Mahal ısıtması (desteği) için kullanılan bir güneş enerjisi sistemi ve akümülasyon tankı yok mu? Pek çok tedarikçi firmadan gelen yanıt genelde “hayır teşekkürler” şeklinde olmaktadır. Ancak, İsviçre merkezli vakum borulu kolektör alanında uzman olan AMK-Solac Systems AG firmasından Marcel Palfner’e göre zaman zaman depolama tankını ortadan kaldırmak faydalı bile olabilmektedir. Birkaç üretici firma ise bu bakış açısına karşı ve akümülasyon tankını kullanmaya devam ediyorlar. Ancak bunun yanında sistemi, kolektörden gelen ısı enerjisini doğrudan ısıtma devresine gönderebilecek şekilde, tasarlıyorlar. Bunun arkasında yatan mantık ise şudur: Her ne kadar belirli bir bina için bir akümülasyon tankı gerekli ve uygun olsa da, ısıtma sisteminden dolaşan suyu akümülasyon tankından daima geçirmek gerekmeyebilir ve böylece ısı kaybı belirli işletme koşullarında azaltılabilmektedir. Bunun yanında böyle bir sistemde kolektöre dönen akışkanın sıcaklık seviyesi düşebiliyor ve böylece kolektörlerin verimliliği iki katına kadar çıkabiliyor. Bu tür sistemler artık müstakil evler, büyük apartmanlar ve küçük boyutlu ticari binalar için de mevcuttur. 

 

Orta Avrupa’daki Tipik Uygulamalar:

 

Sürekli Olarak Isı Yüklenen Akümülasyon Tankları

Alman ısıtma teknolojileri üreticisi olan Viessmann Werke GmbH & Co. KG’dan Carsten Kuhlmann da diğer pek çok güneş enerjisi sistemi üreticisi ile aynı görüşte. Bazı durumlarda bir akümülasyon tankının gereksiz olduğu gerçeğine katılıyor. Kuhlmann, tankın gerekli olmayabileceği örnekler olarak yüzme havuzlarını, büyük su hacimli ısıtma tesisatlarını ve proses uygulamalarını veriyor. “Konu binaların mahal ısıtması olduğunda görüşü: Binanın günlük ısıtma ihtiyacı yük profili ve güneş ışınım seviyeleri karşılaştırıldığında, normal şartlarda böyle bir sistemde güneş enerjisi sisteminin bir ısıl enerji deposuna ihtiyaç duyduğunu görüyoruz. Ticari olarak mevcut olan her güneş enerjisi sistemi tasarım programı bu gerçeği net bir şekilde ortaya koymaktadır.”

 

Müstakil Bir Evde Akümülasyon Tankının Zaman Zaman By-Pass Edilmesi

Alman güneş enerjisi sistemi üreticisi CtrinSolar GmbH Energie – und Umwelttechnick’den Reinhard Haltmaier de güneş enerjisi sistemlerinde her zaman için uygun bir ısı depolama imkanı gerektiği konusunda Kuhlmann ile aynı fikirde. Ancak bazı istisnalar var: “Harici bir güneş enerjisi eşanjörü ile çalışan büyük güneş enerjisi sistemleri söz konusu olduğu zaman, bazı durumlarda  “sıcak” bir akümülasyon tankı gereksiz olabilmektedir. Haltmaier normal çalışma koşullarını izah etmeye devam ediyor – yani 600 W/m² ışınım, 15°C’lik dış ortam sıcaklığı ve 75°C‘lik bir akümülasyon tankı sıcaklığı -  bu durumda düzlemsel bir kolektörün ortalama 80°C’lik bir sıcaklığa sahip olduğunu belirtiyor. Bu koşullar altında, standart bir sistem %38’lik bir verimliliğe ulaşır. 

 

Ancak, eğer akümülasyon tankı by-pass edilir ve ısı enerjisini doğrudan 25°C sıcaklık seviyesine sahip yerden ısıtma sistemine gönderirseniz, güneş kolektörünü ortalama 30°C‘lik bir sıcaklıkta seviyesinde çalıştırabilirsiniz. Bu da verimliliği neredeyse iki katına çıkartır ve yaklaşık %70’e yükseltir. “Bu uygulama, akümülasyon tankını üçte bir oranında daha küçük seçebilmemize ve aynı güneş enerjisi kazancını elde etmemizi sağlamaktadır” diyor Haltmaier. 

