Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri Nedir? Nasıl Çalışır?
Son yıllarda çevre politikalarının yeni bir hal alması iklimin ve gerekli ham madde ihtiyacının getirdiği zorunluluklardan ötürü yenilenebilir enerjiye olan ilginin artışı ivmeli olarak yükselmekte.Bu yenilenebilir enerji sektörünün şüphesiz baş aktörlerinden birisi de güneş enerjisi.Dünyamız için vazgeçilmez bir enerji türü olan güneş,uzun yıllardır insanlığın odak noktası halinde.Önemini yüzyıllardır koruyan bu enerji türü,zamanın belirli dönemlerinde insanlığı farklı alternatif enerji üretim mekanizmalarını oluşturmaya ve bu enerjiden inovatif bir biçimde yararlanmaya yöneltti ve yöneltiyor diyebiliriz.Bugün bahsedeceğimiz güneş enerjisiyle su ısıtma sistemleri ise bunlardan sadece bir tanesidir.
Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri Ne İşe Yarar?
Genel hatlarıyla bahsedecek olursak,güneş enerjisiyle su ısıtma sistemleri (GESIS),kendi sistemi içerisindeki özelleşmiş parçaların kompozit bir yapı oluşturduğu,kollektörler yardımıyla güneşten emilen enerjiyi ısı enerjisine çevirerek bu sayede suyun ısıtılmasına olanak sağlayan yenilenebilir,çevreci ve aynı zamanda maliyeti düşük bir sistemdir.Esasında aktif termal sistem ve pasif termal sistem olarak ikiye ayrılır.Bunlardan da birazdan bahsedeceğim.
Güneş enerjisiyle su ısıtma sistemleri daha çok su ısıtma üzerine kullanılıyor gibi görülseler de bu amacının yanı sıra binaların ısıtılıp soğutulması,havuzların ısıtılması ve daha gelişmiş versiyonlarında (Yoğunlaştırılmış solar termal sistemler) elektrik üretimi gibi özellikleri de görebilmemiz mümkün.Gün boyu yüksek ışınıma maruz bölgelerde GESIS gibi sistemlerin kurulması,su ısıtma maliyetlerinde de %90’a varan bir azalmayı karşılama potansiyeline sahiptir.Kendisini sürdürülebilir bazda dikkate alırsak çok kısa sürede amorti edebilir.(Yaklaşık 5 sene)Bu bakımdan iyi bir yatırım olarak değerlendiriliyor.
Tarihte ise 1891’de Clarence Kemp,kurmuş olduğu şirketinin bünyesinde kendi tasarımlarıyla ürettiği Climax adlı güneş enerjili su ısıtma sistemiyle birçok evin sıcak su ihtiyacını bu sistem vasıtasıyla karşılamalarını sağlayıp oluşturduğu bu sistemin de patentini almaya hak kazanmıştır. Clarence Kemp, GESIS sistemlerindeki ilk patent sahibi kişi olduğu biliniyor.
Güneş enerjisiyle su ısıtma sistemleri temel olarak güneş enerjisini yani içerisindeki radyasyonu emip ısı enerjisine dönüştüren bir kollektör paneli ve üretilen ısının aktarıldığı sıcak suyu depolayacak yalıtkan bir tanka sahiptir.
Giriş kısmında da belirttiğimiz üzere güneş enerjisiyle su ısıtma sistemleri 2 kategoriye ayrılır; Pasif sistem ve aktif sistem. İkisi arasındaki en temel ve bariz fark ise aktif sistemin,akışkan hareketinde suyu devirdaim ettiren bir pompa kullanıyor olmasıyken pasif sistemin bu işi doğal konveksiyon yoluyla yapmasıdır.(yer çekimi,genleşme).Aynı zamanda aktif sistemler,pasif sistemlere nazaran daha verimlidir.
