mahonick Üye Puan: 1768.5  | Gönderilme Tarihi: 19 Aralık 2011 18:35:12
YAŞ SEBZE-MEYVE KURUTMA İŞLEMİNDE GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ HİBRİD SİSTEMLİ MAKİNA KULLANIMI
ÖZET
Yapılan bu çalışmada, güneş enerjisi destekli hibrid (gün ısı sistemi-güneş pili-elektrik şebekesi) sistemden beslenen bir ton kapasiteli, kapalı sistemli ve taşınabilir yaş sebze veya meyve kurutma makinesi tasarlanmıştır. Güneş enerjisinden elde edilen elektrik enerjisi, su deposu etrafına döşenen rezistanslar sayesinde ısı enerjisine çevrilmektedir. Ayrıca, makine içinde küçük bir kalorifer sistemi bulunmaktadır. Gün ısısıyla elde edilen sıcak su, makinenin içerisinde dolaştırılmakta ve bu sayede güneş enerjisinden maksimum fayda sağlanmaktadır. Kullanılan kontrol sistemi, makinenin iç sıcaklığını, sistemden çekilen akımı ve borulardan akan sıcak suyun debisini sürekli kontrol etmekte ve makinenin üretimi yapılacak ürünün çeşidine göre farklı sıcaklıklarda çalışabilmesini sağlamaktadır. Makine içerisinde kurutma esnasında oluşan su buharını tahliye etmek için fan sistemi bulunmaktadır. Kurutma esnasında oluşan su buharı kullanılan fanlar sayesinde tahliye edilmektedir. Makinenin içinde ısı iletkenliği yüksek, dışında ise düşük malzeme kullanılmaktadır.
Tasarlanan sistem, kısa sürede kaliteli kuru sebze ve meyve üretmek ve diğer ülkelerle bu pazarda rekabet edebilmek amacıyla yapılmıştır. Buradaki asıl amaç, kısa sürede kaliteli ürün üretecek olan bu makine için gerekli enerjinin tamamına yakınını yenilenebilir enerji kaynaklarından elde etmektir.
1.GİRİŞ VE AMAÇ
Artan nüfus ve enerji ihtiyacı birbirini tetikleyen iki önemli unsurdur. Gelişmiş ülkelerde artan enerji ihtiyacıyla birlikte alternatif enerji üretim yollarını aramak, ülkelerin gelişmişlik düzeyleriyle doğru orantılıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları bu noktada en önemli rolü üstlenmektedir. Çünkü, bunlar tükenmez ve süreklidir. Teknolojideki gelişme her alanda olduğu gibi bu alanda da etkili olmuş ve yenilenebilir enerji kaynaklarının verimli kullanımı, son yıllarda üst düzeye çıkmış ve bununla ilişkili çalışmalar her geçen gün artmaya devam etmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları denilince akla
öncelikle güneş, su, jeotermal ve rüzgar enerjisi gelmektedir. Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilmiş elektrik enerjisinin birçok alanda kullanımı görülmektedir. Endüstriyel alanda başlayan bu uygulamalar zaman ilerledikçe gündelik kullanıma doğru kaymaktadır. Özellikle güneş enerjisinin ısıl uygulamaları son yıllarda oldukça artmıştır. Bu uygulamalara örnek olarak; güneş enerjisinden sıcak su üretimi, evlerin ve işyerlerinin ısıtılmasında, sera vb üretim alanlarının ısıtılması gösterilebilir. Hayat kaynağı olan güneşin en büyük enerji kaynağı olarak kullanılması yolunda araştırmalar ve teknolojik gelişmeler devam etmektedir. Güneş enerjisi baz alınarak oluşturuluş sistemlerin az bakım masrafı getirmesi ve verimli olarak kullanımının artması, bu sistemlerin kullanımı ve inşasını alternatif enerji kaynaklarından enerji üretiminde ön sıralara çıkarmaktadır [1].
Ülkemizin sahip olduğu ekonomik öğelerden birisi hatta en önemli öğenin tarım olduğu bilinen bir gerçektir. Tarım teknolojileri gelişmekte ve kendilerine yeterli uygulama alanı bulmaktadır. Ülkemiz son yıllarda artan kuru sebze-meyve pazarında kendine yer aramakta, fakat yeterli altyapı ve teknik donanım eksikliğinden kendisine bu alanda yeterli pay bulamamaktadır. Tarım da enerji kullanımı gelişen teknolojiyle birlikte artmaktadır. Güneş enerjisinden beslenen sistemlerin birçok alanda kullanılmaya başlanmasıyla birlikte, bu teknolojinin tarım alanında da kullanılmaya başlaması kaçınılmazdır. Bu nedenle bu çalışmada, güneş enerjisinin ısıl ve elektriksel uygulamaları kullanılarak yaş sebze-meyve kurutma makinesi tasarlanmıştır.
