39244098-GUNEŞ-ENERJİSİ-DERS-NOTLARI-3

7/31/2019 39244098-GUNE-ENERJS-DERS-NOTLARI-3

1/60

GNE ENERJS

Prof. Dr. Olcay KINCAY


2/60

YATAY EK YZEY LKS

Gne rasatlar yatay yzey zerine gelentoplam nm vermektedir. Yatay yzeye gelennmn eik yzey zerine evrilmesi gerekir.

nk dz toplayclar gnee ynelmekte vebelirli bir eim as ile (S) durmaktadr. Yatayyzeyin geli as ise daha nce aadaki gibi

verilmiti:cosZ = sin sin + cos cos cosw


3/60

Doru nmn yatay yzeye gelen bileeni H, ile doru nm(max.) Hn arasndaki iliki;

Hn = H / cos z

Doru nmn eik yzeye gelenbileeni Hb ve doru nm (max)

Hn arasndaki iliki ise;

Hb = Hn cos T

Hb = H (cos T/ cos z)

R = Hb/ H = cos T/ cos z


4/60

R = Dnm Katsays

R = [cos (-S) cos cosw + sin (-S) sin] /[cos cos cosw + sin sin]

Eik yzeyi etkileyen doru nmn yzeye dik gelen bileeni

olan Hb deeri;

Hb = H . RToplam nm ve yaygn nmdan oluur. R sadece dorunma uygulanr. Doru nm vektrel deerdir yaygn nmvektrel deildir.


5/60

stanbuldaR S likisi


6/60

rnek:S

stanbulda 21 Aral

k saat 10.30da gneye bakan ve 50eim as ile duran eik yzeyin dnm katsaysnbulunuz.

= -23,5

= + 41

w = + 22,5 (saat 10.30 iin)

S = + 50Formlden,

R = 2,38 bulunur.


7/60

Enleme, Mevsime ve Dz ToplaycEim Asna Gre R Deerleri

z


8/60

rnek:

stanbul Yeilkyde gne enerjisi kullan

m suyu sistemi yap

lacakbir tesis yazn kullanlacaktr. Meteorolojinin verdii deerhaziran temmuz - austos ortalamas 4480 kcal/m2gn olduuna gre butesise konulacak dz toplaycnn yatayla yapaca ay ve eik

konumdaki dz toplay

c

dzlemine dik gelen toplam

n

m

n

bulunuz.

stanbulun enlemi: 41

S = enlem - 25 = 41 25 = 16 yaklak 15 alnabilir.Bu deer iin tablodan enterpolasyon yaplrsa R = 1,079 (ort)bulunur.

Hb = H . R = 4480 . 1,079 = 4833,92 kcal/m2

gndr.


9/60

DORU YAYGIN IINIM LKS

Yatay yzey zerine gne rasatlarndangelen toplam nm nca doru nm veyaygn nm olarak ayrmak gerekir.

Ayrmak iin bulunan yntemlerden biri ise

bir saatlik toplam nmn, bir gnlk

toplam nma oran ile gn uzunluuarasndaki ilikidir.


10/60

Saatlik Gnlk Inm likisi


11/60

DORU YAYGIN IINIM LKS

Dier bir yntem ise deiik enlemlerdeki atmosfer dgnlk toplam nm ilikisinden yararlanmaktr.

Dnya zerindeki gnlk toplam (ort.) nm, atmosferin

yapsndan ve bulutlardan etkilenmektedir. Inmperdelenmesi olay bulut endeksi kavram ile aklanr.

Bulut Endeksi = Gnlk toplam nm / Atmosfer dndaki(aylk ort.) gnlk nm


12/60

Atmosfer D Gnlk Inm(yatay yzeye gelen)


13/60

Yaygn -Toplam Inm likisi


14/60

rnek: stanbulda, aralk aynda, saat 10 -11.00arasndaki yaygn nm ve doru nm bulunuz.

