50
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Lisanssız güneş enerjisi santrallerinde üretim kayıplarının analizi
Dünyada elektrik enerjisi üretiminde sera gazlarının azaltılması yönünde alınan tedbirler sonucu yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanan elektrik santrallerinin kurulumu artmaktadır. Ülkemizde de özellikle güneş enerjisi santrallerinin kurulumunda son yıllarda büyük artış yaşanmaktadır. Fakat, lisanssız elektrik enerjisi üretimi için getirilen bazı yönetmeliklerde herhangi bir -değişiklik yapılmamıştır. Özellikle kurulu güçleri 1 MW'a yakın olan santraller herhangi bir anda sözleşme gücünden daha fazla bir gücü şebekeye verememektedir. Santral işletmecileri de cezaya girmemek, dolayısıyla maddi kayba uğramamak için üretecekleri güçte kısıtlama getirmektedir. Türkiye'de bulunan bütün lisanssız santrallerin benzer durumda olduğu düşünülürse, güç kısıtlamasından dolayı bir yılda önemli miktarda enerji kaybı yaşanmaktadır. Lisanssız güneş enerjisi santrallerinde yönetmelikten kaynaklanan enerji kayıplarını hesaplayabilmek için ilk önce bütün santrallerin bir yıl boyunca ne kadar bir güç üretebileceğinin hesaplanması gerekir. Bunun için teknik kayıpların neler olduğu ve bunların miktarları bilinmelidir. Bu kayıpların bazılarının hesaplanması kolaydır. Fakat, gölgelenme ve modül sıcaklığı kayıpları santralin bulunduğu ile göre değişmektedir. Gölgelenme kayıplarının ve diğer kayıpların hangi derecede olduğunu hesaplamak için PVsyst programı kullanılacaktır. Modül sıcaklığından dolayı oluşan kayıplar çok fazla olabileceğinden bütün illerde modüllerin sıcaklıkları ışıma ve hava parametreleri kullanılarak bulunacaktır. Bunun için geliştirilen yöntemler gerçek ölçüm verileriyle karşılaştırılacak ve gerçeğe en yakın olan model kullanılacaktır. Türkiye'deki bütün lisanssız güneş enerjisi santrallerinde gerçek ışıma değerleri ve oluşacak teknik kayıplar kullanılarak her saat için üretilebilecek güç miktarları hesaplanacaktır. Üretilen gücün sözleşme gücünden büyük olduğu her saat için üretilemeyen elektrik enerjisi hesaplanacaktır. Bütün santrallerde bir yıl boyunca hesaplanan üretilemeyen elektrik enerjisi aylık tablolar halinde verilecektir.
Yatay eksenli rüzgar türbini kanat performansı üzerine hava akış yarıklarının etkisinin incelenmesi.
YERT için yarıkların aerodinamik performanslar üzerindeki olumlu etkilerini incelemek amacıyla bir tez araştırması yapıldı. Tez araştırması, YERT'in üzerindeki yarıklar etkileri araştırmak için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) modellemesini kullanan sayısal bir çalışmayı temsil etmektedir. HAD sunduğu modelleri arasından uygun bir türbülans modelini seçmek için deneysel olarak bir rüzgar türbini tasarlayıp hava tünelinde test edilmiş bir araştırma referans olarak alınarak validasyon yapıldı. Yu-Jen ve Shiah araştırmada uzunluğu 0,41 metre olan bir kanadı SD8000 hava profili kullanarak önce Kanat Elemanı Momentum teorisiyle hesaplayıp bir rüzgar türbini tasarlamışlar. Ayrıca, deneysel araştırmada tasarlanan rüzgar türbini bir hava tünelinde test edildi. Sınır koşulları, 36,5 m uzunluğunda ve kesit boyutları 4x2,6 m'dir olan bir tüneldir. Araştırmada rüzgar türbininin hava tünelinde performansına göre en yüksek Cp güç katsayısı 4 uç hız oranında yaklaşık 0,38 gösterdi. Validasyon simülasyonu için Ansys Fluent 21.0 kullanarak HAD sunan Standard k-epsilon, Standart ve SST k-omega, Transition SST türbülans modelleri ile steady-state analizleri yapılarak güç katsayısı değeri elde edildi. Rüzgar türbini deneysel testin ve sayısal analizin sonuçları TSR-Cp eğrisi aracılığıyla karşılaştırıldı. Deneysel sonuçlara en yakın Transition SST türbülans modeli oldu. 2 uç hız oranında deneysel sonuçlarla %5 hata farkı, 4 uç hız oranında hata oranı %4 ve 6 uç hız oranında hata oranı %3 oldu. Araştırma için tasarlanan rüzgar türbini kanadı 0,65 m uzunluğunda olup, kökte NREL'in S819 hava profili, ana ve uçta NACA 63-415 hava profili kullanıldı. Kord uzunluğu ve hücum açısı Kanat Elemanı Momentumu teorisi ile belirlendi. Araştırma, kanat yüzeyinde 0,35 m ve 0,45 m'ye konumlandırılmış, 1 mm ila 1,5 mm arasında değişen hava akış yarık genişliklerine sahip, 1200 ve 1400 eğimlerde 1 veya 2 hava akış yarığı içeren sekiz kanadın modellenmiş ve simüle edilmiş rüzgar türbininin yapımını kapsamaktadır. Optimum hava akış yarığın boyutunu bulmak için Response Surface Optimization yöntemi kullanıldı. Steady-state analiz türü için ve transition SST türbülans modeli kullanıldı. 12 m/s ve 6,5 uç hız oranında elde edilen sonuçlar, 1,5 mm genişliğe ve 1200 açısında kanadın 0,35 m konumunda yerleşen tek yarıklı kanadın güç katsayısı diğer yarıklı kanatları arasında en yüksek olduğunu gösterdi. Ayrıca, yarık olmayan ve yarıklı kanatlar 12 m/s rüzgar hızında ve 40, 80, 120, 160 ve 180 rad/s açısal hızlarında zamana bağlı analizleri yapıldı. 120 rad/s açısal hızında yarık olmayan kanadın üzerindeki oluşan girdapların yüzünden kanat stall durumuna ve kendi maksimum verimliliğine ulaştığını gösterirse, yarıklı kanat ise yarık sayesinde stall durumu geciktirilip 160 rad/s açısal hızında girdiği tespit edildi. BEM teorisine göre, yarıklı ve yarık olmayan kanatların HAD analizlerine göre güç katsayısı sonuçları karşılaştırıldı. 2,17 uç hız oranında BEM teorisi güç katsayısının 0,03 öngörürken, yarık olmayan (HAD) ve yarıklı kanatlar 0,024 ve 0,022 bir sonuç verdi. 3 ve 4 uç hız oranlarında BEM teorisindeki kanat ve yarık olmayan kanat yarıklı kanattan daha yüksek güç katsayısını gösterdiği öğrenildi. Fakat, 5 ve 8 uç hız oranları arasında yarıklı kanat 0,313, yarık olmayan kanat 0,303 ve BEM kanadı 0,321 olmak üzere yarıklı kanadımız daha iyi performans gösterdiğini öğrendik. Uç hız oranı daha fazla artınca yarıklı kanat avantajını kaybederek en az güç katsayısına sahip olduğu tespit edildi. Güç katsayısı – uç hız oranı eğrilerinden hava akış yarığı sayesinde kanadın yüksek uç hız oranlarında yarık olmayan kanattan daha iyi bir performansı gösterdiği ve stall durumu geciktirdiği tespit edildi. Bu bulgular, iyi tasarlanmış hava akış yarıkların yatay eksenli rüzgar türbinlerinin aerodinamik verimliliği üzerinde yaratabileceği önemli olumlu etkinin altını çizmektedir.
Biyokütle kaynaklarının tavuk gübresinin yanma kalitesine etkisi
Ticari tavuk eti yetiştiriciliği sektörü, kırsal alanlarda çok fazla miktarda kümes hayvanı altlığı (PL) atığı üretimine neden olmaktadır. Kanatlı eti ve yumurtaya olan talep arttıkça PL üretimi de artmaktadır. Geleneksel olarak PL, küçük ve orta ölçekli çiftliklerde tarım arazilerine uygulanır. Ancak kümes hayvanı üretimi yoğunlaştıkça ve çiftlik büyüklükleri genişledikçe atıklar suyun, toprağın ve havanın kirlenmesine ve çevresel endişelere neden olmaktadır. Atıkların araziye uygulanamadığı zaman aralıklarında atık birimi ve PL atık yönetiminin yetersiz olması, özellikle işletmede yetiştirilen sürülerde sağlık sorunlarına, sinek üremesine, hava kirliliğine, kötü kokulara, toprak ve su kirliliğine neden olabilmektedir. Halen genel uygulama olarak PL, arazinin boş olduğu durumda doğrudan arazi uygulamasıyla ve yılın geri kalanında enerji uygulamaları yoluyla bertaraf edilmektedir. PL'ye uygulanan çeşitli enerji geri kazanım teknikleri arasında, farklı yenilenebilir veya yenilenemeyen yakıtlarla beraber yakılmasının hem teknik açıdan hem de çevresel etki boyutları açısından en etkili yöntem olarak kabul edildiği bilinmektedir. Atıkların büyük miktarda birikmesi nedeniyle yakma, PL'nin bertaraf edilmesi için en hızlı seçenek olarak kabul edilmektedir. Kümes hayvanı atıklarının yakılması, Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Hedefi olan "uygun fiyatlı ve temiz enerjiye ulaşım" doğrultusunda atık hacmini etkili bir şekilde azaltır. Ancak mono-yakma, değişen nem, yapısal ve kimyasal bileşim ile düşük enerji verimi nedeniyle önemli zorluklara neden olmaktadır. PL'nin lignoselülozik yataklık altlık içermesi ve enerji açısından zengin bir atık olmasına rağmen, doğrudan tek başına yakma deneyleri iyi sonuçlar vermemektedir. Bunun nedeni, yakıt kalitesini bozan ve yanma performansını azaltan yüksek nem, kül ve külün kimyasal bileşiminin yanı sıra kül içindeki alkali minerallerin neden olduğu kül birikintileridir. Bu nedenle yanma problemlerini azaltan ve düzgün yanma sağlamak için PL'nin yardımcı yakıtlarla karıştırılması gerekmektedir. Alternatif bir yenilenebilir kaynak olarak biyokütle, yüksek bir organik bileşik içeriğinden dolayı yüksek bir kalorifik değere sahiptir ve bu da kümes altlığının yakılmasına yardımcı olabilir. PL'nin lignoselülozik biyokütle ile karıştırılması, karışımların kalorifik değerini artırabilir. Ayrıca biyokütle, kümes hayvanı altlığından daha fazla uçucu madde miktarına ve daha düşük miktarda kül içeriğine sahip olduğu için PL'den farklı yanma özelliklerine sahiptir. Bu nedenle, PL'nin biyokütle ile harmanlanması genel yanma sürecinde değişikliklere yol açabilir ve yanma verimliliğini iyileştirebilir. Kümes hayvanı üretiminin artması, bu kümes altlıklarının çevreye vereceği zararları azaltarak, güvenli ve yararlı bir şekilde bertaraf edilmesini zorunlu hale getirmiştir. Hayvansal kökenli atıkların yüksek ısıl değeri (HHV) 19,0 MJ kg-1'e ulaşmaktadır ve bu nedenden dolayı onu kullanılabilir yenilenebilir enerji kaynağı haline getirmektedir. Fosil yakıt fiyatlarının yüksek olması nedeniyle kümeslerde ortam ısıtması için geliştirilen özel fırınlarda PL'nin yakılmasına büyük ilgi duyulmaktadır. Bunun nedeni, döngüsel ekonomi yaklaşımının ve çiftlik hayvanlarının ürettiği atıkların yakma teknolojisine sahip işletmelerde kaynak olarak kullanılmasına ilişkin AB düzenlemesinin, PL'nin sahadaki kümes hayvanlarının ısıtılmasında doğrudan yanma için yakıt olarak kullanılmasını teşvik etmesidir. Ancak PL, hızlı bir şekilde ayrıştığı ve yüksek nem içeriği nedeniyle HHV'nin birkaç gün içinde 19,0 - 9,0 - 13,5 MJ kg-1'e düşmesi nedeniyle zorlayıcı yakıt olarak kabul görürler. Bu durum yanmayı engeller ve mono yanma uygulandığında külle ilgili sorunlara neden olur. Bu amaçla, bir enerji santralinde yanma veya bir çiftlikte alan ısıtma amacıyla doğrudan yanma özelliklerini iyileştirmek için ön karıştırma veya ön iyileştirme gerekli olmaktadır. Bazı biyoyakıt hammaddeleri, yüksek HHV, düşük kül içeriği, düşük tutuşma noktası, optimum kirlenme, cüruflaşma ve yüksek kül erime sıcaklıkları ile tanımlanabilir ve bu tanımlamada biyokütle yakıtları iyi yakıt olarak tanımlarlar. Genel olarak yanma sorunlarını optimize etmek, gaz emisyonlarını ve külden dolayı oluşan sorunları asgari düzeye indirmek için yanma özelliklerini analiz ettikten sonra ikiden fazla ham maddenin harmanlanması tavsiye edilir. Önceki araştırmalar, alev özellikleri ve kül elementi indeksi gibi yanma parametreleriyle ilişkili olarak ilave biyokütle yakıtlarının PL üzerindeki sinerjistik etkisini göstermektedir. Bu çalışmada, enerji mahsulü tatlı sorgum bagas atığı ve PL pirolizinden elde edilen yeni bir yan ürün piroliz yağını birleştirerek PL'nin yanma özelliklerini, olası yanmayla ilgili zorlukları ve külle ilgili sorunları iyileştirmek için basit, pratik yöntem test edilmiştir. Bu araştırma, standart psiko-kimyasal yakıt analizi ile PL, tatlı sorgum bagası, bunların karışımı ve piroliz yağı ilavesinin yanma davranışlarına etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, harmanlanmış PL karışımlarının yakma özellikleri yeni bir yaklaşım olan görüntü analizi ile değerlendirildi. Ayrıca, harmanlanmış yakıtın kazan sisteminde kirlenme ve cüruflanma eğilimi açısından karşılaştırılması amacıyla küle bağlı indeks değerlerinin belirlenmesi amacıyla kül bileşimi analizi yapılmıştır. Bu çalışmanın amacı tatlı sorgum bagasının (SS) ve piroliz yağının (PO) PL'nin yakıt özelliklerini iyileştirme ve yakma sırasında külle ilgili yükleri hafifletme üzerindeki etkisini araştırmaktır. Farklı biyokütle yakıt karışımları, PL'nin SS ile %0,0 (T0), %25 (T1), %50 (T2), %75 (T3) oranında birleştirilmesiyle üretildi ve %100 SS (T4) uygulaması ile karşılaştırılmıştır. Yüksek enerji potansiyeli ve düşük kül birikimi elde etmek amacıyla paralel numuneler ayrıca enerji değerini iyileştirmek amacıyla %10 PO ile karıştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, karışımlara SS oranının arttırılması ve PO eklenmesinin uçucu maddeyi artırdığını, nem ve kül içeriğini azalttığını göstermektedir. Küllerin elementer içeriği, uçucu madde oranları ve sabit karbon miktarları için kuru bazda yaklaşık analizden elde edilen sonuçlar hem PO 'ya hem de SS oranlarının azaltılmış kül içeriği ve artan uçucu madde nedeniyle hipotezimizi doğrulamaktadır. Dolayısıyla yüksek uçucu madde, düşük kül nedeniyle yanmaya uygunluk iyileştirilmiştir. Deneylerde kullanılan PL %64 oranında uçucu madde içermekte ve makul bir yanıcılık özelliği göstermektedir. PL'ye SS ilavesi, uçucu madde artışlarına 25 (T1), %50 (T2) ve %75 (T3) SS ilavesi ile sırasıyla %67, %68 ve %71 oranında önemli ölçüde katkıda bulunmuştur. Piroliz yağı (PO) ilavesi uçucu maddeyi sırasıyla %68, %70 ve %73'e yükseltmiştir. Benzer şekilde, SS ve piroliz yağı, kül içeriğini kuru madde bazında %12,85'ten %7,10'a önemli ölçüde azaltmış; yanma sonucu ortaya çıkan malzemenin çoğunun, yanma sırasında kül depozitleri, cüruf oluşumu ve topaklaşmaya tepki vermeyen ürünler olduğunu göstermiştir. Tutuşabilirlik indeksi, kazan koşullarında biyokütlenin olası performansının bir göstergesi olarak kullanılır. PO ilavesi aynı zamanda karbon ve hidrojen içeriğini de arttırmıştır. PL'ye SS ilavesi, %25'lik bir karışımdaki peletin tutuşabilirlik endekslerini yükseltmiş ve karışımdaki SS'nin daha da artmasıyla neredeyse sabit (41.94 - 42.02) kalmıştır. PL:SS karışımlarına PO ilavesi tutuşabilirlik indeksini 41,75'ten 43,74'e önemli ölçüde iyileştirmiştir. Ancak tahmin edilen tutuşabilirlik indeksi değerlerinin tümü 35'in üzerinde olup bu değer kazanlarda verimli bir şekilde kullanılabilir aralıktadır. Bu bağlamda, SS'nin yüksek uçucu içeriği, yüksek sıcaklıklarda külle ilgili yaygın sorunların önlenmesi amacıyla düşük sıcaklıklarda hızlı tutuşma açısından faydalıdır. Kümes hayvanı altlığı karışımındaki SS oranındaki artışın bir fonksiyonu olarak kalorifik içerik artmıştır. SS oranının %25'ten %100'e çıkarılmasıyla HHV değerleri 4295±12 Kcal kg-1'den 4404±9 Kcal kg-1'e yükselmiştir. Ayrıca yakıt karışımlarında karışımlar %10 PO ile karıştırıldığında PL: SS karışımlarının HHV değerleri %0,5-2,6 aralığında daha da yükselmiştir. LHV (düşük ısıl değer) ve HHV değerlerindeki artış eğilimi hem SS hem de PO malzemelerinin kimyasal yapısına bağlanabilir çünkü PL, LHV'yi azaltan nispeten yüksek nem ve kül mineralleri içermektedir. Ayrıca SS+PO, görüntü analiz yöntemine dayalı olarak PL karışımlarının alev hacmini ve kırmızı renk yoğunluğunu iyileştirmiştir. Saf PL ile karşılaştırıldığında, karışımdaki SS yüzdesinin artmasıyla birlikte alev alanının boyutu ve parlaklığı ile görüntülerin kırmızı renk yoğunluğu da artmıştır. Biyokütle peletlerine PO ilavesiyle alev alanı ve kırmızı renk yoğunluğu daha da artmıştır. Bu sonuçlar, tatlı sorgum bagası ve piroliz yağının, kümes hayvanı altlığı yanması ile daha etkin sonuçların ortaya çıktığı hipotezimizi doğrulamaktadır. SS ve PO için alevin alanı ve kırmızı renk yoğunluğu, saf PL'den daha büyük ve daha yoğun olmuştur. Buna göre SS'nin tek başına ve PO ile kombinasyon halinde PL'ye kıyasla daha kısa bir tutuşma süresi sergilediğini belirtmek gerekir. Bu nedenle hazırlanan peletlerin tutuşma gecikme süreleri saf PL, SS ve bunların %50+%50'lik beraber karışımlarının süreleri sırası ile 75, 29 ve 38 saniyedir. Peletlere %10 piroliz yağı eklendiğinde tutuşma gecikme süreleri sırasıyla 49, 28 ve 33 saniyeye kısalmıştır. Bu sonuçlar, SS ve PO tarafından sağlanan daha fazla uçucu maddenin dehidrasyon, volatilizasyon ve yanmaya olumlu katkıyı etkilediği olgusu ile tutarlıdır. Alev kırmızı renk yoğunluğu üzerinde değişen biyokütle yakıt parametrelerini daha iyi anlamak için, hazırlanan biyoyakıt peletlerinden elde edilen yaklaşık bileşim parametreleri ve tutuşma indeksi değerleri kullanılarak Pearson korelasyonları yapılmıştır. Sonuçlar, uçucu madde ve organik madde içeriğinin alev kırmızısı renk yoğunluğuna anlamlı pozitif katkısını göstermiştir. HHV ve tutuşabilirlik indeksi (Ii) de kırmızı renk yoğunluğunu olumlu yönde etkilemektedir. Öte yandan PL'nin katkıda bulunduğu kül içeriği ve sabit karbonun kırmızı renk yoğunluğu üzerinde önemli olumsuz etkileri olmuştur. Saf PL en yüksek kül problemi indeksi değerine sahiptir (FI < 40) ve küldeki potasyum, sodyum ve fosforun varlığından dolayı aşırı yüksek olarak sınıflandırılmıştır. SS indeks değeri ise orta aralıkta (FI 0,6-40) tespit edilmiştir. PL:SS %50+50 karışımının FI sonuçları dolayısıyla indeks değerini düşürmüştür. Ancak karışımdaki ne SS ne de PO varlığı külle ilgili indeks değerlerini yeterince iyileştirmemiştir ve bu durum daha fazla araştırma gerektirmektedir.
