Seçici Yüzeyli Kollektör Kullanımının Önemi

Direkt veya dolaylı olarak ısı enerjisine ihtiyaç duyulan uygulamalarda güneşten etkin şekilde faydalanabilmek için amaca uygun şekilde sistem tasarlamak ve yüksek verimli ekipmanlar kullanmak gerekir. Güneş ışınlarının ısı enerjisine dönüştürülmesindeki fonksiyonları ve tesis yatırım bedeli içerisindeki maliyet payları dikkate alındığında, söz konusu ekipmanların başında güneş kollektörleri yer almaktadır.

Atmosfer dışındayken yüksek enerji potansiyeline sahip olan güneş ışınları atmosferdeki meteorolojik durumlara, iklimsel koşullara, jeolojik yapılara ve coğrafik konumlara bağlı olarak çeşitli kayıplara uğramaları yanında hem yıl içindeki günlere göre hem de gün içindeki saatlere göre değişkenlikler göstermektedirler. Bu koşullarda güneş ışınlarından mümkün olan en yüksek oranda faydalanabilmenin ilk şartı seçici yüzeyli kollektör kullanmaktır.

Güneş ışınlarına yönelik spektrumsal incelemeler neticesinde ısı enerjisi açısından faydalı olanların 0.3 ila 2.5 µm arasındaki kısa dalga boylu ışınlar olduğu belirlenmiştir. Bu ışınlar yeryüzüne ulaştıkları zaman temas ettikleri cisimlerin ısınmalarını sağlarlar. Öte yandan, ısınan bu cisimler ulaştıkları sıcaklık değerlerine bağlı olarak değişen değerlerde uzun dalga boylu ışınlar yayarlar ve bulundukları ortamla ısı alış verişinde bulunurlar.

Kısa dalga boylu ışınları yutma ( a ) ve uzun dalga boylu ışınları geri yayma ( e ) parametreleri açısından yüzeyler şu şekilde sınıflandırılırlar :

Tam Seçici Yüzey Yutma : a > 0.90

Geri Yayma : 0.20 > e > 0.00

Yarı Seçici Yüzey Yutma : a > 0.90

Geri Yayma : 0.50 > e > 0.20

Seçici Olmayan Yüzey Yutma : a > 0.90

Geri Yayma : 1.00 > e > 0.50

Açıkça görüldüğü gibi, seçici yüzey özelliği ışın yutabilme kabiliyetinden ziyade ısınma neticesinde elde edilen sıcaklık değerinin yüzey bünyesinde muhafaza edilerek uzun dalga boylu ışınların geri yayılımının engellenebilmesine bağlı olarak oluşmaktadır.

Düzlemsel yüzeyli güneş kollektörlerinde yaygın olarak bakır veya alüminyum malzemeden üretilmiş yutucu yüzeyler kullanılmaktadır. Epoksi esaslı siyah mat boya ile basit yöntemlerle boyananlar “seçici olmayan yüzey” , daha nitelikli boyalarla ve özel tekniklerle çok ince film tabakası oluşturacak şekilde boyananlar “yarı seçici yüzey” kapsamında yer alırlar. Tam seçici yüzeyler özel ortam koşullarına sahip çok kapsamlı tesislerde ve kompleks prosesler kullanılarak üretilirler. Mevcut teknolojilerle bu tür ürünlerde yutma değerleri % 95 ve geri yayma değerleri de % 5 mertebesine ulaşmış durumdadır.

Buradaki değerler göz önünde bulundurularak bir kıyaslanma yapıldığında tam seçici yüzeyli kollektör ile seçici olmayan yüzeyli ( siyah mat boyalı ) kollektör arasındaki performans farkının çok ciddi mertebelerde olacağı kolayca anlaşılacaktır. Basit bir yaklaşımla, tam seçici yüzey ile seçici olmayan yüzey arasında teorik olarak % 60 ila % 100 arasında değişen bir verim farkı olabileceğini söylemek mümkündür.

