305
Archived Theses
2
DOIs Assigned
1%
DOI Rate
Discipline
Design and modeling of energy storage systems integrated with solar photovoltaic energy
Fossil energy resources on the world are rapidly being depleted. It is seen that the speed of energy consumption has increased with the developing technology in recent years. Therefore, it was ensured that the solar energy, which emerged with the researches for energy resources that can renew itself and never run out, was transformed into a usable energy source. However, with the day and night situation of the Earth around itself, the use of solar energy only during the day and other natural reasons have started to work to store the energy produced when there is no solar source. These studies, also called solar energy storage, will be more valuable and improved day by day and their efficiency will be maximized. In this study, previous studies are reviewed and presented in a comprehensive way. Many different methods for storing solar energy and increasing its efficiency are discussed with mathematical and experimental methods. The gaps in existing literature are identified and recommendations for future research are precisely outlined. In this study, the outputs of the chosen method for the storage of solar energy in different geographical regions were analyzed.
Design and concepts of nearly-zero energy buildings
Global warming and climate change have become increasingly important issues in recent decades. The use of fossil fuels is one cause. The use of fossil fuels causes CO2 emissions. Therefore, buildings need to be designed with a new strategy on low energy with very high energy efficiency. In order to reduce the dependence of the building on primary energy, the concept of nearly-zero energy building (NZEB) is created. It is recommended that the definition of near-zero energy buildings, renewable energy and efficiency measures work together. The European Union (EU) aims to drastically reduce domestic greenhouse gas (GHG) emissions by 80% by 2050 compared to 1990 levels. In this work, design strategies, the use of low conductivity materials, the installation of low energy devices to reduce the energy demand of buildings and the necessary additions of renewable energy systems are presented to achieve a near zero energy building design. These aforementioned approaches are implemented in an example building as a case study. The obtained results show that there are many ways to achieve a near-zero energy building, but the cost issue remains the most important decision parameter.
Hidrojen üretim reaksiyonuna (HÜR) manyetik alan etkisinin incelenmesi ve yeni bir elektroliz hücresi tasarimi
Hydrogen evolution reaction (HER) is defined as producing molecular hydrogen, one of the most studied electrochemical reactions. Hydrogen is a potential energy carrier because of nonpolluting the environment. So, it plays an essential role in clean energy. There are different types of hydrogen gas production methods. In this study, the electrolysis method of water was used for hydrogen production due to its advantages such as high purity, efficiency and ease of use. We focused on a technique based on water electrolysis, known as an oxyhydrogen dry cell. The cell depends on strong types of electrolytes, which can be alkaline media and acidic media. Potassium hydroxide is an alkaline type of solution, and it has a higher dissociation rate of hydrogen; thus, it will be selected for our study. In the HER, electrodes are crucial parts where an electrochemical reaction occurs. The shape and material type of the electrode affect the efficiency of generated hydrogen gas. The shape of a square, circular, and rectangular was performed in the literature, yet we used rectangular shapes. There are many different materials for electrodes, such as graphite, platinum, steel, etc., in literature. 304 stainless steel was used in this study because of its high corrosion resistance, high stability and ease to find it. Specific methods can be applied to get more efficient hydrogen production. A magnetic field is one of them which was added to the cell due to no required additional energy that is supplied by a permanent magnet. Magnetism direction will decide Lorentz force and convection of electrolyte. Finally, the strength of magnetic flux density is another important parameter for evaluating efficiency. It was changed and tried for the best efficiency. The magnetic field positively affects hydrogen efficiency. Furthermore, a developed dry cell system is easily applied for industrial applications.
Kritik alt sistemlerin güç kaynağı için güneş enerjili izole DC-DC flyback konvertör tasarımı
Fotovoltaik güneş panelleri kullanılarak elektrik enerjisi üretimi yapılan birçok uygulamada sistemi yönetmek, güvenliği ve sürdürülebilirliği sağlamak ve veri depolamak gibi kritik öneme sahip işlevler için katma değeri yüksek elektronik sistemler kullanılmaktadır. Kritik altsistemler olarak adlandırabileceğimiz bu yapı, genel sistemde meydana gelebilecek hata durumlarından mümkün olduğunca az etkilenen, elektriksel olarak yalıtılmış, kararlı ve sürekli çalışabilen bir besleme ünitesine ihtiyaç duymaktadır. Bu çalışma kapsamında güneş temelli fotovoltaik uygulamaların önemli ve pahalı altsistemleri için geniş giriş aralığında çalışabilen, izole edilmiş, güvenilir ve verimli DC-DC güneş temelli fotovoltaik bir besleme ünitesi tasarımı hedeflenmiştir. Bu ünite mikro denetleyici veya farklı amaçlar için pahalı kontrol ve depolama elemanları içeren kontrol sistemlerini 50W güç değerine kadar kararlı ve dengeli olarak besleyebilecek özelliktedir. Bu tasarım geniş çalışma alanı ve önemli altsistemlerin emniyetinden dolayı, yüksek verimli, izole flyback konvertör topolojisi ile birlikte tasarlanmıştır. Bununla birlikte tasarım güneş panellerinde oluşabilecek enerji kesintilerine ve arızalarına karşı kendi enerji depolama birimini ve çıkış geriliminin kararlılığını sağlaması için bir yükseltici konvertör de içermektedir. Bu amaç doğrultusunda, süper kondansatör ve elektrolit kondansatör depolama elemanları kullanılarak, hibrit kondansatör temelli, hiyerarşik düzende enerji akışına göre birbirini tetikleme mantığı ile çalışan sade ve kararlı bir depolama ünitesi tasarlanmıştır. Geniş giriş gerilimi aralığına uygun transformatör ve flyback konvertör tasarımı hazırlanıp, hibrit kondansatör depolama ünitesi ile uyumlu hale getirilmiştir. Depolanan enerjinin kararlı ve verimli bir şekilde ünite çıkışına aktarılması için ayrı bir gerilim düzenleyicisi tasarlanarak üniteye dahil edilmiştir. Bu kapsamda oluşturulan sistem, bütünüyle fotovoltaik güneş enerjisi temelli sistemlere özgü izole yapıda tasarlandığı için bu sistemlere yönelik kendi depolama birimini içeren kesintisiz güç kaynağı modeli olarak literatürde yerini alacaktır. Tasarlanan ünite geniş girdi alanı, düşük maliyet ve daha az karmaşık yapıda olması dolayısıyla literatürde mevcut olan çalışmalardan daha avantajlıdır. Çalışma kapsamında tasarlanan sistem, özellikle enerji depolama ünitesi, farklı çevresel şartlar ve amaçlara uygun olarak geliştirilebilir olması nedeniyle ileriki çalışmalara ışık tutacak niteliktedir.