Farklı tasarımlara sahip hava akışkanlı güneş kolektörlerinin deneysel analizi
Günümüzde enerji elde etmek için çok farklı çalışmalar yapılmaktadır. Yapılan bu çalışmalar genelde yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde olmaktadır. Çünkü yenilenebilir enerji kaynakları hem çevreye zarar vermez hem de sürekli enerji kaynağıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları: Rüzgâr enerjisi, Jeotermal enerji, Güneş Enerjisi vb. şeklinde sıralanabilir. Bu kaynaklardan elde edilen enerjinin doğa üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur. Bundan dolayı petrol türevli yakıtların atmosfere vermiş olduğu tahribat yenilenebilir enerji sayesinde önlenmiş olacaktır. Bu çalışmada içyapısı farklı şekilde tasarlanan üç farklı havalı güneş kolektörünün kıyaslanması 42o'de ve 3m/s, 6,5m/s hava hızında çalıştırılarak deneyler yapılmıştır. Birinci panele herhangi bir işlem yapılmamış olup düz plaka sacdan oluşmaktadır, ki bu geleneksel havalı güneş kolektörü tipidir. İkinci kolektöründe havanın ısı transferini artırmak için atık kola kutuları seri bir şekilde tasarlanarak yerleştirilmiştir. Üçüncü kolektör ise atık kutulardan paralel şekilde tasarlanmış ve yerleştirilmiştir. Kola kutularından imal edilen kolektörlerimizin ısıyı daha iyi absorbe etmesi için siyah mat boya ile boyanmıştır. Boruların altına monte edilen yalıtım malzemesi ise kendisinden yansıyacak olan ışınları borulara vereceği düşünülerek parlak bırakılmıştır, bu sayede birim yüzeye gelecek güneş ışınının daha fazla olacağı düşünülmüştür. Yapılan deneyler sonucunda düz yüzeyli havalı güneş kolektöründe 6,5m/s'de en yüksek sıcaklık 88oC/ sıcaklık elde edilirken, kola kutularından tasarlanan seri bağlantılı havalı güneş kolektörünün en yüksek sıcaklığı 101oC paralel bağlantılı havalı güneş kolektöründe ise en yüksek sıcaklık 97oC olarak tespit edilmiştir. 3m/s hızında 20 Ağustos'ta düz yüzeyli kolektörde 101oC olarak ölçülmüş, seri kolektörde elde edilen en yüksek sıcaklık 101oC olarak ölçüldü, Paralel bağlantılı kolektörde ise 110oC olarak ölçüldüğü görüldü. 15 Ağustos'ta 6,5m/s'de yapılan ölçümlerde giriş ve çıkış sıcaklık farklarına bakıldığında ise Saat 9:00'da alınan verilerde, düz kolektörde sıcaklık farkının 23oC, paralel kolektörde 33oC ve seri kolektörde sıcaklık farkının 35oC olduğu görüldü. Düz kolektörde maksimum farkın saat 12:20'de olduğu, paralel kolektörde maksimum farka saat 12:00' da 56oC olduğu ve seri kolektörde ise maksimum farkın 11:40'da 56oC olduğu görüldü. Saat 16:00'da ise düz kolektörde sıcaklık farkının 27oC, paralel kolektörde 19oC ve seri kolektörde sıcaklık farkının 37oC olduğu gözlemlendi. 20 Ağustos'da 3m/s hızda yapılan ölçümlerde ise saat 9:00'da yapılan ölçümlerde düz kolektörde sıcaklık farkı 33oC, seri kolektörde sıcaklık farkı 35oC paralel kolektörde oluşan sıcaklık farkı ise 33oC olarak ölçüldü. Düz kolektörde maksimum farkın saat 12:40'da olduğu, paralel kolektörde maksimum farka saat 11:20'de 68oC olduğu ve seri kolektörde ise maksimum farkın 11:00'da 59oC olduğu görüldü. Saat 16:00'da ise düz kolektörde sıcaklık farkının 33oC, paralel kolektörde 50oC ve seri kolektörde sıcaklık farkının 35oC olduğu gözlemlendi. Elde edilen sonuçlara göre sistem 6,5m/s hızda çalıştırıldığında seri kolektör daha iyi sonuçlar verirken, 3m/s hızda çalıştırıldığında paralel kolektörün daha iyi sonuçlar verdiği görüldü. Yapılan hesaplamalar sonucunda ise 6.5m/s hızda en iyi verimi seri kolektör verirken, 3m/s hızda ise en iyi verimi paralel kolektör vermiştir.
Biyogaz yakıtlı reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli bir motorun modellenmesi ve çalışma parametrelerinin optimizasyonu
İçten yanmalı motorlar arasında, reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli (RCCI) motorlar, oldukça yeni bir yöntemdir. Bu motorlar, yüksek verimi ve düşük emisyon değerleriyle ümit vaat etmektedir. RCCI motorlarda emme hattına ve silindir içine enjekte edilen farklı reaktivite dereceli yakıtlarla yanma kontrol altına alınabilmektedir. Böylelikle motor verimi ve performans olarak oldukça iyi sonuçlar elde edilmektedir. Bu çalışmada, biyogaz yakıtlı reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli bir motorun bir boyutlu modellemesi yapılmıştır. Oluşturulan motorun gerçekçiliği, deneysel validasyon çalışmalarıyla doğrulanmıştır. Buna göre, kurulan gerçekçi bir boyutlu modelle, biyogazın lambda sayısı, motor devir sayısı, sıkıştırma oranı, emme basıncı, enjeksiyon zamanlamasının motor performansına etkileri değerlendirilmiştir. Yenilenebilir bir kaynak olarak biyogazın, bir motorda yakıt olarak kullanılma potansiyeli incelenmiştir. Ayrıca, biyogaz yakıtlı motorun emme ve egzoz supap zamanlamaları, RCCI stratejisine göre minimum özgül yakıt tüketimi (ÖYT) elde etmek üzere, genetik algoritma kullanılarak optimize edilmiştir. Yapılan parametrik ve optimizasyon çalışmalarına göre, optimum motor çalışma parametreleri belirlenmiştir. Optimum değerlere göre motor güç ve tork değeri %15,1 oranında artarken, ÖYT değeri ise %11,3 oranında azalmıştır.
Buhar sıkıştırmalı klasik soğutma sistemi kullanarak pv sistemleri soğutulmasıve verim analizi
Bu tez çalışmasında fotovoltaik güneş panellerinde ısı kaynaklı kayıpları düşürmek ve panel verimini yükseltmek için panelin arka yüzeyine sıkıştırılmış buhar yardımı ile soğutulmaya çalışılmıştır. Panellerin alt yüzey sıcaklıklarının sıkıştırılmış buhar ile soğutulması ile elde edilen değerleri ölçüp elde edilen verilerin karşılaştırılması yapılmıştır. Dış ortamın zamana bağlı sıcaklık değişimleri, güneş radyasyon değerleri ve ortam koşulları ölçülmüştür. Elde edilen bulguların analiz sonuçları panel üzerindeki verim hareketliliği incelenmiştir. Deney için üç adet 105W'lık PV panel kullanılmıştır. Modül 3 panelin arka yüzeyine sarmal şekilde montajlanan bakır boru içinde kompresör yardımıyla sıkıştırılmış R600 gazı ile soğutulmuştur. Modül 2 panelin arka yüzeyine sadece su olması durumunda soğutulma yapılmıştır, Modül 1 panel ise ortam koşullarında bulunun bir panelin durumunu gözetlemek ve referans amaçlı olarak boş bırakılmıştır. Panel yüzeyine yerleştirilen 3 farklı yüzey sıcaklıkları ve ortam sıcaklığı, giriş çıkış sıcaklıkları yapılmış ve zamana bağlı olarak oluşan güç, akım ve volt değerleri kaydedilmiştir. Sonuçlara göre Deney düzeneğinde kullanılan tüm panellerin maksimum güç oranları önceden belirlenmiştir. Yapmış olduğumuz deney analizleri sonucunda soğutma düzeneği kurulan panel ile boş panelin verileri ile kıyaslanma yapıldığında soğutma yapılan panelde %5,73 güç üretimi fazlalığı vardır. Boşken panellerin güç üretimlerini kıyasladığımızda soğutulan panelin tüm gün boyunca ortalama olarak, 0,5W daha az güç üretmiştir. Her üç panellinde aynı özelliklerine sahip olmasına rağmen oluşan farklılıklar deney sonucunda etkisini göstermiştir. Hesaplamalar sonucunda elektriksel verimin %9 iken, soğutulan panelde verim %7,9 olarak bulunmuştur. Yapılan deneyde soğutma yapılan modül 3. tüm gün ortalama sıcaklık değeri 33ºC' de iken referans panelin ortalama sıcaklık değeri ise 40ºC' de kalmıştır. Yapılan çalışmada panelin 14ºC soğutulmuş ve bu sıcaklık farkının daha da artırabilinirdi. İdeal çalışma sıcaklığına 25ºC yakın olarak soğutma yapılan modül 3. panel arka yüzey sıcaklık aralığı olarak 30ºC' ye sabit tutularak panelin üreteceği güç miktarı gözlemlenmiştir. Soğutma elemanı olan kompresör toplamda 3 saat boyunca tükettiği enerji miktarı 0,319 kWh olarak bulunmuştur. Tüketmiş olduğu bu enerji miktarını karşılamak için 40W panel yeterli olacaktır. Yapmış olduğumuz çalışmada soğutulan modül 3 nolu panelin arka yüzeyini su ile tamamen kaplayıp tüm yüzey alanını eşit bir şekilde soğutulmuştur. Soğutulan bu yüzey alanın eşit olmasından kaynaklı olarak diğer çalışmalara nazaran soğutma borularının temas ettiği alanların dışında tüm yüzey alanı eşit bir şekilde soğutulmuştur. Böylelikle panel verimli yükseltilmiştir.
Farklı malzemelerden üretilen türbülatörlerin ısı kazancına etkisinin deneysel analizi
Enerji, değişen ve gelişen dünyamızda insanlık için büyük önem arz etmektedir. Var olan enerji kaynaklarımızın hızlı tükenmesi ve fosil yakıtların çevreye verdiği zararlar insanları yeni enerji kaynakları bulmaya ya da elindeki kaynakları daha verimli kullanmaya sevk etmiştir. Buna bağlı olarak günümüzde kullanılmakta olan sistemlerde enerjiyi daha verimli kullanmak adına ısı transferi uygulamalarından yararlanılmaktadır. Eşanjörler veya ısı değiştiriciler bir akışkandan başka bir akışkana ısı transferi için kullanılan cihazlardır. Genel olarak; ısıtma, soğutma, kimya endüstrisi ve enerji santrallerinde kullanılmaktadır. Isı değiştiricileri, ısı değiştirici türlerine göre direkt temaslı ve direkt temaslı olmayan tip olarak iki kısımda incelenir. Akışkanların direkt temasta bulunduğu ısı değiştiricileri; bu tür ısı değiştiricilerinde farklı sıcaklıklardaki akışkanların ya da bir akışkan ile katı tür maddelerin birbirleriyle direkt karıştırılır veya temasta bulundurulurlar. Endüstriyel işlemler neticesinde ortaya çıkmış ısının atılması amacıyla uygulamalarda sıklıkla kullanılmakta olan soğutma kuleleri bu tür ısı değiştiricilerine iyi bir örnek teşkil eder. Akışkanların direkt temasta bulunmadığı ısı değiştiricileri; bu tür ısı değiştiricilerinde öncelikle sıcak olan akışkandan iki akışkanı birbirinden ayıran yüzeye ya da bir kütleye geçirilir. Sonrasında bu ısı, bu yüzeylerden veya kütlelerden soğuk olan akışkana iletilir. Bu tez çalışmasında düz bir bakır boru içerisinde ısı transferini arttırmak amacıyla, boru içerisinde boydan boya uzanan mil üzerine 0.5mm kalınlıklara sahip, bakır, alüminyum ve çelik sac tabakalarından yapılmış pervaneler vasıtası ile ısı transferini arttırmak hedeflenmiştir. Sistemde akışkan olarak buhar ve hava kullanılmıştır. Su, sistemin alt kısmında bir depoda ısıtılıp üst kısımdaki türbülatöre borular vasıtası ile buhar olarak gönderilmiştir. Hava akışının hızlı bir şekilde ısı değiştiricilere verilebilmesi için fan kullanılarak zorlanmış taşınım yapılmıştır. Türbülatörsüz olarak alınan deneylere oranla, başta 3cm aralıkta %111, başta 6cm aralıkta %112, başta 9cm aralıkta %128,8, başta 12cm aralıkta %121,6, başta 15cm aralıkta %132, ortada 3cm aralıkta %121,6, ortada 6 cm aralıkta %124,8, ortada 9cm aralıkta %119,2, ortada 12cm aralıkta %116,8, ortada 15cm aralıkta %121,6, sonda 3cm aralıkta %88, sonda 6cm aralıkta %76, sonda 9cm aralıkta %107,2, sonda 12cm aralıkta %111,2, sonda 15cm aralıkta %121,6, artışlar olduğu tespit edilmiştir. Deney sonuçlarına göre, Bakır, Alüminyum ve Çelik saclardan imal edilmiş türbülatörlerin ısıl verimleri, basınç kayıpları ve sürtünme faktörleri hesaplanarak grafikler çizilmiştir.
Sürdürülebilir kalkınma doğrultusunda elektrik tüketimi ve rüzgâr türbini üretiminin tahminlenmesi ve ekonomik analizi
Dünya üzerinde artan nüfus, endüstrileşme ve enerji tüketimi yüksek yeni nesil teknolojilerin yaygınlaşması ile birlikte enerjiye olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Günlük hayatın hemen her alanında vazgeçilmez olan enerji, günümüzde daha çok fosil kaynaklı yakıtlardan üretilmektedir. Fakat bu doğal kaynakların giderek azalması, fiyat ve arzlarda oluşan belirsizlik ve bu kaynakların yanmasına bağlı olarak ortaya çıkan çevre sorunları alternatif enerji kaynakları arayışlarına hız vermiştir. Bu alternatiflerin başında da hem çevresel olarak zararların minimum olması hem de herkes tarafından erişilebilir olması nedeniyle yenilenebilir enerji gelmektedir. Türkiye'nin sürdürülebilir kalkınma politikası doğrultusunda temiz ve erişilebilir bir enerji en temel hedeflerden bir tanesidir. Bundan ayrı olarak enerjinin tüm sürdürülebilir hedeflerle hem doğrudan hem de dolaylı bir ilişkisi de vardır. Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarına bir genel bakış sunulmuştur. Sonrasında Türkiye'nin elektrik tüketiminin tahmin edilmesi ve buna bağlı olarak kaynağa bağlı elektrik üretim politikası değerlendirilmiştir. Maliyeti ve CO2 emisyonunu en aza indirmek için her bir elektrik üretim teknolojisinin optimal payını sağlayan bir lineer matematiksel model geliştirilmiştir. Geliştirilen matematiksel model kullanılarak yıllık elektrik tüketimini karşılamak için hangi elektrik üretim kaynaklarının kullanılması gerektiği gösterilmiştir. Ele alınan bir diğer konu da rüzgâr türbini ve rüzgârdan elektrik üretimi üzerinedir. Çalışma için seçilen bölgedeki geçmiş dönem rüzgâr hızı verileri makine öğrenmesi teknikleri ile değerlendirilerek geleceğe yönelik tahminler yapılmıştır. Ayrıca aylık üretim verileri üzerinden farklı rüzgâr türbinlerinin ekonomik analizi yapılmış ve yatırım yapılabilirliği değerlendirilmiştir.
