Güneş enerjisiyle ısıtma
Güneş enerjisi sonsuz bir kaynaktır. Ancak güneşin olduğu dönemlerde bu enerjiden yararlanılır. Güneşin batmasına yakın, gece ve sabah güneşin ilk doğduğu andaki devrelerde istifadesi mümkün değildir. Güneşin olmadığı dönemlerde güneş enerjisini depolanarak kullanılması ise çok büyük maliyetlere yol açmaktadır. Bu bakımdan güneş enerjisi halen istenilen şekilde kullanıma sokulmamıştır.
Güneş enerjisi ile ısıtmada düz yüzeyli ve odaklı ısı toplayıcılarından yararlanılır. Odaklı toplayıcılar 100°C'nin çok üstünde sıcaklık verebilir. Bu sistemde güneş ışıkları iç bükey yansıtıcılarda bir odak noktasında toplanılır. Sıcaklık bazen 5000°C'nin üzerine bile çıkabilir. Kıymetli metallerin kesilmesinde, eritilmesinde, elektrik enerjisi elde edilmesinde, soğuk hava depolarının çalıştırılmasında kullanılır.
Düz odaklı toplayıcılarda 100-110°C'ye kadar sıcaklık elde etmek mümkündür. Toplayıcılarda güneş ışınımı ile ısınan siyah bir zemin üzerinde boru içinde dolaştırılan bir sıvıya ısının iletilmesiyle sıcak su elde olunur veya bu siyah zemin üzerinde oluşan sıcak hava toplanarak ısıtmada kullanılır.
Genelde 3000 kcal/m2/gün değerinde güneşlenmesi olan yerlerde güneş enerjisinden yararlanılarak sıcak su üreten sistemler geliştirilmiştir. Türkiye'de yatay yüzeye gelen ortalama güneş ışınımı 3160 kcal/ m2/gün'dür. Bu miktar güney bölgelerimizde daha yüksek olup, Antalya'da 3247, Ankara'da 3514, Hakkari'de 3742 kcal/m2/gün'e ulaşmaktadır. (ARINÇ 1979). Dolaysıyla Türkiye güneş enerjisinden ısıtmada faydalanabilecek ülkeler arasına girmektedir.
Serlerin ısıtılmasında halen düz yüzeyli toplayıcılar kullanılmaktadır. Güneşin bulunduğu gündüz saatlerinde ısıtma yapmak mümkündür. Güneşin kaybolduğu gece saatlerinde, gündüz güneş enerjisinden yararlanılarak ısıtılmış ve depo edilmiş enerjiden yararlanılır. Burada normal güneşli su ısıtıcıları kullanılır. Isıtılan su izole edilmiş depolarda toplanır ve gece saatlerinde ser içinde kalorifer sisteminde dolaştırılarak serler ısıtılır. Suyun akışı doğal akım sisteminden yararlanılarak yapılır. Daha verimli sistemlerde sirkülasyon pompaları kullanılır. Güneş ısıtıcıları kalorifer sistemine monte edilerek gündüz güneş enerjisinden yararlanılabilir. Gece ise kalorifer çalıştırılarak ısıtmaya devam edilir. Böylece normal kalorifer sisteminden %50'ye varan tasarruflar sağlanır.
Sıcak hava elde edilmesinde odaklı toplayıcılar veya aynalı düz toplayıcılar kullanılır. Güneşin olduğu dönemlerde, kapalı bir hacimde ısıtılmış hava sirküle edilerek devamlı sıcak hava temin edilir.Şimdi basit olarak güneş enerjisinden yararlanılarak ısıtmanın miktarını hesaplayalım. Sere gelen güneş ışıkları ve getirdiği enerji miktarı
Qa = Io . A . B eşitliği ile bulunur. (SARITAŞ 197.
Formülde;
Qa = Sere gelen güneş enerjisi miktarı (W veya kcal/gün)
Io = Ortalama günlük güneş radyasyon miktarı (W veya kcal/m2/ gün)
A = Ser çatı alanı (m2)
B = Çatıya gelen güneş enerjisinin sere giren yüzdesi (%)
Ankara'da Io = 3514 kcal/m2/gün
A = 160 m2 örnek serimizde
B = 0,69
Q = 3514 X 160 X 0,69 = 388044,9 kcal/gün bulunur.