Solar termal sistemlerde kullanılmak üzere değişken kesitli parabolik kollektör tasarımı, optimizasyonu ve termodinamik analizi
Yoğunlaştırmalı güneş enerjisi sistemleri, birincil enerji kaynağı olan güneşten faydalanma yöntemlerinden biridir. En yaygın yoğunlaştırmalı güneş enerjisi sistemleri parabolik oluk kollektörleridir. Parabolik oluk aynalar, güneş ışınımını bir doğrultuda yansıtır. Bu doğrultuya yerleştirilen bir soğurucu ile güneş enerjisi ısıl enerjiye dönüştürülür. Bu kollektörler gerek elektrik enerjisi üretiminde gerekse proses ısısı sistemlerinde kullanılmaktadır. Parabolik oluk kollektörlerin yaygınlaşması ve verimlerinin arttırılması için farklı araştırma geliştirme çalışmaları süregelmektedir. Bu çalışmaların çoğu soğurucu yapısını veya akışkan özelliklerini değiştirerek ısı transferi miktarını arttırmayı amaçlamaktadır. Öte yandan toplayıcı yüzeyiyle ilgili çalışma sayısı görece daha azdır. Bu tez çalışmasında, odaklamalı güneş enerjisi sistemlerinde kullanılmak üzere değişken parabolik kesitli yeni bir yüzey tanımlanmıştır. Bu yüzeyin eksen boyunca parabolik kesidi değişirken, odak doğrultusu aynı kalmaktadır. Tanımlanan yüzeyin ısıl performansa etkilerini incelemek üzere numerik bir model kurulmuştur. İlk aşamada Matlab programında yazılan bir kod ile yüzeye ait geometrik parametreler girilerek yüzey sonlu parabolik elemanlara ayrılmış ve her bir elemana ait konum ve odak uzaklığı gibi veriler elde edilmiştir. Daha sonra bu veriler bir ışın takip programı olan SolTrace'e aktarılarak soğurucu üzerinde gerçekleşen ısı akısı profili elde edilmiştir. Sonrasında bu ısı akısı profili bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı olan ANSYS CFX'e aktarılarak, akış-ısı transferi simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Kurulan modelin doğruluğu literatürdeki diğer sonuçlarla karşılaştırılarak tayin edilmiştir. Ayrıca eleman sayısından bağımsızlık çalışması gerçekleştirilmiştir. Geleneksel parabolik oluk kollektörlerin aksine tanımlanan geometri soğurucu boyunca asimetriktir. Bu nedenle akış yönü bir tasarım parametresi haline gelmektedir. Bu iki durum girişte yüksek ısı akısı (GYI) ve çıkışta yüksek ısı akısı (ÇYI) olarak tanımlanmıştır. Ayrıca tanımlanan kollektör yeni bir geometrik parametre içermektedir. Bu parametre uçlardaki odak uzaklıklarının birbirine oranıdır (k). Bu parametre ile birlikte akış yönünün etkileri aynı zamanda sabit kesitli referans durumu da göz önüne alınarak incelenmiştir. Çalışmanın sonuncunda artan 𝑘 faktörü ile akış karakteristiklerindeki değişimin arttığı gözlemlenmiştir. Herhangi bir büyüklüğün artması veya azalmasının ise akış yönüne bağlı olduğu belirlenmiştir.
Titanyum esaslı nanokompozitlerle yüksek performanslı enerji depolama uygulamaları
Bu tez çalışmasında; anataz fazındaki titanyum dioksit (TiO2), biyokütle kaynaklı aktif karbon ve iletken polimerden oluşan nanokompozit malzeme sentezlenmiş ve elde edilen malzeme süperkapasitör elektrot malzemesi olarak kullanılmıştır. Basit ve çevre dostu bir metot olan hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle tek adımda titanyum dioksit parçacıkları biyokütle kaynaklı aktif karbonla kaplanmış, daha sonra kompozit malzeme piroliz işlemine tabi tutulmuştur. Piroliz işlemi ile yapıdaki hidroksil grupları bozularak oksijen içeriği düşürülmüş ve karbon içeriğinin artması sağlanmıştır. Yapıdaki karbon içeriğinin artması sonucunda titanyum dioksitin mekanik özellikleri iyileştirilmeye çalışılmıştır. Sentezlenen nanokompozit malzemenin elektriksel iletkenliğini artırmak için PEDOT:PSS katkısı yapılmış, böylece TiO2'nin sahip olduğu geniş bant aralığının olumsuz etkisi azaltılmaya çalışılmıştır. Sentezlenen malzemelerin elementel analizleri ile bileşenleri tespit edilmiştir. XRD analizi ısıl işlemler ve polimer kaplama sonrasında TiO2'nin anataz fazında herhangi bir değişim olmadığını göstermiştir. SEM ve TEM görüntüleri ile malzemenin topografik ve morfolojik analizleri yapılmış, küresel şekle sahip, ince bir karbon ve polimer tabakası ile kaplanmış kristal nanoparçacıklar gözlenmiştir. TGA analizi ile uygulanan termal işleme karşılık malzemelerin kütlesel kararlılıkları incelenmiş, FTIR analizleri ile atomik bağ yapıları araştırılmıştır. Sentezlenen malzemelerin spesifik yüzey alanları ve gözenek boyutu dağılımları sırası ile BET ve DFT metotları kullanılarak belirlenmiştir. TiO2/C/PEDOT:PSS nanokompozitin mezogözenekli yapıya ve 102,3 m2g-1spesifik yüzey alanına sahip olduğu görülmüştür. Fiziksel karakterizasyonların ardından malzemelerin elektrokimyasal performansları üçlü elektrot konfigürasyonu kullanılarak 0-1 V (vs. Ag/AgCl) potansiyel aralığında 1M H2SO4 sulu çözeltisi içerisinde gerçekleştirilmiştir. TiO2/C/PEDOT:PSS üçlü kompozit malzeme bileşenlerinin oluşturduğu sinerjik etki ile 0,25 Ag-1 akım yoğunluğunda 189,4 Fg-1 yüksek spesifik kapasitans göstermiştir. Bu değer, literatürde TiO2 ve PEDOT:PSS' in süperkapasitör elektrot malzemesi olarak birlikte kullanıldığı çalışmalardan elde edilen sonuçların üzerindedir. Ayrıca üçlü kompozit malzeme 1500 şarj-deşarj çevrimi sonrası sahip olduğu kapasitansın %98'ini korumuş ve yüksek elektrokimyasal kararlılık elde edilmiştir. Sonuç olarak, bileşenlerinin öne çıkan özelliklerini bir araya getirerek hazırlanan üçlü kompozit malzeme enerji depolama çalışmaları açısından ümit vaad eden sonuçlar göstermiştir.