2.MAKİNA YAPISI VE SİSTEM ELEMANLARI
Makine yapısı, Şekil 1’de görüldüğü gibi, dıştan içe olmak üzere koruyucu konstrüksiyon, yalıtım malzemesi 1 (köpük), yalıtım malzemesi 2 (cam elyafı), sıcak su boruları, taşıyıcı konstrüksiyondan oluşturulmuştur. Bununla birlikte makine içerisinde kuruma esnasında oluşacak buharın tahliyesini ve sıcak hava sirkülasyonunu sağlayan; havalandırma fanları makine zeminine şekil-2’de gösterildiği gibi yerleştirilmiştir. Makine tavanında ise oluşan su buharının dışarıya tahliyesini sağlayan bir havalandırma kanalı bulunmaktadır.
Şekil 1. Dıştan İçe Makina Yapısı
Sistemde kullanılacak kollektör sayısı ve çeşidi, sistemin üretim kapasitesi ve süresine bağlı olarak değişebilir. Yüksek sıcaklık gereksiniminden dolayı yoğunlaştırıcı bir kolektör sisteminin kullanılması daha uygundur. Güneş enerjisi uygulamalarında, düzlemsel güneş kollektör sistemlerinin yanı sıra daha yüksek sıcaklıklara ulaşmak için yoğunlaştırıcı kollektör sistemleri kullanılmaktadır. Düzlemsel güneş kollektörleri için kullanılan kavram ve tanımlar, yoğunlaştırıcı kollektörler için de geçerlidir. Bununla birlikte, yoğunlaştırıcı kollektör teknolojisinin daha karmaşık olması nedeniyle yeni tanımların yapılması gereklidir.
Kollektörlerde güneş enerjisinin düştüğü net alana "açıklık alanı" ve güneş enerjisinin yutularak ısı enerjisine dönüştürüldüğü yüzeye "alıcı yüzey" denir. Düzlemsel güneş kollektörlerinde açıklık alanı ile alıcı yüzey alanı birbirine eşittir. Yoğunlaştırıcı kollektörlerde ise güneş enerjisi, alıcı yüzeye gelmeden önce optik olarak yoğunlaştırıldığı için alıcı yüzey, açıklık alanından daha küçük olmaktadır [2].
Parabolik oluk kolektörler, doğrusal yoğunlaştırıcı termal sistemlerin en yaygınıdır. Bu kollektörler, kesiti parabolik olan yoğunlaştırıcı dizilerden oluşur. Kolektörün iç kısmındaki yansıtıcı yüzeyler, güneş enerjisini, kollektörün odağında yer alan ve boydan boya uzanan siyah bir absorban boruya odaklarlar. Kollektörler genellikle, güneşin doğudan batıya hareketini izleyen tek eksenli bir izleme sistemi üzerine yerleştirilirler. Enerjiyi toplamak için absorban boruda bir sıvı dolaştırılır. Toplanan ısı, elektrik üretimi için enerji santraline gönderilir. Bu sistemler yoğunlaştırma yaptıkları için daha yüksek sıcaklığa (350-400°C) ulaşabilirler [3].
Şekil 2. Fanların Yerleşim Şekilleri
Düzlemsel güneş kolektörleriyle sistem dizayn edildiğinde ise depolanan suyun dışarıdan zorlamasıyla depo içerisindeki su istenilen sıcaklığa getirilebilir. Bu zorlama yukarıda da belirtildiği gibi değişik yollarla yapılabilir. Bu tür kolektörler, güneş enerjisini toplayan ve bir akışkana ısı olarak aktaran çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır. En çok evlerde sıcak su ısıtma amacıyla kullanılmaktadır. Ulaştıkları sıcaklık 70°C civarındadır. Düzlemsel güneş kollektörleri, üstten alta doğru, camdan yapılan üst örtü, cam ile absorban plaka arasında yeterince boşluk, metal veya plastik absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve bu bölümleri içine alan bir kasadan oluşmuştur. Absorban plakanın yüzeyi genellikte koyu renkte olup bazen seçiciliği artıran bir madde ile kaplanır. Kollektörler, yörenin enlemine bağlı olarak güneşi maksimum alacak şekilde, sabit bir açıyla yerleştirilirler. Güneş kollektörlü sistemler doğal dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılır. Bu sistemler evlerin yanında, yüzme havuzları ve sanayi tesisleri için de sıcak su sağlanmasında kullanılır
Foto-voltaik paneller, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren optiksel ve elektriksel özellikleri gelişmiş diyotlardan oluşmuş hücrelerin birbirlerine seri yada paralel şekilde bağlanmasıyla oluşturulmuş düzeneklerdir. Sistemin elektrik enerjisi gereksinimini sağlamak amacıyla seçilecek olan fotovoltaik panellerden oluşturulacak modül dizaynı sistemin büyüklüğü ve üretim kapasitesi ile doğru orantılıdır [4].
