24 Ekim 2013 | TEKNİK MAKALE 21. Sayı (Eylül-Ekim 2013)

Solar Termal Sistemler
Hangi çeşit sistem seçileceği, tesisatın boyutuna ve bina tarafından gereksinim duyulan tasarım koşullarına bağlıdır. En uygun sistemin nasıl seçileceği konusu tasarım bölümünde derinlemesine açıklanacaktır.
Aşağıda en yaygın termal solar sistemler anlatılmaktadır; gösterilen basit tasarımlar üzerinde pek çok tasarım varyasyonu varolabilir.
Termosifon tip ESS solar sistemler
Bu, varolan en basit ve ucuz sistem çeşididir. Kullanımı, antifriz kullanımına ihtiyaç duyulmayan ılıman bölgelerde yoğunlaşmıştır. Don riski bulunan soğuk bölgeler için uygun değildir; zira yalıtım yapılmasına karşın su temin boruları donabilir (Şekil 1).
Takviye cihaz destekli müstakil ESS Solar Sistemler
Termosifonlu tesisatların kullanıldığı iklimler kadar sıcak olmayan iklimlerde konumlu müstakil aile konutlarında antifrizli solar devreler ve pompalar kullanılır. Bu devre enerjiyi bir güneş tankına spiral yapılı yahut çift gömlekli ısı-dönüştürücü vasıtasıyla aktarır (Şekil 2).
Bu çeşit tesisatlar bir öncekinden daha pahalı yapılardır; zira daha fazla bileşene sahiptir ve kolektör sıcaklığını tank sıcaklığıyla karşılaştırarak tesisatı idare edecek bir kontrol sistemine ihtiyaç duyar.
Bu çeşit sistemlerde düşük tüketim veya yoğun güneş ışınımı gibi durumlarda ortaya çıkabilecek öngörülebilir solar devre dışı kalma hallerine karşı korumak üzere bir dizi varyasyonlar (değişke) geliştirilmektedir. Bu değişkeler geri-akış sistemi ve ısı dağıtıcısı kullanımıdır; her iki tesisat şekli de tasarım bölümünde solar devre dışı kalma koruması konusuna ayrılmış kısımda gösterilecektir.
Solar boyler ve sıcak su boylerli entegre ESS Sistemleri
Büyük çaplı solar sistemlerin içinde, enerji aktarımının dışarısında gerçekleştiği akümülasyon tankı veya boyler (su biriktirme tankları) kullanan tesisatlar kurulmak suretiyle devreler arası enerji aktarımı, plaka tipi eşanjör (levhalı ısı-dönüştürücüler) vasıtasıyla gerçekleştirilir.
Merkezi tesisatların en yaygın olarak kullanılanlarından biri Şekil 3’te gösterilmekte olup, bunda tüm bina kullanıcılarına bir dağıtım / dolaşım döngüsü yoluyla, gönderileceği boylere gönderilmeden önce ESS solar boylerlerde ön-ısıtmadan geçmektedir.
Boylerde bir kazan ya da başka çeşit takviye ısıtma cihazı, suyu belirli bir sıcaklık aralığında -60 ºC ile 55 ºC tutar; nihai kullanıcıya 50 ºC altında su sağlanmaz.
Bu dağıtım/dolaşım döngüsü; kimi zaman büyük uzunluğundan dolayı her ne kadar borular yalıtılsa dahi, ESS üzerindeki toplam kayıpların %20 ile %40’ı arasına denk gelen kayda değer enerji kayıpları içerebilir.
Solar enerjisi devresindeki tank ve binada tüketim olduğu vakit su, bu tankdan ön-ısıtılmış halde çıkar. Bu durum tesisatın performansı üzerinde olumsuz bir etkiye de sahiptir; zira örneğin yaz aylarında solar boylerde depolanan ESS sıcaklığı 80 ºC’yi bulabilir ve eğer tüketim yoksa boylere su da gitmez, dağıtım/dolaşım enerji kayıpları kazan tarafından karşılanmak durumunda olur.