Farklı faz değiştiren malzemelerle kaplanmış güneş panelinin soğutulması ve enerji üretiminde verimlilik farkının incelenmesi
Bu tez çalışması; Batman ili iklim şartlarında birbirinden farklı faz değiştiren malzemeler kullanılarak 110 W Monokristal güneş paneli üzerindeki ısı ve verim hesaplamalarının deneysel karşılaştırılması yapılmıştır. Batman üniversitesi Batı Raman Kampüsünde kurulan deney düzeneği farklı gün ve saat aralıklarıyla sıcaklık miktarlarının ve FDM'lerin (faz değiştiren malzemelerin) güneş panelinden elde edilen enerji miktarına etki eden parametreler deneysel olarak incelenmiştir. Güneş radyasyonu, panel sıcaklıkları ve ortam sıcaklığı ölçülmüştür. Elde edilen verilerin analizi sonucunda panel üzerindeki verim hareketliliği incelenmiştir. 3 panelin arka yüzeyine montajlanan cam muhafaza içerisine eklenmiş üç farklı FDM malzemesi ile FV sistem soğutulmuştur. Her üç fotovoltaik panelin, arka yüzeyine ayrı ayrı FDM çeşitleri eklenmiştir. Parafin, Yağ Asidi ve Tuz Hidrat FDM'leri eklenerek soğutma yapılmıştır. Bir adet fotovoltaik paneli de ortam koşullarında bulunan bir panelin durumunu gözlemlemek ve referans baz almak için olarak boş bırakılmıştır. Panel yüzeyine yerleştirilen üç farklı yüzey sıcaklıkları, ortam sıcaklığı ve giriş çıkış sıcaklıkları alınmış ve zamana bağlı olarak oluşan güç, akım ve volt değerleri kaydedilmiştir. Deney düzeneğinde kullanılan tüm panellerin maksimum güç oranları hesaplanmıştır. Deney analizleri sonucunda; Parafin kullanılan panelde %11,34, Tuz Hidrat kullanılan panelde %17,22, Yağ Asidi kullanılan panelde ise %30 güç üretimi fazlalığı bulunmuştur. Her üç panellinde aynı özelliklerine sahip olmasına rağmen oluşan farklılıklar deney sonucunda etkisini göstermiştir. Hesaplamalar sonucunda elektriksel verimin her panelde farklılık gösterdiğini ölçülmüştür. FDM'ler eklenmeden önce elde edilen verilere göre; Parafin kullanılan panelin elektriksel verimi %9,2 iken parafin eklendikten sonra %9,7 olarak hesaplanmıştır. Tuz Hidrat kullanılan panelin elektriksel verimi %8,4 iken Tuz Hidrat eklendikten sonra elektriksel verimi %9,4 ve Yağ Asidi kullanılan panelin elektriksel verimi %6,6 iken Yağ Asidi eklendikten sonra elektriksel verimi %8,1 olarak bulunmuştur. Yapılan deneyde soğutma yapılan Parafin kaplı güneş panelinde 16℃, Tuz Hidrat kaplı panelde 11℃, Yağ Asidi ile kaplanmış panelde ise 13℃ sıcaklık farkı ölçülmüştür. Deneylerin sonucunda güneş panellerinde meydana gelen ortalama sıcaklık farkı en yüksek Yağ Asidi FDM'si ile 4. güneş panelinde 13℃ miktarda olmuştur. Farklı FDM'ler ile kaplı olan üç güneş panelinin de anlık ve günlük ortalama verim değerlerini arttırdığı gözlemlenmiştir. Ortalama en yüksek verim değerlerine bakıldığında; %30 güç artışı ile Yağ Asidi FDM olduğu görülmüştür.
Farklı iklim koşulları için ışınım değerlerine dayalı güneş enerjisi potansiyelinin tahmini
Her geçen gün dünyada enerji kullanım oranı artmaktadır. Enerji; sanayi, sağlık, konut ısıtması ve aydınlatılması gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkeler sağlık, eğitim, ulaşım ve üretim gibi alanlarda aktif bir şekilde enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Enerji ihtiyacını karşılayamayan ülkeler birçok konuda olumlu yönde ilerlemeler sağlayamamaktadır. Günümüz dünyasında refah seviyesini yükseltmek için birçok ülke enerji alanına yönelmiş durumundadır. Dünyada gün geçtikçe nüfusun artması ve sanayileşmeden kaynaklı enerji açığı ortaya çıkmaktadır. Fosil kaynaklı enerjinin tükeniyor olması yeni enerji üretim yolları araştırılmasına neden olmuştur. Bu yüzden, tükenmeyen ve çevre dostu olan yenilenebilir enerjilere yönelim artmıştır. Yenilenebilir enerjilerin temel olarak ana kaynağı güneştir. Güneş enerjisinin bedava olması ve ülkemizin fazla miktarda güneş alabilen bir coğrafyada olması bizi bu konuda çalışmaya yönlendirmiştir. Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi ışınım potansiyel tahmini hakkında araştırmalar yapılmıştır. Yenilenebilir enerji çeşitleri ve potansiyellerine değinilip, Türkiye'deki yenilenebilir enerji çeşitlerin kapasitesi açıklanmıştır. Daha sonra, güneş hakkında detaylı bilgiler verilmiştir. Çalışmanın literatür bölümünde güneş enerjisinin potansiyel tahmini ile ilgili birçok teknik ve modelle yapılan çalışmalar sunulmuştur. Güneş enerjisinden elektrik üretimi elde ediniminde en önemli unsurun o bölgenin aldığı ışınım değerleri olduğu görülmüştür. Bu nedenle, farklı iklim kuşaklarındaki İstanbul, Ottowa ve Pekin şehirlerinin 2015-2020 yılları arasındaki ışınım değerleri temel alınarak, 2021 ve 2022 yılları için aylık olarak güneş enerjisi potansiyeli ARIMA ve yapay sinir ağı ile tahminler yapılmıştır. ARIMA ve yapay sinir ağı modellerinde en uyumlu çıkan şehir İstanbul olmuştur. ARIMA ve yapay sinir ağları içinde ise üç şehirde gerçek değer ile tahmin modeli arasında en fazla benzerlik olan yapay sinir ağları metodu olmuştur.
Silindir tipi türbülatörlerin ısı transferi performansının analizi
Türbülatörler, ısı değiştiricilerinde akışkanlara türbülans kazandırarak, yüzeyle olan temasın arttırılması yoluyla ısı transferinin yükseltilmesi için kullanılmaktadır. Türbülatörler, yüksek verimlilik gerektiren alanlarda tercih edilmektedir. Akışkanlardan efektif ısı transferi sağlanması için maksimum temas yüzeyine sahip olunması gerekmektedir. Sisteme verilen enerjiden maksimum kazanç elde edilebilmesi ve maliyetlerin en aza indirilebilmesi için tercih edilen bu tür sistemlerin kullanımı sayesinde yüksek verimlilik oranlarına ulaşmak mümkün bir hale gelmektedir. Yapılan bu çalışmada ısı transferinin arttırılması kapsamında eş merkezli dış ve iç borudan oluşan ısı değiştiricisinde iç boru içerisine farklı türbülatörler yerleştirilmiştir. Isı değiştiricisinde dış boruya 98℃ sıcaklığında buhar, iç boruya ise kompresör yardımıyla oda sıcaklığında belirlenen hızlarda hava akışı paralel, aynı yönlü bir şekilde uygulanmıştır. Deney düzeneğiyle ısı değiştiricisi iç borusu türbülatörsüz (boş) olduğunda, içerisinde 1 m uzunluğunda mil üzerine 15 cm adımlarla yerleştirilmiş Tip-A (çubuk) ve Tip-B (kanat) silindirik türbülatörlerin yerleştirilmesi durumlarında ısı transferi performansı incelenmiştir. Deney düzeneğinde termokupllar kullanılarak çoklu kanallı veri tarayıcı ile türbülatörsüz, Tip-A ve Tip-B silindirik türbülatör durumlarında, belirlenen hızlarda ısı değiştiricisi giriş ve çıkış sıcaklıkları ölçülmüştür. Elde edilen verilere göre farklı açılardan analizler yapılmıştır. Türbülatör Tip-B kullanıldığı durumda en yüksek sıcaklık farkının gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Türbülatörsüz durum ile karşılaştırıldığında Türbülatör Tip-A kullanılması durumunda 2,5 m/s hızında %28 oranında, Türbülatör Tip-B kullanılması durumunda 3 m/s hızında %118 oranında artış ile maksimum sıcaklık farklarına ulaşıldığı görülmüştür. Ortalama sıcaklıkların Tip-A türbülatör kullanıldığında ve türbülatörsüz durumlarda birbirlerine yakın olduğu, Tip-B türbülatör kullanıldığında ise 1 m/s ve üzeri hava akış hızlarında ortalama sıcaklığın daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Türbülatör Tip-A kullanıldığında %32 ile 2,5 m/s hızında, Türbülatör Tip-B kullanıldığında %157,9 ile 3 m/s hızında türbülatörsüz duruma göre en yüksek artış oranı ile Nusselt sayısına ulaşılmıştır. Türbülatör Tip-A kullanıldığında %32,5 ile Reynolds 11423 değerinde, Türbülatör Tip-B kullanıldığında %157,9 ile Reynolds 13899 değerinde türbülatörsüz duruma göre en yüksek hm ısı taşınım katsayısı artış oranına ulaşılmıştır. Tip-A ve Tip-B türbülatörlerin kullanılması halinde ısı transfer miktarının ve etkinlik oranının, belirlenen Reynolds değerlerinin tümünde türbülatörsüz duruma göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Reynolds değerlerinin tümünde Türbülatör Tip-B kullanılması durumunda belirgin bir şekilde artış ile en yüksek ısı transfer miktarına ve etkinlik oranına ulaşılmıştır. Her koşulda türbülatör kullanımının ısı transferini arttırdığı, Tip-B türbülatörün Tip-A türbülatöre göre belirgin bir şekilde daha iyi ısı transfer performansı gösterdiği görülmüştür.
Isı borusu kullanılan türbülatörlerin ısı transferlerine olan etkisinin deneysel analizi
Günümüzde kullanılan sistemler, enerjiyi daha verimli kullanmak için ısı transfer uygulamalarını kullanır. Isı eşanjörü, ısıyı bir sıvıdan diğerine aktarmak için kullanılan bir cihazdır. Isı eşanjörü genellikle soğutma, ısıtma, enerji santrallerinde ve kimya endüstrisinde kullanılır. Isı değiştiriciler, ısı değiştirici tipine göre direkt temaslı ve direkt olmayan temaslı olmak üzere iki kısımda ele alınmaktadır. Doğrudan sıvı teması olan bir ısı eşanjöründe farklı sıcaklıklarda bulunan akışkanların veya herhangi bir akışkan ve katı malzemeleri doğrudan karıştırır veya temas ettirir. Böyle bir ısı eşanjörüne iyi bir örnek, genellikle endüstriyel prosesler tarafından üretilen ısıyı uzaklaştırmak için kullanılan bir soğutma kulesidir. Doğrudan sıvı teması olmayan bir ısı eşanjöründe ise sıcak akışkan önce iki akışkanı ayıran bir yüzeye veya kütleye yönlendirilir. Bu ısı, bu yüzeylerden veya kütlelerden soğuk akışkana aktarılır. Yapılan bu çalışma bakır boru içerisinde ısı transferini arttırmak amacıyla, boru içerisinde mil kullanılması amaçlanmıştır. Bakır boru ve ısı borusu tabakalarından yapılan türbülatörler sayesinde ısı transferinin arttırılması sağlanmıştır. Deney sonuçlarına göre, bakır ve ısı borusu ile imal edilen türbülatörlerin etkisi incelenmiştir. 16 farklı hava akış hızlarında ölçülen sistemin giriş-çıkış sıcaklıkları grafiksel olarak gösterilmektedir. Bu farklı hava hızlarında ölçüm yapılmış olup paralel yönde akış sergileyen türbülatörlü ısı borusunun sıcaklık farkının yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Türbülatör kullanılması sıcaklık farkını etkilemiştir. Paralel akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda sıcaklık farkının en düşük olduğu, zıt akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda hava hızı 3,1 m/s'den sonra farkta azalmalar gözlenmektedir. Türbülatörsüz boru için değerlere bakıldığında randımansız değişmeler gerçekleşmiş olup hava hızının en üst değerde 1,7 m/s olduğu sıcaklık farkında artış gözlenmektedir. Türbülatörsüz boş boru ile karşılaştırıldığında zıt akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda 0,8 m/s hızında %129 oranında, paralel akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda aynı hava hızında %62 oranında sıcaklık farkı artışı olduğu hesaplanmıştır. Hava hızı 4,0 m/s olduğu durumda sıcaklık farkındaki verim zıt akışlı türbülatörlü ısı borusunda %170 oranında artış gözlenmiştir. Deney sonuçlarına göre bakırdan imal edilen türbülatörlerin ısıl verimleri, reynolds, basınç, ısı transfer değerleri çizilmiştir.
Güneş enerjisi santralinin simülasyon ile gerçek verilerinin karşılaştırılması ve mevsimsel faktörler ile ilişkilendirilmesi: Batman ili örneği
Güneş, gezegenlere ve evrene ısı, ışık veren büyük bir gök cisimdir. İnsan hayatı içinde oldukça önemli bir etkiye sahiptir. Çünkü güneşten yayılan enerji dünya üzerindeki yaşamın neredeyse tamamının var oluşuna katkısı oldukça büyüktür. Güneşten gelen bu enerji yani güneş enerjisi insan hayatında iklim, hava durumu gibi benzeri faktörleri direk olarak etkilemektedir, şüphesiz bu faktörler de insanoğlu yaşamına da yansımaktadır. Güneş enerjisi var olan enerjiler içerisinde doğal ve çevre dostu olan kaynaklardan biridir. Bu nedenden ötürü yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde de hem sınırsız ve tükenmeyen bir kaynak olması hem de temiz, güvenli ve diğer kaynaklara bağımlılığı azaltması açısından en çok tercih edilen kaynaklardandır. Dünya üzerinde bulunan nüfus sayısının artması ile birlikte var olan yenilenemez enerji kaynakları yani petrol, doğalgaz, nükleer gibi kaynakların devamlılığı sağlanamayacağı düşüncesi ile insanlar zamanla güneş enerjisi gibi sınırı olmayan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmişlerdir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi sisteminin kullanımı modern dönemde güneş enerjisi santralleri ile de yapılmaktadır. Bahse konu bu çalışmamızda Batman ilinin merkez ilçesine bağlı Çevrimova Köyü'nde kurulan güneş enerjisi santrallerinin gerçek verileri ile simülasyon verilerinin karşılaştırılmasının yapılması ve Batman iline ait sıcaklık değerleri, global güneş radyasyon değerlerinin de çalışmanın içine dahil edilmesi suretiyle var olan güneş enerjisi santrallerinin bahse konu veriler ile ilişkilendirmesini ortaya koymak amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ele aldığımız projenin 2018-2023 yılları ve arasındaki zaman dilimleri de dahil edilerek güneş enerjisi santralleri yatırımlarının enerji analizi gibi faktörlerde genellikle kullandıkları PVsyst 7.4 simülasyon programının etkisiyle ortaya çıkan verilerin gerçek analiz verilerine uygunluğunun belirlenmesi bu çalışmanın temelinde yatan yöntemdir. Ayrıca Batman ilinin seçilmesinin bir diğer faktörü de bölge ikliminin karasal iklime sahip olması ve yaz aylarının sıcak ve kurak, kış aylarının ise soğuk ve yağışlı geçmesinden dolayı güneş enerji santrali sisteminin Batman iline olan uygunluğunun belirlenmek istenmesidir.
Van ilinde monofacial ve bifacial panellere dayalı agrivoltaik sistemlerin uygulamalı ve karşılaştırmalı analizi
Artan nüfus, küresel ısınma ve salgın hastalıklar, dünya genelinde enerji ve gıda krizlerinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu durum, hem dünyada hem de Türkiye'de agrivoltaik sistemlere olan ilginin artmasına yol açmıştır. Bu çalışmada, Van ilinin Tuşba ve Başkale ilçelerinde agrivoltaik uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Çalışmada iki farklı tipte fotovoltaik panel kullanılmıştır: Tuşba ilçesinde bifacial (çift yüzeyli) panel, Başkale ilçesinde ise monofacial (tek yüzeyli) panel kullanılmıştır. Tuşba'daki bifacial GES santralinin performans oranı (PR) %80 ve elektriksel kayıp iki panel arasında %3, Başkale'deki monofacial GES'in PR değeri ise %84,2 ve elektriksel kayıp iki panel arasında %3 olarak belirlenmiştir. Bifacial panellerin altında patlıcan ve turp bitkileri yetiştirilmiştir. Monofacial panellerin altında ise marul turp, roka ve tere bitkileri yetiştirilmiştir. Panel altından alınan sıcaklık ve nem ölçümleri, panel üstünden alınan değerlere kıyasla 3–6 °C daha yüksek sıcaklık ve %5–7 oranında daha yüksek nem göstermiştir. Arazi eşdeğer oranı (LER) değerleri bifacial sistem için patlıcan bitkisinde 1.6, turp bitkisinde ise 2.02 olarak hesaplanmıştır. Monofacial sistemde ise LER değerleri marul için 2.05, tere için 2,14, roka için 2 ve turp için 2 olarak bulunmuştur. Her iki panel tipi altında yetiştirilen turp bitkisinin verimleri karşılaştırıldığında, monofacial panel altında bifacial panele kıyasla %7 oranında verim kaybı meydana geldiği belirlenmiştir. Bu farkın nedeni, monofacial panellerde hücreler arasındaki boşlukların mat camla kaplanması sonucu bitkilere ulaşan ışık miktarının azalması olarak değerlendirilmiştir.