GESIS sistemler,genelde aktif ve pasif sistem olarak;Özelde ise akış tiplerine bağlı olarak sınıflandırılırlar.Doğrudan ve Dolaylı olmak üzere iki akış türü GESIS sistemlerini bir alt kategoriye daha ayırır.
Akış tiplerine göre GESIS sistemleri
Doğrudan Dolaşımla Çalışan GESIS Sistemler
Bu tarz sistemlerin en çarpıcı özelliği güneşten elde etmiş olduğu ısıyı herhangi bir termal sıvıdan geçirmemesi,adı üstünde doğrudan suya iletmesidir.Bu tarz sistemlerin kurulduğu bölgeler bu yüzden daha çok ılıman iklimler üzerindedir.Soğuğa karşı da epey hassastırlar.
Dolaylı Dolaşımla Çalışan GESIS Sistemler
Bu tarz sistemlerde ısıyı taşıyan özel bir termal sıvı(Glikol,metanol vb.) bulunur.Bu sıvı,kollektör tüpleri içerisinde ısındıktan sonra ısısını suya vermek için bir ısı eşanjöründen geçer ve bu eleman vasıtasıyla ısı,termal sıvıdan suya aktarılır.Bu şekilde de döngü devam eder.İçerisindeki ısı akışkanının donmaya karşı dirençli olmasından kaynaklıdır ki soğuk iklimlerde tercih nedenidir.
Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri Temel Bileşenler
Aktif ve pasif GESIS sistemlerin kendine has ekipmanları bulunmaktadır.Aşağıdaki ekipmanlardan kollektör ve depolama tankı iki sistemde de ortak olarak bulunur.
1) Kollektörler
Güneş içerisindeki radyasyondan kaynaklı enerjiyi emip ısıya dönüşümünü sağlayan ekipmanlara kollektör adı verilir.Kollektör içerisindeki asıl işi yapan yani ısı dönüşümünü sağlayan kısım emici katman olarak adlandırılır.Emici katmana geçen güneş ışını bu plakaya çarparak ısıya dönüşür.Bazı sistemlerde iç iletim mekanizması bakır levhalarla kaplıyken bazı versiyonlarında vakumlanmış cam tüpler bulunur.GESIS sistemlerinin ana bileşeni olan bu ekipmanın farklı türleri de bulunmaktadır;
- Tahliyeli Tip Kollektörler
- Düz Plaka Tipi kollektörler
- Entegre kollektör sistemleri
2) Isı Eşanjörü
Bu ekipmanın görevi ise kullanılacak su ile ısı akışkanı arasındaki termal ısı geçişinin sağlanmasıdır.Bundan dolayı iç yapısı iyi iletken malzemelerle donatılmış ve akışkan sıvıların birbirlerine karışmaması adına da aradaki bir duvar vasıtasıyla bu durum engellenmiştir.
3) Depolama Tankları
Güneşin olmadığı ya da bulutlu havaların hakim olduğu zamanlarda edinilen sıcak suyun işlevsel olarak kullanılmasını sağlar.İçerisindeki sıvı,ısı eşanjörü tarafından ısıtılmış kullanım suyudur.Sistem akış halindeyken çevreye olan ısı kayıplarını da minimalize etmek açısından büyük önem taşır.Bu bakımdandır ki yerleştirildiği konum önemlidir.
Bir ısıl depo tankı örneği
4) Pompa
Güneş kollektörleri ile depolama tankı arasında suyun akışını sağlar. Doğal sirkülasyon olayının gerçekleşmediği durumlarda kullanılır.
5) Kontrol ünitesi
Akışkanın hareketini kontrol edip içerisindeki regülatör vasıtasıyla da sıcak su ihtiyacına ve kollektörlerin topladığı solar radyasyon miktarına göre solar sıvının akışını kontrol eder.Kısaca sistemin beynidir diyebiliriz.