Verimliliği artırmak üzere Şekil 3’te gösterilen bir değişiklik yapılarak, boyler, solar boylerden daha soğuk olduğu zaman boylerden solar boylere su aktarımı gerçekleştirecek bir ek pompa ilave edilebilir.
Şekil 3’e göre tasarlanmış tesisatın gerçekleştirilmesi her zaman mümkün değildir; zira antilejyoner koruma fonksiyonu sağlıklı çalıştırılamayabilir. Anti lejyoner fonksiyonunda boylerde biriktirilen tüm suyun sıcaklığının 60 ºC’ye çıkarılması gerekmektedir.
Bu da solar boylerlerin akümülasyon tankına çevrilmesi ve depolanan enerjinin boylere bir plaka tipi eşanjör (levhalı ısı-dönüştürücü) vasıtasıyla aktarılması gerektiği anlamına gelmektedir. (Şekil 4)
Merkezi sıcak su ESS solar termal sistemler
Bir binaya müstakil kombi gaz kazanları monte edileceği zaman, kolektör ve solar boyler tesisatı merkezileştirilebilir ve güneşle elde edilip boylerde biriktirilmiş ön-ısıtılmış su evlere dağıtılabilir.
Şekil 5’te bu çeşit tesisatın şematik görüntüsü betimlenmektedir.
Akümülasyon tanklı ve müstakil plaka tipi eşanjörlü birleşik ESS merkezi solar sistemler
Yukarıda anlatılan sistem çeşidinde biriken suda lejyoner bakteri gelişimi, özellikle suyun sıcaklığının bu bakterinin gelişim aralığındaki dalgalanmalarında kayda değer zaman aralıklarında gözlemlenebilmektedir. 
Bu problem, her bir eve daha sonra nihai kullanım sıcaklığına müstakil kombi kazanlarıyla getirilecek şebeke suyunu ön-ısıtmadan geçiren plakalı tip eşanjör yerleştirerek çözülebilir.
Bu çeşit sistemlerin maliyeti bir öncekine kıyasla daha yüksektir; her bir plaka tipi eşanjör her evin tüketimine dayalı olarak kontrol edilmesi görevi de daha karmaşıktır. (Şekil 6)
Müstakil boylerli birleşik ESS merkezi solar devreli merkezi solar termal sistemler
Yeterli alan yahut ağırlık sorunları sebebiyle merkezi akümülasyon tankları kullanmanın mümkün olmadığı durumlarda, boylerler evler arasında bölünebilir. (Şekil 7)
ESS ve ısıtma için takviye ısıtmalı solar termal sistemler
Bir solar termal sistemde ESS ve ısıtma takviyesi düşünüldüğünde, bir yerine iki adet solar devresi kullanılır. ESS için bir boyler ve akümülasyon tankını besler.
Bu tesisat tipi iki devreden sadece biriyle çalışabilir, kontrol sistemi öncelik sırasını belirler. ESS üretimi genellikle önceliklidir ve ESS boylerinde maksimum sıcaklığa erişilince kadar akümülasyon (ısıtma) tankına enerji aktarılmaz.
Şekil 8’deki sıcak su solar boylerinde gösterilen gibi çift biriktirmeye (üst kısımda ESS ve kalanında ısıtma için) sahip solar boyler ortaya çıkışı, tek bir solar enerjisi solar devresi kullanımı ve ısıtma için boylerden su aktarılması veya üst ESS solar boylerden ön-ısıtılmış ESS’yi solar boylerin içinde tüketme imkanını doğurmuştur. Bu tip boylerler sistemin maliyetlerini düşürürken performans aleyhine çalışır; zira solar boyler takviye ısıtıcı ile ısıtılır ve sıcaklığı artar (Şekil 8).
ESS, ısıtma ve havuz ısıtması için takviye ısıtmalı solar termal sistemler
Üretilen fazla enerjinin kullanımı sayesinde yukarıdaki sisteme havuz ısıtma işlevi de eklenebilir. Bu durumda da kontrol sistemi yine farklı devrelerin çalışma önceliklerini düzenler ve havuz ısıtmayı son öncelik sırasında tutar.