Aralk aynda atmosfer dndaki toplam nm 3.000 kcal/m2dir (ekil-atmosferd nmdan). llen gnlk toplam (yatay yzey zerine gelen aylk ortalama)nm 1.150 kcal/m2dir.

Bulut Endeksi = 1.150 / 3.000 = 0,38dir. Gnlk yaygn gnlk toplam oran0,48 olarak (ekil-yaygn-toplam nm ilikisinden) bulunur.

Gnlk toplam (ort) yaygn nm = 1.150 x 0,48 = 552 kcal/m2 olur.

Aralk ayndaki gn uzunluu 9 saat olup saat 10 -11.00de le saatine uzaklk 1,5saattir.Yatay yzeydeki saatlik nm / gnlk nm oran 0,15 olarak (ekil-saatlik gnlk nm ilikisinden) bulunur.

Saatlik yayg

n

n

m = 552 x 0,15 = 82,8 kcal/m2

Saatlik toplam nm = 180 kcal/m2 (Aralk ay saat 10-11.00 arasndaki)

Saatlik doru nm = 180 82,8 = 97,2 kcal/m2 dir.


15/60


16/60

kkkkk

STANBULDA AYLIK ORTALAMA


17/60

STANBULDA AYLIK ORTALAMAGNELENME DEER

(Gztepe Meteoroloji stasyonu2003 ve 2004 yllar verileri)

STANBULDA AYLIK ORTALAMA


18/60

STANBULDA AYLIK ORTALAMAGNELENME SRES

(Gztepe Meteoroloji stasyonu2003 ve 2004 yllar verileri)


19/60

EK YZEYE GELEN TOPLAM IINIM

Eik yzeye kaynaktan nm gelir: Doru nm, yaygn nm ve

yansyan nm.

Doru nm: Vektrel deerdedir. Hb = H . R eklinde bulunur.

Yaygn nm: Gkten ve her ynden gelir, vektrel deildir. Yatayyzey gkten gelen btn nm, eik yzey ise bir ksmn grr.Yatay yzeye gelen yaygn nm (Hd) deeri eikyzeyin g grme deeri olan

[ (1+ cos S) / 2 ]ile arplarak eik yzeyi etkileyenyaygn nm deeri bulunur.


20/60

EK YZEYE GELEN TOPLAM IINIM

Yansyan nm: Topraktan yansyan doru ve yaygn nmdr. Eik

yzeyin grd toprak blm (1 cos S) / 2 ile belirtilir. Burada ,topran yansma katsaysdr (toprak iin 0,2 kar rts iin 0,7 deerikullanlr). Eik yzeyi etkileyen yansyan nm;

[ (H + Hd) . (1 cos S) / 2 ] olur.

Eik yzeyin ald toplam nm HT deeri ise doru, yaygn veyansyan nmlarn toplamdr.

HT = H.R + [Hd (1 + cos S) / 2] + [(H + Hd) . (1 cos S) /2 ]


21/60

BAZI LLERN H (kcal/m2-gn) DEERLER


22/60


23/60

BAZI LLERN 1 m DERNLKTEK

TOPRAK SICAKLIKLARI (C)

T ebeke suyu = T toprak - 5C alnmaldr.

stanbulda ortalama nm deerleri


24/60

stanbulda ortalama nm deerleri(cal/cm2h)

(Kandilli Rasathanesi)


25/60

rnek: stanbulda, mart aynda 50 eim as ileduran dz toplaycya, saat 12-13.00 arasnda gelentoplam nm bulunuz.

