the water-glycol with 12 flat plate solar collectors. When the temperature of stored water is over 50 °C, it is directly used for heating the house. When the water temperature in the tank falls below this value it is considered that the temperature increased by a heat pump. Heating needs in the numerical study is calculated monthly based on the standard TS 825. Daily values were estimated from monthly mean values. Heating energy requirement was calculated as 346.12MJ at 19 January. It was the highest value of the year. Water temperature in the tank ranged from 16.5 to 96.1 °C, minimum storage temperature occurred at 6 March while the highest was 20 August. It was seen that June to August there is no need for heating, September to December the heating need provided directly from the storage tank, January to May the heating need is provided with heat pump. It is calculated that COP of the heat pump was vary between 3.78 and 5.54. It was shown with calculations that stored energy is mostly used for heating directly, partly used with the heat pump

Keywords

• Solar energy
• Seasonal storage
• Energy storage
• Heat pump

Güneş Enerjisinin Mevsimlik Depolanması ve Isı Pompası Destekli Kullanımı

Abstract

Bu çalışmada, müstakil tek katlı bir konutun Isparta şartlarında ısınma ihtiyacının güneş enerjisinden sağlanması amaçlanmıştır. Bu amaç 12 adet düzlemsel güneş kollektörü ile güneşten alınan enerji 60 m3 kapasiteli bir depoda, propilen glikol - su üzerinde duyulur ısı olarak depolanmıştır. Isıtma ihtiyacı olduğunda depolanan su sıcaklığının 50 °C’nin üzerinde olduğu zamanlarda konutun ısıtılmasında doğrudan kullanılmıştır. Depodaki su sıcaklığının bu değerin altına düştüğü zamanlarda ısı pompası ile bu sıcaklığa getirilerek kullanıldığı kabul edilmiştir. Yapılan sayısal çalışmada ısıtma ihtiyacı TS 825 standardına göre aylık olarak hesaplanarak, aylık ortalama değerlerden günlük değerler tahmin edilmiştir. En fazla ısıtma ihtiyacının 19 Ocak günü 346.12 MJ olduğu görülmüştür. Depodaki su sıcaklığı 16.5-96.1 °C arasında değişmekte olup, en düşük depo sıcaklığına 6 Mart, en yüksek depo sıcaklığına ise 20 Ağustos’da ulaşılmıştır. Haziran - Ağustos ayları arasında ısıtma ihtiyacının olmadığı, Eylül - Aralık ayları arasında ısıtma ihtiyacının doğrudan depodan sağlandığı, Ocak - Mayıs ayları arasında ısı pompasının devreye girerek ısıtma sağlandığı belirlenmiştir. Isı pompasının çalıştığı durumlarda, COP 3.78 ile 5.54 arasında değişmektedir. Yapılan bu çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, depolanan enerjinin konut ısıtmasında çoğunlukla doğrudan, kısmen de ısı pompası desteği ile kullanılabileceği ortaya konulmuştur.

Keywords

• Güneş enerjisi
• Mevsimlik depolama
• Enerji depolama
• Isı pompası

References

1. Altuntop, N., Erdemir, D., 2013. Dünyada ve Türkiye’de Güneş Enerjisi ile ilgili Gelişmeler. Mühendis ve Makine, 54, 639, 69-77.
2. Chung, M., Park J., Yoon, H.K., 1998. Simulation of a central solar heating system with seasonal storage in Korea. Solar Energy. 64, 4–6, 163–178.
3. EİEİ., 2001. Türkiye güneş ışınımı ve güneşlenme süresi değerleri. Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Müdürlüğü, Ankara.
4. ETKB, 2015. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Güneş
5. http://www.eie.gov.tr/eie
6. web/turkce/YEK/gunes/tgunes.html (Erişim Tarihi: 4.03.2015)
7. Potansiyeli. Gauthier, C., Lacroix, M., Bernier, H., 1997. Numerical simulation of soil heat exchanger-storage systems for greenhouses. Solar Energy, 60, 333-346.
8. Kaygusuz, K., Ayhan, T., 1999. Experimental and theoretical investigation of combined solar heat pump system for residential heating. Energy Conversion & Management 40, 1377-1396.

9. Kürklü, A., Bilgin, S., Özkan, B., 2003. A study on the solar energy storing rock-bed to heat a polyethylene tunnel type greenhouse. Renewable Energy, 28, 683– 697.
10. Melib, M., Spate, F., 2000. The solar heating system with seasonal storage at the solar-campus Julich. Solar Energy. 69, 6, 525–533.
11. Öztürk, H. H., 2004. Comparison of energy and exergy efficiencies of an underground solar thermal storage system. Int. J. Energy Res. 2004; 28:341–353.
12. Schmidt, T., Mangold, D., Muller-Steinhagen, H., 2004. Central solar heating plants with seasonal storage in Germany. Solar Energy, 76, 165–174.
13. TS 825, 2008. Binalarda ısı yalıtım kuralları standardı.
14. TS 3817, 1994. Güneş enerjisi-Su ısıtma sistemlerinin yapım tesis ve işletme kuralları.
15. Uçar, A., İnallı, M., 2007. A thermo-economical optimization of a domestic solar heating plant with seasonal storage. Applied Thermal Engineering, 27, 450–456.
16. Viessmann, 2015. Vitocal 300/350, Teknik Bilgi Föyü. http://www.viessmann.com.tr/content/dam/interne t-tr/datenblatt/vitocal300-350.pdf 4.03.2015).
17. (Erişim Tarihi: Yumrutaş, R., Ünsal, M., 2000. Analysis of solar aided heat pump systems with seasonal thermal energy storage in surface tanks. Energy, 25, 1231–1243.