Süperkapasitif enerji depolama sistemlerinin elektrokimyasal ve empedans analizleri
Enerji arz-talep dengesinin sağlanmasında, enerji depolama sistemleri en az enerji üretimi kadar önemlidir. Süperkapasitörler yüksek güç yoğunluğuna ve uzun çevrim ömrüne sahip olduğu için enerji depolama sistemleri arasında öne çıkmaktadır. Bununla birlikte modern teknolojinin artan enerji taleplerini karşılayabilmek için süperkapasitörlerin enerji yoğunluklarının da artırılması gerekmektedir. Süperkapasitörlerin performansını, içerdikleri malzemelerin kimyasal özelliklerinin yanı sıra; gözenek yapısı, morfolojisi, kristal yapısı, iç direnci ve iletkenliği gibi fiziksel özellikleri de belirler. Bu tez çalışmasında; sulu ortamda soyma (eksfolasyon) yöntemiyle elde edilen grafenin, şablon varlığında çevreci, ucuz ve pratik bir yöntem olan çöktürme yöntemiyle elde edilen MnO2 ile nanokompoziti sentezlenmiştir. Gözenek yapıcı yumuşak şablon ve karbon kaynağı olarak kullanılan pluronik triblok kopolimer (PEO20-PPO70-PEO20, P123), grafen eldesinde de soyma (eksfolasyon) ajanı olarak işlev görmüştür. Kompozit yapıdaki grafen elektriksel iletkenliği arttırıp, geniş yüzey alanı ile elektrik çift katman kapasitansa katkı sağlarken, pseudo-kapasitif (sözde kapasitif) MnO2 toplam kapasitans ve enerji yoğunluğunu arttırmıştır. Yumuşak şablon (P123), iyon difüzyonunu kolaylaştıracak nanogözenek yapısının oluşmasını ve toplam gözenek hacminin artmasını sağlamıştır. Sentezlenen kompozitin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonu (X-ışını difraktometresi, Raman spektroskopisi, termogravimetrik analiz, X-ışını fotoelektron spektroskopisi, yüzey alanı ve gözenek boyutu analizi, taramalı elektron mikroskobu ve geçirimli elektron mikroskobu) yapıldıktan sonra elektrokimyasal performansı; döngüsel voltametri, galvanostatik şarj-deşarj ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi yöntemleriyle incelenmiştir. Kompozitten elde edilen elektrot 0-1,2 V çalışma potansiyel aralığında 1 M Na2SO4 sulu elektrolit ile (Ag/AgCl sat. KCl) test edilmiş ve 1 A g-1 akım yoğunluğunda yüksek spesifik kapasitans (587,4 F g-1) sergilemiştir. Elektrodun empedans davranışı modifiye edilmiş Kang eşdeğer devresi ile modellenerek oldukça düşük bir iç direnç (24,17 Ω) gösterdiği belirlenmiştir. MnO2/Grafen//MnO2/Grafen simetrik süperkapasitör ile 0,1 A g-1 akım yoğunluğunda 2 Wh kg-1 (33 W kg-1) enerji yoğunluğuna ulaşılmıştır. MnO2/Grafen//Fe3O4/Karbon ve MnO2/Grafen//Aktif Karbon asimetrik süperkapasitörler ile 0,1 A g-1 akım yoğunluğunda sırasıyla 21.10 Wh kg-1 (106.14 W kg-1) ve 24,80 Wh kg-1 (103,78 W kg-1) enerji yoğunlukları elde edilmiştir. Büyük ölçekte uyarlanabilir pratik bir yöntemle elde edilen bu malzemenin enerji depolama uygulamalarında kayda değer bir katkı sağlaması beklenmektedir.
Parabolik oluklu güneş kollektörü ile buhar üretimi
Buhar, endüstriyel uygulamalarda vazgeçilmez bir unsurdur. Buhar elde edilirken kullanılan fosil yakıtların maliyeti ve çevresel etkileri her geçen gün artmaktadır. Artan fosil yakıt maliyetleri ve yenilenen çevresel düzenlemeler, endüstriyel alanda kullanılan buharın elde edilmesinde yeni yaklaşımların önünü açmaktadır. Gerçekleşen teknolojik yenilikler ile buharın elde edilmesinde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada Bursa, Türkiye konumunda bulunan bir sanayi işletmesinin, buhar ihtiyacının parabolik oluklu güneş kollektöründen elde edilmesi için sistem tasarımı yapılmış ve tasarlanan sistemin simülasyonu TRNSYS programında gerçekleştirilmiştir. Sistem simülasyonu yapılırken, 08:00 – 18:00 saatleri arası çalışma saatleri kabul edilmiş olup, bu saatler arasında işletmeye gereken 6 bar- 165°C sıcaklıkta buhar 150 𝑘𝑔𝑠⁄ kapasitede sürekli olarak sağlanmıştır. Simülasyon çıktısı olarak her aya ait parabolik oluklu güneş kollektörü verimleri, güneş enerjisinden faydalanma oranları, açıklık alanının faydalanma oranı üzerindeki etkisi ve aylık olarak üretilen buhar miktarları hesaplanmıştır. Simülasyon sonucunda; 50 𝑚2 açıklık alanına, 23,17 odaklama oranına sahip parabolik oluklu güneş kollektörünün verimi temmuz ve ağustos aylarında %54 ile maksimum değerine ulaşmıştır. Buhar üretiminde, güneş enerjisinden faydalanma oranı ise temmuz ayında %65 ile maksimum değerine ulaşmıştır. Güneş enerjisinden faydalanma oranı yıllık %37 olarak bulunmuştur. Simülasyon sonucunda yıllık üretilen buhar miktarı 490.600 kg, direkt olarak güneş enerjisinden üretilen buhar miktarı ise 97.800 kg olarak bulunmuştur.