Yüzey özelliğine ilaveten cam geçirgenliği ve ısıl izolasyon durumuyla ilgili parametreler de dikkate alındığında pratik uygulamalarda düşük kaliteli siyah mat boyalı kollektörlü sistemler ile yüksek kaliteli seçici yüzeyli kolektörlü sistemler arasında % 50’nin üzerinde performans farkları gözlenen örnekler olduğu bilinmektedir. Diğer bir ifadeyle aynı boyutlardaki 100 adet seçici yüzeyli kollektör ile elde edilebilecek enerji için 150 adet veya daha fazla miktarda siyah mat boyalı kollektörlü sistem kurulumu söz konusu olabilmektedir.

Dikkate alınması gereken diğer önemli bir husus da, siyah mat boyalı yüzeylerin seçici yüzeylere göre çok daha kısa ömürlü olmalarıdır. Bu tür boya malzemeleri yüksek sıcaklıklara maruz kaldıkları zaman 3-4 sene gibi kısa sürelerde deformasyona uğramakta ve yüzeyin ışın yutma özelliğinin de azalmasına sebebiyet vermektedirler. Buna karşın seçici yüzeyler özel tekniklerle üretildikleri için 15-18 yıl gibi uzun süreler boyunca hizmet verebilmektedirler.

Seçici yüzeyli kollektörler ilk bakışta fiyat olarak siyah mat boyalı kollektörlerden 2 kat veya biraz daha pahalı gözükmelerine rağmen verim farkları ve hizmet ömür süreleri dikkate alındıkları zaman aslında çok daha ucuza temin edilmiş olmaktadırlar.

Seçici yüzeyli kollektör kullanmanın önemli bir avantajı da sistemin bütününe yönelik ilk yatırım maliyetinin düşürülmesine katkı sağlamasıdır. Siyah mat boyalı kollektörlerle tesis edilecek bir sisteme nazaran çok daha az sayıda seçici yüzeyli kollektör kullanılacağı için sistem içerisinde ısı transferini sağlayacak olan akışkan miktarı da buna paralel olarak düşecektir. Hidrolik devrede kullanılacak olan boru çapları, tesisat ekipmanlarının ve armatürlerinin boyutları, sirkülasyon pompalarının kapasiteleri ve tesis alanı daha küçük olacaktır. Dolayısıyla hem ekipman maliyetleri hem de inşaat maliyetleri daha düşük mertebelere inmiş olacaktır. Benzer şekilde işletim giderleri de daha az olacaktır.

Bu gerçeklere rağmen, ülkemizde kurulu olan güneş enerjili sistemlerin çoğunluğunu 2-3 kollektörlü bireysel su ısıtma sistemleri oluşturmaktadır ve bunların da neredeyse tamamında siyah mat boyalı kollektörler bulunmaktadır. Seçici yüzeyli kollektörler daha ziyade lüks otellerdeki merkezi sistem uygulamalarında kullanılmaktadır. Bireysel ve merkezi tüm sistemler ele alındığında siyah mat boyalı kollektör payının % 90’ın üzerinde olduğu tahmin edilmektedir. Diğer bir ifadeyle ülkemizde güneş enerjisinden etkin bir faydalanma söz konusu değildir. Öte yandan, Avrupa ülkelerindeki uygulamalara bakıldığında, pazardaki ürünlerin neredeyse tamamının seçici yüzeyli kollektörlerden oluştuğu bilinmektedir, güneş enerjisi kullanımını yaygınlaştırmaya yönelik finansal destekler sadece seçici yüzeyli kollektörlere verildiği için Avrupa’da siyah mat boyalı kollektör yok denilecek mertebededir.

Sonuç olarak, güneş enerjisinden daha etkin şekilde faydalanmak için seçici yüzeyli kollektör kullanımı çok önemlidir, ülkemizde bu yönde adımların en kısa sürede atılması gereklidir.