Isı yalıtkanlığı yüksek olan köpük ve cam elyafı, şekil 1’de görüldüğü gibi koruyucu ve taşıyıcı konstrüksiyon arasına yerleştirilmiştir. Makine içerisinde ısı kaybını minimuma indirmek için iki ayrı yalıtkan madde kullanılması uygundur. Köpük ve cam elyafı kullanım ve maliyet açısından en uygun yalıtım malzemeleridir.
3.SİSTEMİN ÇALIŞMA SÜREKLİLİĞİ VE KONTROLÜ
Sistemi sürekli çalışır vaziyette tutmak amacıyla hibrid sistem kullanılmaktadır. Bu sayede sistem gece, gündüz ya da yeterli güneş ışığının olmadığı zamanlarda sistemin çalışmasını sağlamaktadır. Güneş kolektörlerinden gelen sıcak akışkanın (suyun) toplandığı deponun etrafına rezistanslar yerleştirilmiştir. Bu rezistanslar yeterli sıcaklığın sağlanamadığı durumlarda su deposunu dolayısıyla içerisindeki akışkanı gerekli sıcaklığa ulaştıracak ve bu sayede sistemin çalışmasının sürekliliği sağlanacaktır.
Sistemin çalışmasının sürekliliği için alternatif diğer bir yol ise makine içerisine rezistanslar döşemektir. Makine içerisine döşenmiş olan rezistanslar, yeterli miktarda elektrik enerjisi sağlandığı takdirde makine içerisinde yeterli sıcaklığı oluşturacak ve kurutma için gerekli olan ısı enerjisini sisteme verecektir. Sistemin sürekliliği için daha farklı kombinasyonlar da oluşturulabilir. Örneğin, rezistanslar için gerekli olan elektrik enerjisi farklı üç şekilde veya bunların ikili ve üçlü kombinasyonları ile sağlanabilir:
1) Şebeke entegrasyonu ile
2) Güneş enerjisinden elde edilmiş bataryalarda
depolanmış elektrik enerjisi ile;
3) Bölgenin rüzgar kapasitesi bu enerjiden
elektrik üretmeye uygun ise rüzgar türbini ile üretilmiş ve daha sonra bataryalarda depolanmış elektrik enerjisi ile.
Sistemin gece ya da yeterli ışınımın olmadığı kapalı günlerde çalışmaya devam etmesi için sistemdeki güç akışını sıcaklık değişimlerine göre değiştiren kontrol sistemi kullanılmaktadır. Şekil 3’ te de görüldüğü gibi kontrol sistemi, makine içerisindeki sıcaklığı ve depo içerisindeki suyun sıcaklığını sürekli kontrol altında tutmaktadır. Depo içerisindeki suyun sıcaklığı ve makine içerisindeki sıcaklık belirlenen değerin altına düştüğünde kontrol sistemi, şebeke enerjisiyle çalışan depo ısıtıcılarını devreye sokmakta ve bu sayede sistemi sürekli istenilen sıcaklıkta tutmaktadır. Sistem, belirlenen üst sıcaklığa ulaştığında ise depo ısıtıcılarını devreden çıkarmaktadır
Şekil 3. Makinenin Kontrol Sistemi
4.SİSTEMİN ENERJİ GEREKSİNİMİ VE KURUTMA SÜRESİ TAYİNİ
Kurutulması düşünülen X ürünü, kuruma süresi boyunca güneşten gelen ışınım miktarının % S ’sini absorbe etmektedir. X ürününün kuruma süresi N gündür. Bir ton X ürününün geleneksel kurutma yönteminde arazi üzerinde yayılı olarak kapladığı alan D, birim alana güneşten gelen günlük ortalama ışınım miktarı kWh/m2 olsun. 1 ton X ürününün kuruma süresinde absorbe atiği enerji (kWh) miktarı, QX şöyle hesaplanır:
Makine içerisine döşenmiş olan borulardaki akışkan miktarı M, güneş kollektörlerinin sağladığı saatlik sıcaklık farkı ΔTi olsun. Burada i = 0,…….,t (günlük aydınlanma süresi) şeklinde ifade edilmektedir. Kollektörlerden elde edilen toplam enerji miktarı, QT aşağıdaki gibi hesaplanır:
QT , QX ’ten ne kadar büyükse kuruma süresi o kadar kısa olacaktır. Kollektörlerden yalnızca gündüz enerji sağlanacağından gece gerekli olan enerji gündüz fotovoltaik panellerden üretilen ve bataryalarda depolanan elektrik enerjisinden sağlanacaktır. Bu miktar yetersiz kaldığında ise şebekeden besleme yapılacaktır.
