Yüksek performanslı binalarda uygulama için güneş kolektöründe nanoakışkanların kullanılmasıyla performans artırılması

Fosil yakıtların kullanımının olası zararları göz önünde bulundurulduğunda, doğal kaynakların enerji türlerine dönüştürülmesiyle üretilen daha yüksek verimliliğe sahip ve daha avantajlı yenilenebilir enerji teknolojileri önem kazanmıştır. Bunlar arasında, dünyanın her noktasından erişilebildiği, sonsuz olması ve birçok enerji türüne dönüştürülebilir olması nedenleri ile güneş enerjisi, enerji tüketiminin sürdürülebilirliği açısından en önemli yenilenebilir kaynaklardandır. Gelen güneş ışınımını emerek ısıya dönüştüren kolektörler, güneş enerjisinin en verimli ve en yaygın kullanıldığı sistemlerden biridir. Pek çok çeşidi bulunan ve farklı pek çok alanda kullanılan kolektörler arasında düz plakalı güneş kolektörleri tasarım kolaylığı, sağlam olması ve daha az bakım ihtiyacı gibi avantajlardan dolayı termal uygulamalarda çoğunlukla tercih edilmektedir. Kolektör içerisinde ısının taşınması için kullanılan geleneksel sıvıların (hava, su, etilen glikol ve yağ) ısıl iletkenlikleri düşük olduğu için yüksek miktarda ısı aktarımı sağlayamamaktadırlar. Düz plakalı güneş kolektörlerinin termal verimini artırmak için kullanılan en yaygın pasif yaklaşımlar, geometrik modifikasyon ve geleneksel akışkanlara göre daha iyi ısıl transferi ve ısı emilimi sağlayan nano-akışkan kullanımıdır. Bu çalışmada, Çankaya Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinasyon Birimi desteği ile yüksek performanslı binalara entegre edilmek üzere tasarlanacak düz plakalı güneş kolektörlerinde kullanılmak üzere nano-akışkanlar sentezlenmiş, farklı nano-akışkanlar için termal analizler yapılmış, kolektör tasarım parametreleri ve nano-akışkan kullanımının kolektör sistemlerinin ısıl verimlerine katkısı incelenmiş ve performans analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçları, sentezlenen nano-sıvıların termo-fiziksel özelliklerinde ciddi iyileştirmeler olduğunu göstermektedir. Bu şekilde, sıvılar çok daha yüksek ısı taşıma kapasitesine sahip olup, bu kolektör sisteminin genel verimini artırır. Literatürde sıklıkla kullanılan oksitler (AL2O3) ile nadiren kullanılan nitritlerin (AlN) termal özelliklerinin karşılaştırılması yapıldığında, AlN ile oluşturulmuş nano-akışkanın daha iyi termal özelliklere sahip olduğu ve kolektör sistem verimini AL2O3 den daha yüksek kıldığı görülmüştür. Ayrıca, Titanium (II) hydride kullanılarak sentezlenen MAX (Ti3AlC2) Mxenenin nano-sıvı olarak uygulanması durumunda, güneş kolektör sisteminde performans artışının hem AlN hem de AL2O3'ten daha yüksek olduğu bulunmuştur. Deneysel sonuçlar incelendiğinde, su ile karşılaştırıldığında kolektör veriminde sırasıyla %4,2, %7,4, %26,2, %34,1, %51,4 ve %55,3'lük bir artış gözlemlenmiştir.