Birleşik parabolik güneş toplaçlarının geometrik özelliklerinin analitik çözümlemesi

Bu çalışmada görüntüsüz optiğin ortaya çıkardığı farklı tipteki alıcılı birleşik parabolik güneş toplaçlarının geometrik analizleri yapılmıştır. Öncelikle güneş enerjisinin tanımı ve toplaç çeşitleri tanımlanmıştır. Daha sonra görüntüsüz optiğin ve birleşik parabolik toplaçların oluşumunda temel kavramlar olan kenar-ışın prensibi, kabul fonksiyonu, yarım kabul açısı ve étendue kavramları tanımlanmıştır. Geometrik teorik maksimum yoğunlaştırma limiti geometrik özellikler ve étendue kavramı kullanılarak ayrı ayrı bulunmuştur. Birleşik parabolik toplaçların geometrik analizlerinde kullanılan temel geometrik tanımlar yapılmıştır. Bu tanımlar kullanılarak farklı alıcı tipte birleşik parabolik güneş toplaçlarının geometrik özellikleri çözümlenmiştir. Çalışmada düzlemsel alıcılı ve kenar alıcılı birleşik parabolik güneş toplaçları üzerinde analitik çözümlemeler ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Çözümlenen düzlemsel alıcılar, dikey ve yatay alıcılı olmak üzere iki şekilde çözümlenmiştir. Düzlemsel alıcılı toplaçlar ile ilgili çalışmalar literatürde basılmıştır. Bu çalışmadaki çözümlemeler literatürdeki çalışma ile karşılaştırılıp bulunan değerlerin doğruluğu sağlanmıştır. Kenar alıcılı toplaçlar ise alıcının tepe açısının toplacın yarım kabul açısına göre iki durumda incelenmiştir. Birinci durumda toplacın tepe açısı yarım kabul açısından büyüktür. Bu durumla ilgili literatürde yapılan çalışma bu tez çalışmasında referans olarak alınmıştır. Yapılan analitik çözümlemeler referans çalışma ile doğrulanmıştır. Kenar alıcılı toplaçlar için tepe açısının yarım kabul açısından küçük olması ikinci durumdur. Son alıcı tipi olarak ikinci durum belirlenmiş ve analitik çözümlemelerde yapılmıştır. Yapılan geometrik çözümlemelerde toplacın yoğunlaştırma oranı, toplaç yüksekliği, toplaç açıklığı, yansıtıcı yüzey uzunluğu denklemleri bulunmuştur. Bu denklemler 30°, 45° ve 60° yarım kabul açıları ve farklı kesim açıları kullanılarak tablo ve grafik olarak sunulmuştur. Bu çalışmada yapılan geometrik özelliklerin analitik çözümlemesi özellikle farklı alıcılar için birleşik parabolik toplaçların karşılaştırılabilmesine olanak sağlamaktadır. Ayrıca analitik çözüm ışın takip simülasyonlarına göre tasarım için daha ne sonuçlar vermektedir. Çalışmada bulunan sonuçlara göre birleşik parabolik güneş toplaçların yansıtıcı yüzeyleri kesime uğradığında yoğunlaştırma oranlarının değişiminin önemli ölçüde olmadığı gözlenmiştir. Düz yatay alıcılı ve alıcı tepe açısının yarım kabul açısından büyük olan toplaç tiplerinde yansıtıcı yüzeylerin kesiminin üretim maliyeti açısından diğerlerine göre daha çok avantaj sağladığı görülmüştür. Özellikle kenar alıcılı toplaçlar için alıcı tepe açısı ile yarım kabul açısının arasındaki farkın artması toplacın tasarım için daha uygun kriterlere sahip olmasına yol açmaktadır. Ayrıca farklı alıcılı birleşik parabolik güneş toplaçları için farklı yarım kabul açılarının ve kesim açılarının ideal olduğu görülmüştür.