Sistem parçalarını tanıdıktan sonra sıradaki bölümümüz aktif ve pasif sistem olarak ikiye ayrılan GESIS sistemlerinin çalışma mekanizmasını anlamak.Çünkü her bir türünün kendine has bir çalışma mekanizması vardır.
Bir kontrol sistemi örneği
Aktif Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri
GESIS sistemleri arasında en çok kullanılanı ve bu tarz sistemler arasında en verimli olanıdır.
İlk olarak kollektörler tarafından yakalanan güneş ışınları,kollektör içerisindeki emici katman vasıtasıyla ısı enerjisine çevrilir.Isı enerjisi daha sonrasında kollektör panel içerisindeki solar sıvıya aktarılır.(Dolaylı Akış)Eğer doğrudan bir akış söz konusuysa bu durumda solar sıvı kullanılmaz.Kollektör içerisindeki ısı seviyesi yeterli biz düzeye ulaştığı vakit kontrol ünitesi tarafından akış kontrol edilir ve pompalama sistemi başlatılır.Isı eşanjörü de tam bu kısımda kendini gösterir ve tank içerisindeki suyu ısıtmak adına ısı geçişini sağlar.Solar sıvı,daha sonrasında kollektör paneline geri döner ve döngü bu şekilde devam eder.
Aktif Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri Şeması
Pasif Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri
Bu tarz sistemlerde pompa ekipmanı kullanılmaz.Aktif termal sisteme nazaran daha basit bir yapısı vardır.
Evsel su ilk olarak su tankının içerisinden geçer.Bu durum bütün bir sistemin suyla dolmasını sağlar.Kollektörler içerisine sızan bu su,kollektörde gittikçe ısınır ve genleşme sonucu tankın üst katmanına hareket eder.GESIS sistemini besleyen su geldikçe bu akış sürekli olarak devam eder.Herhangi bir pompanın ihtiyaç duyulmadığı bu sistemlerde doğal sirkülasyon tam da bu durumu ifade etmektedir.
Pasif Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri Şeması
Dünyada GESIS Sistemlerinin Dağılımı ve Durumu
Dünyada Güneş Enerjisiyle Su Isıtma Sistemleri Dağılımı ve Durumu
Dünyadaki çeşitli bölgelere göre GESIS sistemlerinin periyodik dağılımını gösteren 2014 yılına ait bu şema aslında dünyadaki durumu açısından iyi bir çıkarım.
Mor ile gösterilen kısımlar bu GESIS sistemlerinin havuz ısıtmasındaki yüzdelik payını temsil eder.
Turuncu istatistikler ise GESIS sistemlerinin aile ve konut sıcak su ihtiyacındaki payını gösteriyor.
Kırmızı kısımlarsa,daha geniş bir yelpazeye ayrılarak endüstri kısmındaki sıcak su ihtiyacını karşılamak için kurulan sistem payını analiz ediyor.
Mavi ile gösterilen bölüm ise GESIS sistemlerinin daha çok merkezi ısıtma konut ısıtması gibi daha entegre bir alanda yoğunlaştığı kısmı temsil ediyor
Açık sarı ile gösterilen bölüm de bölgesel konut ısıtması ve GESIS sistemleriyle soğutma alanındaki payına hakim
Genel bir çıkarım da bulunursak dünyadaki kurulu GESIS sistemlerinin kurulu gücünü baz alarak belirtilen şemanın paraleli bir konumda olduğunu ve GESIS sistemlerinin daha çok konut sıcak su ihtiyacı ve endüstriyel,kamu hizmetlerindeki sıcak su ihtiyacını karşılamaya yönelik olduğundan bahsedebiliriz.Yenilenebilir ve çevreci bir enerji kaynağı olan GESIS sistemleri’nin gelecekte sadece sıcak su ihtiyacını karşılamaya yönelik kalmayıp elektrik ihtiyacı için de büyük bir önemi olduğu anlaşılıyor.
Kaynaklar:
