3. • Güneş havuzları ilk kez Kalecsinsky tarafından
ortaya çıkarılmıştır.
• İlk güneş havuzlarının doğal ortamda
kendiliğinden oluştuğu belirtilmektedir.
• Macaristan’ın Karpat dağlarının eteklerindeki
doğal göllerde kış aylarında sıcaklığın 65 °C
olduğunu gözlemiştir.
• Bunun nedenleri araştırılmış ve bu göllerde ilk
kez tuz yoğunluğu ölçümleri yapılmıştır.
4. • Ölçümler sonucunda gölün derişimin
yukarıdan aşağıya doğru arttığı saptanmıştır.
• Bu yoğunluk artışının konveksiyonla ısı kaybını
önlemesi nedeniyle, göllerin derin bölgelerinin
yüksek sıcaklığa ulaştığını tespit edilmiştir.
• Yazın sonunda gölün 1.32 m derinliğinde
sıcaklığın 70 °C ye kadar çıktığı ve ilkbahar
aylarında ise en düşük sıcaklığın 26 °C olduğu
gözlenmiştir.
6. • ABD Orovillve’de (Washington), yaz aylarında
sıcaklığın 50 °C’ye ulaştığı 2 m derinlikli bir göl
tespit edilmiştir.
• Antartika’daki Vanda Gölünün buz ile örtülü ve
çevre sıcaklığı -20 °C olmasına rağmen taban
sıcaklığının 25 °C olduğu tespit edilmiştir.
7. • Güneş havuzları, güneş enerjisinin doğrudan
depolanıp muhafaza edildiği metotlardan
birisidir.
• Sıradan bir havuzda da güneş enerjisi
depolanabilir.
• Ancak sıvı içerisindeki doğal konveksiyon, sıvı
yüzeyinden taşınım ve gizli ısı kayıpları çok
fazladır.
• Su kütlesinin fazla olması nedeniyle, güneş
radyasyonunun olmadığı durumlarda
havuzdaki sıcaklık düşmesi birkaç haftada 10
°C civarındadır.
8.
9.
10. • Konveksiyon ve buharlaşma yoluyla olan ısı
kayıpları yaklaşık olarak birbirine eşittirler.
• Işımayla olan ısı kaybının, havuzun enerji
depolama kabiliyeti üzerinde önemli bir rolü
vardır.
• Tabandan toprağa olan ısı kaybı o kadar
önemli değildir.
• Bu nedenle, bütün çalışmalar
– konveksiyon yoluyla olan ısı kaybını durdurma,
– buharlaşmayı azaltma ve
– yüzeyden olacak olan ısı kayıplarını azaltmak
için alınacak tedbirler üzerine
yoğunlaştırılmalıdır.
11. • Bir büyük problem de kış boyunca havuzda
toplanacak olan ısıdan daha fazlasının çevreye
kaybolacak olmasıdır.
• Bu da yaz boyunca toplanan ısının bir kısmının
kış boyunca çevreye kaybolacağını gösterir.
12. • Güneş havuzlarının iki amacı gerçekleştirmesi
istenir.
• Bunlar;
– İç bölgelerdeki doğal ısı taşınımını önlemesi ve
– su yüzeyinden havaya olan ısı kayıplarını
azaltmasıdır.
• Güneş havuzlarını genel anlamada ikiye
ayırmak mümkündür.
– Konveksiyonsuz Güneş Havuzları
– Konveksiyonlu Güneş Havuzları
13. • Bu güne kadar yapılan çalışmalarda geliştirilen
güneş havuzları tiplerine göre yaklaşık olarak beş
gruba ayrılır. Bunlar;
• Konveksiyonsuz (non-convective)
– Tuz gradyentli güneş havuzları (salinity gradient solar
ponds, SGSP)
– Zar örtülü güneş havuzları (coffered solar ponds)
– Petek örtülü güneş havuzları (honeycomb solar ponds)
– Jel örtülü güneş havuzları (gel stabilized solar ponds)
• Konveksiyonlu (convective)
– Sığ güneş havuzları (shallow solar ponds SSP)
15. • Yukarıda sınıflandırılan güneş havuzlarında
güneş enerjisi su tarafından doğrudan
soğurulur.
• Derin olmayan yani sığ güneş havuzlarında
depolanan enerji anında kullanılırken, diğer
dört (ilk dört) güneş havuzunda depolanan
enerji uzun süre depolanıp daha sonra da
kullanılabilir.
17. • Bu havuzlar, ısıl yüzdürmeden doğacak doğal
taşınımın engellenmesi amacıyla yapılır.
• Isınan suyun yüzeye doğru yükselmesini
engellemek amacıyla tuzluluğu faklı tabakalar
oluşturulur.
• Tuz olarak genellikle MgCl2 ya da NaCl
kullanılır.
• Tuz konsantrasyonu olmazsa, ısınan saf suyun
yoğunluğu düşer ve yukarı doğru hareket eder.
• Bu durum, sürekli olarak taşınım ısı kaybının
artmasına sebep olur.
19. • Yapay bir havuzda güneş enerjisi, havuz suyu
tarafından absorbe edilerek suyun ısınmasına
sebep olur ve bir sıcaklık gradyanı oluşturur.
• Bunun sonucunda yoğunluk farkı oluşarak
havuz içerisinde suyun aşağı-yukarı hareket
etmesine sebep olur.
• Bu şekilde suyun hareketi sonucunda
konveksiyon akımları oluşur ve ısınan su yukarı
çıkarak enerjisini havaya taşır.
• Bu şekilde havuz suyu sıcaklığı, atmosfer
sıcaklığı ile aynı aralıklarda kalır.
20. • Güneş radyasyon enerjisini depolamak için, bu
yoğunluk farkından kaynaklanan su
hareketinin mutlaka önüne geçilmesi veya
minimum seviyede tutulması gerekmektedir.
• Bunu sağlamanın yolu, sıcaklığa bağlı farklı
yoğunluklu bölgeler oluşturmak ve her bir
katmanı diğerinden ayrıştırmaktır.
• Böylece, tuz gradyanından dolayı yukarı doğru
kaldırma kuvveti engellenir.
21. • Bu tip havuzlar, genellikle 2-3 m derinliğinde
olup en üstte tatlı su aşağıya doğru ise artan
yoğunluklarda tuzlu su içeren havuzlardır.
• Su içerisinde belirli konsantrasyonlarda tuz
çözünmüştür.
• Tuz konsantrasyonu derinlikle değişir ve bu
değişim yapay olarak sağlanmaktadır.
22. • Bu şekilde güneş havuzu üç farklı bölgeye
ayrılır.
– Üst Konvektif Bölge (UCZ, Upper Convective
Zone): Tuzluluk oranının çok düşük olduğu
katmandır ve derinlikle aşağı yukarı sabit kalır.
– Konvektif olmayan bölge (NCZ Non Convective
Zone): Derinlikle tuzluluk oranının arttığı bir
gradyandır.
– Alt Konvektif Bölge (LCZ Lower Convective Zone):
Tuzluluk derecesi, doymuş çözelti olarak kabul
edilebilir ve üniformdur.
23.
24.
25. • Havuz yüzeyine gelen güneş ışınlarının küçük
bir kesri yüzeyden yansır, geri kalan kısmı
havuz tabanına doğru ilerler.
• Bu sırada çeşitli dalga boylu ışınlar, farklı
derinliklerde değişik oranlarda soğurulur ve
tabana % 25-35 kadarı ulaşır.
• Biriken enerji depolama bölgesine
yerleştirilen bir ısı aktarma sistemi ile
istenildiği zaman alınıp kullanılabilir.
• Bu uygulama, ucuz bir yolla termal enerji
depolama yöntemidir.
26. • Havuzun yüzeyine gelen güneş enerjisinin yaklaşık
olarak
– %21’i yüzeyden havaya konveksiyon ile,
– %22’si havuzun üst kısmından suyun buharlaşmasıyla,
– %16’sı yansıma yoluyla,
– %31’i havaya yaydığı uzun dalga boylu radyasyon ile
– %3.7’si Alt Konvektif Bölge (Lower Convective Zone,
LCZ) altındaki yere olan ısı akışı ile
kaybolur.
• Sadece gelen ışınımın % 6.3’si havuzda depo
edilir.
• Bunun dışında sadece LCZ içinde depolanan
güneş enerjisinin bir kısmı kullanılabilir enerji
olarak havuzdan alınabilir.
27. • Konsantrasyon oranları alt noktada % 20 - %
30, en tepede ise % 0’dır.
• Sonuç olarak, bu tip sistemlerde yoğunluk
farkından dolayı oluşan konveksiyon akımları
yoktur ve NCZ boyunca sadece kondüksüyon
ile ısı transferi mümkündür.
• Bununla beraber suyun düşük kondüksiyon
katsayısından dolayı NCZ katmanı izolasyon
görevi görür.
28. • Alt katmandan üst katmana tuz difüzyonu
düşüktür çünkü konveksiyon hareketleri
engellenmiştir.
• Böylece alt katman ısı depolama sistemi olarak
çalışır.
• LCZ, 80 °C sıcaklık değerlerine ulaşabilir ve bu
değer sabah saatlerinden sonra 50°C
civarlarındadır.
• Alt katmandaki salamura sıcaklığı, temiz suyun
kaynama noktasını geçmez.
29. • NCZ katmanının kalınlığının artması, LCZ katmanı
için daha fazla izolasyon anlamına gelir.
• Daha düşük UCZ kalınlığı, daha fazla miktarda
güneş enerjisinin LCZ’ye ulaşmasını sağlar.
• Ayrıca UCZ’de depolanan solar radyason, temiz
suda meydana gelen konveksiyon akımlarından
dolayı kaybolur; bu nedenle güneş havuzunun
derinliği 1-2 metre aralıklarında ise UCZ kalınlığı
10-20 cm aralıklarında kalmalıdır.
• LCZ ne kadar derinde olursa, termal depolama
kapasitesi o kadar fazla olur, fakat bu durumda
güneş havuzu kurulum maliyetini artırmaktadır.
30. • Tuz gradyentli güneş havuzları tamamen dinamik
sistemlerdir.
• Yani sürekli bakım, düzenleme, vs. gibi işlemlerin
yapılması gerekmektedir.
• Üst kısımdan (UCZ) buharlaşan suyun yerine
mutlaka su takviyesi yapılmalıdır.
• Ayrıca alttaki konsantre salamura gradyanının
muhafazasının sağlanması gerekmekte ve aynı
tuzluluk oranında kalması sağlanmalıdır.
• Tuzlukluk oranındaki azalmanın nedeni, farklı
konsantrasyon oranlarındalarındaki katmanlardan
tuzun üst katmana difüzyonudur.
31. • Bu işlemler güneş havuzlarının temel
sorunlarıdır.
• En üstte sıfır tuz konsantrasyonuna sahip bir
tabakayı muhafaza etmek, alt katmanlardan
yukarıya tuz difüzyonundan ve buharlaşmadan
dolayı zordur.
• Aynı zamanda, tabandaki tuz
konsantrasyonunu aynı miktarda kalacak
şekilde korumak ta ayrı bir problemdir.
32. • Bir güneş havuzunda kullanılan tuzun özellikleri
çok önemlidir ve aşağıda şartları sağlaması
istenir;
– Zararsız olmalı;
– Ucuz ve kolay bulunabilir olmalı
– Renksiz olmalı ve içerisinde canlıların üremesine engel
olmalı.
• Bu koşuları sağlayan bazı tuzlar;
– Magnesium chloride MgCl2,
– potassium nitrate KNO3,
– ammonium nitrate NH4NO3,
– sodium nitrate NaNO3,
– urea NH2CO NH2
33. • Sistem verimi arttırmak için havuz tabanı
karartılmalı ve dış ortama karşı iyice izole
edilmelidir.
• Araştırmacılar, SGSP’lerin ilk geliştirilmesi
aşamalarında üç katman arasında yatay
membranlar içeren sistem dizaynları üzerinde
durmuşlardır.
• Fakat onarımı, monte edilmesi ve sızdırmazlığı
zor olmasından dolayı membran kullanımı
problemlidir.
34. • Büyük SGSP sistemlerinde de rüzgar problemi
vardır. Rüzgar akımları tuz gradyanlerinin
dağılmasına neden olmaktadır ve ayrıca
konveksiyonu arttırmaktadır.
• Bunu engellemek havuzun üst noktasına
hareketli özel bariyerler monte edilmelidir.
• Yapılan deneyler, rüzgarın sebep olduğu 2
cm’lik dalganın, suyun 20 cm aşağıya kadar
karıştırdığını göstermektedir.
35. • Yazın absorbe edilen güneş enerjisi, kışa göre
daha fazladır.
• Düz güneş kollektörlerinin aksine güneş
havuzlarına eğim verilmez.
• Bu nedenle performansları yıl boyunca aynı
değildir.
• Enlem yükseldikçe yaz ile kış şartlarındaki
performans farkları artmaktadır.
36. • Bu tip güneş havuzlarında görülenilecek diğer
problemler ise tabanda alglerin ve çökeltilerin
oluşumudur.
• Bunlar havuzun yansıtıcılığını artırmakta ve
alglerin suya renk vermesinden dolayı absorbe
edilen enerjide azalma meydana
getirmektedir.
• Genellikle güneş havuzu ısısı, günün 24 saati
boyunca kullanışlıdır.
• Bu nedenle gündüz depolanan enerji, gün
içerisinde ve gece kullanılabilir.
37. • SGSP’nin binalarda kullanıma bir örnek,
Melbourne’de RMIT üniversitesinde çatıya
kurulan bir SGSP sistemidir.
• Havuz, 5 m çapındadır.
• UCZ, NCZ ve LCZ katmanlarının derinliği
sırasıyla 10, 60 ve 15 cm’dir.
• Havuz 70°C’ye kadar ulaşabilmektedir.
39. • Dünyanın ilk ticari ölçekte güneş havuzu Ein
Boqek İsrail’de (Tabor and Doron) kurulmuştur.
Havuz 1979 yılında tasarlanmış ve 1984’te
üretime başlamıştır.
• İsrail’deki bir başka havuz yine En Boqeq’te,
elektrik üretmek amaçlı kurulmuştur.
• 7000 m2 alana sahip ve 2.5 m derinliğindedir.
• Havuza Rankine Çevrimi entegre edilmiştir ve
150 kW jeneratöre sahiptir.
• Havuz 90 °C’ye çıkabilmekte fakat genellikle
70-80 °C aralıklarında çalılşmaktadır.
40. Bet Ha Arava Solar pond power station in the Dead Sea Israel
41.
42. • Bir başka örnek Hindistan Bhuj’dadır.
• Buradaki havuz 100 m uzunluğunda, 60 m
genişliğinde ve 3.5 m derinliğindedir.
• 6000 m2 ‘lik havuz Kutch Mandırasına sıcak su
sağlamak için kurulmuştur.
• Sistem günlük 70 °C sıcaklığında 80000 litre
sıcak su sağlayabilmektedir.
44. • 1983 yılında El Paso Solar Pond projesi,
University of Texas’ta kurulmuştur.
• 1986’dan beri çalışmaktadır ve ısı üretimi,
elektrik üretimi ve temiz su üretimi başarıyla
yapılmıştır.
• Proje Bruce Foods’da varolan, 3350 m2
alanında 3 metre derinliğinde bir havuzun
keşfedilmesiyle planlanmıştır.
45. Installation of the flexible polypropylene
geomembrane liner.
Installation of Geo-textile between the
polypropylene liner and GCL.
The pond with the liner system installed.
48. • Yine RMIT üniversitesi tarafından Pyramid Hill, Victoria,
Avustralya’da kurulan bir güneş havuzu 3000 m2
alanındadır.
• Sistem 2000’lerin başında Pyramid Salt Factory’de tuz
kurutma işleminde ısı üretimi için kurulmuştur.
• Havuzun derinliği 2.3 m, ısı depolama alanı 0.8 m ve
gradyan bölgesi 1.2 m kalınlığındadır.
• Başlangıçta, havuzdan elde edilen ısı tuz kurutmak için
kullanılsa da daha sonraları ısının bir kısmı fabrika
alanında kurulu bir balık yetiştirme çiftliğinde de
kullanılmaya başlanmıştır.
• Günümüzde ise, bir sel baskını sonucu fabrika
kullanılamaz hale gelmiştir ve havuz
kullanılmamaktadır.
51. • Güneş havuzu sistemleri, ticari olarak çok yaygın
değildir, fakat deneysel olarak bir çok çalışma
yapılmıştır.
• Yakın gelecekte, enerji krizlerinin çözülmesi için
güzel bir alternatif olabilir.
• Bu teknoloji ile ilgilenen endüstriyel kuruluşlar
genellikle düşük sıcaklık (45-80°C) kaynaklarına
ihitiyaç duyan firmalar olmalıdır. Bunlar;
– Tuz imalatçıları
– Su kültürü
– Mandıra tesisleri
– Tahıl ve sebze kurutma endüstrileri
– Su üreticileri (for desalination).
52.
53. • Aşağıda bahsedilen durumlarda güneş
havuzları daha da ilgi çekici bir hale gelebilir:
– Sisteme uygun boş bir arazinin olması, petrole
erişimin zor olduğu bir bölgede olması ve enerji
maliyetlerinin yüksek olması,
– İhtiyaç duyulan sıcaklığın 40 - 80°C arasında
olması;
– Düz, verimsiz bir alanın olması
– Ortalama yıllık güneş radyasyonu değerlerinin iyi
olması
– Büyük miktarlarda tuzun ucuza bulunması.
54. Salt deposit on wave suppression rings. (b) New wave suppression nets being installed.
55. In-pond heat exchanger.
Corrosion of metal supports due to low pH.
Jimmy Leblanc, Aliakbar Akbarzadeh, John Andrews, Huanmin Lu,
Peter Golding, Heat extraction methods from salinity-gradient solar
ponds and introduction of a novel system of heat extraction for
improved efficiency, Solar Energy, 85(12), 3103–3142
57. • SGSP sistemlerinin problemlerinden dolayı
1978’de Shaffer tarafından yeni bir sistem
önerilmiştir.
• Bu fikir, hem izalasyon görevi gören ve hem de
güneş radyosyonunun en alt tabakaya
erişmesine izin veren jel polimer kullanmaktır.
• Bu metotta jel, LCZ üzerinde yüzmekte ve
NCZ’nin yerini almaktadır.
58. • Bu tip havuzda, LCZ’nin üstünde yüzen jel,
NCZ’nin yerine izolasyon görevi görür.
• En üst katmanda kullanılan jel ise
59. • Bu teknolojinin avantajları;
– UCZ’ye buharlaşmadan dolayı eksilen suyun yerine
su ekleme problemi ortadan kalkmaktadır.
– Depolama bölgesine çökelti ve tortular
geçememektedir.. Jel yüzeyine belirli aralıklarla
temizlenmesi…
– Rüzgar problemi yoktur.
60. • Bu sistemin en temel problemi jelin yüksek
maliyetidir.
• Bu nedenle büyük sistemlerde kullanımı çok
pahalı olacağından zordur.
• Bu uygulamanın bir örneği 1980’de Wilkins vd.
tarafından inşa edilmiştir.
• Jel örtülü bu güneş havuzu University of New
Mexico’ya yakın bir yere kurulmuştur.
62. • Deneyler tuz konsantrasyonları ve jel
kalınlıkları değiştirilerek yapılmıştır.
• Havuz, 1981 yılının güz mevsiminde, 25 cm jel
kalınlığı ile 57°C’ye ulaşmıştır.
• Chamberino (New Mexico)’da bir gıda
firmasına ısı enerjisi sağlamak için ticari bir
havuz inşa edilmiştir.
• Havuzun alanı 110 m2’dir ve havuzun taban
sıcaklığı 60°C’ye ulaşmıştır.
64. • Hava dolgulu petekli bir yapı havuz üzerinde
yüzer vaziyette yerleştirilmiş ve solar
radyosyonun geçmesine izin verirken ısı
kaybına da engel olmaktadır.
• İzalasyon tabakasının altındaki havuz, taze su
ile doldurulmuştur.
65. • Petekli sistemin daha iyi izalasyon özelliğine
sahip olması ve güneş radyasyonunu daha iyi
geçirmesi için geliştirilmesi mümkün olmakla
beraber ilk yatırım maliyetleri artmaktadır.
• Bu nedenle, küçük ölçekli uygulamalar için
uygundur.
• Petekli sistemin öngörülen bir diğer
uygulaması, bir su tankının duvarı olarak
kullanılması ve güneş radyasyonunu içeri
alması yada akışkan kullanılmayan depolama
ortamında izalasyon görevi yapmasıdır.
68. • Akışkandaki konveksiyon akımlarını engellemenin
bir diğer yolu, vizkozitesini arttırmaktır.
• Bunun için, suya vizkozitesini arttıran koyulaştırıcı
bir madde eklenebilir.
