Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 20, Sayı 4, 2014, Sayfalar 138-144 Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences 138 SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK YAKLAŞIMI İÇİN GÜNEŞ HAVUZU TABAKALARININ TERMODİNAMİK ANALİZİ THERMODYNAMIC ANALYSIS OF THE SOLAR POND LAYERS FOR SUSTAINABILITY APPROACH Murat ÖZTÜRK 1* , Abbas Alpaslan KOÇER 2 1 Mekatronik Mühendisliği, Teknoloji Fakültesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, 32260, Isparta. muratozturk@sdu.edu.tr 2 Elektrik ve Enerji Bölümü, Uluborlu Selahattin Karasoy Meslek Yüksekokulu, Süleyman Demirel Üniversitesi, 32650, Isparta alpaslankocer@sdu.edu.tr Geliş Tarihi/Received: 22.11.2013, Kabul Tarihi/Accepted: 23.03.2014 *Yazışılan yazar/Corresponding author doi: 10.5505/pajes.2014.96967 Özet Abstract Bu çalışmada, termal enerji depolama için güneş havuzu tabakalarının kapsamlı termodinamik modellemesi sürdürülebilirlik yaklaşımını belirlemek için verilmiştir. Güneş havuzu tabakaları üst konvektif bölge (ÜKB), konvektif olmayan bölge (KOB) ve alt konvektif bölge (AKB) ve ya ısı depolama bölgesi (IDB) olmak üzere üç bölgeden oluşmaktadır. Güneş havuzunun üç tabakasının enerjisi, ekserjisi, enerji ve ekserji verimlilikleri global güneş radyasyonu ve çevre sıcaklığının değişmesi durumları altında incelenmiştir. Aynı zamanda, parametrik çalışma sonuçlarına göre global güneş radyasyonu ve çevre sıcaklığı termodinamik parametreleri önemli ölçüde etkilemektedir. Ekserji analizi sonuçlarına göre AKB tabakasında ısı enerjisi toplanması ve bu tabaka ile çevre ortam arasındaki ısı farkının yüksek olması nedeniyle güneş havuzu tabakalarının maksimum ekserjisine AKB’nin sahip olduğu görülmektedir. ÜKB, KOB ve AKB tabakları için maksimum ekserji verimlilikleri sırasıyla % 38,1, % 39,84 ve % 40,08 olarak elde edilmiştir. In this paper, a comprehensive thermodynamic modeling for determining the sustainability approach is given of the solar pond layers for thermal energy storage. The solar pond layers consist of three zones as an upper convective zone (UCZ), a non-convective zone (NCZ) and a lower convective zone (LCZ) or heat storage zone (HSZ). The energy, exergy, energy efficiency and exergy efficiency of the three layers of the solar pond are examined under the variation of the global solar radiation and ambient temperature. Also, the parametric studies show that the global solar radiation and ambient temperature significantly affect the thermodynamic parameters. The exergy results given that the LCZ has the maximum exergy of the solar pond layers, due to the heat energy store in this layer and high temperature difference between the LCZ and ambient temperature. The maximum exergy efficiency for the UCZ, NCZ and LCZ layers are obtained to be 38.1 %, 39.84 % and 40.08 %, respectively. Anahtar kelimeler: Güneş havuzu, Enerji ve ekserji analizi, Verimlilik. Keywords: Solar pond, Energy and exergy analysis, Efficiency. 1 Giriş Enerji kaynaklarının yoğun bir şekilde kullanımı günümüzde ulaştığımız medeniyet seviyesinde önemli bir temel taşını oluşturmaktadır. Temel ihtiyaçlarımızı karşılamada olduğu gibi ulaşım ve sanayi uygulamalarında da yoğun olarak kullanılan enerji kaynaklarını fosil veya birincil enerji kaynakları olarak bildiğimiz kömür, petrol ve doğalgaz oluşturmaktadır. Çeşitli jeolojik zamanlarda oluşmuş ve yer altında bulunan bu enerji kaynaklarını verimli ve etkin bir şekilde tüketen toplumlar kalkınma ve gelişmişlikte önde olan toplumlardır. Ancak fosil yakıtlar sonlu enerji kaynaklarıdır ve bir gün tükeneceklerdir. Aynı zamanda fosil enerji kaynaklarının tüketilmesi çevre üzerinde geri dönülemez tahribatlar yaptığı da görülmektedir. Tüm bu olumsuzlukların üstesinden gelmek için çevre ile uyumlu olan alternatif enerji kaynaklarının kullanım potansiyellerinin araştırılması ve arttırılması gerekmektedir. Alternatif enerji kaynaklarının hemen hemen hepsinin kökeni olan güneş enerjisi ısıtma, soğutma ve elektrik üretimi gibi kullanım potansiyellerine sahip olduğu için, güneş enerjisi destekli enerji üretim ve depolama sistemlerinin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Güneş enerjisi depolama sistemlerinden bir tanesi de güneş havuzlarıdır. Genellikle üç farklı tuzlu su tabakalarından oluşan güneş havuzları ısı toplama ve depolama sistemidir [1]. Enerji depolama uygulamalarında kullanıldığı gibi güneş havuzları uygun dönüşüm teknolojileri ile elektrik enerjisi üretiminde de kullanılmaktadır [2]. Güneş havuzu hakkındaki ilk araştırma Kalecsinsky tarafından 1902 yılında yürütülmüş ve Transilvanya’da 42°-44° N, 28°-45° E’de konumlanmış, Madoc Gölü olarak bilinen doğal tuz gölü incelenmiştir [3]. Yaz mevsiminde gölün sıcaklığı 1,32 m derinlikte 70 ℃ olarak ölçülmüştür. İlkbaharın başlarında en düşük sıcaklık ise 26 ℃ olarak belirlenmiştir. Bu çalışmayı takiben, ülkemizde de güneş enerjisinin termal enerji olarak depolanması düşüncesi, tuzluluk miktarı değişen, yapay bir şekilde oluşmuş güneş havuzlarını kullanarak daha da ileriye geliştirilmiştir. Ülkemizde deneysel çalışmalarda bulunmak üzere yapılan ilk güneş havuzu (4,5 m)x(4,5 m)x(1,5 m) boyutlarındadır ve yapılan ölçümler ve değerlendirmeler sonucunda verimliliğin % 16 civarında olduğu görülmüştür [4]. Sunulan bu çalışmaya göre, güneş havuzlarının maliyetinin, düzlemsel güneş kollektörlerine göre 2,5 kez daha ucuz olduğu, bakım ve onarımının daha kolay yapılabildiği belirtilmiştir. Güneş havuzunun iç bölgelerine ulaşan toplam ışık akısını tahmin etmek için iki basit ve kullanışlı formül literatüre sunulmuştur [5]. Birinci formül Bryant ve Colbeck’in korelasyonunu kullanılarak havuzun tabanından ve