 

Bunu yapabilmek için CitrinSolar, akümülasyon tankının bir hidrolik şalter ve bivalent bir karıştırıcı ile by-pass edildiği bir sistem kullanmaktadır. Eğer şalterde hedef sıcaklığa ulaşmak için gerekli olandan daha fazla enerji varsa (yerden ısıtma için 30-35°C), o zaman bu enerji başka bir tüketiciye yönlendirilir. Bu tür bir sistem kurulumu için 1,000 ile 2,000 avro arasında değişen ek maliyetler ortaya çıkmaktadır. Sonuç olarak, üretici akümülasyon tankı by-pass sistemini sadece 20 m²’den daha büyük kolektör alanı kullanılırsa önermektedir. Bunun altındaki uygulamalarda katma değer düşük kalacaktır. Haltmaier böyle bir sistemi kendi evinde kullanmaktadır. Kendi sisteminde 40 m²’lik bir kolektör alanı var.

 

Daha basit görünen benzer bir sistem ise yakın zaman sonra İngiltere’de pazara sunulacaktır. Dört yıllık bir Ar-Ge sürecinin ardından, İngiltere’nin güneyinde bulunan Jayhawk International Ltd. Global Satış Direktörü Eric Hawkins ürününün sonunda piyasaya çıkıyor olmasından çok memnun. Yeni Jayhawk sistemi, CitrinSolar firmasının çözüm modeli yanında daha önce belirtilmiş olan diğer tüm sistemlerden farklıdır. Bu sistem açık bir sistemdir. Diğer bir deyişle, düşük basınçlı bir sistemdir. Hawkins’in açıklamasına göre açık sistem tasarımı, kolektörde akış olmaması durumunda buhara kalkma sonucu yüksek basıncın getirdiği problemleri önlemek için geliştirilmiştir.

 

Sistemin açık tasarıma sahip olduğundan antifriz madde olarak glikol kullanılamamaktadır, zaten eğer kullanılırsa glikol O2 ile tepkimeye girer ve aynı zamanda genleşme kabından da buharlaşarak eksilirdi. Ancak, İngiltere’de neredeyse tüm yıl boyunca hakim olan okyanus iklimi sebebi ile sıcaklığın sıfırın üzerinde kaldığı düşünülürse, donma olaylarına karşı korunma, başka yerlere göre çok daha az problem olacaktır. İyi yalıtılmış güneş enerjisi borulama sistemi ve vakum borulu kolektörler sayesinde sistem donma tehlikesi olan gecelerde ve hafif donma olan dönemlerde bile problemsiz çalışmaktadır.

 

Ancak AMK-Solac’dan Marcel Palfner açık sistemin bir diğer dezavantajına işaret etmektedir: yaz ayalarında, açık genleşme kabından gelen nem tesisat odasını olumsuz şekilde etkileyebilmektedir. Marcel aynı zamanda kolektör devresi ile ısıtma devresinin bir eşanjör ile ayrılmadığını ve bunun da tesisatta hava tahliyesi ile ilgili güçlüklere yol açabileceğini dile getiriyor. Ayrıca eski radyatörlerde veya yerden ısıtma sistemlerindeki kir ve tortunun güneş kolektörlerinde her türlü probleme yol açabileceğini belirtiyor. Ancak Jayhawk firması kendi sistemleri ile radyatörleri de birlikte verdiği için kir ve tortu birikimi ve ilgili problemlerin önüne geçmektedir. 

 

Güneş enerjisi devresi ile ısıtma devresini birleştirmenin getirdiği faydalar sahada kanıtlanmıştır. Eric Hawkins yeni sistemin bir önceki versiyonunu satın almış olan müşterilerin %1’den azının servis almak için firma ile temasa geçtiğini belirtiyor. Arayıp şikayette bulunanlarda ise sistemin doğru monte edilmediği görülmüştür. “Sistem konsepti oldukça basit: Sistemin, montajını yapan kişi için mümkün olduğunca kolay kurulabilmesini sağlıyorum. Amacım mümkün olduğu kadar az problem çıkması.” Yalıtımı yeni yapılmış 3 yatak odalı bir konutta Jayhawk International sistemi KDV dahil 11,226 sterlin (yaklaşık 14,000 avro) seviyesinde bir maliyete sahiptir. Yeni inşa edilmiş bir konutta ise 2,000 sterlin (2,400 avro) seviyesinde bir ek kurulum maliyeti söz konusu olmaktadır. 

