2. SIVILI DÜZLEMSEL GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ
Sivili düzlemsel güneş kolleklörleri, güneş enerjisini ısı enerjisine dönüştüren en basit ve yaygın olarak kullanılan araçlardan biridir. Şekil 1'de görüldüğü gibi genel olarak saydam örtü, güneş ışınımını toplayan tutucu yüzey, yüzeye entegre edilmiş taşıyıcı borular, yalıtım malzemesi ve kasadan ibarettir. Konutların sıcak su ihtiyacının karşılanmasında, ısıtma, soğutma ve kurutma sistemleri için gerekli sıcak su eldesinde kullanılabilir.
Güneş enerjisi uygulamalarında kullanılan sistemlerin verimi, malzemelerin doğru seçilmesine bağlıdır. Bu seçimde verimi yüksek ve maliyeti düşük, rekabet edebilir bir kollektör üretmek başlıca amaç olmalıdır. Bir kollektörün verimliliği, topladığı kullanılabilir enerji miktarının, üzerine düşen enerji miktarına oranı olarak tanımlanır. Verimli bir güneş kollektöründe, gelen güneş ışınımının çoğu yutulmalı, ısı kayıpları minimum düzeyde tutularak, yutulan ısı akışkana (genellikle su) yüksek oranda iletilebilmelidir.
Kollektör verimini etkileyen en önemli parametreler; yutucu plaka, yutucu yüzey kaplaması, kanal şekli, boru merkezleri arası uzaklık, kasa malzemesi, yalıtım, kollektör örtüsü, kollektör eğimi ve yönüdür.
3.3. Boru Merkezleri Arası Uzaklık ve Boru Sayısı
Kollektör verimini etkileyen bir diğer önemli parametre de boru sayısıdır. Kollektörde kullanılan boru sayısı azaldıkça kollektör verimi azalır. Buna karşılık, boru sayısı arttığında sistemdeki basınç kayıpları, sarf edilen malzeme miktarı ve işçilik fazlalaşır. TS 3680'de, kullanılabilecek boru sayısının en az sekiz adet olması, boru merkezleri arası uzaklığın ise 60-125 mm arasında değişmesi gerektiği vurgulanmıştır. Bu kriterler göz önüne alınarak 1.8 m2'lik (0.94x1.94 m) brüt alana sahip alüminyum kollektör için boru sayısının verim ile değişimi hesaplanmıştır (Şekil 3). Şekil 3 incelendiğinde, 8 ile 11 adet boru arasındaki verim değişimi yüksek mertebelerde olurken, 10 adet borudan sonra bu değişim daha küçük mertebelerde olmaktadır. Buna göre optimum boru sayısı 10 adet ve boru merkezleri arası uzaklık 9.5 cm alınabilir.
Boru merkezleri arasındaki uzaklığın hesabı için aşağıdaki eşitlik kullanılır:
A = n.W.L (1)
Burada A, net kollektör alanı (m2); n, boru sayısı; W, boru merkezleri arası uzaklık (m); L, kollektör yutucu yüzey uzunluğu (m) olmaktadır.
3.4. Yutucu Yüzey Kanat Geometrisi
Düzlemsel güneş kollektörlerinde kanatlarda kullanılan malzeme miktarı kollektörün maliyetine direkt etki ettiğinden, gerekli enerjiyi en az maliyetle transfer edebilecek kanat yapısının belirlenmesi ekonomik açıdan önemlidir. Şekil 4'de alüminyum kollektörlerde kullanılan çeşitli kanat tipleri görülmektedir. Isı transferi ve ekonomik değerlendirme sonucunda, daha az malzeme kullanılan kanat yüzeylerinin kanat verimini çok fazla etkilenmediği (en çok %3.11) buna karşılık kollektör başına malzeme maliyetinin çok daha yüksek oranlarda etkilediğini (%16'ya kadar) göstermiştir. Çizelge 1'de dikdörtgen kanat baz alınarak yapılan ekonomik değerlendirme sonuçları verilmiştir (6).
3.7. Kollektör Eğimi ve Yönü
Kollektör yüzeyi genel olarak tam güneye bakmalıdır. Ancak özel yerleştirmeyi gerektiren durumlarda kollektör yüzeyi güneyden doğuya veya batıya doğru en çok 15° döndürülebilir.
Kollektörün eğim açısı, genel alarak kurulduğu yerin enlem derecesine eşit olmalıdır. Ancak kollektör yaz aylarında kullanılacaksa, enlem derecesinden 15° eksik, kış aylarında enlem derecesinden 15° fazla olmalıdır. Şekil 6'da İstanbul için yatay ve eğimli yüzeye gelen güneş ışınımının aylara göre değişimi görülmektedir.