Heliostat Design and Calculations for Concentrating Solar Power Towers in Turkey and Afganistan

Abstract

Artan nüfusa, gelişmişliğe ve endüstriye paralel olarak enerji ihtiyacı da artmaktadır. Enerji ihtiyacı esas olarak yenilenebilir olmayan ve çevre kirliliğine neden olan kömür ve petrol gibi enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Buna ek olarak fosil enerji kaynakları kullandıkça tükenmekte ve yerine konulamamaktadır. Bunun yerine, enerji ihtiyacı birkaç nedenden ötürü sürdürülebilir ve yenilenebilir olan Güneş gücünden karşılanabilir. Güneş enerjisi gelecekte yeterli yenilenebilir enerji kaynaklarından birisidir. Öncelikle temiz enerjidir ve tabiat için kesinlikle zararlı değildir; dolayısıyla fosil yakıtlardan kaynaklanan küresel ısınma sorunu için akılcı bir çözümdür. Bir diğer neden, enerji ihtiyacının büyük kısmını dışarıdan karşılayan Afganistan için uygun bir çözümdür. Güneş enerjisinden yararlanmak için birkaç teknik vardır; bunlardan önemli birisi olan fotovoltaik Güneş panelleri kısmen ucuzdur, kullanıma hazırdır ve kolay kurulabilir, ne var ki fotovoltaik paneller sadece Güneş varken elektrik üretir. Diğer bir teknik, yoğunlaştırıcı Güneş güç kulesi (CSP) teknolojisidir: Bu sistem gündüz vakti elektrik enerjisi üretir, enerjinin bir kısmını ısı deposu olarak depolar, Güneş battıktan sonra da bir süre elektrik üretmeye devam eder. CSP sistemi bilinen ve ucuz malzemeler kullanılarak bilinen mühendisliklerle yapılabilir. Kesinlikle çevre kirlenmesine neden olmaz. Afganistanın özellikle Güney bölgesi Güneş kuşağının içinde olduğundan CSP sisteminden enerji üretmek üzere yararlanmak için son derece uygundur. Bunun ötesinde, bu tesislerin çoğu ülkenin kendi imkanlarıyla yapılabilecek özelliktedir. Bunun yanında Afganistan ihtiyaç duyduğu enerjinin büyük kısmını başka ülkelerden ithal etmektedir. CSP sistemini gerçekleştirmeden önce yapılacak arazi seçimi ve fizibiletisinin yapılması, uygun ve özel bir modelin belirlenmesi gereklidir. Başlama noktası toplayıcı aynaların ve kule yüksekliğinin, teknik ismiyle heliostatın tasarlanması olacaktır. Bu çalışmada seçilen araziye uygun heliostat yerleşimini değişik giriş parametreleriyle bağlı hesaplayan basit ve uygun bir algoritma ve buna dayalı bir yazılım geliştirmeyi amaçladık. Bu algoritma ile Güneş izleyici mekanizma için anlık yönelim verisi de üretmektedir.

Energy need is not negligible because population and advancement in industry increases. Needed energy is produced from non-renewable sources like coal and oil which causes air and environmental pollution. More than that they cannot be put back after consumption. On the other hand, energy can be produced from sustainable and renewable source of solar energy which. Solar energy is favorable and promising renewable energy resource because of several reasons. First of all, it is clean, sustainable and is not produce hazardous wastes for nature, and one of the reasonable solutions for excess greenhouse gases due to air pollution and as a result prevents global warming seriously arising mainly from fossil fuels. The next reason, which is equivalently important is a plausible solution for Turkey importing large amount of energy from other countries. There are several ways of utilizing solar energy. One is photovoltaic Solar panels, which is utilized mainly all over World. It is also cheap, easily installable and 'ready to use'. One of the disanvantage is that it produces electric energy during daytime. The other alternative is concentrating solar power (CSP) technology. It produces electric energy during daytime and stores some energy to produce after sunset or cloudy time, and it can be built up using well known and cheap materials and known engineering. It can never cause environmental pollution. Afganistan and mainly the southern region, is in sunny belt and is capable of utilizing CSP as alternative energy supply system. Moreover, most of these facilities can be constructed by the countries themselves using simple and cheap materials. Moreover Afganistan is in need of electric energy and imports large amount fron other countries. Before starting realization, of course field and feasibility of system on suitable and proper model is necessary. The starting point is the design of collecting mirrors and tower height, or with the well-known term heliostat. In this work we developed a simple and versatile algorithm and software to determine optimum heliostat placement in a chosen field working with different input parameters. The algorithm also calculates necessary data for instantaneus Solar tracking mechanism.