Sürdürülebilir kentin planlanmasında yenilenebilir enerjinin kullanımı
Sanayi Devrimi'nden sonra hız kazanan makineleşme, insan ve çevre üzerinde oluşturduğu ciddi olumsuz etkileri azaltmak amacıyla kentleşme yaklaşımlarında yeni düşünce biçimleri geliştirilmiştir. Doğal kaynakların tükenmesi, fosil yakıt kullanımının artmasıyla yükselen karbon salınımı ve neoliberal kentleşme süreçleri, çevre sorunlarını derinleştirerek küresel krizlere ve iklim değişikliklerine yol açmıştır. Bu bağlamda sürdürülebilir kentsel planlama ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı kaçınılmaz hale gelmiştir. Sürdürülebilir kent kavramı, küresel sorunların devam etmemesi adına; doğa ve insanla uyumlu, kaynakların verimli kullanılması amacıyla ortaya çıkmıştır. Kentsel paradigma olarak kabul edilen sürdürülebilir kentler ve yenilenebilir enerji kullanımının ana hedefi; karbon salınımının azalması, iklim krizinin durdurulması ve enerji adaletinin sağlanmasıdır. Bu bağlamda sürdürülebilir kentler; fosil temelli enerji kullanımının minimize edildiği, kaynakların verimli kullanıldığı, sürdürülebilir ekonomik büyümenin ve yüksek refah düzeyinin sağlandığı, enerji adaleti ve demokrasisinin gözetildiği, topluluk katılımlı yönetim biçiminin benimsendiği bir kent modelidir. Bu çalışmada sürdürülebilir kentin özellikleri, avantajları, sınırlılıkları ve uygulanma biçimleri tartışılmıştır. Ekolojik modernizasyon, çevresel adalet, post-fordist kentleşme, enerji adaleti gibi teorilerle tartışma; çevresel, ekonomik ve sosyal bağlamda genişletilmiştir. Uygulanan kentsel politikaların sürdürülebilirlik kriterlerine ne ölçüde uyum sağladığı ve yenilenebilir enerji sistemlerinin kentlere nasıl entegre edilmesi gerektiği, araştırmanın cevap aradığı öncelikli sorulardır. Çalışmada günümüzdeki sürdürülebilir kent uygulamalarına ve ekolojik köylere yer verilmiştir. Sürdürülebilirliği farklı şekillerde uygulayan kentlerin incelemeleri çalışmada yer almaktadır. İncelenen dokuz kent aracılığıyla, net sıfır hedef sürecine yenilenebilir enerji kullanımının etkisi, net sıfır hedefleri, karşılaşılan zorluklar ve sosyal sürdürülebilirlik politikaları açısından ortaya çıkan sorunlar analiz edilecektir. Fosil temelli enerji kaynaklarından yenilenebilir enerji sistemlerinin kullanımına geçiş, karbon gazı salınımını azalttığı için çevresel sorunları hafifletmektedir. Ancak adil geçişin sağlanamaması, neoliberal yaklaşımlar ve yeşil rant nedeniyle kentsel sürdürülebilirlik kısıtlanmaktadır. Sürdürülebilir kentleşmenin mümkünlüğü, ancak toplum katılımlı sosyal ve ekonomik politikaların teknik bilgilerle desteklenmesiyle var olabileceği sonucuna varılmıştır. Neoliberal politikaların sürdürülebilir kentler üzerindeki etkileri eleştirel bir bakış açısıyla ele alınarak, kent politikalarının iyileştirilmesine yönelik daha adil ve ekolojik yaklaşımlar ile sürdürülebilir kentleri değerlendirme yaklaşımı sunulmuştur.
Dalgacık dönüşümü ve shap destekli özellik seçimi ile CNN-LSTM tabanlı güneş ışınımı tahmini
Bu tez çalışması, güneş ışınımı tahmininde yüksek doğruluk ve açıklanabilirlik sağlamak amacıyla ayrık dalgacık tabanlı hibrit bir Evrişimsel Sinir Ağı (CNN)- Uzun Kısa Süreli Bellek Ağı) modeli ile SHAP destekli analiz ve özellik seçimini bir araya getiren özgün bir çerçeve önermektedir. Çalışmada, Suudi Arabistan'ın Riyad şehrine ait 15 dakikalık aralıklarla toplanan üç yıllık meteorolojik veriler kullanıldı. Manuel özellik mühendisliği ile veri seti zenginleştirildi, ardından Ayrık Dalgacık Dönüşümü (DWT) uygulanarak gürültü azaltımı ve çok ölçekli bileşen çıkarımı gerçekleştirildi. CNN katmanları uzamsal desenleri, LSTM katmanları ise zamansal bağımlılıkları modelledi. Optuna tabanlı Baysesçi optimizasyon ile hiperparametreler belirlendi. Shapley Katkı Açıklamaları (SHAP) analizi ile ortalama katkısı en yüksek %20'lik dilimdeki değişkenler seçildi ve model yeniden eğitilerek ablasyon çalışmaları ile bileşen katkıları doğrulandı. 5 katlı zaman serisi bölme çapraz doğrulama yöntemi ile yapılan değerlendirmelerde modelin, her bir fold sonucunda düşük Kök Ortalama Kare Hatası (RMSE) ve yüksek Belirleme Katsayısı (R²) değerleri elde edebildiği görüldü. Özellikle zenith açısı ve bulut opaklığı gibi değişkenlerin tahminde baskın rol oynadığı belirlendi. Ayrıca modelin sağlamlığı belirsizlik tahmini ile değerlendirildi. SHAP yardımıyla seçilen özellikler Temel Bileşenler Analizi (PCA) ile de doğrulandı. Elde edilen sonuçlar, önerilen yöntemin güneş enerjisi potansiyelinin özellikle kısa vadeli değerlendirilmesinde, şebeke entegrasyonu ve enerji yönetiminde güvenilir bir araç olduğunu göstermektedir. Önerilen yaklaşım benzer iklim koşullarına sahip bölgelerde uygulanabilme potansiyeli taşımakta olup, esnek bir tahmin sistemi sunarak literatürdeki açıklanabilir Derin Öğrenme (DL) tabanlı güneş ışınımı tahmini çalışmalarına önemli bir katkı sağlama potansiyeline sahiptir. Anahtar Kelimeler: Güneş ışınımı tahmini, ayrık dalgacık dönüşümü, hibrit CNN-LSTM, SHAP, özellik seçimi
Grafen oksit nanopartikül katkılı biyodizel-dizel yakıt karışımlarının motor performansı ve emisyonlarına etkisinin deneysel incelenmesi
Bu çalışmada, grafen oksit (GO) nanopartikül katkılı B20 biyodizel yakıtının bir dizel motorun yanma karakteristiği, egzoz emisyonları ve yakıt tüketimi üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler, baz dizel yakıt referans alınarak 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm ve 100 ppm grafen nano partikül katkı oranları ile farklı motor yükleri altında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, grafen nano partikül katkısının yanma sürecini iyileştirdiğini ve silindir içi maksimum basınç değerlerinde baz dizel yakıta kıyasla yaklaşık %3–8 oranında artış sağladığını göstermiştir. Egzoz emisyonları açısından, grafen katkılı yakıtlarda karbon monoksit (CO) ve duman koyuluğu (is) emisyonlarında sırasıyla %15–30 ve %20–35 aralığında azalmalar elde edilmiştir. Hidrokarbon (HC) emisyonlarının katkı oranına bağlı olarak değişim gösterdiği, yüksek grafen katkı oranlarında daha düşük HC değerlerinin ölçüldüğü belirlenmiştir. Azot oksitler (NOx) emisyonlarında ise iyileşen yanma koşullarına bağlı olarak %5–10 aralığında sınırlı artışlar gözlemlenmiştir. Yakıt tüketimi analizleri, grafen nano partikül katkısının biyodizelin yakıt ekonomisi üzerindeki olumsuz etkisini kısmen telafi edebildiğini ortaya koymuştur. Özellikle 100 ppm grafen katkılı yakıtta özgül yakıt tüketimi değerlerinde yaklaşık %4–7 oranında iyileşme sağlanmıştır. Sonuç olarak, uygun grafen nano partikül konsantrasyonlarının seçilmesi durumunda, grafen katkılı biyodizel yakıtların dizel motorlarda çevresel ve performans açısından uygulanabilir bir alternatif olabileceği sonucuna varılmıştır.
Grafen oksit nanopartikül katkılı dizel yakıtların dizel motor performansı ve emisyon karakteristiklerine etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, grafen nano katkısının dizel motorlarda yanma, performans ve emisyon karakteristikleri üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler, tek silindirli, direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda, saf dizel yakıt ve farklı oranlarda grafen nano katkısı (25, 50, 75 ve 100 ppm) içeren yakıt karışımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Motor testleri 0,3, 1, 2 ve 3 bar ortalama efektif basınç (OEB) koşullarında yürütülmüştür. Yanma analizleri kapsamında silindir içi basınç, net ve kümülatif ısı salınımı ile basınç artış oranı (dp/dφ) parametreleri değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, grafen nano katkısının düşük ve orta katkı oranlarında yanma sürecini iyileştirdiğini ve özellikle 75 ppm katkı oranında maksimum silindir basıncı ve ısı salınımı değerlerinde belirgin artışlar sağladığını göstermiştir. Daha yüksek katkı oranlarında ise yanma karakteristiklerindeki iyileşmenin sınırlı kaldığı belirlenmiştir. Emisyon analizlerinde özgül yakıt tüketimi, CO, HC, NOx ve duman koyuluğu parametreleri incelenmiştir. Grafen nano katkısı ile özgül yakıt tüketimi ile CO ve HC emisyonlarında genel olarak azalma gözlenmiş, NOx emisyonlarında ise yük ve katkı oranına bağlı yukarı yönlü değişimler tespit edilmiştir. Duman koyuluğu sonuçları, düşük ve orta yük koşullarında grafen katkısının kurum oluşumunu azalttığını, yüksek yük ve yüksek katkı oranlarında ise artış eğilimi gösterebildiğini ortaya koymuştur. Tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, 75 ppm grafen nano katkı oranının performans, yanma ve emisyon parametreleri açısından en dengeli ve optimum katkı oranı olduğu belirlenmiştir.
Türkiye'de yenilenebilir enerji ve Amasya özelinde proje örneği
Bu tez çalışmasında Türkiye'de yenilenebilir enerji genel verileriyle incelenmiş ve yerel bir kurum olan T.C. Amasya Belediyesi binası (Eski Kültür Merkezi) için pvsol programı ile farklı panel marka ve modelleri ile PV çatı güneş sistemi modellemeleri yapılmıştır.
Grafen oksit nanopartikül katkılı biyodizel-dizel yakıt karışımlarının motor performansı ve emisyonlarına etkisinin deneysel incelenmesi
Bu çalışmada, grafen oksit (GO) nanopartikül katkılı B20 biyodizel yakıtının bir dizel motorun yanma karakteristiği, egzoz emisyonları ve yakıt tüketimi üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler, baz dizel yakıt referans alınarak 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm ve 100 ppm grafen nano partikül katkı oranları ile farklı motor yükleri altında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, grafen nano partikül katkısının yanma sürecini iyileştirdiğini ve silindir içi maksimum basınç değerlerinde baz dizel yakıta kıyasla yaklaşık %3–8 oranında artış sağladığını göstermiştir. Egzoz emisyonları açısından, grafen katkılı yakıtlarda karbon monoksit (CO) ve duman koyuluğu (is) emisyonlarında sırasıyla %15–30 ve %20–35 aralığında azalmalar elde edilmiştir. Hidrokarbon (HC) emisyonlarının katkı oranına bağlı olarak değişim gösterdiği, yüksek grafen katkı oranlarında daha düşük HC değerlerinin ölçüldüğü belirlenmiştir. Azot oksitler (NOx) emisyonlarında ise iyileşen yanma koşullarına bağlı olarak %5–10 aralığında sınırlı artışlar gözlemlenmiştir. Yakıt tüketimi analizleri, grafen nano partikül katkısının biyodizelin yakıt ekonomisi üzerindeki olumsuz etkisini kısmen telafi edebildiğini ortaya koymuştur. Özellikle 100 ppm grafen katkılı yakıtta özgül yakıt tüketimi değerlerinde yaklaşık %4–7 oranında iyileşme sağlanmıştır. Sonuç olarak, uygun grafen nano partikül konsantrasyonlarının seçilmesi durumunda, grafen katkılı biyodizel yakıtların dizel motorlarda çevresel ve performans açısından uygulanabilir bir alternatif olabileceği sonucuna varılmıştır.
Grafen oksit nanopartikül katkılı dizel yakıtların dizel motor performansı ve emisyon karakteristiklerine etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, grafen nano katkısının dizel motorlarda yanma, performans ve emisyon karakteristikleri üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler, tek silindirli, direkt enjeksiyonlu bir dizel motorunda, saf dizel yakıt ve farklı oranlarda grafen nano katkısı (25, 50, 75 ve 100 ppm) içeren yakıt karışımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Motor testleri 0,3, 1, 2 ve 3 bar ortalama efektif basınç (OEB) koşullarında yürütülmüştür. Yanma analizleri kapsamında silindir içi basınç, net ve kümülatif ısı salınımı ile basınç artış oranı (dp/dφ) parametreleri değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, grafen nano katkısının düşük ve orta katkı oranlarında yanma sürecini iyileştirdiğini ve özellikle 75 ppm katkı oranında maksimum silindir basıncı ve ısı salınımı değerlerinde belirgin artışlar sağladığını göstermiştir. Daha yüksek katkı oranlarında ise yanma karakteristiklerindeki iyileşmenin sınırlı kaldığı belirlenmiştir. Emisyon analizlerinde özgül yakıt tüketimi, CO, HC, NOx ve duman koyuluğu parametreleri incelenmiştir. Grafen nano katkısı ile özgül yakıt tüketimi ile CO ve HC emisyonlarında genel olarak azalma gözlenmiş, NOx emisyonlarında ise yük ve katkı oranına bağlı yukarı yönlü değişimler tespit edilmiştir. Duman koyuluğu sonuçları, düşük ve orta yük koşullarında grafen katkısının kurum oluşumunu azalttığını, yüksek yük ve yüksek katkı oranlarında ise artış eğilimi gösterebildiğini ortaya koymuştur. Tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, 75 ppm grafen nano katkı oranının performans, yanma ve emisyon parametreleri açısından en dengeli ve optimum katkı oranı olduğu belirlenmiştir.
Nikel (III) oksit nanoparçacık ilavesi ile biyodizel ve n-butanol yakıtlarının dizel motor performansına ve emisyonlarına etkisi
Temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç, dizel motorlarda çevresel etkileri azaltacak ve verimi artıracak alternatif yakıt arayışını hızlandırmıştır. Bu kapsamda biyodizel ve alkol bazlı yakıtlar ile nanoteknoloji tabanlı katkı maddeleri, dizel motorlar için umut verici seçenekler olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışma, biyodizel (B20) ve biyo-dizel–n-bütanol (B20But10) yakıt karışımlarına farklı oranlarda (25, 50, 75 ve 100 ppm) Nikel (III) oksit (Ni₂O₃) nanoparçacıkları eklenerek motor performansı, yanma ve egzoz emisyonlarının ayrıntılı bir şekilde incelenmesini amaçlamaktadır. Deneyler tek silindirli, dört zamanlı, su soğutmalı ve direkt enjeksiyonlu bir dizel motor üzerinde dört farklı yükte (0,3; 1,0; 2,0 ve 3,0 bar BMEP) gerçekleştirilmiştir. Yakıtların fiziksel ve kimyasal özellik-leri incelendiğinde Ni₂O₃ ilavesinin yoğunluk, kinematik viskozite ve setan indeksinde artışa, alt ısıl değer ve parlama noktasında ise azalmaya yol açtığı belirlenmiştir. Sonuçlar, Ni₂O₃ katkısının atomizasyonu iyileştirerek premiks yanma fazını güçlendirdiğini, bunun sonucunda silindir içi maksimum basıncın B20’de 53,03 bar’dan 55,86 bar’a, B20But10’da ise 52,21 bar’dan 55,45 bar’a yükseldiğini göstermiştir. Benzer şekilde, maksimum HRR değerleri B20’de 29,45 J/°CA, B20But10’da 30,02 J/°CA seviyesine ulaşmıştır. Motor performansı açısından fren termal verimi (FTV) her iki yakıtta da yük arttıkça yükselmiş; tam yükte B20 için %23,96’dan %24,89’a, B20But10 için %23,89’dan %24,94’e çıkmıştır. Fren özgül yakıt tüketimi (FÖYT) ise sırasıyla 0,331’den 0,309 kg/kWh’e ve 0,348’den 0,333 kg/kWh’e düşmüştür. Emisyon analizlerinde CO, HC, NOₓ ve duman değerlerinde anlamlı azalmalar elde edilirken, daha tamamlanmış yanma nede-niyle CO₂ emisyonlarında sınırlı bir artış gözlenmiştir. Özellikle butanol içeren B20But10 karışımlarında oksijen içeriğinin katkısı ve Ni₂O₃’ün katalitik etkisi bir araya gelerek CO ve HC emisyonlarında B20’ye kıyasla daha fazla iyileşme sağlamıştır. Çalışmada ayrıca Yanıt Yüzey Metodolojisi (YYM) kullanılarak motor performansı ve emisyonlar için ikinci dereceden regresyon modelleri geliştirilmiştir. Modeller yüksek doğruluk göstermiş (R² = %90,9–%99,9) ve hata oranları %2–6 arasında kalmıştır. Oluşturulan beş farklı optimizas-yon modeli, farklı işletme önceliklerini yansıtacak şekilde tasarlanmıştır. Örneğin dengeli yaklaşımda (Model 1) optimum noktalar B20 için 63 ppm ve 1,3 bar BMEP, B20But10 için 58 ppm ve 1,3 bar BMEP olarak belirlenmiştir.