Ankara'da doğal güneş enerjisi ile günde 388044 kcal/gün'lük bir ısıtma yapılabilmekte ve bu ısıtma serin ısı kaybından düşülmesi gerekmektedir. Örnek serimizde DİN 4701're göre yaptığımız ısı kaybı 114725 kcal/saat idi. Bunu güne çevirirsek 114725 X 24 = 2753400 kcal/gün yapar Bu değerden doğal güneş enerjisi payını çıkarırsak;
2753400 - 388044 = 2365356 kcal/gün ısıtma yüküne gereksinim duyulur. Yukarıda doğal güneş ışıklarından olduğu gibi yararlanma düşünülmüştür. Oysa serimizi güneş enerjisiyle ısıtmak istediğimizde;
Güneş enerjisi = Isıtma yükü (kcal/gün) / Yararlanılan enerji kaynağı değeri (kcal/m2/gün toplaç alanı)
Ankara için
Toplaç alanı = 2365356 / 3514 = 673,12 m2
Şu halde 50 m uzunlukta, 12 m genişlikte, 2,5 m yan duvar ve 3,5 m mahya yüksekliği olan ve taban alanı 600 m2, hacmi 2100 m3 olan serimizi ısıtmak için 675 m2 ısıtıcı yüzeye sahip bir güneş kolektörüne gereksinim vardır. Dikkat edilirse ser alanı 600 m2, kolektör alanı 675 m2 olmaktadır. Buda ser maliyetinin iki üç kat artmasına yol açmakta ve kaldı ki gece saatlerinde istenen sıcaklıkta sağlanamamaktadır. Bu bakımdan günümüzde güneş enerjisinden yararlanma çalışmaları devam etmektedir. Su ısıtıcı güneş kolektörleri yerine, sıcak hava veren güneş kolektörleri daha çok kullanılmaktadır. Sıcak hava veren güneş kolektörlerinde, sıcak hava elde etmek için, üstü cam örtülü kapalı bir ortama içine güneş ışıklarının ısısını tutabilecek çakıl taşı, demir kırıntıları gibi maddeler doldurulmakta, ya tabii sirkülasyondan yararlanılarak veya vantilasyon yardımıyla kapalı ortamın alt kısmından dış hava alınmakta, sıcak ortam içinden geçirilerek ısıtılmakta ve kapalı ortamın üst kısmından bu sıcak hava ser içine üflenmektedir.
Bu kolektör sistemi dışında, iki kenarı eşit olmayan serlerde büyük kenarlı çatı güneye bakacak şekilde sere doğru batı yönü verilmektedir. Serin kuzeye bakan duvarı, ısı tutucu çakıl taşı veya kerpiçle örülmekte, duvar ısıyı daha iyi tutsun diye siyah renkle boyanmaktadır. Gündüz güneş ışıklarıyla ısınan duvar, gece saatlerinde gündüz depoladığı sıcaklığı yavaş yavaş ser içine vermekte ve seri ısıtmaktadır. Bu sistem halen genişliği 6-10 m arasında olan serlerde gece bitkileri dondan korumak amacıyla oldukça etkili kullanılabilmektedir. Başka bir deyişle seri normal ısıtma yerine sadece bitkileri dondan koruma amaçlı bir sistemdir.
Güneş enerjisinden yararlanmanın diğer yolu ser içine siyaha boyanmış variller koymak ve içine su doldurmaktır. Gündüz ısınan variller gece sere sıcaklık verir. Ancak variller serde yer kapladığından fazla kullanışlı değildir. Bunun yerine daha pratik bir yol, serde bitki aralarına 30-40 cm çaplı şeffaf plastik borular koymak ve içine su doldurmaktır. Plastik boruların alt tarafına daha önce siyah plastik serilirse borular içine konan suyun ısınması daha fazla olur. Ancak bu bir ek maliyet getirir. Plastik boru içinde ısınan su, gece saatlerinde sere intikal ederek, ser içindeki bitkilerin dondan korunmasına yardımcı olur.