Akdeniz kıyısında kurulacak bir nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin termodinamik analizi
Dünyadaki nüfus artışı, tarımsal ve endüstriyel faaliyetlerin yoğunlaşması temiz suya olan talebi artırırken su kirliliği ve su kaynaklarının kısıtlı olması veya eşitsiz dağılımı, kişi başına düşen su arzını azaltmaktadır. Dünyadaki suyun %97,5'inin doğrudan kullanılabilir olmaması ve su kıtlığı riskinin gitgide artması ile temiz ve güvenilir suya erişim, önemli hale geldiğinden su kıtlığı çeken bölgelerde temiz su ihtiyacını karşılayabilmek için desalinasyon tesisleri, yararlanabilecek etkili yöntemlerden biri olmuştur. Bir enerji kaynağıyla faaliyet gösterebilen desalinasyon sistemleri, bu enerji ihtiyacını fosil yakıtlar veya yenilenebilir enerji kaynakları gibi çeşitli yollardan sağlayabildiği gibi son yıllarda nükleer enerjinin kullanımıyla da elde edebilmektedir. Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı tarafından yapılan çalışmalar neticesinde teknik olarak uygulanabilir olduğu görülen nükleer desalinasyon kojenerasyon tesislerinde bir nükleer reaktörden elde edilen fisyon enerjisi, termal enerjiye dönüştürülmektedir. Bu ısıl enerjinin bir kısmı veya tamamı, bir nükleer güç santraline entegre desalinasyon sisteminde deniz suyunun tuzdan arındırılması için kullanılabilmektedir. Bu çalışmada Akdeniz kıyısında kurulacak bir nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin termodinamik analizi gerçekleştirilmiştir. İncelenmiş olan nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinde enerji kaynağı, bir Basınçlı Su Reaktörü (BSR) iken desalinasyon prosesi ise Çok Kademeli Şok Damıtma (ÇKŞD) işlemidir. Nükleer desalinasyon kojenerasyon tesisinin tüm bileşenlerine kütle, enerji korunumu ve ekserji denge denklemleri uygulanıp tesisin termodinamik modellemesi, MATHEMATICA 11 yazılımından faydalanılarak oluşturulmuştur. Amaç fonksiyonları olarak tesisin termal verimi, ekserji verimi, ısıl yararlanma oranı, ekolojik performans katsayısı, ekserji yıkım faktörü ve atık ekserji oranı değerlendirilmiştir. Nükleer reaktörün termal enerjisi, ara ısıtıcı kütlesel debi oranı, taze buhar sıcaklığı, desalinasyon için buhar çekme noktaları, ölü hal sıcaklığı, deniz suyu tuzluluğu, kısılma vanası kütlesel debi oranı, damıtılmış su kütlesel debisi, besi deniz suyu kütlesel debisi ve sıcaklığı gibi tasarım parametrelerinin bu amaç fonksiyonları üzerine etkileri incelenmiştir. Analiz sonucunda taze buhar sıcaklığının 18 K artışı ile tesisin termal verimi, ekserji verimi, ısıl yararlanma oranı ve ekolojik performans katsayısı sırasıyla yaklaşık %1,6, %3,2, %1,6 ve 0,23 oranında artarken ekserji yıkım faktörü ve atık ekserji oranı, sırasıyla yaklaşık %3,1 ve %3,2 oranında azalmaktadır. Ara ısıtıcı kütlesel debi oranının 0,02 artışı ile termal verim, ekserji verim, ısıl yararlanma oranı ve ekolojik performans katsayısı, sırasıyla yaklaşık %2, %2, %3,9 ve 0,28 oranında artarken ekserji yıkım faktörü ve atık ekserji oranı, yaklaşık %3,9 oranında azalmaktadır. Ölü hal sıcaklığının 10 K'lik yükselmesi, ekserji verimini yaklaşık %1,4 oranında arttırırken besi deniz suyu kütlesel debisi artışı, verimliliği olumsuz etkilemektedir.
Çinko borat katkılı polimer kompozit zırh malzemelerin üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Teknoloji dünyasındaki gelişmeler, radyasyonun birçok alanda yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Bu sebepten dolayı, radyasyonun faydaları ile birlikte zararları da ortaya çıkmıştır. Radyasyondan yararlanırken zararını da en aza indirme ihtiyacı birçok araştırmanın başlığına konu olmuştur. Radyasyondan korunmak için çok sayıda yöntem vardır. Radyasyon zırhlama korunmak için en önemli yöntemlerin başında gelir. Radyasyonun çeşidine bağlı olarak zırhlama malzemeleri de çeşitlilik arz etmektedir. Malzemenin yoğunluğu, toksik özellik gösterip göstermemesi, hafifliği, esnekliği, maliyeti ve kolay elde edilebilir olması gibi özellikleri zırhlama malzemesi seçiminde etkilidir. Malzemelerin bu vasıflarından hareketle yola çıkılarak literatürde üzerinde çalışılan seramik, cam, çelik, beton ve polimerler sınıfından pek çok malzeme mevcuttur. Bu çalışmada ise çinko borat katkılı polimer kompozitlerin nötronlar ve gama ışınlarına karşı zırhlama özelliği araştırılmak istenmiştir. Çalışma kapsamında termoplastik poliüretan (TPU) malzemeye sırasıyla %5, %10, %20, %30, %40 ve %45 oranlarında çinko borat ve polipropilen (PP) malzemeye ise sırasıyla %5, %10 ve %20 oranlarında çinko borat katkılandırılmıştır. Numunelerin kütle azaltma katsayıları sırasıyla 31, 59,5, 81, 276, 302, 356, 384, 661,6 1172 ve 1332 keV enerji değerlerinde hem deneysel hem de XCOM programı ile teorik olarak hesaplanmıştır. Nötron doz ölçümlerinden faydalanılarak deneysel makroskopik tesir kesitleri hesaplanmıştır. Ayrıca numunelerin çekme dayanımı, elestisite modülü ve kopma uzaması gibi mekanik özellikleri test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar hem TPU hem de PP örnekleri için 31, 59,5 ve 81 keV enerji değerlerinde artan katkı oranı ile kütle azaltma katsayılarının arttığı gözlenmiştir. Enerjinin artan değerlerinde çinko borat oranının artmış olmasının kütle azaltma katsayıları bakımından çok anlam ifade etmediği görülmüştür. Genel olarak nötron doz transmisyonu değerlerinin artan numune kalınlığı ve artan katkı oranına bağlı olarak azalma eğiliminde olsa da katkı maddesinin homejen olmayan dağılımına atfedilebilecek anomalilerin oluştuğu net bir şekilde gözlenmektedir. Öte yandan artan katkı oranına bağlı olarak çekme dayanımı ve kopma uzaması gibi numunelerin mekanik özellikleri azalış gösteriken, elastiklik modülünün artış gösterdiği gözlenmiştir. Sonuç olarak gerçekleştirilen analiz ve testler göstermiştir ki; çinko borat katkılı TPU ve PP örneklerinin nötronlar ve x-ışınları/düşük enerjili gama ışınları için alternatif bir zırh malzemesi olabilme potansiyeli vardır.