Tablo ve ekillerden alnan deerler:

= + 1 , Gn uzunluu = 12 saat, Atmosfer d gnlk nm = 6.400kcal/m2, Gnlk toplam nm = 2.530 kcal/m2, = 0,2

Yaplan hesaplar ve ekillerden alnan deerler:Bulut endeksi = 2.530 / 6.400 = 0,395

Yaygn toplam oran = 0,46 (ekilden)

Gnlk yaygn nm = 2.530 x 0,46 = 1.164 kcal/m2

Gnlk yaygn nm iin saat - gn oran = 0,13 (ekilden)

12-13.00 aras yaygn nm = Hd = 1.164 x 0,13 = 151 kcal/m2h

12-13.00 aras toplam nm = 360 kcal/m2h

12-13.00 aras doru nm = H = 360-151 = 209 kcal/m2h


26/60

rnek

Dnm katsays = R = 1,33Doru nm = H . R = 209 x 1.33 = 278 kcal/m2hYaygn nm = Hd (1 + cos S) / 2

= 151 (1 +cos 50) / 2 = 124 kcal/m2h

Yansyan nm = (H + Hd) . (1 cos S) /2= (209 + 124) . ( 1 cos 50) 0,2 / 2= 13 kcal/m2h

Toplam nm = HT = 278 + 124 + 13 = 415 kcal/m2h


27/60

STANBULDA EK YZEYEGELEN TOPLAM IINIM (HT)


28/60


29/60


30/60

STANBULDA ORTALAMA RZGAR

RASATLARI(Gztepe Meteoroloji stasyonu2003 ve 2004 yllar verileri)

TRKYEDE AYLARA GRE HAVANIN


31/60

TRKYE DE AYLARA GRE HAVANINORTALAMA SICAKLIK DAILIMI

(1971-2000 y

llar

aras

ndaki ortalama deerle2007 ve 2008 yllarnn mukayesesi)

DZ TOPLAYICININ


32/60

DZ TOPLAYICININ

KURULDUU EVRENN SICAKLII(Gnlk Ortalama Scaklk)


33/60

Meteoroloji Mdrlnde Yap

lanGnlk Scaklk lmleri

Gnlk scaklk lmleri saat 7.00, 14.00 ve 21.00de yaplr.

4

)(2... 21147

TTTSOG

++=

Gnlk ortalama scaklk

30

....... 3021

TTTSOA

+++=

Aylk ortalama scaklk

Maksimum Termometre Minimum Termometre


34/60

STANBULDA HAVANIN ORTALAMA

SICAKLIK RASATLARI (C)

Yllk Ort. Ocak ubat Mart Nisan Mays Haziran14 5 5 7 12 16 21

Temmuz Austos Eyll Ekim Kasm Aralk23 23 20 16 11 7

Not: Saat 6 - 18.00 arasndaki ortalama deerlerdir.


35/60

TEMEL BLGLER


36/60

KAVRAMLAR Yutma ( ): Yzeye gelen nmn bir blm yzey

tarafndan yutulur. Yzeyin yutma olana, yutmakatsays tarafndan belirlenir, boyutsuzdur.

Yayma (): Isnan yzey, scaklk derecesine veyzeyin fiziksel zelliklerine bal olarak, nm yayar.Kuramsal olarak siyah cisimlerin yayma olanaidealdir ve bir birime eittir. Gerekte, yzeylerinyayma olana birimden azdr ve yayma katsays ilebelirtilir, boyutsuzdur.

Gei ( ): Saydam ve yar saydam yzeylere gelennmn bir blm yzeyin dier tarafna geer.Gei oran ile belirtilir, boyutsuzdur.


37/60

KAVRAMLAR Yansma (): Yzeyin ald nmn bir blm

yansr. Yansyan nlarn oran, yansma katsays ilebelirtilir, boyutsuzdur.

Siyah cisim: Inmlar yutma ve yayma olana idealolan yzeye siyah cisim denir. Tanmlamaya gresiyah cisimde yutma olana birime eittir. Gerekteise siyah cisme en yakn gelen madde is karasdr,=0,99. Tanmlamaya gre siyah cisimde yaymaolana birime eittir. Gerekte beyaz ZnO buduruma en yakn gelen maddedir ve = 0,93dir.


