Energy is one of leading problem all around the world. Increasing urbanization and
industrialization, improving life conditions and standards and increasing world
population have been creating a dramatic rise of energy demand. As a consequence
of population growth, this resulted in high rate fossil fuel consumption. Besides, use
of fossil fuels creating irrecoverable environmental damages such as global
warming. Renewable energy and its storage systems are most promising solutions
to overcome this problem. North Cyprus is an island good and suitable candidate for
renewable energy utilization and its storage applications. Particularly, solar energy
is abundant throughout year in North Cyprus and it represents a high potential to be
used for building space heating. The main barrier is the imbalance between the
heating demand and solar energy availability. Due to the cyclic nature of it, there is
no solar radiation available at nighttime once the heat losses increasing. This
condition indicates the need of utilizing thermal energy storage coupled with solar
collector systems to store the solar energy once it is available to be used later when
it is needed. Despite latent and sensible heat storage systems have been researched
widely for this purpose, they have some major drawbacks such as low energy storage
density and high heat losses limiting the storage potential and duration. A new
thermal energy storage method; thermochemical heat storage, based on reversible
sorption-desorption cycles is purposed in this study. Such thermal energy storage
system could provide higher heat storage density and long-term heat storage
potential making it attractive for solar thermal applications. From this point of view,
aim of the presented study is; to develop a prototype thermochemical heat storage
system and to test it under laboratory conditions. A novel composite sorption
material; CaCl2–Vermiculite was synthesized and used as the heat storage material.
Three different cycles (discharging-charging) with the same flow rate were carried
out. Throughout the testing, some optimal results were obtained. For charging
temperature between 80-90 °C, discharging average temperature lift of air between
15-20 °C was obtained. Besides, cumulative energy output in the range of 1.6-1.8
kWh was attained, corresponding to an energy storage density between 200-230
kWh.
Observed results in this experimental study demonstrated that, for both long and
short term heat storage, thermochemical process using V-CaCl2 sorbent is
satisfactorily promising and a good candidate to be utilized in solar thermal
applications in buildings for sustainable space heating.
ÖZ:
Enerji dünyanın her yerinde önde gelen sorunlardan biridir. Artan kentleşme ve
sanayileşme, yaşam koşullarının ve standartların iyileştirilmesi ve dünya nüfusunun
artması, enerji talebinin çarpıcı bir şekilde artmasını sağlamıştır. Yüksek oranda fosil
yakıt tüketiminin bir sonucu olarak, kaynaklar azalmaktadır. Ayrıca, küresel ısınma
gibi geri dönüşü olmayan çevresel zararlar oluşturan fosil yakıtların kullanılması.
Yenilenebilir enerji ve depolama sistemleri, bu sorunun üstesinden gelmek için en
umut verici çözümlerdir. Kıbrıs Adası yenilenebilir enerji kullanımı ve depolama
uygulamaları için iyi ve uygun bir adaydır. Özellikle, güneş enerjisi, yıl boyunca
Kıbrıs'ta bol miktarda bulunur ve alan ısıtması için kullanılmak üzere yüksek bir
potansiyeli temsil eder. Ana bariyer, ısıtma talebi ve güneş enerjisi kullanılabilirliği
arasındaki dengesizliktir. Döngüsel yapısı nedeniyle, ısı kayıpları arttıkça geceleri
güneş radyasyonu yoktur. Bu durum, gerektiğinde daha sonra kullanılabildiğinde
güneş enerjisini depolamak için güneş enerjisi kollektör sistemleri ile birleştirilmiş
termal enerji depolama ihtiyacını göstermektedir. Gizli ve duyarlı ısı depolama
sistemlerinin bu amaçla yaygın olarak araştırılmasına rağmen, düşük enerji
depolama yoğunluğu ve depolama potansiyelini ve süresini sınırlandıran yüksek ısı
kayıpları gibi bazı önemli dezavantajları vardır. Yeni bir termal enerji depolama
yöntemi; Bu çalışmada, geri dönüşümlü sorpsiyon-desorpsiyon çevrimlerine
dayanan termokimyasal ısı depolama amaçlanmıştır. Bu tür bir termal enerji
depolama sistemi, daha yüksek ısı depolama yoğunluğu ve uzun süreli ısı depolama
potansiyeli sunarak, bunu güneş termal uygulamaları için çekici hale getirmektedir.
Bu bakış açısıyla sunulan çalışmanın amacı; prototip termokimyasal ısı depolama
sistemi geliştirmek ve laboratuvar koşulları altında test etmek. Yeni bir kompozit
sorpsiyon malzemesi; CaCl2-Vermikülit sentezlendi ve ısı depolama malzemesi
olarak kullanıldı. Aynı akış hızına sahip üç farklı döngü (boşaltma-şarj)
gerçekleştirilmiştir. Test boyunca, bazı optimal sonuçlar elde edildi. Sıcaklığın 80-
90 ° C arasında tutulması için, 15-20 ° C arasındaki hava boşaltma ortalama sıcaklık
artışı elde edildi. Ayrıca, 200-230 kWh arasında bir enerji depolama yoğunluğuna
karşılık gelen, 1.6-1.8 kWh aralığında kümülatif enerji çıkışı elde edilmiştir. Bu
deneysel çalışmada gözlemlenen sonuçlar, hem uzun hem kısa süreli ısı depolaması
için V-CaCl2 sorbenti kullanan termokimyasal işlemin, sürdürülebilir alan ısıtması
için, binalarda güneş enerjisi uygulamalarında ümit vaat eden, iyi bir aday olduğunu
göstermiştir.