Hamitabat kombine çevrim santralinin enerji-ekserji analizi ve iyileştirme önerileri
Ülkelerin artan enerji talepleri ve 2021 yılı sonunda ortaya çıkan enerji krizi ile enerji üretiminde kaynak çeşitliliği büyük önem kazanmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarına yapılan yatırımlar her geçen yıl artmasına rağmen enerji talebinin karşılanmasında yetersiz kalmaktadır. Avrupa ülkelerinin çevre politikaları gereği yenilebilir enerjiye hızla geçişi, kömür ve doğalgaz yakıtlı santrallere olan yatırımları azaltmıştır. Bu durum enerji arzındaki yetersizlik sebebiyle enerji krizine sebep olmuştur. Birçok ülke kömür ve doğalgaz gibi baz yük santrallerini devreye alarak enerji taleplerini karşılamıştır. Bu kapsamda, doğalgaz ve kömür yakıtlı termik santraller güç üretimde önemli rol oynamaktadır. Bu sebeple özellikle doğalgaz çevrim santrallerinde emre amadelik ve rehabilitasyon çalışmaları büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada Kırklareli'nin Lüleburgaz ilçesinde bulunan Hamitabat Doğalgaz Kombine Çevrim Santrali (DKÇS) incelenmiştir. Hamitabat KÇS Türkiye'nin ilk doğalgaz kombine çevrim santralidir ve 2017 yılında 520 milyon €'luk bir proje ile yenilenerek kurulu gücü 1220 MW'a yükseltilmiştir. Çalışma kapsamında Hamitabat DKÇS'nin enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Söz konusu analizler ile santralin bileşen bazında incelemesi gerçekleştirilerek tesis performansının geliştirilmesi için alternative yaklaşımlar belirlenebilecektir. Çalışmada Engineering Equation Solver (EES) programı kullanılmıştır ve santralin işletme verilerinden yararlanılmıştır. Hamitabat DKÇS'nin kompresör, yanma odası, gaz türbini, atık ısı geri kazanım kazanı, buhar türbinleri, kondenser, pompalar ve yardımcı ekipmanları detaylı olarak incelenmiştir. Sonuçlar ekserji yıkımının en fazla olduğu santral bileşeninin, toplam ekserji yıkımının %77,607'lik kısmını oluşturan, yanma odası olduğunu göstermiştir. Yanma odasını sırasıyla; atık ısı geri kazanım kazanı, kompresör, gaz türbini ve alçak basınç türbini takip etmektedir. Ekserji verimleri en yüksek olan ekipmanlar sırasıyla; gaz türbini, yüksek basınç türbini, kompresör, orta basınç türbini ve hidrolik türbin olarak tespit edilmiştir. En düşük ekserji verimliğine sahip ekipmanların yanma odası ve kondenser pompası olduğu bulunmuştur. Ekserji yıkımları ve ekserji verimlerine bağlı olarak en yüksek geliştirme potansiyeline sahip ekipmanlar sırasıyla; yanma odası, kompresör ve atık ısı geri kazanım kazanı olarak belirlenmiştir. Santralin enerji verimi %59,70, ekserji verimi ise %58,52 olarak hesaplanmıştır. Toplam ekserji yıkımı 396,084 MW ve toplam geliştirme potansiyeli 72,567 MW olarak bulunmuştur. Hamitabat KÇS'nin enerji ve ekserji analizine ilaveten sıcaklık ve basınç değerlerine bağlı olarak parametrik analizler yapılmıştır. Parametrik analizler kapsamında; kondenser basıncının alçak basınç türbinine ve santralin enerji ve ekserji verimine etkileri, yüksek basınç buhar türbini giriş sıcaklığının ve basıncının türbinin ekserji yıkımına ve toplam buhar türbini güç üretimine etkisi, orta basınç buhar türbini giriş sıcaklığının orta basınçlı buhar türbinin ekserji yıkımına ve toplam buhar türbini güç üretimine etkisi incelenmiştir. Kondenser basıncındaki 1,2 kPa'lık bir artışın alçak basınç türbinindeki güç üretimini 3,2 MW azalttığı tespit edilmiştir. Kondenser basıncının türbin gücündeki bu olumsuz etkisi santralin enerji ve ekserji verimlerini sırasıyla %0,312 ve %0,306 azaltmıştır. Yüksek basınç buhar türbini giriş sıcaklığının 592oC'den %5,1'lik artışla 622oC'ye çıkarılmasının buhar türbinlerinden üretilen toplam enerjiyi 8,6 MW arttırdığı ve yüksek basınç buhar türbininde meydana gelen ekserji yıkımını 2,8 MW azalttığı tespit edilmiştir. Yüksek basınç buhar türbini basıncının 16,8 MPa'dan 19,5 MPa'a çıkarılmasının buhar türbinlerinden elde edilen gücü 2,3 MW azalttığı, yüksek basınç buhar türbini ekserji yıkımını ise 2,7 MW arttırdığı tespit edilmiştir. Orta basınç buhar türbini giriş sıcaklığının 30oC arttırılması, buhar türbinlerindeki toplam güç üretimini 8,1 MW arttırdığı ve orta basınç buhar türbini ekserji yıkımını da 2,8 MW azalttığı görülmüştür. Sıcaklık artışının neden olduğu bu olumlu etki santralin enerji ve ekserji verimlerini sırasıyla %0,79 ve %0,77 iyileştirme potansiyeline sahiptir.
Depremlerin kapalı ortam radon konsantrasyonuna etkisinin araştırılması: Kahramanmaraş örneği
6 Şubat 2023 tarihinde, Doğu Anadolu Fay Hattı üzerinde büyük bir sismik hareketlilik gözlemlenmiştir. Kahramanmaraş il sınırlarında yer alan Pazarcık ve Elbistan ilçeleri, sırasıyla 7,7 ve 7,6 büyüklüğünde iki güçlü depremle etkilenmiştir. Bu büyük depremler, artçı sarsıntılarla birlikte süregeldi. 20 Şubat 2023 tarihinde, Hatay ilinin Yayladağı ilçesinde, 6,4 büyüklüğünde başka bir deprem daha meydana gelmiştir. Bu çalışmada, Kahramanmaraş'da meydana gelen depremler sonrasındaki artçı sarsıntıların, kapalı ortamlarda radon gazı konsantrasyonları üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Radon gazı, depremler sonrası yer kabuğunda oluşabilecek yapısal değişiklikler nedeniyle yer yüzeyine salınımını artırabilir ve bu durum halk sağlığı için önemli bir çevresel risk oluşturabilir. Çalışma kapsamında, 25 Şubat 2023 ile 9 Temmuz 2023 ve 1 Ağustos 2023 ile 19 Aralık 2023 tarihleri arasındaki iki dönemde, kapalı alanlarda CR-39 radon dedektörleri kullanılarak pasif radon gazı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İlk etapta yapılan ölçümler sonucunda, Hatay ilinde ortalama 139 Bq/m³, Adana ilinde 61 Bq/m³ ve Gaziantep ilinde 89 Bq/m³ değerlerinde radon konsantrasyonlarına rastlanmıştır. İkinci etapta yapılan ölçümler sonucunda ise, Şanlıurfa, Malatya, Adıyaman, Kahramanmaraş ve Gaziantep illerinde sırasıyla 60, 51, 33, 38 ve 39 Bq/m³ ortalama radon seviyeleri ölçülmüştür. İki ölçüm dönemi arasındaki verilerin ortalaması alındığında, bölgedeki ortalama radon konsantrasyonu 64 Bq/m³ olarak belirlenmiştir. Bu radon seviyesi dikkate alındığında, yıllık etkin doz eşdeğeri 1,61 mSv olarak hesaplanmıştır. Gaziantep dışında, diğer illerde aynı adreslerde iki etapta da örnekleme yapılamadığı için bu illerdeki radon konsantrasyonlarına depremin etkisini değerlendirmek güçtür. Ancak Gaziantep özelinde yapılan değerlendirmede, ilk etapta ölçülen 89 Bq/m³ değerinin ikinci etapta 39 Bq/m³'e düşmesi dikkat çekicidir. İlk etapta, Gaziantep'teki 9 farklı adreste radon konsantrasyonları 100-301 Bq/m³ aralığında ölçülmüş, bir adreste ise 1023 Bq/m³ değerine ulaşılmıştır. Bu değerler, 2014 yılında TAEK'in Gaziantep için belirlediği 50 Bq/m³'lük ortalamanın üzerinde olup, depremin Gaziantep'te kapalı ortam radon konsantrasyonuna azda olsa artırıcı etkisi olduğuna atfedilebilir. Benzer şekilde, Hatay ilinde ilk etapta bir adreste ölçülen 437 Bq/m³ değeri, TAEK'in Hatay için belirlediği 50 Bq/m³'lük ortalama değeri çok aşarken, ikinci etapta Malatya ilinde 239 Bq/m³ değerinin TAEK'in Malatya için belirlediği 48 Bq/m³ değerinden önemli ölçüde yüksek olduğu gözlemlenmiştir.