Fotovoltaik sistemler için yüksek kazançlı da-da dönüştürücü tasarımı
Yüksek anahtarlama frekansına sahip da-da dönüştürücüler günlük hayatta kullanılan birçok teknolojik cihazın bir parçası olmuştur. Bu dönüştürücülerin, küçük boyut ve yüksek verimlilik gibi özelliklere sahip olması istenir. Yüksek frekans anahtarlamalı bu dönüştürücüler, kontrol kolaylığı, hızlı tepki ve yüksek güç yoğunluğu nedeniyle akü şarj istasyonları, yenilenebilir enerji sistemleri, yakıt hücreleri, güç faktörü düzeltme devreleri, led aydınlatma gibi endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek gerilim kazancına sahip bu da-da dönüştürücüler, özellikle fotovoltaik sistemlerdeki mikro eviricilerin giriş gerilimlerini elde etmek için kullanılmaktadır. Fotovoltaik sistemlerde yaygın olarak kullanılması, bu dönüştürücüler üzerinde yapılan araştırmaları yoğunlaştırmıştır. Bu tez çalışmasında yüksek kazançlı bir Sarmaşık tipi da-da dönüştürücü devresi matematiksel olarak modellenmiş ve benzetim modeli MATLAB/Simulink ortamında oluşturulmuştur. Benzetim çalışmaları ile elde edilen sonuçların uygulanabilirliği tartışılmıştır. İncelenen da-da dönüştürücü yapısı, düşük görev periyodu ile yüksek çıkış gerilimi sağlamak için birleştirilmiş indüktanslardan oluşmaktadır. Bu yapı anahtarlamalı yükselten tip dönüştürücüye entegre edilmiştir. Bu dönüştürücü yapısının önemli bir avantajı, güç anahtarları ve diyotlar üzerindeki gerilim streslerinin düşük olmasıdır. Böylece düşük maliyetli ve yüksek performanslı yarı iletken anahtarlama elemanları kullanılabilmektedir. Ayrıca, tüm diyotların ters geri kazanım problemi azaltılmakta ve anahtarlama elemanlarının sıfır akımdaki anahtarlama (ZCS) işlemi de sağlanmaktadır. Ek olarak pasif kilitleme devreleri, anahtarlama elemanlarının kapanma anları sırasında oluşan gerilim yükselmelerini bastırmak için kullanılmaktadır. Bu tezde 25V giriş gerilimi ve 400V çıkış gerilimine sahip 200W gücündeki bir da-da dönüştürücünün tasarımı ve benzetim çalışması gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışması sonucunda dönüştürücü yapısının çalışma prensibi ve sürekli durumdaki kararlılık analizi açıklanmıştır.
Dalgacık dönüşümü ve shap destekli özellik seçimi ile CNN-LSTM tabanlı güneş ışınımı tahmini
Bu tez çalışması, güneş ışınımı tahmininde yüksek doğruluk ve açıklanabilirlik sağlamak amacıyla ayrık dalgacık tabanlı hibrit bir Evrişimsel Sinir Ağı (CNN)- Uzun Kısa Süreli Bellek Ağı) modeli ile SHAP destekli analiz ve özellik seçimini bir araya getiren özgün bir çerçeve önermektedir. Çalışmada, Suudi Arabistan’ın Riyad şehrine ait 15 dakikalık aralıklarla toplanan üç yıllık meteorolojik veriler kullanıldı. Manuel özellik mühendisliği ile veri seti zenginleştirildi, ardından Ayrık Dalgacık Dönüşümü (DWT) uygulanarak gürültü azaltımı ve çok ölçekli bileşen çıkarımı gerçekleştirildi. CNN katmanları uzamsal desenleri, LSTM katmanları ise zamansal bağımlılıkları modelledi. Optuna tabanlı Baysesçi optimizasyon ile hiperparametreler belirlendi. Shapley Katkı Açıklamaları (SHAP) analizi ile ortalama katkısı en yüksek %20’lik dilimdeki değişkenler seçildi ve model yeniden eğitilerek ablasyon çalışmaları ile bileşen katkıları doğrulandı. 5 katlı zaman serisi bölme çapraz doğrulama yöntemi ile yapılan değerlendirmelerde modelin, her bir fold sonucunda düşük Kök Ortalama Kare Hatası (RMSE) ve yüksek Belirleme Katsayısı (R²) değerleri elde edebildiği görüldü. Özellikle zenith açısı ve bulut opaklığı gibi değişkenlerin tahminde baskın rol oynadığı belirlendi. Ayrıca modelin sağlamlığı belirsizlik tahmini ile değerlendirildi. SHAP yardımıyla seçilen özellikler Temel Bileşenler Analizi (PCA) ile de doğrulandı. Elde edilen sonuçlar, önerilen yöntemin güneş enerjisi potansiyelinin özellikle kısa vadeli değerlendirilmesinde, şebeke entegrasyonu ve enerji yönetiminde güvenilir bir araç olduğunu göstermektedir. Önerilen yaklaşım benzer iklim koşullarına sahip bölgelerde uygulanabilme potansiyeli taşımakta olup, esnek bir tahmin sistemi sunarak literatürdeki açıklanabilir Derin Öğrenme (DL) tabanlı güneş ışınımı tahmini çalışmalarına önemli bir katkı sağlama potansiyeline sahiptir.
Batman’da kurulu çok kristalli silisyum PV modüllü sistemin 2014-2024 yılları arasındaki performans analizi
Batman ili merkezinde çok kristalli silisyum modüllerden oluşmuş 2,145 kWp güce sahip fotovoltaik sistemin (PV) 2014 ile 2024 yılları arasında aylık toplam üretilen güç miktarları karşılaştırılarak performans değerlendirilmesi amaçlanmıştır. 11 yıllık periyotta piranometre ve sıcaklık sensörü yardımıyla Batman ili için anlık yatay yüzeye gelen güneş ışınım ve ortam sıcaklık değerleri de ölçülmüştür. Ölçülen bu değerler ve sistemin teknik değerleri bilgisayar benzeşim paket yazılımı yardımıyla her yıl için üretim hesaplaması yapılmıştır. Hesaplanan bu değerler ile kurulu sistemin üretmiş olduğu toplam enerji üretim değerleri kıyaslanmıştır. Sonuç olarak çok kristalli silisyum modüllerden kurulu PV sistemimizin 2014 ile 2024 yılları arasındaki kayıplar da dikkate alınarak performans analizleri yorumlanmıştır.
Boru içi dikey kanatçıklara sahip farklı açılı türbülatörlerin ısı değişimi üzerinde etkinliğinin incelenmesi
Sanayi tesislerinde kullanılan ısı değiştiriciler birbirinden farklı sıcaklıktaki akışkanların karışmadan ısı transferini gerçekleştirmeyi düzenleyen cihazlardır. Isı değiştiricilerinde kullanılan türbülatörler, ısı değiştirici içinde türbülans oluşturarak ısı transferini daha verimli olmasını sağlamaktadır. Isı değiştiricilerindeki temel hedef, maksimum ısı çekme kapasitesini elde etmektir ve bu, ısı transferini optimize etmekle mümkündür. Isı transferini artırmak için kullanılan aktif veya pasif yöntemlerin ortak amacı, ısı taşınım katsayısını artırmaktır. En etkili yol, türbülansın artırılmasıdır, çünkü ısı geçişi laminer akışa kıyasla türbülanslı akışta daha yüksektir. Çalışmamızda ısı transferini artırma yöntemlerinden biri olan boru içerisine türbülatör yerleştirme tekniği kullanılmıştır. Türbülatörler, SolidWorks programı kullanılarak çizilmiş ve dikey kanatçıklara sahip olacak şekilde, farklı açılarda (20°, 25°, 30° ve 35°) üretilmiştir. Bu türbülatörler, boru içerisine 3, 6 ve 9 sıralı dizilimler halinde yerleştirilmiş; düz akış ve ters akış koşullarında türbülatörlerin ısı transferine, sistem verimine ve hava giriş-çıkışları arasındaki basınç farkına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde, sıcaklık ve basınç verileri ATmega2560 mikrodenetleyicisi ile ölçülmüş ve bu veriler seri haberleşme aracılığıyla bilgisayara aktarılmıştır. Bilgisayar tarafında ise C# diliyle geliştirilen bir arayüz programı aracılığıyla bu veriler kaydedilmiştir. Yapılan ölçümlerde, en yüksek basınç farkı, 9 sıralı ve 35° açılı kanatçıklara sahip konik türbülatör kullanılan sistemde elde edilmiştir. En düşük basınç farkı ise 3 sıralı ve yine 35° açılı kanatçıklı türbülatörlerin kullanıldığı sistemde gözlemlenmiştir.
Sürdürülebilir kentin planlanmasında yenilenebilir enerjinin kullanımı
Sanayi Devrimi’nden sonra hız kazanan makineleşme, insan ve çevre üzerinde oluşturduğu ciddi olumsuz etkileri azaltmak amacıyla kentleşme yaklaşımlarında yeni düşünce biçimleri geliştirilmiştir. Doğal kaynakların tükenmesi, fosil yakıt kullanımının artmasıyla yükselen karbon salınımı ve neoliberal kentleşme süreçleri, çevre sorunlarını derinleştirerek küresel krizlere ve iklim değişikliklerine yol açmıştır. Bu bağlamda sürdürülebilir kentsel planlama ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı kaçınılmaz hale gelmiştir. Sürdürülebilir kent kavramı, küresel sorunların devam etmemesi adına; doğa ve insanla uyumlu, kaynakların verimli kullanılması amacıyla ortaya çıkmıştır. Kentsel paradigma olarak kabul edilen sürdürülebilir kentler ve yenilenebilir enerji kullanımının ana hedefi; karbon salınımının azalması, iklim krizinin durdurulması ve enerji adaletinin sağlanmasıdır. Bu bağlamda sürdürülebilir kentler; fosil temelli enerji kullanımının minimize edildiği, kaynakların verimli kullanıldığı, sürdürülebilir ekonomik büyümenin ve yüksek refah düzeyinin sağlandığı, enerji adaleti ve demokrasisinin gözetildiği, topluluk katılımlı yönetim biçiminin benimsendiği bir kent modelidir. Bu çalışmada sürdürülebilir kentin özellikleri, avantajları, sınırlılıkları ve uygulanma biçimleri tartışılmıştır. Ekolojik modernizasyon, çevresel adalet, post-fordist kentleşme, enerji adaleti gibi teorilerle tartışma; çevresel, ekonomik ve sosyal bağlamda genişletilmiştir. Uygulanan kentsel politikaların sürdürülebilirlik kriterlerine ne ölçüde uyum sağladığı ve yenilenebilir enerji sistemlerinin kentlere nasıl entegre edilmesi gerektiği, araştırmanın cevap aradığı öncelikli sorulardır. Çalışmada günümüzdeki sürdürülebilir kent uygulamalarına ve ekolojik köylere yer verilmiştir. Sürdürülebilirliği farklı şekillerde uygulayan kentlerin incelemeleri çalışmada yer almaktadır. İncelenen dokuz kent aracılığıyla, net sıfır hedef sürecine yenilenebilir enerji kullanımının etkisi, net sıfır hedefleri, karşılaşılan zorluklar ve sosyal sürdürülebilirlik politikaları açısından ortaya çıkan sorunlar analiz edilecektir. Fosil temelli enerji kaynaklarından yenilenebilir enerji sistemlerinin kullanımına geçiş, karbon gazı salınımını azalttığı için çevresel sorunları hafifletmektedir. Ancak adil geçişin sağlanamaması, neoliberal yaklaşımlar ve yeşil rant nedeniyle kentsel sürdürülebilirlik kısıtlanmaktadır. Sürdürülebilir kentleşmenin mümkünlüğü, ancak toplum katılımlı sosyal ve ekonomik politikaların teknik bilgilerle desteklenmesiyle var olabileceği sonucuna varılmıştır. Neoliberal politikaların sürdürülebilir kentler üzerindeki etkileri eleştirel bir bakış açısıyla ele alınarak, kent politikalarının iyileştirilmesine yönelik daha adil ve ekolojik yaklaşımlar ile sürdürülebilir kentleri değerlendirme yaklaşımı sunulmuştur.
Mardin Su ve Kanalizasyon İdaresi’nin elektrik enerjisini güneş enerjisi santralinden karşılaması için PVsyt programı ile bir modelin oluşturulması ve yatırımın finansal analizi
Türkiye’de nüfusun büyük bir kısmı yerel yönetim sınırları içinde yaşamaktadır. Bu durum, enerji ihtiyacının karşılanması, enerji verimliliğinin sağlanması ve sürdürülebilir kentlerin tasarlanmasında yerel yönetimlerin merkezi yönetim kadar önemli bir rol üstlenmesi gerektiğini göstermektedir. Yerel yönetimlere bağlı su ve kanalizasyon idareleri, geniş hizmet alanları ve yüksek enerji maliyetleri nedeniyle enerji yönetiminde stratejik bir öneme sahiptir. Bu çalışma kapsamında Mardin Su ve Kanalizasyon İdaresi (MARSU) için elektrik enerjisinin güneş enerjisi santrali (GES) ile karşılanmasını amaçlayan bir model geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında, GES’in sistem tasarımı PVSyst programı ile gerçekleştirilmiş; üretim potansiyeli simüle edilmiş ve yatırımın farklı ödeme yöntemleri ile uygulanabilirliği analiz edilmiştir. Modelin uygulanmasıyla birlikte, enerji maliyetlerinin düşürülmesi, sürdürülebilir ve yenilenebilir bir enerji kaynağı sağlanması hedeflenmektedir. Ayrıca, bu proje yerli ve yenilenebilir enerji kullanımını teşvik ederek bölgesel elektrik altyapısının güçlendirilmesine ve arz güvenliğine katkıda bulunacaktır. Çalışma sonuçları, önerilen modelin teknik ve finansal açıdan uygulanabilir olduğunu ortaya koymaktadır.
Güneş enerjisi santralinin simülasyon ile gerçek verilerinin karşılaştırılması ve mevsimsel faktörler ile ilişkilendirilmesi: Batman ili örneği
Güneş, gezegenlere ve evrene ısı, ışık veren büyük bir gök cisimdir. İnsan hayatı içinde oldukça önemli bir etkiye sahiptir. Çünkü güneşten yayılan enerji dünya üzerindeki yaşamın neredeyse tamamının var oluşuna katkısı oldukça büyüktür. Güneşten gelen bu enerji yani güneş enerjisi insan hayatında iklim, hava durumu gibi benzeri faktörleri direk olarak etkilemektedir, şüphesiz bu faktörler de insanoğlu yaşamına da yansımaktadır. Güneş enerjisi var olan enerjiler içerisinde doğal ve çevre dostu olan kaynaklardan biridir. Bu nedenden ötürü yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde de hem sınırsız ve tükenmeyen bir kaynak olması hem de temiz, güvenli ve diğer kaynaklara bağımlılığı azaltması açısından en çok tercih edilen kaynaklardandır. Dünya üzerinde bulunan nüfus sayısının artması ile birlikte var olan yenilenemez enerji kaynakları yani petrol, doğalgaz, nükleer gibi kaynakların devamlılığı sağlanamayacağı düşüncesi ile insanlar zamanla güneş enerjisi gibi sınırı olmayan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmişlerdir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi sisteminin kullanımı modern dönemde güneş enerjisi santralleri ile de yapılmaktadır. Bahse konu bu çalışmamızda Batman ilinin merkez ilçesine bağlı Çevrimova Köyü’nde kurulan güneş enerjisi santrallerinin gerçek verileri ile simülasyon verilerinin karşılaştırılmasının yapılması ve Batman iline ait sıcaklık değerleri, global güneş radyasyon değerlerinin de çalışmanın içine dahil edilmesi suretiyle var olan güneş enerjisi santrallerinin bahse konu veriler ile ilişkilendirmesini ortaya koymak amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ele aldığımız projenin 2018-2023 yılları ve arasındaki zaman dilimleri de dahil edilerek güneş enerjisi santralleri yatırımlarının enerji analizi gibi faktörlerde genellikle kullandıkları PVsyst 7.4 simülasyon programının etkisiyle ortaya çıkan verilerin gerçek analiz verilerine uygunluğunun belirlenmesi bu çalışmanın temelinde yatan yöntemdir. Ayrıca Batman ilinin seçilmesinin bir diğer faktörü de bölge ikliminin karasal iklime sahip olması ve yaz aylarının sıcak ve kurak, kış aylarının ise soğuk ve yağışlı geçmesinden dolayı güneş enerji santrali sisteminin Batman iline olan uygunluğunun belirlenmek istenmesidir.
Boru içine yerleştirilen farklı tasarımlara sahip konik tip türbülatörlerin ısı transferine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, 3 farklı koniklik (30°, 35° ve 40°) açısına sahip konik tip türbülatörlerin boru içerisindeki ısı transferine olan etkisi incelenmiştir. Türbülatörler 3, 6, ve 9 set dizilim olacak şekilde ısı transferi deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, hava hızları 1-10 m/sn arasında 1 m/sn artırımlar ile deneyler yapılmıştır. Ancak hava hızları salyangoz tipi fanın ürettiği havanın uyguladığı güç ile hava hızının üst sınırı belirlenmiştir. Hava hızının ve türbülatör engel sayısının artması ile ΔP artmıştır. Aynı zamanda türbülatör üzerindeki delik sayısı arttıkça ΔP de azalma meydana gelmiştir. Reynolds sayısı arttıkça sürtünme faktöründe azalma meydana gelmiştir. Sürtünme faktörü üzerine en önemli birincil etki olarak engel sayısıdır. Ardından ikinci en etkili faktör türbülatör üzerindeki delik sayısı olarak saptanmıştır. Paralel ve zıt akışta en düşük Nusselt sayısı en az engeli bulunan ve en fazla delik sayısına sahip 3’lü türbülatör setlerinde meydana gelmiştir. Türbülatör engel sayısının artması ve türbülatör üzerindeki delik sayısının azalmasıyla türbülatörler daha yüksek taşınım yaparak Nusselt sayısı yükselmiştir. Koniklik açısı azaldıkça nusselt sayısında her iki akış türünde de (Ters akış-Zıt akış) artış meydana gelmiştir.