• Fakat, bu organik maddelerin bir çok
dezavantajları vardır. En önemlileri;
– Zamanla ve sıcaklığın 55°C ‘nin üstüne çıkmasıyla
fiziksel ve kimyasal yapılarının doğal olarak bozulması
– Yüksek maliyet.
• Bu nedenle vizkozitesi arttırılmış güneş havuzları
uygulanamamaktadır.
69. • Güneş havuzu yapmanın bir başka yolu ise,
doğal tuzlu gölün bir kısmının uygun ısıl
izalasyonlu zarla ayrıştırılmasıdır.
• Bu sisteme zar örtülü güneş havuzu denir
(coffered solar pond (CSP).
• Bu metotda, çukur kazma maliyeti yoktur,
fakat membranlar maliyetlidir.
• Farklı yerlere yerleştirilmiş yatay borular tuz
gradyanlarını oluşturmaktadır.
• Tabandaki diğer borular sıcak salamurayı
toplar.
71. • 1990’da Sokolov ve Arbel tarafından yeni bir
güneş havuzu geliştirilmiştir.
• Sistemde taban kısmında temiz su vardır.
Havuz, yerden izole edilmiştir.
• Suyun üzerinde yüzer şekilde duran bir
köpükleştirilmiş polystyrene katman
bulunmaktadır (8).
• Bunun iki amacı vardır. İlki havuzun dış
oratama karşı izalasyonunun sağlanması,
ikincisi ise boru şebekesine destek
sağlamasıdır.
• Bu borular suyu polyester katmanın
karartılmış yüzeyi üzerinde yaymaktadır.
73. • Su, havuzun tabanından pompalanır, solar
radyasyon ile ısınır ve yüzen katmana açılmış
bazı deliklerden aşağıya doğru hareket eder.
• Polisitirenlevha üzerindeki suyu izole etmek
için, havuz üzerinde duran şeffaf ince plastik
bir levha (9) yardımıyla hava tabakası katmanı
(13) oluşturulmuştur. Hava, fan yardımıyla
pompalanmaktadır (10).
• Sistem oldukça basittir fakat karartılmış plastik
levha üzerinden sıcak suyu püskürtecek bir
boru şebekesine gereksinim vardır ve şeffaf
plastik katmanın şişkin durmasını sağlayacak
fana ihtiyaç vardır.
75. • Tuz gradyanlarının olmadığı konveksiyonlu
havuzlarda, anlık güneş radyasyonu, hava ile
su arasındaki farklı geçirgenlik katsayısından
dolayı belirli bir açıda havuza nüfuz eder.
• Absorbe edilen enerji suyu ısıtırak bir sıcaklık
gradyanı oluşturur ve bunun sonucunda
yoğunluk farkı oluşarak havuz içerisinde suyun
aşağı-yukarı hareket etmesine sebep olur.
• Bu şekilde havuz suyu sıcaklığı, atmosfer
sıcaklığı ile aynı aralıklarda kalır.
76. • En çok araştırma yapılan konvektif güneş havuzu
tipi sığ güneş havuzudur.
• Bu havuz, tuzsuz su ile doludur ve üzeri örtü ile
kaplıdır.
• Bu örtü konveksiyonu izin verirken suyun
buharlaşmasını önler.
• Havuzun alt kısmı siyah ve izolasyonludur.
• Üst kısımdaki örtü plastik veya cam olabilir.
• Güneş, gün boyu örtü altındaki suyu ısıtır.
• Geceleri ise sıcak su, ısı kaybını önlemek için bir
ısı depolama tankına depolanır.
• Sıcak suyun depolama tankına pompalanması
esnasındaki aşırı ısı kaybı sığ güneş havuzlarının
gelişmesini engellemiştir.
77. Sığ güneş havuzu, 4 m ×200 m, Dickenson vd, tarafından yapılmıştır (1976).
78. • Bir diğer konvektif güneş havuzu tipi derin
tuzsuz havuzdur.
• Bu tip havuzun sığ havuzlardan tek farkı, suyun
depolama tankına pompalanmasına gerek
yoktur.
• Havuzun üstünde çift kaplama vardır.
• Geceleri veya güneşin olmadığı durumlarda,
kaplamanın üstüne konan izolasyon ısı
kayıplarını azaltır.
