Düzlemsel termal güneş kolektörlerinde temel tasarım parametrelerinin verim üzerinde etkilerinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effects of key design parameters on the efficiency of flat-plate solar thermal collectors
- Tez No: 977542
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET NUMAN KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi, Termal enerji, Solar energy, Thermal energy
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, düzlemsel güneş kolektörlerinin ısıl performansını etkileyen temel tasarım ve işletme parametreleri hem deneysel hem de sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında TRNSYS yazılımında oluşturulan kolektör modeli, farklı koşullarda test edilen düzlemsel kolektörden elde edilen deneysel veriler ile doğrulanmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçlar arasında güçlü bir uyum gözlenmiş, maksimum sapma yaklaşık %4 olarak belirlenmiştir. Analizler, debi, giriş suyu sıcaklığı, ortam sıcaklığı, boru çapı, soğuruculuk, yayıcılık, plaka-cam aralığı ile yalıtım malzemesi ve kalınlığı gibi parametrelerin kolektör verimi üzerindeki etkilerini kapsamlı biçimde ortaya koymuştur. Sonuçlar, en yüksek verimin 175–225 kg/h debi aralığında ve 30–34°C ortam sıcaklıklarında elde edildiğini göstermektedir. 175 kg/h debide kolektör verimi %81,2, 34°C ortam sıcaklığında ise %84,1 olarak hesaplanmıştır. Soğuruculuk ile kolektör verimi arasında doğrusal bir ilişki olduğu görülmüş, soğuruculuk oranının 0,60'tan 0,95'e yükselmesiyle termal verimin %48,4'ten %81,2'ye yükseldiği tespit edilmiştir. Yayıcılık oranının 0,05'ten 0,40'a çıkması verimde yaklaşık %8,3'lük bir azalmaya yol açmıştır; ancak bu etkinin soğuruculuk artışına kıyasla daha zayıf olduğu görülmüştür. Ayrıca, ısı iletkenlik katsayısı 0,015–0,050 W/m·K aralığında değişen farklı yalıtım malzemelerin simülasyonları, 50 mm yalıtım kalınlığında %82'ye ulaşan bir verim elde edildiğini, 45 mm üzerindeki kalınlıklarda verim artışının ihmal edilebilir seviyede olduğunu göstermiştir. Plaka-cam aralığının 13 mm olduğu durumda ise en yüksek verim değerine ulaşılmıştır. Elde edilen bulgular, kolektörün geometrik ve malzeme özelliklerinin ısıl performans üzerinde doğrudan etkili olduğunu ve özellikle debi, soğuruculuk ve yalıtım kalınlığı gibi parametrelerin tasarım açısından kritik öneme sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca bu çalışma, TRNSYS yazılımının düzlemsel güneş kolektörlerinin ısıl ve tasarımsal performanslarının tahmininde güvenilir bir araç olduğunu göstermekte ve yüksek verimli termal güneş kolektörlerinin tasarımına yönelik bir referans sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study presents an experimental and numerical investigation of the key design and operating parameters influencing the thermal performance of flat-plate solar thermal collectors. A TRNSYS-based model was developed and validated against experimental data obtained from a flat-plate collector set tested under various conditions. Strong agreement was observed between the measured and simulated results, with a maximum deviation of approximately 4%. The analysis comprehensively examined the influence of parameters such as flow rate, inlet water temperature, ambient temperature, pipe diameter, absorptance, emissivity, plate-to-glass spacing, and insulation material and thickness on collector efficiency. The results showed that the highest performance occurred at flow rates between 175–225 kg/h and ambient temperatures of 30–34°C, corresponding to efficiencies of 81.2% at 175 kg/h and 84.1% at 34°C. A linear relationship between absorptance and efficiency was identified, with efficiency increasing from 48.4% at 0.60 absorptance to 81.2% at 0.95 absorptance. Increasing the emissivity from 0.05 to 0.40 resulted in an 8.3% reduction in efficiency; however, its negative effect was less significant than the positive impact of absorptance. Simulations performed with insulation materials of thermal conductivity coefficients ranging from 0.015 to 0.050 W/m·K revealed that maximum efficiency of approximately 82% was achieved at 50 mm insulation thickness, with negligible improvements beyond 45 mm. Additionally, the highest performance among all tested configurations was obtained at a plate-to-glass spacing of 13 mm. The results demonstrate that the geometric and material properties of the collector have a substantial effect on thermal efficiency, highlighting flow rate, absorptance, and insulation thickness as critical parameters for the design. The validated TRNSYS model proved to be a reliable tool for predicting the thermal and design-dependent performance of solar collectors, offering valuable insights for improving the energy efficiency and sustainability of solar thermal systems.
Benzer Tezler
- Düzlemsel güneş kolektörlerinde kullanılan ısı borusunun optimizasyonu ve deneysel incelenmesi
Optimization and experimental investigation of heat pipes used in plane solar collectors
MURAT TABAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine MühendisliğiMustafa Kemal ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YILDIZ KOÇ
- Düzlem yüzey güneş kolektöründe nanopartikül kaplı emici yüzeyin performansa etkisi
The effect of nanoparticle-coated absorber surface on the performance of flat plate solar collectors
MÜSLÜM MÜCAHİT UZANLIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN SÖZEN
- Düzlemsel güneş kollektörlerinde su dolaşım miktarının kollektör verimine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
The study of the effect of water circulation amount on the planar sun collector to the collector effect experimentaly
HAKAN DEĞİRMENCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiZonguldak Karaelmas ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. SEZAYİ YILMAZ
- Isı borulu güneş kollektörlerinde nano akışkanların performans üzerine etkileri
Effect of nanofluids on performance in heat pipe solar collectors
SİNAN ÜNVAR
Doktora
Türkçe
2020
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN MENLİK
- Güneş kollektörlerinde enerji verimliliğini artırmak için faz değiştiren malzemelerin kullanımının araştırılması
Investigation of using of phase change materials to increase energy efficency in solar collectors
MİKAİL KURTOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiGümüşhane ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERYEM TERHAN