Energy and Exergy Analysis and Performance Optimization of a Solar Power Tower System

Abstract

Yenilenebilir enerji doğal olarak yenilenen ve insan ömrü açısından neredeyse sonsuz gibi gözüken kaynaklardan elde edilir. Elektrik ve ısıl enerji üretilebilen yenilenebilir enerjilerin çoğu güneş enerjisine bağlıdır. Güneş enerjisinden ısıl enerji ve elektrik üretmenin yollarından biri de güneş enerji kulesi santralleridir. Güneş enerji kulesi santralleri, güneş ışığını önce ısıya daha sonrasında mekanik enerjiye ve son olarak da elektrik enerjisine çevirir. Söz konusu teknoloji heliostat denen güneşi takip eden yüzlerce hatta binlerce aynayı kullanmaktadır. Bu aynalar güneş ışığını genellikle bir kulenin tepesinde bulunan alıcıya yönlendirir. Alıcının içinde bulunan eriyik tuz almış olduğu ısıyı çalışma akışkanına aktararak buhar üretilmesini sağlar. Buhar ise Rankine çevriminde kullanılarak elektrik üretir. Bu çalışmada taşıyıcı akışkan olarak eriyik tuz kullanan çukur alıcılı bir güneş kulesi sisteminin literatürden alınan parametreleri kullanılarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Daha sonra sistemin heliostat alanı, alıcının yayma katsayısı, alıcının yansıtma katsayısı, alıcı boru çapı, görüş faktörü ve konsantrasyon faktörünün değişiminin enerji ve ekserji verimi, alıcının yüzey sıcaklığı ve alıcının toplam ısı kaybı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu çalışmada ayrıca sistemin performans optimizasyonu da sistemin Carnot benzeri bir makinasının modellenmesi ile gerçekleştirilmiştir. Analiz için gerekli olan denklemler MATHEMATICA programı yardımı ile elde edilmiş ve elde edilen denklemler de MATLAB programında yazılan bir program yardımıyla çözülmüştür. Çözüm sonucunda sistemin ürettiği maksimum güç ve maksimum güç yoğunluğuna dayalı olarak optimum parametreler elde edilmiştir.