38/60

KAVRAMLAR Dalga uzunluu (): Inlarn dalgalar halinde

yayldna dair kuram baz olaylar karsndayetersiz kalnca, nlarn paracklar (foton)eklinde yayld kuram gelitirilmitir. Gne

enerjisi ile ilgili al

malarda dalga kuram

geerliliini korumaktadr. Elektromanyetiknmn boluk iinde, k hz ile ve dalgalarhalinde ilerledii ve hernmn kendine zg

bir dalga uzunluu bulunduu kabuledilmektedir.


39/60

KAVRAMLAR Efektif yayma (E): Scakl nedeni ile nm

yayan bir yzeyden kan nlar ikinci bir yzeylekarlarsa, ikinci yzey snarak geri nmmeydana getirecek ve bu iki yzey arasndasrekli olarak nm ve geri nm olay devamedecektir. Bu durumda her iki yzeyin yaymakatsaylar bir denklemde birletirilerek efektifyayma katsays bulunur:

1

1

1

1

21

E

+

=


40/60

STEFAN BOLTZMAN KANUNU deal bir siyah cisim, T scaklna kadarstldnda birim alanda

qrdeerinde nm yayar. Bu Stefan Boltzman ifadesi ilebelirtilir;

T [K] ve Stefan-Boltzman sabiti olup 5,6697.10-8 W/m2K4deerine eittir. Gerek cisimler daha az enerji yayarlar;

Inm yayan cisimler evrelerinden nm alrlar. evre scakl

Ts ve iki yzey arasndaki efektif yayma E olduunda yzeyinnm enerji kayb;

4

r .Tq =

4

r ..Tq =

)T.(T.q 4S4Er =


41/60

KIRCHOFF KANUNU Belirli bir dalga uzunluundaki nm iin monokromatik yutma,

monokromatik yaymaya eittir ve Kirchoff Kanunu ile belirtilir;

Yutma, gei ve yansma toplam birime eittir.

Saydam olmayan madde iin yutma ve yansma toplam birimeeittir.

Bu durumda;

yazlabilir.

=

1 =++

1 =+

1 ==


42/60

PLANCK KANUNU

ile aklanan siyah cismin masdr. Bu, birsiyah cisim tarafndan yaylan maksimum radyasyondur.Siyah cisim ideal bir objedir ( =1). Siyah cismin masPlanck yasas ile ifade edilir. Inm spektrumu, dalgaboyuna baldr ve enerji dalm aadaki gibidir;

q = belirli bir dalga boyu iin monokromatik nmenerjisi

C1 = 3,7405. 10-16 W/m2

C2 = 0,0143879 m K

4

r

.Tq =

=

1e

.cq

T)/(C

5

1

2


43/60

WIEN KANUNU

S

cak bir cisim enerjiyi dalga uzunluununyounluunun deiimine bal olarak yayar.Ima aral dalga uzunluunun tepe noktaskaynak s ile ilikilidir.

Bir cisim snmaya baladka dalga boyuksalmaya balar ve ierdii tm enerjiyi daryaverir.


44/60

Aadaki ekilden de grlecei zere s arttka enerji

younluu da artmaktadr. 500 Kde krmz grnen obje5000 Kde sarya dnr.

Gne de siyah cisim gibi 6000 Kde ma yapar ve

maksimumu yeil blgede bulunacak ekilde btn renklerikapsar.

Buradan iki nemli kural ortaya kar:


45/60

Buradan iki nemli kural ortaya kar:

a) Scak cisimler ok enerji yayarlar,b) Cisimlersndka renkleri maviye dnr.

Spektral mann en st dzeyde olduu dalga uzunluu

Wien Yer Deitirme Kanunu ile tanmlanr:

burada;

max : Imann maksimum olduudalga uzunluu (m)

A : 2898 (m K) ve T : Scaklk (K)

dir. Bu formlden artan scaklk ilemann maksimum olduu dalgauzunluunun azald grlr.

