Comparison of heat efficiency of flat-plate and vacuum tube collectors integrated with Organic Rankine Cycle in Adana climate conditions
Ayhan Atiz1, Mehmet Karakilcik21Department of Mathematics and Science Education, Faculty of Education, Alanya Alaaddin Keykubat University, Alanya, Antalya, Turkey2Department of Physics, Faculty of Sciences and Letters, University of Cukurova, Adana, Turkey
In this study, the thermodynamic performance of solar collectors (FPSCs) and vacuum tube solar collectors (VTSCs), electricity and hydrogen production were numerically compared. Both systems were analyzed for one year in Adana climate conditions. FPSCs and VTSCs are solar energy technologies that can produce heat energy from solar energy. They are used in various places to meet the need for hot water or warming. However, today electricity is used more in many places, electricity generation is becoming more valuable every day. Thus, humanity seeks to produce electricity from various sources. Organic Rankine Cycle (ORC) is a very important machine that can produce electricity from sources at low and high temperatures. In this way, the heat energy produced in the FPSCs and VTSCs was transferred to the ORC by means of a pump and electricity was generated. The electricity produced in the ORC was transferred to an electrolysis system where hydrogen was produced by electrolysis of water. The thermodynamic analysis of the system was carried out by the Engineering Equation Analyzer (EES) simulation program. According to the results, with the increase of the solar energy and ambient temperature, the thermal efficiency of the system consisting of the FPSCs and VTSCs and thus the power production efficiency of ORC increased. Thanks to these increases, hydrogen production has also increased significantly. Thus, in July, the maximum thermal efficiency of VTSCs and FPSCs was found as 6.25% and 5.46%, respectively.
Keywords: Solar energy, Flat-plate and vacuum tube solar collector, Organic Rankine cycle, Electricity and hydrogen production, Energy efficiencyAdana iklim koşullarında Organik Rankine Çevrimi ile bütünleşik düzlem-plakalı ve vakum tüplü kolektörlerin ısıl verimlerini karşılaştırılması
Ayhan Atiz1, Mehmet Karakilcik21Alanya Alaaddin Keykubat Üniversitesi, İlköğretim Matematik ve Fen Bilimi Eğitimi Bölümü, Alanya, Antalya, Türkiye.2Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Adana, Türkiye
Bu çalışmada, düzlemsel güneş kolektörleri (DGK’lar) ile vakum tüplü güneş kolektörlerinin (VTGK’ler) termodinamik performansı, elektrik ve hidrojen üretimi numerik olarak karşılaştırıldı. Her iki sistem analizi Adana iklim koşullarında bir yıl boyunca yapıldı. DGK’lar ve VTGK’lar güneş enerjisinden ısı enerjisi üretebilen güneş enerjisi teknolojileridir. Bunlar çeşitli yerlerde sıcak su ihtiyacı veya ısınma ihtiyacını karşılamak için kullanılır. Ancak, günümüzde elektriğin birçok yerde kullanılmasından dolayı, her geçen gün elektrik üretimi daha kıymetli hale gelmektedir. Böylece, insanlık elektriği çeşitli kaynaklardan üretmenin yollarını aramaktadır. Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) düşük ve yüksek sıcaklıklardaki kaynaklardan elektrik üretebilen çok önemli makinalardır. Bu sayede, DGK’ larda ve VTGK’ larda üretilen ısı enerjisi bir pompa yardımıyla ORÇ’ ye aktarılarak elektrik üretilmiştir. ORÇ’ de üretilen elektrik bir elektroliz sistemine aktarıldı ve burada suyun elektrolizi ile hidrojen üretilmiştir. Sistemin termodinamik analizi Mühendislik Eşitlik Çözümleyici (EES) benzetim programı ile yapılmıştır. Sonuçlara göre, güneş enerjisi ve ortam sıcaklığı artışıyla birlikte DGK ve VTGK’ den oluşan sistemin termal verimi ve dolayısıyla da ORÇ' nin güç üretim verimi artmıştır. Bu artışlar sayesinde, hidrojen üretimi de önemli ölçüde artmıştır. Bu nedenle, Temmuz ayında VTGK'lar ve DGK'ların ısıl verimleri sırasıyla maksimum %6.25 ve %5.46 olarak bulundu.
Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi, Düzlem-levhalı ve vakum tüplü güneş kolektörü, Organik Rankine çevrimi, Elektrik ve hidrojen üretimi, Enerji verimiCorresponding Author: Mehmet Karakilcik, Türkiye
Manuscript Language: Turkish