 

Rakip AMK-Solac konseptini de dikkatle izleyen Hawkins, rakip ürüne göre kendi vakum borulu kolektörin, hava kaynaklı kir ve sistemde dolaşabilen kalıntılar sebebiyle verimlilikte azalma olasılığının daha düşük olduğunu iddia etmektedir. Örneğin, bir AMK vakum borulu kolektör sistemi bu şekilde kir ve kalıntılar nedeniyle enkaza dönüşebiliyor ve daha sonra itinalı bir kolektör değişimi gerektirebiliyor. 

 

 

Akümülasyon Tankına Sahip Olmayan Daha Eski Binalar

AMK-Solac’tan Marcel Palfner sadece kendi sistemi için değil aynı zamanda genel anlamda da hangi kolektörlerin en iyisi olduğunu biliyor. Doğrudan aktarma için, “vakum borulu kolektörler en iyisidir”. Düzlemsel kolektörler geçiş dönemlerinde çok zayıf kalmaktadırlar ve “yaz kullanım için ise çok büyük” kalmaktadırlar. Bu nedenle kendi sisteminde sadece vakum borulu kolektörler kullanılmaktadır. 

 

Jayhawk sisteminde olduğu gibi, AMK-Solac’ın sisteminde de ısıtma devresine yönelik bir akümülasyon tankı yoktur. Sistemde sadece sıcak kullanma suyu için bir boyler vardır. Akümülasyon tankının görevi belirli ölçüde bina kabuğu ya da mevcut yerden ısıtma sistemi tarafından yerine getirilmek durumunda. Eğer sistem yalıtımı iyi olmayan eski bir binaya kurulmuş ise hiç problem ortaya çıkmıyor, çünkü bu tür binalarda “elde edilen güneş enerjisi kazancı, tüketilen enerji miktarından daha az” olmaktadır. Bu sebeple böyle durumlarda en önemli konu sistem büyüklüğünü doğru belirlemek (tasarım), böylece yaz ve kış aylarında elde edilen enerji miktarı arasında bir denge sağlanmış olur” diye açıklıyor Palfner. Doğru boyutlandırılmış bir sistem kurarsanız, “bu sistemi kolayca mevcut sisteme entegre edilebilir ve alandan tasarruf edebilirsiniz.” – ayrıca akümülasyon tankı olan bir sisteme kıyasla maliyet daha düşük olmaktadır. “Bir plakalı eşanjörün ve akümülasyon tankının kullanılmaması sistemin maliyetini ciddi oranda düşürmektedir ve özellikle mevcut ısıtma sistemleri için kurulan bu tür güneş enerjisi sistemleri maliyetlerini kısa sürede amorti edebiliyor.” diyor Palfner. Mevcut ısıtma sistemlerinde ilave bir avantaj ise halihazırda bir sıcak su boylerinin mevcut olması ve bunun da kullanılabiliyor olmasıdır.

 

Ancak, güneş enerjisi ile soğutma yapılan sistemlerde (solar-cooling) için akümülasyon tankları zorunludur: “Soğutma talebi, günün en sıcak zamanı olan öğleden sonranın geç saatlerinde en yüksek seviyede olmaktadır. Ancak bu saatlerde maksimum güneş ışınımı süreci sona ermiş olmaktadır” diye açıklıyor Palfner. Endüstriyel tesisler ve ofis binaları da akümülasyon tankına sahip olmayan sistemler için uygun olmamaktadır. 

 

Büyük ve Küçük Binalar için Uygun Bir Sistem Alman güneş enerjisi sistemi tedarikçisi Varmeco GmbH & Co. KG yıllar önce adını büyük ölçekli güneş enerjisi sistemleri ile duyurmuştur. Geçmişte firma sadece düzlemsel kolektörler kullanmaktaydı, ancak günümüzde vakum borulu kolektörler de sunmaktadırlar. Kurulumunu yaptıkları kolektör türü, sistem konseptini etkilemiyor. Kullanılan sistem konsepti CitrinSolar’ınkine benzer nitelikte olup onun gibi – by-pass olmaksızın- bir akümülasyon tankına sahiptir. Bunun yerine ısı enerjisi kolektörlerden tanka olan hat üzerinde yönlendirilerek (Jayhawk sistemine benzer şekilde) ısıtma devresine aktarılmaktadır. Isıtma devresine bağlı olan farklı ısıtma elemanları üç yollu motorlu vanalar tarafından ayrı olarak kontrol edilebilmektedir. Böylece örneğin, sistem eş zamanlı olarak radyatörlere 70°C’lik sıcaklık seviyesi sağlarken, yerden ısıtma sistemine 35°C sıcaklık sağlayabilmektedir. “Eğer kontrol paneli ısıl güneş enerjisini doğrudan ısıtma sistemine yönlendirirse sadece fazla olan ısı enerjisi akümülasyon tankına aktarılır” diyor Varmeco’dan Philipp Rabsch. Sonuç olarak, akümülasyon tankı üzerinden daha az enerji kaybı gerçekleşir ve gereken ısıtma sıcaklık seviyesine pratikte daha çok zaman ulaşılmaktadır. Bunun yanında ek ısıtma için brülör daha az devreye girer. Bu sistem çözümü kısa boru hatlarına ihtiyaç duymaktadır ve istenen kapasiteye göre esnek bir şekilde kurulabiliyor. Bu tür güneş enerjisi sistemleri her tür uygulama için uygundur, konutlardan yurt binalarına kadar.