Bir kağıt fabrikasında bulunan kojenerasyon tesisinin enerji ve ekserji analizi
Bu çalışma kapsamında, Balıkesir ilinde konumlanan Varaka Kağıt Fabrikası'nın kojenerasyon tesisine yönelik enerji ve ekserji temelli bir analiz yürütülmüştür. Hesaplamaların gerçekleştirilebilmesi amacıyla belirli noktalar tanımlanmış ve bu noktalara ait basınç, sıcaklık ile kütlesel debi verileri esas alınarak termodinamik özelliklerden yararlanılmıştır. Yapılan ekserji analizi, fiziksel ve kimyasal ekserji unsurlarını temel almış, ancak potansiyel ve kinetik ekserji etkileri göz ardı edilmiştir. Bu analiz sayesinde, sistemin bileşenlerinin ekserji verimleri ve ekserji yıkımları hesaplanmıştır. Analizlerde, termodinamik hesaplamalar için EES (Engineering Equation Solver) programı kullanılmıştır. Sistemin genel akış diyagramı oluşturulmuş ve sistemin bileşenleri olan kazan, türbin, kondenser, pompalar, degazör, su ısıtıcıları ve buhar kollektörü detaylandırılmıştır. Buhar kollektöründen fabrikaya ısıtma buharı sağlanmaktadır. Bu çalışmada, referans çevre şartları olarak 25 ℃ ve 101,325 kPa kabul edilmiştir. Hesaplamalar sonucunda, kütle dengesi, enerji dengesi ve ekserji dengesi elde edilmiştir. Kütle dengesi, sistemdeki tüm bileşenlerin kütle akışlarının dengede olduğunu doğrulamaktadır. Enerji dengesi, sistemde enerji giriş ve çıkışlarının dengelendiğini göstermektedir. Ekserji dengesi ise, sistemdeki ekserji yıkımlarını ve her bir bileşenin ekserji verimliliğini ortaya koymaktadır. Balıkesir'de yer alan Varaka Kağıt Kojenerasyon Tesisi, bu çalışmada 35185 kW elektrik üretimi gerçekleştirmekte ve aynı zamanda kağıt fabrikasına saatte 40 ton buhar göndermektedir. Tesisteki buhar üretimi akışkan yataklı bir kazanda gerçekleşmektedir. Bu sistemin enerji ve ekserji analizi gerçekleştirilerek, sistemin performansı değerlendirilmiştir. Sonuçlara göre, kazan %43,77 ekserji verimliliğine sahip olup 69513 kW ekserji yıkımıyla en yüksek kayıp oranına sahiptir. %81,39 ekserji verimliliği ve 8044 kW ekserji kaybıyla türbin, enerji kullanımında oldukça verimlidir. Spreyleme sistemi %98,76 ekserji verimliliği ile 182,7 kW ekserji kaybı yaşarken, degazör %75,51 ekserji verimliliği ve 7713 kW kayıp oranıyla iyileştirme potansiyeli sunmaktadır. %4,939 ekserji verimliliği ve 10761 kW ekserji kaybına sahip kondenser ise en düşük verimliliğe sahip bileşen olarak dikkat çekmektedir. Besi suyu pompası %74,34 izentropik verimle ideal performansına yakın bir şekilde çalışmaktadır. Ancak kondenser pompası %56,75 izentropik verimle daha düşük bir performans sergilemektedir. Gerçek çalışma koşullarında ise besi suyu pompasının ekserji verimliliği %44, kondenser pompasının ekserji verimliliği ise %13 olarak hesaplanmıştır. Bu durum özellikle kondenser pompasında daha yüksek enerji kayıplarına işaret etmektedir. Bu analizler, kojenerasyon sisteminin termodinamik performansını değerlendirmede ve iyileştirme potansiyellerini belirlemede önemli bilgiler sağlamaktadır. Elde edilen sonuçlar, sistemin verimliliğini artırmak ve enerji kayıplarını minimize etmek için yapılabilecek iyileştirmeler konusunda rehberlik etmektedir.
Fotovoltaik sistemlerde tozlanmaya bağlı enerji kayıplarının incelenmesi için IOT tabanlı bir ölçüm sisteminin geliştirilmesi
Güneş enerjisi santralleri, çevre dostu yapıları sayesinde karbon ayak izinin azaltılmasına önemli bir katkı sağlamakta ve dünyada konvansiyonel enerji kaynaklarına yenilenebilir bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Bu santrallerin kullanımının her geçen gün artması hem çevresel hem de ekonomik açıdan avantajlar sunmaktadır. Ancak, güneş enerjisi santrallerinin güçlü yönlerinden biri olan üretim verilerinin izlenebilirliği, kullanılan sensörlerin yüksek maliyeti nedeniyle sınırlı kalabilmektedir. Ek olarak, bu santrallerde tozlanmanın bir metrik ile izlenmemesi ve tozlanma kayıplarının belirsizliği, güç kayıplarına yol açarak sistemin etkinliğini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu çalışmada, güneş enerjisi santrallerinde panellerin kirlilik durumu kararı için bulanık mantık yönteminden yararlanarak, Internet of Things (IoT) tabanlı düşük maliyetli bir izleme sisteminin oluşturulması, güç çıkışına bağlı olarak tozlanma oranın hesaplanması ve güneş paneli kirlilik durumu kararının bulanık mantık ile karar verilmesi amaçlanmıştır. Bursa Teknik Üniversitesi Mimar Sinan Kampüsü'nde bulunan 2 özdeş güneş panel akım ve yüzey sıcaklığı gibi değerleri IoT tabanlı sensörler kullanılarak izlenmiş ve kayıt edilmiştir. Ölçülen bu değerlerden yararlanılarak güneş paneli çıkış gücü, ışınım, güç çıkışına bağlı olarak tozlanma oranı miktarı değerleri hesaplanarak gerçek verilerden oluşan ölçüm verileri oluşturulmuştur. Panellerden biri haftalık olarak temizlenmiş, diğeri ise temizlenmeyerek kirli olarak bırakılmıştır. Sensörler açık kaynaklı programlanabilir devre kartı olan ESP32'ye bağlanarak kullanılmıştır. Oluşturulan düşük maliyetli IoT tabanlı izleme sistemi oluşturulmuştur. Tez çalışmasında ayrıca bulanık mantık ile güneş panellerinin kirlilik durumunun tespiti için bir karar verici yöntem de geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntemde, güneş panellerinin güç çıkışına bağlı olarak tozlanma oranı bulanık mantık ile tahmin edilmekte, bu sayede güneş panellerinin kirlenme durumuna karar verilmektedir. Tez çalışmasından elde edilen sonuçlar, düşük maliyetli bir şekilde güneş enerjisi santrallerine ait IoT tabanlı bir izleme sisteminin gerçekleştirilebileceğini, panellerin güç çıkışına bağlı olarak tozlanma oranının hesaplanabileceğini, bulanık mantık karar verici sistemi ile de panellerin kirlilik durumu hakkında temizlik için karar alınabileceğini göstermiştir. Bu bakımdan tez çıktılarının pratikte de mevcut güneş enerjisi santrallerinde kullanılabileceği düşünülmektedir.
