Adana iklim koşullarında Organik Rankine Çevrimi ile bütünleşik düzlem-plakalı ve vakum tüplü kolektörlerin ısıl verimlerinin karşılaştırılması

Abstract

Bu çalışmada, düzlemsel güneş kolektörleri (DGK’lar) ile vakum tüplü güneş kolektörlerinin (VTGK’ler) termodinamik performansı, elektrik ve hidrojen üretimi numerik olarak karşılaştırıldı. Her iki sistem analizi Adana iklim koşullarında bir yıl boyunca yapıldı. DGK’lar ve VTGK’lar güneş enerjisinden ısı enerjisi üretebilen güneş enerjisi teknolojileridir. Bunlar çeşitli yerlerde sıcak su ihtiyacı veya ısınma ihtiyacını karşılamak için kullanılır. Ancak, günümüzde elektriğin birçok yerde kullanılmasından dolayı, her geçen gün elektrik üretimi daha kıymetli hale gelmektedir. Böylece, insanlık elektriği çeşitli kaynaklardan üretmenin yollarını aramaktadır. Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) düşük ve yüksek sıcaklıklardaki kaynaklardan elektrik üretebilen çok önemli makinalardır. Bu sayede, DGK’larda ve VTGK’larda üretilen ısı enerjisi bir pompa yardımıyla ORÇ’ ye aktarılarak elektrik üretilmiştir. ORÇ’ de üretilen elektrik bir elektroliz sistemine aktarıldı ve burada suyun elektrolizi ile hidrojen üretilmiştir. Sistemin termodinamik analizi Mühendislik Eşitlik Çözümleyici (EES) benzetim programı ile yapılmıştır. Sonuçlara göre, güneş enerjisi ve ortam sıcaklığı artışıyla birlikte DGK ve VTGK’ den oluşan sistemin termal verimi ve dolayısıyla da ORÇ'nin güç üretim verimi artmıştır. Bu artışlar sayesinde, hidrojen üretimi de önemli ölçüde artmıştır. Bu nedenle, Temmuz ayında VTGK'lar ve DGK'ların ısıl verimleri sırasıyla maksimum %6.25 ve %5.46 olarak bulundu.

In this study, the thermodynamic performance of solar collectors (FPSCs) and vacuum tube solar collectors (VTSCs), electricity and hydrogen production were numerically compared. Both systems were analyzed for one year in Adana climate conditions. FPSCs and VTSCs are solar energy technologies that can produce heat energy from solar energy. They are used in various places to meet the need for hot water or warming. However, today electricity is used more in many places, electricity generation is becoming more valuable every day. Thus, humanity seeks to produce electricity from various sources. Organic Rankine Cycle (ORC) is a very important machine that can produce electricity from sources at low and high temperatures. In this way, the heat energy produced in the FPSCs and VTSCs was transferred to the ORC by means of a pump and electricity was generated. The electricity produced in the ORC was transferred to an electrolysis system where hydrogen was produced by electrolysis of water. The thermodynamic analysis of the system was carried out by the Engineering Equation Analyzer (EES) simulation program. According to the results, with the increase of the solar energy and ambient temperature, the thermal efficiency of the system consisting of the FPSCs and VTSCs and thus the power production efficiency of ORC increased. Thanks to these increases, hydrogen production has also increased significantly. Thus, in July, the maximum thermal efficiency of VTSCs and FPSCs was found as 6.25% and 5.46%, respectively.