Dağıtık üretim tesislerinin şebekeye entegrasyonunun önündeki engeller ve çözüm yaklaşımları
Güneş enerjisine dayalı ve dağıtım sistemine gömülü enerji üretim tesisleri, son yıllarda artan bir ivmeyle yaygınlaşmakta ve bu durum teknik, ticari kısıtları veya problemleri de beraberinde getirmektedir. Özellikle, tüketim-üretim dengesinin bozulduğu noktalarda gün içerisinde aşırı gerilim problemlerinin yaşanması söz konusu olmaktadır. Regülasyon değişiklikleri ve teknolojinin gelişimi dikkate alındığında bu problemlerin önümüzdeki yıllarda daha fazla hissedileceği öngörülmektedir. Bu tez çalışması kapsamında hızla yaygınlaşan dağıtık üretimlerden kaynaklı problemler ve çözüm yaklaşımlarına dair kapsamlı bir literatür taraması gerçekleştirilmiştir.
Farklı faz değiştiren malzemelerle kaplanmış güneş panelinin soğutulması ve enerji üretiminde verimlilik farkının incelenmesi
Bu tez çalışması; Batman ili iklim şartlarında birbirinden farklı faz değiştiren malzemeler kullanılarak 110 W Monokristal güneş paneli üzerindeki ısı ve verim hesaplamalarının deneysel karşılaştırılması yapılmıştır. Batman üniversitesi Batı Raman Kampüsünde kurulan deney düzeneği farklı gün ve saat aralıklarıyla sıcaklık miktarlarının ve FDM’lerin (faz değiştiren malzemelerin) güneş panelinden elde edilen enerji miktarına etki eden parametreler deneysel olarak incelenmiştir. Güneş radyasyonu, panel sıcaklıkları ve ortam sıcaklığı ölçülmüştür. Elde edilen verilerin analizi sonucunda panel üzerindeki verim hareketliliği incelenmiştir. 3 panelin arka yüzeyine montajlanan cam muhafaza içerisine eklenmiş üç farklı FDM malzemesi ile FV sistem soğutulmuştur. Her üç fotovoltaik panelin, arka yüzeyine ayrı ayrı FDM çeşitleri eklenmiştir. Parafin, Yağ Asidi ve Tuz Hidrat FDM’leri eklenerek soğutma yapılmıştır. Bir adet fotovoltaik paneli de ortam koşullarında bulunan bir panelin durumunu gözlemlemek ve referans olarak almak için olarak boş bırakılmıştır. Panel yüzeyine yerleştirilen üç farklı yüzey sıcaklıkları, ortam sıcaklığı ve giriş çıkış sıcaklıkları alınmış ve zamana bağlı olarak oluşan güç, akım ve volt değerleri kaydedilmiştir. Deney düzeneğinde kullanılan tüm panellerin maksimum güç oranları hesaplanmıştır. Deney analizleri sonucunda; Parafin kullanılan panelde %11,34, Tuz Hidrat kullanılan panelde %17,22, Yağ Asidi kullanılan panelde ise %30 güç üretimi fazlalığı bulunmuştur. Her üç panel de aynı özelliklere sahip olmasına rağmen oluşan farklılıklar deney sonucunda etkisini göstermiştir. Hesaplamalar sonucunda elektriksel verimin her panelde farklılık gösterdiği ölçülmüştür. FDM’ler eklenmeden önce elde edilen verilere göre; Parafin kullanılan panelin elektriksel verimi %9,2 iken parafin eklendikten sonra %9,7 olarak hesaplanmıştır. Tuz Hidrat kullanılan panelin elektriksel verimi %8,4 iken Tuz Hidrat eklendikten sonra elektriksel verimi %9,4 ve Yağ Asidi kullanılan panelin elektriksel verimi %6,6 iken Yağ Asidi eklendikten sonra elektriksel verimi %8,1 olarak bulunmuştur. Yapılan deneyde soğutma yapılan Parafin kaplı güneş panelinde 16℃, Tuz Hidrat kaplı panelde 11℃, Yağ Asidi ile kaplanmış panelde ise 13℃ sıcaklık farkı ölçülmüştür. Deneylerin sonucunda güneş panellerinde meydana gelen ortalama sıcaklık farkı en yüksek Yağ Asidi FDM’si ile 4. güneş panelinde 13℃ miktarda olmuştur. Farklı FDM’ler ile kaplı olan üç güneş panelinin de anlık ve günlük ortalama verim değerlerini arttırdığı gözlemlenmiştir. Ortalama en yüksek verim değerlerine bakıldığında; %30 güç artışı ile Yağ Asidi FDM olduğu görülmüştür.
Elektrikli bir dizel motorlu jeneratörde farklı elektiriksel yük ve yakıtlardaki performans analizi
Yapılan bu çalışmada üç ayrı elektriksel yükle yüklenen bir jeneratörde dizel yakıt, biyodizel ve biyoetanol ve benzeri alternatif yakıtların dizel motorlu jeneratörde performans, özgül yakıt tüketimi, efektif verim ve egzoz emisyonu test edilmiştir. Petrol türevi dizel yakıta, biyodizel ve biyoetenol %30 ve %10 oranında hacimsel olarak katılarak hemen hemen aynı oksijen içeriği olan alternatif dizel yakıtlar elde edilmiştir. Elde edilen bu alternatif yakıtlar ve petrol türevi olan dizel yakıtı çoklu karar verme yöntemlerinde bütün şartlar eşit tutularak oda sıcaklığında bir gün bekletilerek test edilmiştir. Ayrıca bu yakıtlar 4- silindirli ve 4- zamanlı doğal emişli bir jeneratör setinde test edilmiştir. Yapılan deneyde elde edilin sonuca göre alternatif yakıt tüketiminde biyodizel yakıtı özgül yakıt tüketimi yaklaşık olarak %10.5 oranında bir artış gözlenmiştir. Efektif verimde ise önemli bir değişiklik gözlenmemiştir. Alkol karışımlı alternatif yakıtlar özgül yakıt tüketimi dizel yakıta göre %9-%11 daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Efektif verim ise %6 oranında artmıştır. HC emisyonu 3.6 kW en fazla E10 iken 10.2 kW ise dizel yakıt çıkmıştır. NOX emisyonu ise fazla fark olmamasına karşın 3.6 kW dizel yakıt iken 10.2 kW B30 çıkmıştır. Alternatif yakıtlarda maksimum silindir gaz basıncı dizel yakıtla kıyaslandığında daha yüksek çıkmıştır. Alkol karışımlı alternatif yakıtların yanma olayı dizel yakıtla kıyaslandığında daha geç başladığı gözlemlenirken biyodizel karışımlı yakıtlar daha erken başladığı tespit edilmiştir. Alternatif yakıtların uygulanabilirliğinin araştırıldığı motor testlerinde motor sonuçları performans, yanma ve egzoz emisyonları bir bütün olarak düşünülmelidir. Çok değişkenli deneylerde elde edilen çok sayıda sonuç nedeniyle optimal parametreleri belirlemek zordur. Enerji yönetimi ve enerji verimliliği gibi sorunların çözümünde çok kriterli karar verme (ÇKKV) tercih edilmektedir. Bu tezde sıkıştırma ateşlemesi için optimum yakıtı şeçmek için yeni bir hibrit ÇKKV yöntemin bir uygulamasını ele almaktadır. Yapılan motor testinde 3.6 kW, 7 kW ve 10.2 kW yükte test edildi. Sonuçlar ÇKKV sürecinde kullanıldı. Bu çalışmada SWARA ve ARAS hibrit modeli tercih edilmiştir.
Farklı iklim koşulları için ışınım değerlerine dayalı güneş enerjisi potansiyelinin tahmini
Her geçen gün dünyada enerji kullanım oranı artmaktadır. Enerji; sanayi, sağlık, konut ısıtması ve aydınlatılması gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ülkeler sağlık, eğitim, ulaşım ve üretim gibi alanlarda aktif bir şekilde enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Enerji ihtiyacını karşılayamayan ülkeler birçok konuda olumlu yönde ilerlemeler sağlayamamaktadır. Günümüz dünyasında refah seviyesini yükseltmek için birçok ülke enerji alanına yönelmiş durumundadır. Dünyada gün geçtikçe nüfusun artması ve sanayileşmeden kaynaklı enerji açığı ortaya çıkmaktadır. Fosil kaynaklı enerjinin tükeniyor olması yeni enerji üretim yolları araştırılmasına neden olmuştur. Bu yüzden, tükenmeyen ve çevre dostu olan yenilenebilir enerjilere yönelim artmıştır. Yenilenebilir enerjilerin temel olarak ana kaynağı güneştir. Güneş enerjisinin bedava olması ve ülkemizin fazla miktarda güneş alabilen bir coğrafyada olması bizi bu konuda çalışmaya yönlendirmiştir. Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi ışınım potansiyel tahmini hakkında araştırmalar yapılmıştır. Yenilenebilir enerji çeşitleri ve potansiyellerine değinilip, Türkiye’deki yenilenebilir enerji çeşitlerin kapasitesi açıklanmıştır. Daha sonra, güneş hakkında detaylı bilgiler verilmiştir. Çalışmanın literatür bölümünde güneş enerjisinin potansiyel tahmini ile ilgili birçok teknik ve modelle yapılan çalışmalar sunulmuştur. Güneş enerjisinden elektrik üretimi elde ediniminde en önemli unsurun o bölgenin aldığı ışınım değerleri olduğu görülmüştür. Bu nedenle, farklı iklim kuşaklarındaki İstanbul, Ottowa ve Pekin şehirlerinin 2015-2020 yılları arasındaki ışınım değerleri temel alınarak, 2021 ve 2022 yılları için aylık olarak güneş enerjisi potansiyeli ARIMA ve yapay sinir ağı ile tahminler yapılmıştır. ARIMA ve yapay sinir ağı modellerinde en uyumlu çıkan şehir İstanbul olmuştur. ARIMA ve yapay sinir ağları içinde ise üç şehirde gerçek değer ile tahmin modeli arasında en fazla benzerlik olan yapay sinir ağları metodu olmuştur.
Farklı malzemelerden üretilen türbülatörlerin ısı kazancına etkisinin deneysel analizi
Enerji, değişen ve gelişen dünyamızda insanlık için büyük önem arz etmektedir. Var olan enerji kaynaklarımızın hızlı tükenmesi ve fosil yakıtların çevreye verdiği zararlar insanları yeni enerji kaynakları bulmaya ya da elindeki kaynakları daha verimli kullanmaya sevk etmiştir. Buna bağlı olarak günümüzde kullanılmakta olan sistemlerde enerjiyi daha verimli kullanmak adına ısı transferi uygulamalarından yararlanılmaktadır. Eşanjörler veya ısı değiştiriciler bir akışkandan başka bir akışkana ısı transferi için kullanılan cihazlardır. Genel olarak; ısıtma, soğutma, kimya endüstrisi ve enerji santrallerinde kullanılmaktadır. Isı değiştiricileri, ısı değiştirici türlerine göre direkt temaslı ve direkt temaslı olmayan tip olarak iki kısımda incelenir. Akışkanların direkt temasta bulunduğu ısı değiştiricileri; bu tür ısı değiştiricilerinde farklı sıcaklıklardaki akışkanların ya da bir akışkan ile katı tür maddelerin birbirleriyle direkt karıştırılır veya temasta bulundurulurlar. Endüstriyel işlemler neticesinde ortaya çıkmış ısının atılması amacıyla uygulamalarda sıklıkla kullanılmakta olan soğutma kuleleri bu tür ısı değiştiricilerine iyi bir örnek teşkil eder. Akışkanların direkt temasta bulunmadığı ısı değiştiricileri; bu tür ısı değiştiricilerinde öncelikle sıcak olan akışkandan iki akışkanı birbirinden ayıran yüzeye ya da bir kütleye geçirilir. Sonrasında bu ısı, bu yüzeylerden veya kütlelerden soğuk olan akışkana iletilir. Bu tez çalışmasında düz bir bakır boru içerisinde ısı transferini arttırmak amacıyla, boru içerisinde boydan boya uzanan mil üzerine 0.5mm kalınlıklara sahip, bakır, alüminyum ve çelik sac tabakalarından yapılmış pervaneler vasıtası ile ısı transferini arttırmak hedeflenmiştir. Sistemde akışkan olarak buhar ve hava kullanılmıştır. Su, sistemin alt kısmında bir depoda ısıtılıp üst kısımdaki türbülatöre borular vasıtası ile buhar olarak gönderilmiştir. Hava akışının hızlı bir şekilde ısı değiştiricilere verilebilmesi için fan kullanılarak zorlanmış taşınım yapılmıştır. Türbülatörsüz olarak alınan deneylere oranla, başta 3cm aralıkta %111, başta 6cm aralıkta %112, başta 9cm aralıkta %128,8, başta 12cm aralıkta %121,6, başta 15cm aralıkta %132, ortada 3cm aralıkta %121,6, ortada 6 cm aralıkta %124,8, ortada 9cm aralıkta %119,2, ortada 12cm aralıkta %116,8, ortada 15cm aralıkta %121,6, sonda 3cm aralıkta %88, sonda 6cm aralıkta %76, sonda 9cm aralıkta %107,2, sonda 12cm aralıkta %111,2, sonda 15cm aralıkta %121,6, artışlar olduğu tespit edilmiştir. Deney sonuçlarına göre, Bakır, Alüminyum ve Çelik saclardan imal edilmiş türbülatörlerin ısıl verimleri, basınç kayıpları ve sürtünme faktörleri hesaplanarak grafikler çizilmiştir.
Levha tipi türbülatörlerin ısı transferi ve akış karakteristiğinin deneysel olarak incelenmesi
Son dönemde teknolojinin hızla ilerlemesi ve gelişmesi, enerji konusunun giderek artan bir öneme sahip olmasına neden olmuştur. Enerjinin üretimi ve verimli bir şekilde kullanılması, fosil yakıtlar ve diğer kaynaklar üzerindeki baskılar göz önüne alındığında son derece kritik hale gelmiştir. Enerji kaynaklarının coğrafi olarak farklı bölgelere dağılımı ve bu bölgelerdeki istikrarsızlık faktörleri, enerji üretimi ve verimli kullanımı açısından daha da önemli hale gelmiştir. Artan enerji maliyetleri, insanları alternatif enerji üretim yöntemlerine yönlendirmiş ve enerji tüketiminde verimlilik artışı sağlama arayışına yöneltmiştir. Sanayi ve konutlarda kullanılan buhar ve sıcak su kazanları gibi sistemlerde, enerji kayıplarının büyük bir kısmı yüksek sıcaklıktaki baca gazının atmosfere atılmasıyla gerçekleşmektedir. Isı transferi için kullanılan ısı değiştiriciler ve eşanjörler, ısıtma-soğutma sistemlerinde ve enerji santrallerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Isı değiştiriciler, su, hava ve gaz gibi doğrudan veya dolaylı temaslı olabilen tipleri içermektedir. Bu noktada, farklı türbülatör yöntemleri kullanılarak ısı değiştiricilerinin verimliliği üzerine araştırmalar yapılmaktadır. Türbülatörler, baca gazı aracılığıyla dışarı atılan enerjinin kazan suyuna geri verilmesini sağlar. Duman borularından geçen baca gazının türbülansını artırarak geçiş hızını azaltır ve temas yüzeyini genişleterek, baca gazının taşıdığı ısıyı kazan suyuna aktarır. Günümüzde türbülatörler, bakır, alüminyum, galvaniz ve çelik gibi çeşitli malzemelerden ve kullanım amacına bağlı olarak farklı açılara sahip olarak üretilmektedir. Bu çalışmada, ısı transfer verimini artırmak amacıyla bakır borular içerisine farklı malzemelerden yapılmış levha ve spiral sac yerleştirilmiştir. Bu sistemde buhar ve hava akışkanları kullanılmıştır. Deneyin yapıldığı sistemde, ısıtılan su alt kısımdaki depoda tutulmuş ve boru aracılığıyla buhar olarak üst kısımda bulunan türbülatöre gönderilmiştir. Hava akış hızını değiştirebilmek için deney sisteminde bir fan kullanılmıştır. Türbülatörlü ve boş borulu deneyler gerçekleştirilmiştir. Galvaniz levha için yapılan hesaplamalarda, 2,5 m/s hızda en yüksek verim %23 olarak elde edilmiştir. Galvaniz spiral levha için yapılan hesaplamalarda ise 2,5 m/s hızda en yüksek verim %27 olarak elde edilmiştir. Paslanmaz çelik levha kullanıldığında ise 3,9 m/s hızda en yüksek verim %22 olarak belirlenmiştir. Paslanmaz çelik spiral levha kullanıldığında da 3,9 m/s hızda en yüksek verim %22 olarak tespit edilmiştir.
Biyogaz yakıtlı reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli bir motorun modellenmesi ve çalışma parametrelerinin optimizasyonu
İçten yanmalı motorlar arasında, reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli (RCCI) motorlar, oldukça yeni bir yöntemdir. Bu motorlar, yüksek verimi ve düşük emisyon değerleriyle ümit vaat etmektedir. RCCI motorlarda emme hattına ve silindir içine enjekte edilen farklı reaktivite dereceli yakıtlarla yanma kontrol altına alınabilmektedir. Böylelikle motor verimi ve performans olarak oldukça iyi sonuçlar elde edilmektedir. Bu çalışmada, biyogaz yakıtlı reaktivite kontrollü sıkıştırma ateşlemeli bir motorun bir boyutlu modellemesi yapılmıştır. Oluşturulan motorun gerçekçiliği, deneysel validasyon çalışmalarıyla doğrulanmıştır. Buna göre, kurulan gerçekçi bir boyutlu modelle, biyogazın lambda sayısı, motor devir sayısı, sıkıştırma oranı, emme basıncı, enjeksiyon zamanlamasının motor performansına etkileri değerlendirilmiştir. Yenilenebilir bir kaynak olarak biyogazın, bir motorda yakıt olarak kullanılma potansiyeli incelenmiştir. Ayrıca, biyogaz yakıtlı motorun emme ve egzoz supap zamanlamaları, RCCI stratejisine göre minimum özgül yakıt tüketimi (ÖYT) elde etmek üzere, genetik algoritma kullanılarak optimize edilmiştir. Yapılan parametrik ve optimizasyon çalışmalarına göre, optimum motor çalışma parametreleri belirlenmiştir. Optimum değerlere göre motor güç ve tork değeri %15,1 oranında artarken, ÖYT değeri ise %11,3 oranında azalmıştır.