Güneş enerjisi santrallerinde yapay zeka destekli enerji üretim tahmini yöntemlerinin geliştirilmesi
Yenilenebilir enerji kaynakları, küresel enerji talebinin karşılanmasında giderek daha önemli bir rol oynamaktadır. Güneş enerjisi, en çok ve temiz yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Türkiye, güneş enerjisi potansiyeli açısından oldukça zengin bir ülkedir. Bu nedenle, Türkiye'de güneş enerjisi santrallerinin kurulumu ve kullanımı son yıllarda hızla artmaktadır. Bu tez çalışmasında, Bursa Teknik Üniversitesi Mimar Sinan Kampüsü'nde şebeke bağlantılı lisanssız bir fotovoltaik güneş enerjisi santralinin fizibilitesinin araştırılması ve enerji tahmini için akıllı yöntemlerin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Tasarım yapılırken, kampüsün güneşlenme süresi, sistemin büyüklüğü ve sistemin maliyeti gibi faktörler dikkate alınmıştır. Enerji üretiminin tahmini için dört farklı model uygulanmıştır: Rastgele Orman (Random Forest- RF), Uzun Kısa Süreli Bellek Ağı (Long Short-Term Memory - LSTM), Doğrusal Regresyon (Linear Regression) ve Karar Ağacı (Decision Tree - DT). Bu modeller, güneş ışınımı, sıcaklık, nem ve tarihsel üretim verileri gibi parametreler kullanılarak eğitilmiştir. Modellerin performansları; Kök Ortalama Kare Hatası (RMSE), Ortalama Mutlak Hata (MAE), Ortalama Mutlak Yüzde Hata (MAPE) ve Determinasyon Katsayısı (R²) gibi benchmark metrikleriyle değerlendirilmiştir. Ayrıca çalışmada, Türkiye'deki enerji projelerinin gerçekleştirilmesinde izlenmesi gereken yasal prosedürler ve mevzuat adımları detaylı olarak ele alınmıştır. Bu bölümün amacı, enerji yatırımlarının yalnızca teknik ve ekonomik boyutlarını değil, aynı zamanda hukuki çerçevesini de ortaya koyarak Türkiye'de enerji projelerinin nasıl bir süreç içerisinde yürütüldüğüne dair bütüncül bir bakış sunmaktır. Lisanssız üretimden başvuru süreçlerine, kurum izinlerinden proje onaylarına kadar olan adımlar açıklanarak, bu tür projelerin uygulanabilirliği ve sürdürülebilirliği hakkında karar vericilere ve yatırımcılara yol gösterici bilgi sağlanması hedeflenmiştir. Sonuçlar, LSTM ve RF modellerinin yüksek doğruluk ve düşük hata oranlarıyla öne çıktığını göstermiştir. Özellikle LSTM modeli, zaman serisi verilerindeki karmaşık ilişkileri daha başarılı şekilde modelleyerek enerji tahmininde en yüksek performansı sergilemiştir. Bu çalışmayla, kampüs ölçeğinde uygulanabilir bir fotovoltaik sistemin hem ekonomik fizibilitesi hem de üretim tahmini başarıyla sunulmuştur. Türkiye'deki enerji projelerinin teknik, ekonomik ve yasal yönleri bir arada değerlendirilerek, yenilenebilir enerji planlamalarında kapsamlı bir yaklaşım sunulmuştur.
Batı Afrika bölgesi'nde kurulması planlanan gaz türbinli kojenerasyon sisteminin modellenmesi, termodinamik ve termoekonomik analizi
Bu çalışmada, Batı Afrika Bölgesi'nde yer alan Fildişi Sahili'nde kurulması planlanan gaz türbinli kojenerasyon sistemi modellenmiş, sistemin termodinamik ve termoekonomik performansı incelenmiştir. Gaz türbini çevrimi ve absorbsiyonlu soğutma çevriminden oluşan kojenerasyon sisteminin enerji, ekserji ve ekonomik analizleri farklı çalışma parametreleri için gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında basınç oranı (8-16), kompresör izentropik verimi (%80-88), türbin izentropik verimi (%75-85), rejeneratör etkenliği (%58-62), kaynatıcı sıcaklığı (90-100 °C) ve buharlaştırıcı sıcaklığının (0-5 °C) sistemin termodinamik ve termoekonomik performansı üzerindeki etkileri değerlendirilmiş ve bu doğrultuda sistemin enerji kullanım oranı (EKO), seviyelendirilmiş elektrik üretim maliyeti (SEÜM) ve seviyelendirilmiş soğutma maliyeti (SSM) hesaplanmıştır. Ayrıca, analizler farklı çevre sıcaklıkları altında gerçekleştirilmiş ve sistemin Fildişi Sahili'nde karşılaşılabilecek tipik sıcaklık koşulları altındaki performansı değerlendirilmiştir. İncelenen çalışma parametrelerine bağlı olarak, gaz türbini çevriminin enerji verimi %35,17 ile %42,72 arasında değişirken ekserji verimi ise %35,85 ile %44,05 arasında değişmiştir. Benzer şekilde, absorbsiyonlu soğutma sisteminin STK değeri 0,509 ile 0,562 arasında değişirken, eSTK değeri ise 0,198 ile 0,46 arasında gerçekleşmiştir. Basınç oranındaki artış, sistemin EKO ve SEÜM değerlerini düşürme eğilimi gösterirken; SSM değeri başlangıçta azalmış, ancak belirli bir basınç oranından sonra tekrar artış eğilimi sergilemiştir. En düşük SSM değeri, 10-11 aralığındaki basınç oranlarında elde edilmiştir. Kompresör ve türbin izentropik verimindeki artışlar, sistemin EKO değerini arttırmış, SEÜM ve SSM değerlerini düşürmüştür. Rejeneratör etkenliği, sistemin enerji kullanım oranını arttırmış ancak elektrik üretim ve soğutma maliyetini olumsuz yönde etkilemiştir. Öte yandan, kaynatıcı ve buharlaştırıcı sıcaklığındaki artışlar, hem EKO değerini iyileştirmiş hem de SEÜM ve SSM değerlerini düşürerek sistemin performansını olumlu yönde etkilemiştir. Genel olarak, çevre sıcaklığındaki artışın, kojenerasyon sisteminin hem elektrik üretim maliyetini hem de soğutma maliyetini olumsuz yönde etkilediği belirlenmiştir. İncelenen çalışma parametrelerine bağlı olarak, gaz türbinli kojenerasyon sisteminin EKO değeri %60,43–%63,30, SEÜM değeri 0,02527–0,04682 USD/kWh, ve SSM değeri ise 0,04839–0,07054 USD/kWh aralığında değişmiştir. Yapılan analizler sonucunda, buharlaştırıcıdan çıkan soğutulmuş havanın sıcaklığı en düşük 9,54 °C'ye kadar düşürülebilmiştir.
