Güneş Enerjisi İle Su Isıtma Sistemleri

Güneş sınırsız ve herhangi bir maliyeti olmayan enerji kaynağıdır. Bir ailenin ortalama günlük sıcak su ihtiyacı 150 litredir. Bunu ısıtmak için orman köylerinde odun yakılır ve çevreye zarar verilir. Şehirlerde ise sıcak su ihtiyacı karşılamak amacıyla elektrik enerjisinden faydalanır ki bu da çok yüksek maliyetlidir. Bu çevre zararları ve maliyetlerin üstesinden gelebilecek sistemler mevcuttur. Bu sistemler güneş enerjisinden gelen ısıyı suya aktarıp suyu ısıtan sistemlerdir. Bu sistemlerin çeşitleri ve çalışma prensipleri aşağıda anlatılmıştır.

Güneş enerjisi ile su ısıtma sistemleri devre şekline, işletme türüne, depo yerleşim şekline ve panel tipine göre çeşitlilik gösterir.

1- Kollektör tipine göre güneş enerjisiyle su ısıtma sistemleri

A – Bakır veya alüminyum borulu düzlemsel kolektörlü sistemler ( Düzlemsel kolektörler )

Düzlemsel cam örtünün altındaki emici yüzey ısıyı içinde sıvı bulunan bakır veya alüminyum levhaya iletir. Bakır pahalı olsa da daha iyi bir ısı iletkenidir.

B – Vakum tüplü güneş kolektörleri

Cam vakum tüpler, güneşli su ısıtıcıların ve kolektörlerin esas parçasıdır. Her vakum tüp iki cam tüpten oluşur. Dış boru oldukça sağlam, şeffaf bor silikattan üretilir. İçteki tüpte bor silikattan yapılır ve iyi bir ısıl absorbsiyon ve minimum yansıtma katsayılı AL – N / AL ile kaplanır. İki tüp arasındaki hava boşluğundaki hava vakum edilir ( boşaltılır ) ve Baryum tutucular ile borular birbirine tutturulur.

Vakum tüplü güneş enerjisi ile su ısıtma sistemleri bulutlu havalarda oldukça avantajlıdırlar, çünkü bu vakum tüpler bulutlardan gelen yoğun ışınımı emebilmektedir. Düzlemsel güneş kolektörleri ile kıyaslandığında rüzgarlı ve sıcaklığın az olduğu günlerde bile vakum tüplü güneş kolektörleri vakum izolasyonundan dolayı daha verimlidirler. Tüpler silindirik bir yapıya sahip olduğu için güneş ışınlarını sürekli dik açıyla alırlar. Bu da yansımayı düşürerek verimi arttırmış olur.

C – Isı borulu vakum tüplü ( kapalı sistem ) güneş enerjili su ısıtma sistemleri

Isı borusundaki akışkan evaporatör ( buharlaşma ) bölgesinde çevreden ısı alarak buharlaşmakta ve buhar biçiminde kondensatör ( yoğuşma ) bölgesine doğru ilerlemektedir. evaporatör bölgesi soğuk bölge, kondensatör bölgesi sıcak bölge olarak da adlandırılır. İki bölge arasında izole edilmiş olarak bulunan ve ısı alışverişinin olmadığı adyabatik bölge bulunur. Bu bölgeye transport bölgesi de denir. Yoğuşma bölgesinde dışarı ısı vererek sıvılaşan akışkan, tekrar buharlaşma bölgesine fitilin kapasitesi etkisi ve yer çekimi etkisi ile döner.

İnorganik normal ısı borusu cam vakum tüpün içine yerleştirilmiş olan bir bakır ısı borusundan oluşur. Bakır ısı borusu cam vakum tüpün içinden, ısı borusunun baş tarafına yerleştirilen ısı değiştirgecine ısı transferi gerçekleştirir. Bu sırada ısı değiştirgeci üzerinden akan sıvıya ısısını bırakır. Bu ısı transferi çevrimi şöyle gerçekleşir;

Bakırdan yapılmış ısı borusunun içine zehirli olmayan inorganik bir ısı transferi akışkanı barındırır. Isı borusunun merkezi vakum olduğu 25 – 30 santigrat derecede bileşim kolayca buharlaşabilir. Buharlaşan sıvı ısı borusunun tepesine çıkar ve ısısını vererek tekrar sıvı hale geçer. Sıvı buhar karışımı ısı borusunun alt kısmına doğru iner ve ısı alarak tekrar buharlaşır.

Isı boruları ayrıca iklimlendirme ve bilgisayarlara işlemcinin ( CPU ) soğutulmasında kullanılır.

D- Vakum tüplü ( açık sistem ) güneş enerjili su ısıtma sistemle

Güneşin ısıttığı suyun doğrudan kullanıldığı sistemlerdir.
Bu sistemlerde dikkat edilmesi gereken husus sistemin kışın soğuktan dolayı zarar görebilmesidir. Bu sorunu aşmak için borular hafif eğimli bırakılır. Bu sistemin etkili çalışması için boruların en üst yüzeyi ile deponun en alt yüzeyi arasında 6 cm yükseklik farkı bulunmalıdır. Bu sistemde çok dar ya da çok uzun borular kullanmak sirkülasyonu geciktireceği için uygun boru seçimi yapılmalıdır.

2- Yardımcı ısı üreteçli sistemler;

Güneş enerjisinin yeterli olamadığı sistemlerde kullanılır. Güneş enerjisine ek olarak elektrik, doğalgaz gibi sistemler kullanılır. Bunlar genellikle zorlamalı dolaşımlı sistemler ile çalıştırılır. Otomatik kontrol ünitesi pompayı ve istenilen sıcaklığı ayarlamak için yardımcı ısıtıcıyı denetler. Evlerde güneş enerjisi yeterli olmadığı durumlarda rezistanslı ( elektrikli su ısıtıcısı ) sistem devreye girer. Rezistanslı su ısıtma sistemleri oldukça yaygındır.