Tarımsal sulama için 2.2 kW gücündeki bir fotovoltaik sistemin tasarımı
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının verimli kullanılması büyük önem taşımaktadır. Güney Doğu Anadolu Bölgesi'nde, yaz aylarında güneşli gün sayısı fazla olmasından dolayı, tarımsal faaliyetlerde sulamaya daha fazla ihtiyaç duyulmaktadır. Şebeke elektriğinin bulunmadığı tarımsal alanlarda, sulama yapmak için jeneratör ya da mazot ile çalışan su motorları kullanılmaktadır. Kullanılan bu sistemlerin yakıt giderlerinin yüksek olması çiftçilere büyük sıkıntı vermektedir. Bundan dolayı; bölgede tarımsal sulama için, güneş enerjisinden yararlanarak fotovoltaik panelli sulama yapmak uzun vadede en mantıklı ve masrafsız sistem olarak karşımıza çıkmaktadır. Fosil yakıtlarının çevre kirliliğine sebep olması ve tükenmesinden dolayı, yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisinin fotovoltaik sistemler yardımıyla tarımsal sulamada kullanılabilmesi önemlidir. Tarımsal sulamanın klasik enerji kaynakları ile çalışan sulama pompaları kullanılarak yapılmasının yanında, fotovoltaik sistemle çalışan sulama pompalarıyla da yapılabileceği bilinmektedir. Bu çalışmada; yenilenebilir enerji kaynaklarının en önemlilerinden biri olan güneş enerjisinin kullanımının arttırılmasına katkıda bulunmak ve bu kaynakların gelişen teknolojiyle birlikte her türlü enerji ihtiyacını karşılayabileceğini göstermek istenmektedir. Ayrıca; şebeke enerjisi ile çalışan alternatif akım dalgıç motorlarının veya yeni kurulacak bir su temini sisteminde ki faz-faz 380 volt AC gerilim ile çalışan 2.2 KW gücünde yağ soğutmalı 4' dalgıç motorunun, faz-faz 220 volt AC gerilimi ile çalışmasını sağlayacak işlem basamaklarının yapılması gerçekleştirilmiştir. Bu sayede güneş enerjisi ile çalışan bir fotovoltaik sistem tasarlanmıştır.
Yeni geliştirilen türbülatörlerin ısı değiştiricilerinde ısıl verim ve basınç kaybı üzerindeki etkisinin deneysel olarak araştırılması
Nüfus yoğunluğu, hızlı kentleşme ve teknolojik gelişmeler enerji talebini artırmaktır. Mevcut enerji kaynaklarının tükenme ihtimali, insanları yeni enerji kaynakları aramaya yöneltmiştir. Bunun yanı sıra var olan enerji kaynaklarının mümkün olduğunca verimli kullanılması önem arz etmektedir. Enerji verimliliğinde dikkate alınması gereken konulardan biri de türbülatörlerdir. Endüstride, ısı değiştiricilerinde kullanılan türbülatörler, ısı transferinde iyileşmeler sağlamaktadır. Bu çalışmanın amacı, yeni tasarlanan türbülatörlerin kullanım alanlarındaki sayısının ve diziliminin verimliliği nasıl etkilediğini belirlemektir. Bu doğrultuda sabit yüzey sıcaklığına sahip bir ısı değiştirici içerisine farklı sayı ve dizilimde yeni tasarlanan türbülatörler yerleştirilmiştir. Isı değiştiricisinin farklı noktalarından giriş-çıkış sıcaklıkları, basınç, debi, hız ölçümleri alınmıştır. Bunların ısıl verim, basınç kaybı, sürtünme faktörü, etkinlik, ekserji kayıp oranı, NTU değerleri üzerine etkisi incelenmiştir. Deney sonuçlarına türbülatör sayısının artması ile göre ısıl verim, basınç kaybı ve sürtünme faktöründe artışlar gözlemlenmiştir.
Sürdürülebilir kalkınma doğrultusunda elektrik tüketimi ve rüzgâr türbini üretiminin tahminlenmesi ve ekonomik analizi
Dünya üzerinde artan nüfus, endüstrileşme ve enerji tüketimi yüksek yeni nesil teknolojilerin yaygınlaşması ile birlikte enerjiye olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Günlük hayatın hemen her alanında vazgeçilmez olan enerji, günümüzde daha çok fosil kaynaklı yakıtlardan üretilmektedir. Fakat bu doğal kaynakların giderek azalması, fiyat ve arzlarda oluşan belirsizlik ve bu kaynakların yanmasına bağlı olarak ortaya çıkan çevre sorunları alternatif enerji kaynakları arayışlarına hız vermiştir. Bu alternatiflerin başında da hem çevresel olarak zararların minimum olması hem de herkes tarafından erişilebilir olması nedeniyle yenilenebilir enerji gelmektedir. Türkiye’nin sürdürülebilir kalkınma politikası doğrultusunda temiz ve erişilebilir bir enerji en temel hedeflerden bir tanesidir. Bundan ayrı olarak enerjinin tüm sürdürülebilir hedeflerle hem doğrudan hem de dolaylı bir ilişkisi de vardır. Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarına bir genel bakış sunulmuştur. Sonrasında Türkiye’nin elektrik tüketiminin tahmin edilmesi ve buna bağlı olarak kaynağa bağlı elektrik üretim politikası değerlendirilmiştir. Maliyeti ve CO2 emisyonunu en aza indirmek için her bir elektrik üretim teknolojisinin optimal payını sağlayan bir lineer matematiksel model geliştirilmiştir. Geliştirilen matematiksel model kullanılarak yıllık elektrik tüketimini karşılamak için hangi elektrik üretim kaynaklarının kullanılması gerektiği gösterilmiştir. Ele alınan bir diğer konu da rüzgâr türbini ve rüzgârdan elektrik üretimi üzerinedir. Çalışma için seçilen bölgedeki geçmiş dönem rüzgâr hızı verileri makine öğrenmesi teknikleri ile değerlendirilerek geleceğe yönelik tahminler yapılmıştır. Ayrıca aylık üretim verileri üzerinden farklı rüzgâr türbinlerinin ekonomik analizi yapılmış ve yatırım yapılabilirliği değerlendirilmiştir.
Fotovoltaik panellerde ısınma kaynaklı kayıpları azaltmak için panel yüzeylerinin farklı tasarımlarla soğutulması ve sonuçların analizi
Bu tez çalışmasında fotovoltaik panellerde ısı kaynaklı kayıpları azaltmak ve panel verimini arttırmak için panellerin ön yüzeylerinden ve arka yüzeylerinden kurulan deney düzenekleri ile soğuk su geçişleri sağlanmıştır. Panellerin alt ve üst yüzey sıcaklılarının farklı su debileri ile soğutulması sağlanmış olup elde edilen maksimum güç değerleri (Akım(A), Voltaj(V) ve Güç(W)) ölçülüp elde edilen verilerin karşılaştırılması yapılmıştır. Ayrıca dış ortamın zamana bağlı sıcaklık değerleri ve güneş ışığı radyasyon değerleri de ölçülmüştür. Elde edilen verilerin analizi ve panel verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneyler açık alanda kurulan düzenekler ile üniversite kampüsünde yapılmıştır. Deney için üç adet 40W’lık PV panel kullanılmıştır. Panellerden birinin ön yüzeyi çift cam arasından geçirilen soğuk su ile soğutulmuş. Bir diğeri ise arka yüzeyinden çift cam arasından geçirilen soğuk su ile soğutulmuş. Üçüncü panel ise kontrol ve karşılaştırma amaçlı olarak boş bırakılmıştır. Ortam sıcaklıkları ve panellerin farklı yüzey sıcaklıkları ile su giriş ve çıkış sıcaklıklarının ölçümleri yapılmış ve zamana bağlı olarak oluşan maksimum güç, akım ve volt değerleri kayıt altına alınmıştır. Sonuçlara göre panelin arka yüzeyden su ile soğutulması panel verimine ortalama %1.57 ile %4.87 oranlarında olumlu etki ettiği gözlenmiştir. Bununla birlikte debi 0.25lt/dk iken panel yüzey sıcaklıkları 2_60C arasında, debi 0.5lt/dk iken panel yüzey sıcaklıkları 2-80C arasında, debi 1lt/dk iken panel yüzey sıcaklıkları 3-100C arasında düşürülmüştür. Özellikle radyasyon değerinin 1000W/m2 ve üzeri değerlerinde soğutulan panellerin veriminin arttığı gözlenmiştir. Deney sonucuna göre üretilen enerjinin sistem maliyeti, su akışı için gerekli olan enerji kayıpları dikkate alındığında PV panellerinin arka yüzeyden su ile soğutulmasının panel verimine olumlu katkısı olacağı görülmüştür.
Farklı tasarımlara sahip hava akışkanlı güneş kollektörlerinin deneysel analizi
Günümüzde enerji elde etmek için çok farklı çalışmalar yapılmaktadır. Yapılan bu çalışmalar genelde yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde olmaktadır. Çünkü yenilenebilir enerji kaynakları hem çevreye zarar vermez hem de sürekli enerji kaynağıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları: Rüzgâr enerjisi, Jeotermal enerji, Güneş Enerjisi vb. şeklinde sıralanabilir. Bu kaynaklardan elde edilen enerjinin doğa üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur. Bundan dolayı petrol türevli yakıtların atmosfere vermiş olduğu tahribat yenilenebilir enerji sayesinde önlenmiş olacaktır. Bu çalışmada içyapısı farklı şekilde tasarlanan üç farklı havalı güneş kollektörünün kıyaslanması 41o’açıda ve 3m/s ile 6,5m/s hava hızında çalıştırılarak deneyler yapılmıştır. Birinci kollektör herhangi bir işlem yapılmamış olup düz plaka sacdan oluşan geleneksel bir havalı güneş kollektörü tipidir. İkinci kollektörde havanın ısı transferini artırmak için atık kola kutuları seri bir şekilde tasarlanarak yerleştirilmiştir. Üçüncü kollektör ise atık kutuların paralel bir şekilde tasarlanmasıyla oluşturulmuştur. Kola kutularından imal edilen kollektörlerimizin ısıyı daha iyi emmesi için siyah mat boya ile boyanmıştır. Boruların altına monte edilen yalıtım malzemesi ise kendisinden yansıyacak olan ışınları borulara vereceği düşünülerek parlak bırakılmıştır, bu sayede birim yüzeye gelecek güneş ışınının daha fazla olacağı düşünülmüştür. Yapılan deneyler sonucunda düz yüzeyli havalı güneş kollektöründe 6,5m/s kütlesel debide en yüksek sıcaklık 88oC olarak elde edilirken, kola kutularından tasarlanan seri bağlantılı havalı güneş kollektörünün en yüksek sıcaklığı 101oC, paralel bağlantılı havalı güneş kollektöründe ise en yüksek sıcaklık 97oC olarak tespit edilmiştir. 20 Ağustos 2021 tarihinde 3m/s kütlesel debide düz yüzeyli kollektörde sıcaklık 101oC olarak ölçülmüş, seri kollektörde elde edilen en yüksek sıcaklık 101oC olarak ölçüldü. Paralel bağlantılı kollektörde ise sıcaklık 110oC olarak ölçüldüğü görüldü. 15 Ağustos 2021 tarihinde 6,5m/s kütlesel debide yapılan ölçümlerde giriş ve çıkış sıcaklık farklarına bakıldığında ise saat 09:00’da alınan verilerde, düz kollektörde sıcaklık farkının 23oC, paralel kollektörde 33oC ve seri kollektörde sıcaklık farkının 35oC olduğu görüldü. Düz kollektörde maksimum sıcaklık farkının saat 12:20’de 30oC olduğu, paralel kollektörde maksimum sıcaklık farkı saat 12:00’ da 56oC olduğu ve seri kollektörde ise maksimum sıcaklık farkı 11:40’da 56oC olduğu görüldü. Saat 16:00’da ise düz kollektörde sıcaklık farkının 27oC, paralel kollektörde 19oC ve seri kollektörde sıcaklık farkının 37oC olduğu gözlemlendi. 20 Ağustos 2021 tarihinde 3m/s hızda yapılan ölçümlerde ise saat 09:00’da yapılan ölçümlerde düz kollektörde sıcaklık farkı 33 oC, seri kollektörde sıcaklık farkı 35oC paralel kollektörde oluşan sıcaklık farkı ise 33oC olarak ölçüldü. Düz kollektörde maksimum farkı saat 12:40’da olduğu, paralel kollektörde maksimum sıcaklık farkı saat 11:20’de 68oC olduğu ve seri kollektörde ise maksimum farkın 11:00’da 59oC olduğu görüldü. Saat 16:00’da ise düz kollektörde sıcaklık farkının 33oC, paralel kollektörde 50oC ve seri kollektörde sıcaklık farkının 35oC olduğu gözlemlendi. Elde edilen sonuçlara göre sistem 6,5m/s hızda çalıştırıldığında seri kollektör daha iyi sonuçlar verirken, 3m/s hızda çalıştırıldığında paralel kollektörün daha iyi sonuçlar verdiği görüldü. Yapılan hesaplamalar sonucunda ise 6.5m/s hızda en iyi verimi seri kollektör verirken, 3m/s hızda ise en iyi verimi paralel kollektör vermiştir.
Sıcaklığa bağlı olarak polimer elektrolit membran yakıt hücresinin performans analizi
Günümüzde fosil enerji kaynaklarının günden güne azalmaya başlaması ve bu kaynakların çevreye vermiş oldukları olumsuz etkilerinden dolayı çevreyle dost olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı önem kazanmaya başlamıştır. Son dönemlerde yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde yer alan hidrojen enerjisi ön plana çıkmaktadır ve yaygınlaşmaktadır. Hidrojen enerjisi üzerine çalışmalar en çok yakıt hücreleri konusunda yapılmaktadır. Yakıt hücresi içerisinde özellikle, yüksek verime ve düşük sıcaklıklarda da çalışabilen PEM yakıt hücreleri ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, Polimer Elektrolit Membran (PEM) yakıt hücresinde kullanılan yakıtların sıcaklık değerleri tespit edilerek, bu yakıtlar için en ideal sıcaklık aralıkları elde edilmiştir. Anot ve katot kısımlarında saf hidrojen ve oksijen kullanılmıştır. Yapılan bu çalışmada nem %40, hidrojen miktarı 0,3 ml/dk, oksijen miktarı 0,5ml/dk olarak alınmıştır. Sistem de ki hat sıcaklık değerleri de 40°C - 45°C - 50°C - 55°C - 60°C - 65°C - 70°C - 75°C - 80°C olarak deneyler yapılmıştır. Yapılan deneylerde 40°C' de, volt değeri 0,442V, akım değeri 1,81A olarak alındığında sistemde elde edilen güç değeri 0,804W olduğu bulunmuştur. Yapılan deneyde 75°C' de, akım değeri 1,8A, volt değeri 0,535V alındığında sistemdeki güç değeri 1,025W bulunmuştur. En düşük W değeri 0,804W olarak 40°C' de, en yüksek W değeri 1,025W olarak 75°C' de hesaplanmıştır. Yakıt hücresi performansına etki eden faktörler deneysel olarak incelenip tablo ve grafiklerle sunulmuş olup, bu etkilerin sebepleri tartışılmıştır.
PEM yakıt hücresinde hidrojen gazındaki nem oranına bağlı olarak elektrik üretimindeki değişimin incelenmesi
Dünyanın artan enerji ihtiyacını doğayı kirletmeden ve yenilenebilir bir şekilde sürekli olarak sağlayabilecek enerjilerden hidrojen enerjili sistemler olduğu günümüzde birçok bilim adamı tarafından bildirilmektedir. Hidrojen enerjisini en ekonomik ve en verimli kullanan teknolojilerden biri ise yakıt pili teknolojisidir. Bu amaçla yakıt pilleri üretimi son yıllarda otomotiv sektörünün yarattığı ihtiyaçların da etkisiyle büyük önem kazanmaktadır. Bu tezde anot ve katot nem düzeyinin PEM yakıt pilinin performansının alınan verimi üzerinden deneysel çalışma ile incelenmiştir. Deneyin anot ve katot bölümlerinde sırasıyla saf hidrojen ve oksijen gazları kullanılmıştır. Yapılan deney standı ve deney için 9 cm2 aktif alana sahip 6 hücreli 35 watt gücünde bir yakıt pili kullanılmıştır. PEM yakıt pillerinde nemlendirme başta olmak üzere sıcaklık ve su birikimi, kullanılan hidrojen debisi, oksijen debisi ve pil sıcaklığı kontrol altında tutularak sağlanabilmektedir. Yapılan deneysel çalışmada debi ve hat sıcaklığı sabit tutularak yakıt pili nemlendirme oranını kademeli olarak artırılarak %30 -% 35 – % 40 – % 45 – % 50 – % 55 – % 60 – % 65 – % 70 ‘deki değerlerinde alınan sonuçların voltaj, amper ve watt üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışma sonucunda nemlendirme oranın PEM yakıt pilinin performansı üzerinde önemli bir etkisi olduğu görülmüştür. Artan nemlendirme sıcaklığıyla birlikte kurulan sistemin performansını önemli ölçüde artmıştır ve nominal değerler bulunmuştur. Fakat % 60 ‘dan sonraki nemliliğin üzerindeki değerlerde ise performans belirli bir süre sabit kaldıktan sonra düştüğü gözlemlenmiştir.