 

Büyük Konutlarda Farklı Zamanlarda Kullanılmak Üzere Akümülasyon Tankları

Alman sistem üreticisi Parabel Energie-Systeme GmbH, 20 ila 200 daireli konutlara kurdukları güneş enerjisi sistemleri için büyük boyutlu düzlemsel kolektörler kullanmayı tercih etmektedir. Bu sistemler, onların deyimiyle “güneş enerjisi merkezi (Solarenergiezentrale = SEZ)” özelliğinden faydalanmaktadır. Bu sistem Solvis GmbH & co. KG gibi güneş enerjisi sistem üreticileri ve Bosch Thermotechnick GmbH gibi teknoloji üreticileri tarafından kullanılmaktadır.

 

Parabel’in konseptinde küçük bir kolektör alanı içermektedir. Bu kolektör alanı merkezi bir arayüze (SEZ) hidrolik olarak bağlıdır ki burada güneş enerjisi akışkanının ne zaman doğrudan ısıtma devresine aktarılması gerektiği kontrol edilir. Kontrol paneli en fazla enerji tasarrufu sağlayabileceği opsiyonu hesaplayarak sıcak su eşanjörüne, pik sıcak su boylerine veya akümülasyon tankına ısı aktarımına karar verir. Doğu Almanya’da yürütülen pek çok renovasyon çalışmasında bu konseptin çarpıcı bir güneş enerjisi kazancı oranı elde edilemediğini gösterdi (örneğin 1 m² kolektör alanı için sadece yaklaşık %10), Almanya 2009 Yeşil Enerji Teşvik Programı altında maliklerin kira ve ısıtma için ödedikleri miktarları az da olsa düşürebildiğini ortaya koymuştur. 

 

Sistem sadece işletme maliyetini düşürmekle kalmıyor: mülk sahiplerinin diğer kazancı mülklerinin değerinin artmasıdır. Buna ilave olarak mülk sahipleri satış sırasında binalarının reklamını “güneş enerjili bina” olarak yapabilmekteler ki bu, doğu Almanya ve Berlin’deki gayrimenkul piyasalarında ciddi bir avantaj sunabiliyor. Bu tür sistemler Lüksemburg, İspanya, Avusturya ve Ukrayna gibi farklı Avrupa ülkelerinde yaklaşık 200 binaya kurulmuştur. 

 

Akümülasyon Tankı Olmayınca Problem de Olmaz – Halka Açık Yüzme Havuzları

 

Güneşli zamanlarda her gün sürekli olarak ısıl güneş enerjisine ihtiyaç duyulduğu durumlarda ve güneş enerjisi karşılama oranı hiç bir zaman %20’yi çok aşmayan sistemlerde bir akümülasyon tankı olmadan da sistem etkin bir şekilde çalışmaya devam edebilmektedir. Bunun en iyi örneklilerinden birisi sistem sağlayıcısı olan Paradigma Deutschland GmbH tarafından bir halka açık sauna ve yüzme kompleksine kurulan güneş enerjisi sistemidir. 

 

Bu sistem, yaklaşık 100 m²’lik vakum borulu kolektörlerden gelen ısıl güneş enerjisini, ısıtma devresi veya sıcak su ısıtılması için yönlendirmektedir. Jayhawk sistemine benzer şekilde, sistemde ısı taşıyıcı akışkan olarak su kullanılmaktadır. Bu yüzme kompleksinde zaten bir akümülasyon tankı için yeterli alan bulunmamaktaydı ve bir akümülasyon tankı güneş enerjisi sisteminin yaklaşık 55,000 kWh seviyesindeki yıllık enerji üretim miktarında 14,000 kWh bir enerji kaybına yol açacaktı.