Development of Solar Collector with Integrated Air Heater and Heat Storage Material

Öz

Air heater solar collectors have many design parameters such as collector active area, insulation material and thickness used, absorber surface, protective glass and thermal storage feature. By keeping the parameters such as collector active area, insulation material and thickness constant, the effects of the changed parameter on the thermal efficiency of the collector can be reviewed. In this way, the material and application parameters that provide the best thermal efficiency among collectors designed with different materials are determined. Experimentally designed collectors are generally produced based on the determined fixed design parameters and their effects on thermal efficiency are examined by changing the application parameters. This requres the production of a separate collector for each variation. Within the scope of this study, studies related to solar simulators were examined. In addition, the methods followed and the results obtained in the process from design to manufacturing of a solar simulator within the specified standards were explained. As a result of the study, the design and manufacturing of a solar simulator was carried out. This simulator can be used in studies on solar energy systems under indoor conditions and the amount of radiation can be adjusted, the angle of incidence can be changed, it can provide homogeneous radiation distribution with less than 10% error, the experimental process can be controlled through the parameters determined by the researcher, and it can record different temperature data every minute and it is operated with halogen lamps that can adjust the fluid speed and flow rate. In addition, in the study, a collector that provides heat storage with different materials that can be integrated into the automation system of the solar simulator with temperature sensors at different points was designed and manufactured. With this collector, experiments were carried out to determine the material that provides the highest thermal efficiency, as stated in the study content. According to the trial results, it was observed that the efficiency in all the tests carried out with the double-flow system was more efficient than the trials carried out with the single-flow system. The heat storage material used and optimum quantities were evaluated. In this sense, in the trials carried out with serpentine-arrayed basmakchi brick, it was determined that the trial carried out in the double-flow method with 12 basmakchi bricks had the highest efficiency with 66.9% efficiency.

Anahtar Kelimeler

• Solar energy
• Solar simulator
• Air heating solar collector
• Thermal energy storage material
• Thermal efficiency

Destekleyen Kurum

Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

2020-BTAP1-0077

Etik Beyan

Bu çalışma için etik kuruldan izin alınmasına gerek yoktur.

Teşekkür

Bu çalışma Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 2020-BTAP1-0077 Nolu Araştırma Projesi olarak desteklenmiştir.

Isı Depolama Malzemesi ile Bütünleşik Hava Isıtıcılı Güneş Kollektörünün Geliştirilmesi

Öz

Hava ısıtıcılı güneş kollektörleri, kollektör aktif alanı, kullanılan izolasyon malzemesi ve kalınlığı, yutucu yüzey, koruyucu cam ve ısıl depolama özelliği gibi birçok tasarım parametresine sahiptir. Bu parametrelerden kollektör aktif alanı, kullanılan izolasyon malzemesi ve kalınlığı gibi parametreler sabit tutularak değişiklik yapılan parametrenin kollektörün ısıl verimindeki etkileri araştırılabilmektedir. Bu sayede farklı materyallerle tasarlanmış kollektörler arasında en iyi ısıl verimin elde edildiği materyal ve uygulama parametreleri belirlenebilmektedir. Deneysel tasarlanmış kollektörler genel olarak belirlenmiş sabit tasarım parametreleri üzerinden üretilmekte ve uygulama parametreleri değiştirilerek ısıl verime olan etkileri incelenmektedir. Bu durum her bir varyasyon için ayrı bir kollektör üretimini gerektirmektedir. Bu çalışmada güneş simülatörleri ile ilgili yapılmış çalışmalar incelenerek ve belirlenmiş standartlar dahilinde bir güneş simülatörünün tasarımdan imalata kadar olan sürecinde izlenen yöntemler ve elde edilen sonuçlar anlatılmıştır. İç ortam şartlarında güneş enerjili sistemler üzerine yapılacak çalışmalarda kullanılabilecek; ışınım miktarının ayarlanabildiği, geliş açısının değiştirilebildiği, %10’dan daha az hatayla homojen ışınım dağılımı sağlayabilen, araştırmacının belirlemiş olduğu parametreler üzerinden deney sürecini kontrol edebilen, farklı sıcaklık verisini dakikada bir kayıt edebilen, akışkan hızını ve debisini ayarlayabilen halojen lambalarla işletilen bir güneş simülatörünün tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Ayrıca çalışmada farklı noktalarındaki sıcaklık sensörleri ile güneş simülatörünün otomasyon sistemine entegre olabilen farklı materyaller ile ısı depolaması sağlayan bir kollektör tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Bu kollektör ile çalışma içeriğinde belirtildiği üzere en çok ısıl verimin sağlandığı materyalin belirlenmesine yönelik denemeler yürütülmüştür. Denemelerin sonuçlarına göre çift akışlı sistem ile yürütülen testlerin tamamında verimin tek akışlı sisteme göre daha verimli olduğu görülmüştür. Kullanılan ısı depolama materyali ve optimum miktarlar bakımından değerlendirildiğinde ise; serpantin dizilimli başmakçı tuğlası ile yapılan denemelerde 12 adet başmakçı tuğlası ile çift akışlı yöntemde yürütülen denemenin %66.9 verim ile en yüksek verime sahip olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Güneş enerjisi
• Güneş simülatörü
• Hava ısıtmalı güneş kollektörü
• Isı enerjisi depolama malzemesi
• Isıl verim

Destekleyen Kurum

Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

2020-BTAP1-0077

Etik Beyan

Bu çalışma için etik kuruldan izin alınmasına gerek yoktur.

Teşekkür

Bu çalışma Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 2020-BTAP1-0077 Nolu Araştırma Projesi olarak desteklenmiştir.

Kaynakça

1. Ghiami, A. and Ghiami, S. (2018). Comparative study based on energy and exergy analyses of a baffled solar air heater with latent storage collector. Applied Thermal Engineering, 133:797-808.
2. Karacabey, E., Aktaş, T., Taşeri, L. ve Uysal Seçkin, G. (2020). Sultani çekirdeksiz üzüm çeşidinde farklı kurutma yöntemlerinin kurutma kinetiği, enerji tüketimi ve ürün kalitesi açısından incelenmesi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 17(1): 53-65.
3. Lane, A. G. (1983). Introduction and History, Solar Heat Storage: Latent Heat Materials. In: Background and Scientific Principles, Ed: Lane, A.G., CRC Press, U.S.A.
4. Süslü, A., Külcü, R. and Ertekin, C. (2021). The effect of using the fire-brick fragments as a thermal energy storage material on thermal efficiency of solar air heater. European Journal of Science and Technology, 31: 358-364.
5. Süslü, A., Gökdoğan, O. ve Külcü, R. (2022). Deneysel Kullanım İçin Otomasyon Kontrollü Güneş Simülatörünün Tasarımı ve İmalatı. In: Tarımsal Mekanizasyon ve Enerji Üzerine Güncel Araştırmalar II, Ed: Sayıncı, B., Akademisyen Yayınevi, Türkiye.
6. TS EN ISO 9806. (2014). Güneş Enerjisi-Güneş kollektörleri- Deney metotlar.
7. Yüksel Türkboyları, E. (2018). Tekirdağ koşullarında güneş kolektörlerinden elde edilen ısı enerjisi ile sera toprağının dezenfekte edilmesi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 15(1): 123-128.
8. Wang, W. (2014). Simulate a sun for solar research: A literature review of solar simulator technology. Royal Institute of Technology (01/14) Project Report. https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:756274/FULLTEXT01.pdf