Seçilen birim modülün üreteceği güç uygun coğrafi bölgede saatlik olarak QMi olsun. Fotovoltaik modüllerden elde edilecek olan toplam enerji miktarı, QM şu şekilde hesaplanır:
Qx , QM ‘den büyük olacağı için kullanılacak olan panel sayısı, Np şöyle bulunur:
Burada QF, gün boyunca havalandırma fanlarının tükettiği enerjidir.
5. SONUÇLAR
Tasarlanan güneş enerjisi destekli hibrid sistemden beslenen yaş sebze veya meyve kurutma makinesi ile güneş enerjisinden maksimum fayda sağlanmış ve ürünün kuruma süresi kısaltılarak verim artırılmıştır. Makinenin toplam ürün kapasitesi bir ton kuru sebze veya meyve olarak tasarlanmıştır. Sistemde asıl amaç, kurutma makinesi içerisinde sıcaklığı istenilen düzeye çıkarmak ve belirlenen sıcaklık değerleri arasında tutmaktır. Kullanılan kontrol sistemi makine ve depo içerisindeki sıcaklığı istenilen değerler arasında tutmaktadır. Makine içerisinde ısı iletkenliği yüksek malzeme dışarısında ise yalıtkanlığı yüksek malzeme kullanılmıştır.
Güneş kolektörleri ile elde edilen sıcak su, makinenin içerisinde dolaştırılarak güneş enerjisinden maksimum fayda sağlanmıştır. Oluşturulan kapalı sistemin sıcaklığı, sürekli denetim altında tutulmakta ve enerji yetersizliğinde eksik kalan enerji şehir şebekesinden sağlanmaktadır. Tasarlanan bu makinenin taşınabilir olması başka bir bölgede rahatlıkla kullanılabilmesine olanak sağlayacağı için ayrıca bir avantaj getirmektedir.
Güneş enerjisi destekli bu ve benzeri makinelerin tarımda kullanılması, ürünlerimizin kalitesini yükseltecek ve uluslararası pazarlarda ülkemizin rekabet gücünü ve pazar payını arttıracaktır. Tarımda fosil yakıt tüketiminin azalması da ülke ekonomisine büyük bir katkıda bulunacaktır. Yapılması gereken, yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanan sistemlerin uygulamalarının arttırılmasını sağlamaktır. Yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik araştırmalar ülkelerin gelişmişlik düzeyleriyle doğru orantılıdır. Ülkemizin güneş kuşağı denilen iyi ışınım değerlerine sahip ülkelerin arasında bulunması, ülkemiz ve bu araştırmaların uygulanabilmesi için büyük önem taşımaktadır. Bu avantajlı konumun hem tarımda hem de sanayide en iyi şekilde kullanılması büyük yarar sağlayacaktır.
KAYNAKLAR
[1]Varlık T., Hocaoğlu F. O. ve Kurban M., 2006. Tarımda Güneş Enerjisi Destekli Çok Amaçlı Bir Isıtma Sisteminin Önerilmesi, III. Ege Enerji Sempozyumu, Muğla, 24-26 Mayıs 2006.
[2]Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Müdürlüğü web sayfası-http://www.eie.gov.tr
[3]Solareks Solar Energy Systems-http://www.solareks.com/urunler.html
[4]Oktik, Ş., Güneş-Elektrik Dönüşümleri , Temiz Enerji Vakfı, sayfa;34-38, Ankara, 2001.
|
Anasayfa > Tüm İçerikler > Diğer > Eğitim > Teknik Eğitim > YAŞ SEBZE-MEYVE KURUTMA İŞLEMİNDE GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ HİBRİD SİSTEMLİ MAKİNA KULLANIMI
Ara