Isı borusu kullanılan türbülatörlerin ısı transferlerine olan etkisinin deneysel analizi
Günümüzde kullanılan sistemler, enerjiyi daha verimli kullanmak için ısı transfer uygulamalarını kullanır. Isı eşanjörü, ısıyı bir sıvıdan diğerine aktarmak için kullanılan bir cihazdır. Isı eşanjörü genellikle soğutma, ısıtma, enerji santrallerinde ve kimya endüstrisinde kullanılır. Isı değiştiriciler, ısı değiştirici tipine göre direkt temaslı ve direkt olmayan temaslı olmak üzere iki kısımda ele alınmaktadır. Doğrudan sıvı teması olan bir ısı eşanjöründe farklı sıcaklıklarda bulunan akışkanların veya herhangi bir akışkan ve katı malzemeleri doğrudan karıştırır veya temas ettirir. Böyle bir ısı eşanjörüne iyi bir örnek, genellikle endüstriyel prosesler tarafından üretilen ısıyı uzaklaştırmak için kullanılan bir soğutma kulesidir. Doğrudan sıvı teması olmayan bir ısı eşanjöründe ise sıcak akışkan önce iki akışkanı ayıran bir yüzeye veya kütleye yönlendirilir. Bu ısı, bu yüzeylerden veya kütlelerden soğuk akışkana aktarılır. Yapılan bu çalışma bakır boru içerisinde ısı transferini arttırmak amacıyla, boru içerisinde mil kullanılması amaçlanmıştır. Bakır boru ve ısı borusu tabakalarından yapılan türbülatörler sayesinde ısı transferinin arttırılması sağlanmıştır. Deney sonuçlarına göre, bakır ve ısı borusu ile imal edilen türbülatörlerin etkisi incelenmiştir. 16 farklı hava akış hızlarında ölçülen sistemin giriş-çıkış sıcaklıkları grafiksel olarak gösterilmektedir. Bu farklı hava hızlarında ölçüm yapılmış olup paralel yönde akış sergileyen türbülatörlü ısı borusunun sıcaklık farkının yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Türbülatör kullanılması sıcaklık farkını etkilemiştir. Paralel akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda sıcaklık farkının en düşük olduğu, zıt akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda hava hızı 3,1 m/s’den sonra farkta azalmalar gözlenmektedir. Türbülatörsüz boru için değerlere bakıldığında randımansız değişmeler gerçekleşmiş olup hava hızının en üst değerde 1,7 m/s olduğu sıcaklık farkında artış gözlenmektedir. Türbülatörsüz boş boru ile karşılaştırıldığında zıt akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda 0,8 m/s hızında %129 oranında, paralel akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda aynı hava hızında %62 oranında sıcaklık farkı artışı olduğu hesaplanmıştır. Hava hızı 4,0 m/s olduğu durumda sıcaklık farkındaki verim zıt akışlı türbülatörlü ısı borusunda %170 oranında artış gözlenmiştir. Deney sonuçlarına göre bakırdan imal edilen türbülatörlerin ısıl verimleri, reynolds, basınç, ısı transfer değerleri çizilmiştir.
Silindir tipi türbülatörlerin ısı transferi performansının analizi
Türbülatörler, ısı değiştiricilerinde akışkanlara türbülans kazandırarak, yüzeyle olan temasın arttırılması yoluyla ısı transferinin yükseltilmesi için kullanılmaktadır. Türbülatörler, yüksek verimlilik gerektiren alanlarda tercih edilmektedir. Akışkanlardan efektif ısı transferi sağlanması için maksimum temas yüzeyine sahip olunması gerekmektedir. Sisteme verilen enerjiden maksimum kazanç elde edilebilmesi ve maliyetlerin en aza indirilebilmesi için tercih edilen bu tür sistemlerin kullanımı sayesinde yüksek verimlilik oranlarına ulaşmak mümkün bir hale gelmektedir. Yapılan bu çalışmada ısı transferinin arttırılması kapsamında eş merkezli dış ve iç borudan oluşan ısı değiştiricisinde iç boru içerisine farklı türbülatörler yerleştirilmiştir. Isı değiştiricisinde dış boruya 98℃ sıcaklığında buhar, iç boruya ise kompresör yardımıyla oda sıcaklığında belirlenen hızlarda hava akışı paralel, aynı yönlü bir şekilde uygulanmıştır. Deney düzeneğiyle ısı değiştiricisi iç borusu türbülatörsüz (boş) olduğunda, içerisinde 1 m uzunluğunda mil üzerine 15 cm adımlarla yerleştirilmiş Tip-A (çubuk) ve Tip-B (kanat) silindirik türbülatörlerin yerleştirilmesi durumlarında ısı transferi performansı incelenmiştir. Deney düzeneğinde termokupllar kullanılarak çoklu kanallı veri tarayıcı ile türbülatörsüz, Tip-A ve Tip-B silindirik türbülatör durumlarında, belirlenen hızlarda ısı değiştiricisi giriş ve çıkış sıcaklıkları ölçülmüştür. Elde edilen verilere göre farklı açılardan analizler yapılmıştır. Türbülatör Tip-B kullanıldığı durumda en yüksek sıcaklık farkının gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Türbülatörsüz durum ile karşılaştırıldığında Türbülatör Tip-A kullanılması durumunda 2,5 m/s hızında %28 oranında, Türbülatör Tip-B kullanılması durumunda 3 m/s hızında %118 oranında artış ile maksimum sıcaklık farklarına ulaşıldığı görülmüştür. Ortalama sıcaklıkların Tip-A türbülatör kullanıldığında ve türbülatörsüz durumlarda birbirlerine yakın olduğu, Tip-B türbülatör kullanıldığında ise 1 m/s ve üzeri hava akış hızlarında ortalama sıcaklığın daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Türbülatör Tip-A kullanıldığında %32 ile 2,5 m/s hızında, Türbülatör Tip-B kullanıldığında %157,9 ile 3 m/s hızında türbülatörsüz duruma göre en yüksek artış oranı ile Nusselt sayısına ulaşılmıştır. Türbülatör Tip-A kullanıldığında %32,5 ile Reynolds 11423 değerinde, Türbülatör Tip-B kullanıldığında %157,9 ile Reynolds 13899 değerinde türbülatörsüz duruma göre en yüksek hm ısı taşınım katsayısı artış oranına ulaşılmıştır. Tip-A ve Tip-B türbülatörlerin kullanılması halinde ısı transfer miktarının ve etkinlik oranının, belirlenen Reynolds değerlerinin tümünde türbülatörsüz duruma göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Reynolds değerlerinin tümünde Türbülatör Tip-B kullanılması durumunda belirgin bir şekilde artış ile en yüksek ısı transfer miktarına ve etkinlik oranına ulaşılmıştır. Her koşulda türbülatör kullanımının ısı transferini arttırdığı, Tip-B türbülatörün Tip-A türbülatöre göre belirgin bir şekilde daha iyi ısı transfer performansı gösterdiği görülmüştür.
Üç farklı tip konik yapının boru giriş akışına olan etkilerinin sayısal yöntemle araştırılması
Bir rezervuardan boruya akışkan girişi düşünüldüğünde boru akışı üzerinde etkili parametreler boru girişi ağız yapısı, boru duvarı yüzey pürüzlüğü, boru girişinde hemen başlayan ısıtma veya soğutma işlemi ve Reynolds sayısıdır. Boruya akışkan alımında boru girişinin ağız yapısı, başlayan boru akışı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Uygulamalarda koniksel, çıkıntılı ve keskin kenarlı olmak üzere üç farklı tip boru giriş tipinin olduğu görülür. Çıkıntılı ve keskin kenarlı giriş tipleri türbülans içeren ve bozuk bir hız profiline boru akışını başlatırken trampet ağzı gibi bir yapıya sahip olan koniksel boru giriş tipi ise boru girişinde türbülans içermeyen ve düzgün hız profiline sahip bir akışı başlatmaktadır. Boru girişinde farklı akış davranışına neden olan bu elemanlar boru girişinde başlayan ısı transfer uygulamalarında ısı transferinin artırılması, boru akışında yerel basınç kayıplarının düşürülmesi gibi amaçlar için araştırıldıkları ve kullanıldıkları görülür. Bu çalışmada kanat, eliptik ve basit yarıçap şeklinde üç farklı tipi bulunan koniksel girişin boru aşağı akımı üzerindeki etkileri karşılaştırılmalı olarak sayısal yöntemle araştırılmıştır. İmalat ve maliyet açısından birbirinden ayrılan bu üç koniksel tipin boru aşağı akımı üzerindeki etkileri laminer ve türbülans boru akışlarını kapsayacak şekilde 600≤Re≤200000 Reynolds sayı aralığında gerçekleştirilmiştir. Daimî ve izotermal akış özelliklerine sahip hava akışları sayısal çözümle simule edilmiştir. Boru akışlarının sayısal simülasyonu için zaman ortalamalı akış denklemleri ve akışta oluşan türbülansın çözümü için de SST k-omega türbülans modeli kullanılmıştır. Boru yarıçapı, akışkan viskozitesi ve sıcaklığı değiştirilmeden her üç giriş tipinin boru girişinde yarattığı basınç kaybı ve boru girişinde sağladığı hız profili karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Sonuç olarak her akış için bulunan basınç kayıpları, boyutsuz basınç kayıp katsayısına 〖(C〗_P) dönüştürülmüş ve Reynolds sayısı ile olan değişimleri gözlemlenmiştir. Reynolds sayısı arttıkça (C_P) değerinin her üç giriş tipi için de düştüğü, en çok basınç kaybı olan giriş tipinin basit yarıçap giriş tipi ve an az basınç kaybı olan giriş tipinin ise eliptik profilli giriş olduğu belirlenmiştir. Üç farklı koniksel giriş tipinin boru girişinde ürettikleri hız profilleri kesit ortalama hız profilinden ortalama mutlak sapma değerleri her Reynolds sayısı için ölçülmüştür. Yapılan analize göre laminer akışın olduğu düşük Reynolds sayılarında basit yarıçap profili daha düzgün bir hız profili oluştururken daha yüksek Reynolds sayılarında diğer iki giriş tipine göre çok çarpık bir hız profiline neden olduğu görülmüştür. Sonuç olarak eliptik profilli giriş tipi ile kanat profilli giriş tipinin ürettikleri hız profilleri tüm Reynolds sayılarında birbirine çok yakın olmalarına rağmen eliptik giriş daha düzgün bir hız profili oluşturmaktadır. Burada üretilen hız profilinin ortalama hız profiline yakınlık derecesi, başlayan aşağı akım için performans artırıcı bir etkiye sahiptir.
Orifislerde üstakım düz boru mesafesinin basınç kaybına etkisinin sayısal incelenmesi
Bu çalışmada pah verilmiş tek delikli bir orifis plakanın daimi, sıkıştırılamaz ve izotermal boru akışı üzerindeki etkileri sayısal çözümle simule edilmiştir. Akışlar Reynolds ortalamalı Navier stokes denklemler ve SST türbülans modeli kullanılarak çözülmüştür. Orifis basınç kayıpları azaltılması ve orifis üst akım düz boru uzunluğunun kısaltılması çalışmanın ana amacı olmuştur. Burada pah açısı (0, 15, 30, 45, 60) verilmiş orifis plakanın basınç kaybı ve debi okuma hatası üzerindeki etkileri, pahlı yüzün orifis üst akımına bakmasına (sol pahlı) ve aşağı akımına bakmasına (sağ pahlı) göre iki ayrı durum için araştırılmıştır. İlk önce orifis üst akımında uzun düz bir boru akışı ile standart orifis akış ölçer kalibre edilmiştir. Daha sonra orifis üst akımında bir engel oluşturularak üst akım uzunluğu kısaltılmıştır. Engelle bozulan akışın kısa mesafede standart orifis akış ölçerin debi okumasına olan etkileri ölçülmüştür. Orifisli akışlar 5000, 15000, 25000, 40000 ve 100000 Reynolds sayılarında incelenmiştir. Çıkan sayısal sonuçlara göre sağ pahlı orifiste pah açısının basınç kaybı ve debi okuma hatası üzerindeki etkisinin pek olmadığı ve pahsız orifisle aynı olduğu görülmüştür. Sol pahlı orifiste ise 33o civarındaki pah açılarında basınç kaybının en düşük ve 45o civarındaki pah açılarında ise debi okuma hatasının en düşük olduğu görülmüştür. Çalışmada ayrıca orifisli ölçerde basınç fark ölçüm noktalarının debi okuma hatası üzerindeki etkileri de araştırılmıştır. Basınç fark ölçüm noktaları orifisten uzaklaştıkça debi okuma hatasının azaldığı görülmüştür.
Pompa depolamalı santrallerin bilgisayar destekli ön tasarımı
Fosil yakıtların tükenebilir bir enerji olması ve çevreye olan etkilerinden dolayı birçok ülke çare olarak yenilenebilir enerjiye yönelmektedir. Bu durumda var olan enerji potansiyelinin en iyi şekilde kullanılabilmesi ülkelerin enerji bağımlılığını daha aza indirebilmektedir. Enerji üretim ve tüketimindeki dalgalanmaların sert düşüş ve artışları gözlemlenebildiğinden enerjinin depolanması, enerji tüketiminin pik seviyede olduğu zamanlarda yeterli ve düzenli enerji arzını sağlayabilmektedir. Bir enerji depolama sistemi ve yenilenebilir olarak kabul edilen Pompa Depolamalı Hidroelektrik Santraller (PDHES) Türkiye’de henüz inşa edilmemiştir. Oysaki Dünya genelindeki enerji depolama sistemlerinin %97’si PDHES santrallerdir. Pompalı hidroelektrik santrallerin, enerjide arz güvenliğini artırdığı ve doğa dostu bir enerji depolama çeşidi olduğu öne sürülmekle beraber, maliyet avantajı sağlayabilmesi gün içinde değişen elektrik fiyatlarına bağlıdır. Bu sebeple teknik olarak uygun olan bir santralin güncel enerji fiyatlarıyla ön tasarımını hızlı bir şekilde gerçekleştirerek fayda zarar analizini yapabilen bir bilgisayar programı karar vericilerin projenin gerçekleşme safhasına hızlı bir geçiş yapmasını sağlayacaktır. Bu sebeple çalışma kapsamında Pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerin hidrolik ve ekonomik tasarımında yardımcı olacak STAP isminde bir program geliştirilmiştir. Analiz yapabilen, programın doğrulaması daha önce planlaması yapılan Aslantaş PDHES verileri kullanılarak yapılmış ve farklı elektrik tüketim tarifelerine göre analizler gerçekleştirilmiştir.
Buhar sıkıştırmalı klasik soğutma sistemi kullanarak PV sistemleri soğutulması ve verim analizi
Bu tez çalışmasında fotovoltaik güneş panellerinde ısı kaynaklı kayıpları düşürmek ve panel verimini yükseltmek için panelin arka yüzeyine sıkıştırılmış buhar yardımı ile soğutulmaya çalışılmıştır. Panellerin alt yüzey sıcaklıklarının sıkıştırılmış buhar ile soğutulması ile elde edilen değerleri ölçüp elde edilen verilerin karşılaştırılması yapılmıştır. Dış ortamın zamana bağlı sıcaklık değişimleri, güneş radyasyon değerleri ve ortam koşulları ölçülmüştür. Elde edilen bulguların analiz sonuçları panel üzerindeki verim hareketliliği incelenmiştir. Deney için üç adet 105W’lık PV panel kullanılmıştır. Modül üç panelin arka yüzeyine sarmal Şekilde montajlanan bakır boru içinde kompresör yardımıyla sıkıştırılmış R600 gazı ile soğutulmuştur. Modül iki panelin arka yüzeyine sadece su olması durumunda soğutulma yapılmıştır, modül bir panel ise ortam koşullarında bulunun bir panelin durumunu gözetlemek ve referans amaçlı olarak boş bırakılmıştır. Panel yüzeyine yerleştirilen üç farklı yüzey sıcaklıkları, ortam sıcaklığı ve giriş çıkış sıcaklıkları yapılmış ve zamana bağlı olarak oluşan güç, akım ve volt değerleri kaydedilmiştir. Sonuçlara göre deney düzeneğinde kullanılan tüm panellerin maksimum güç oranları önceden belirlenmiştir. Deney analizleri sonucunda soğutma düzeneği kurulan panel ve boş panelin verileriyle kıyaslanma yapıldığında soğutma yapılan panelde %5,73 güç üretimi fazlalığı bulunmuştur. Boşken panellerin güç üretimlerini kıyasladığımızda soğutulan panelin tüm gün boyunca ortalama olarak 0,5W daha az güç üretmiştir. Her üç panellinde aynı özelliklerine sahip olmasına rağmen oluşan farklılıklar deney sonucunda etkisini göstermiştir. Hesaplamalar sonucunda elektriksel verimin %9 iken, soğutulan panelde verim %7,9 olarak bulunmuştur. Yapılan deneyde soğutma yapılan modül üç, tüm gün ortalama sıcaklık değeri 33ºC’ de iken referans panelin ortalama sıcaklık değeri ise 40ºC’ de kalmıştır. Yapılan çalışmada panel 14ºC soğutulmuş ve bu sıcaklık farkı istenildiğinde daha da arttırılabilir Şekildedir. İdeal çalışma sıcaklığına 25ºC yakın olarak soğutma yapılan modül üçün panel arka yüzey sıcaklık aralığı olarak 30ºC’ ye sabit tutularak panelin üreteceği güç miktarı gözlemlenmiştir. Soğutma elemanı olan kompresör toplamda üç saat boyunca tükettiği enerji miktarı 0,319 kWh olarak bulunmuştur. Tüketmiş olduğu bu enerji miktarını karşılamak için 40W panel yeterli olacaktır. Yapmış olduğumuz çalışmada soğutulan modül 3 no’lu panelin arka yüzeyini su ile tamamen kaplayıp tüm yüzey alanını eşit bir Şekilde soğutulmuştur. Soğutulan bu yüzey alanın eşit olmasından kaynaklı olarak diğer çalışmalara nazaran soğutma borularının temas ettiği alanların dışında tüm yüzey alanı eşit bir Şekilde soğutulmuştur. Böylelikle panel verimli yükseltilmiştir.