T

Amax =


46/60

Yeryzne gelen gne enerjisi atmosfer tarafndan sourulma(yutulma), datlma (sanma) ve yanstlma gibi ilemlersonucu deitirilmektedir. Sourulmann nedeni, ok atomlumolekllerin titreim ve dnmelerinin deiik enerji seviyelerine

geii olduu kadar atom ve molekle bal elektronlarn farklenerji seviyesine geiindendir.


47/60

S a n m a

Gne IEer paracklarn bykl paracndalga boyundan kk ise bu tr sanmayaRayleigh Sanmas ad verilir. Oksijen ve

nitrojen gibi hava moleklleri kkmolekllerdir ve n ok ksa dalgaboylarnda sanrlar (mavi ve mor). Akgneli bir gnde gkyzn mavigrmemizin nedeni de budur.

Sanmn dier bir tr de Mie Sanmdr. Bulutlar oluturan


48/60

Sanmn dier bir tr de Mie Sanmdr. Bulutlar oluturandamlacklar 20 m apnda olup boyutlar grnen dalga boyuna

eittir. Bunun anlam ise bulutlara giren tm n her zamansanddr.

len vakti gne nlarnn yolu en ksadr ve gkyz beyaz

gzkr. Bu sanma atmosferin alt tabakalarnda meydana gelir(0 4500 m).


49/60

Atmosferik Yutulma

Atmosferik yutulma (sourulma) atmosferi meydana

getiren bileenlerin etkin enerjilerinin yutulmas ilesonulanr. En etkin yutucular su tanecikleri,karbondioksit ve ozondur. Atmosferik pencereleratmosferin ksmi olarak geirebildii enerjinin dalga

boyu genilikleridir.

Atmosferde en baskn pencere grnr blge veradyo dalgalardr. Buna karlk X nlar ve mor

tesi nlarok keskin birekilde yutulmulardr.Gamma ve kzl tesi nlar buna gre daha azyutulmulardr.


50/60

Geirgenlik Uzun dalga boylarnda atmosfer temel olarak 30 m dalga

boyuna kadargeirgendir. Buna karn ksa dalga boylarnda;uzak ve orta kzltesi yakn kzltesi ve grnr blgedegeirgen deildir. Aadaki genelletirilmi diyagramda farkldalga boylarnn greceli olarak atmosfer geirgenliigsterilmitir. Su gibi baz yzey maddeler radyasyonun birksmn dorudan geirir.


51/60

Geirgenlik

Mavi blgeler gelen ve/veya giden radyasyonun

minimal gei alann gsterirken, beyaz blgelerhava moleklleri ile radyasyonun birbiri ileetkileimde olmad atmosferik pencereleri

gstermektedir. Bir baka deyile beyaz blgederadyasyon emilmez. Atmosfer EM-radyasyonumid-IR de ve tm far-IR blgelerinde neredeyse

geirmez. Mikrodalga blgesinde bunun tamtersine radyasyonun ou geer, bylece radardalgalarnn ou yzeye ular.


52/60


53/60

SECYZEY Gnein nm spektrumu ile bu nmn stt dk

scaklktaki dz toplayc yzeyinin nm spektrumuakmamaktadr.

Yaklak 2 m ve daha kk dalga uzunluklarnda gneenerjisini ok miktarda yutan ve yaklak 3 m ve daha bykdalga uzunluklarnda (uzun dalga s nm) geri nm azmiktarda yayan, yani dalga uzunluunu yararl ekilde

seen yzeyler gneten gelen enerjiden maksimum yararsalar.


54/60

SECYZEY

Gelen gne radyasyonu iin yksek sourganlk (yutma)( ) ve yansyan radyasyon iin dk yayma () deerleriveren sourucu plaka yzeyleri seici yzey olarakadlandrlr.

Bu yzeylerin seicilii, temizlenmi ve parlatlm metalyzeyin zerine byk dalga boylarnda saydam, kk dalgaboylu gne radyasyonlar iin yksek sourganlk gsterenince yzey tabakas oluturulmas ile elde edilir. Yzeytabakas 1 mden daha ince kalnlktadr ve deiik

metotlarla elde edilir. Bu metotlar arasnda elektro-kaplama,kimyasal dnm, anodsal oksidasyon saylabilir.


55/60

SECYZEY Cu O ve siyah Ni yzey tabakalar pratik adan bakldnda ilk

uygun seici yzeylerdir:

Cu O tabaka temizlenmi ve parlatlm Cu plakann scakNaOH ve NaClO2 solsyonunda belirli bir sre bekletilmesi ilekimyasal dnm metoduyla elde edilir. Bu yzeyde

= 0,89 ve = 0,17 dir. Su stma gibi dk scaklkuygulamalar iin uygundur.

Galvanize edilmi demir levha; nikel slfat, inko slfat,

amonyum slfat ve sitrik asitten oluan sulu elektrik banyosunadaldrlp elekro-kaplama ile siyah Ni levha elde edilir. Buyzeyde = 0,81 ve = 0,16-0,8 dir. Siyah Ni in Cu ve hafifelik zerine elektro-kaplama ile elde edilmesi dearatrlmtr. Bu alma sonucunda ise = 0,89 ve

= 0,09-0,15 deerlerine ulalmtr.


56/60

SECYZEY En baarl seici yzeylerden bir tanesi siyah Crdur. Cu

veya elik zemin zerine nce Ni kaplanr. Sonra bukaplamann da zerine Cr paracklar veya Cr2O3alamlar elektro-kaplama yntemi ile kaplanr. Siyah Criin = 0,868 ve = 0,088 deerleri bulunmutur. lerisaflk derecelerinde = 0,92-0,97 ve = 0,04-0,06deerlerindedir. Siyah Cr mkemmel seici yzeyzelliklerine ilave olarak son derece mukavemetli birmalzemedir.

Anotsal oksitlenme ile oluturulan metal-yaltkan ok

dayankl bir kaplama gelitirilmitir. Bu kaplama 0,7 mkalnlndaki gzenekli Al2O3 tabakasnn iine konmuNi tanelerinden meydana gelmektedir. = 0,92-0,97 ve = 0,1-0,26 aralndadr.

Baz Yutucu Levhalarn Yutma


57/60

BazYutucu Levhalarn Yutma

ve Neretme Katsaylar


58/60

ST RTNN GE KATSAYISI

st rt genellikle camdr. Cam

zerine gelen nmn bir ksmyansr, bir ksm yutulurve gerikalan ksm camdan geer.

Cam tarafndan yutulan nmenerjisi, snme katsays, K, ilecam kalnl, L, tarafndanetkilenir.

K kristal = 0,04 / cmK adi cam = 0,32 / cm

Geli as byk olursa yansmafazla, gei az olur.


59/60

TOPLAYICI SACIN YUTMA KATSAYISI

Geli as , toplayc sacnyutma katsays zerinde etkiyapar. Geli as 0C olduuzaman (yzeye dik gelennm) dzeltme katsays, D,

birdir ve yutma katsays, n, ile

gsterilir.

= D n


60/60

GE YUTMA KATSAYISI

Dz toplaycya gelen nm, nce cam rtde gei kaybna

sonra seici yzey zerinde yutma kaybna urar ve toplaycsaca ular. Bu olgu, yansma, yutma ve geri yansmaolaylarnn gerekletii karmak bir olaydr. Net gei-yutmakatsays:

( ) net = - d]

d = Yaygn yansma katsays

d, tek cam = 0,16d, iki cam = 0,24

d, cam = 0,29 deerini alr.

Documents

39244098-GUNEŞ-ENERJİSİ-DERS-NOTLARI-3