Kendi elektriğini üretebilen tam otonom elektrikli araç şarj istasyonu tasarımı
Enerji sektörünün gelişmesi ile birlikte elektrik üretimi ve dağıtımı daha karmaşık hale gelerek kontrolü zorlaşmıştır. Bu zorluğun üstesinden gelmek için de dijitalleşme çalışmaları bu sektörde de kendini göstermeye başlayarak SCADA Kontrol Sistemleri olarak devreye girmiştir. Scada kontrol üniteleri doğrudan elektrik üretim makinelerinin üzerinden kontrol edilebildiği gibi uzaktan da kontrol edilebilmektedir. Bu sistemlerde bir operatör yardımıyla makine dijital olarak kumanda edilerek Scada sistemine önceden tanımlanmış olan sınırlamaları geçmeyecek şekilde güvenli bir sistem kontrolü sağlanmaktadır. Bu sistemlerde hem elektrik üretimi için gerekli olan işlemler hem de elektrik üretim miktarı gözlenebilmektedir. Dijital sektörün daha da gelişmesinden kaynaklı ülkemizde yeni yeni kullanıma alınan dijital elektrik sayaçları ile birlikte anlık olarak tüketilen yani şebekeden çekilen elektrik miktarı gözlenebilmektedir. Bazı büyük şehirlerde bu anlık tüketim değerlerine göre Scada teknolojisiyle kontrol edilerek gerekli olan ihtiyaç miktarı kadar elektrik üretimi ve dolayısıyla da dağıtımı geçekleşmektedir. Ülkemizde daha çok bankacılık sektöründe kullanılan ancak elektrik üretim ve dağıtım amaçlı olarak da kullanılabilecek blockchain adlı blok zincir teknolojisi de bulunmaktadır. Bu teknoloji ile birden fazla yerden veri alınarak işlenir ve daha sonra burada işlenen veri diğer işlemlerle birleşerek aynı bir zincir halini alır. Başka bir deyişle her bir veriyi blok olarak adlandırırsak bunların bir araya gelmesi de blok zinciri oluşturur. Elektrik üretim ve dağıtım sektöründe bu teknolojinin kullanımı birden fazla binadan alınan tüketim verisi ile üretim verisi eşleştirilerek elektrik tüketiminden daha fazla elektrik üretiminin yapılmasının önüne geçilmektedir. Oluşturmuş olduğumuz şarj istasyonu tasarımıyla burada kullanılan sisteme benzer bir sistem kullanılacaktır. Araçlardan ve tesisten otomatik alınan ve blok zincir teknolojisiyle bulutta depolanan verilerin yardımıyla hangi aracın ne zaman, nerede ve ne kadar elektrik ihtiyacı olduğunu tam olarak tespit ederek gerekli olan elektrik ihtiyacı verimli bir şekilde üretilerek ya da depolanan elektrikten çekilerek sağlayacaktır. Ayrıca kullanıcının isteğine bağlı olarak aldığı elektriğin karbon salınımını belirleyebileceği ve takip edilebileceği bir imkan sağlamaktadır. Böylece karbon ayak izini kontrol altında tutabilmektedir. Burada karbon salınımı yüksek olan şebeke, doğalgaz ile üretilen elektrik ve güneş enerjisi tercihi sunulmaktadır. Sonuç olarak blok zincir teknolojisi ile scada sisteminin birleştiği bir tasarım ile oluşturduğumuz araç şarj istasyonu modelinde tamamen otonom bir şekilde araç ve istasyon bilgisi blok zincir teknolojisi ile alınarak tesis için en uygun iş emirleri oluşturur ve bunu scada kontrol sistemine aktarır. Böylece otomatik bir kontrolle elektrik üretim ve dağıtım işlemi gerçekleştirilmektedir. Bu sayede operatör kontrolünü ortadan kaldırarak daha hızlı, daha güvenli ve daha verimli bir tesis işlemine ortam sağlamakla birlikte karbon ayak izinin takip edilmesini de kolaylaştırmaktadır.
Binalarda ısıtma ve elektrik enerjisi temini için su bazlı fotovoltaik termal hibrit sistemlerin tasarımı
Güneş enerjisi kullanılarak termal ve elektrik enerjisi üretimi yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji üretiminde önemli bir yere sahiptir. Türkiye'nin coğrafi konumu nedeniyle güneşlenme süresinin en yüksek olduğu ülkeler arasında yer alması, güneş enerjisinin Türkiye için potansiyel bir enerji kaynağı olduğunu göstermektedir. Güneş enerjisi uygulamalarından biri olan fotovoltaik termal (PV/T) hibrit güneş enerjisi sistemleri, fotovoltaik panellerin ve termal güneş enerjili sistemlerin bir araya gelmesiyle oluşturulmuştur. Bu çalışmada Manisa ili iklim koşullarında standart iki kişilik bir hane özelinde ihtiyaç duyulan termal ve elektrik enerjisi temini için su bazlı hibrit PV/T tasarım kriterleri, sistemin çalışma prensibi, binalarda ısıtma ve elektrik enerjisi ihtiyacını karşılama potansiyeli incelenmiştir. 40 m2'lik referans ev için her biri 300 W gücüne sahip 1 adet, 2 adet, 3 adet ve 4 adet PV/T kolektörün kullanıldığı dört ayrı senaryo üzerinde durulmuştur. Sistem 15 Kasım – 15 Mart tarihleri arasında çalıştırılmıştır. Senaryolarda, PV/T sistemlerde üretilen en düşük termal enerji Aralık ve Ocak aylarında, en düşük elektrik enerjisi Aralık ayında gerçekleşirken en yüksek kazanç Mart ayında elde edilmiştir. Bir adet PV/T kolektörün kullanıldığı sistemde ihtiyaç duyulan elektrik enerjisinin %20'si, termal enerjinin %8'i karşılanırken bu değerler dört adet PV/T kolektörün kullanıldığı sistemde sırasıyla %83 ve %32'dir. Elde edilen sonuçlar fosil kökenli ve karbon emisyonunu artıran doğal gaza alternatif olarak kullanılabileceğini göstermektedir. PV/T kolektör sisteminin kullanılması ile yaklaşık 309,51 kg CO2 salınımına engel olunacağı görülmüştür. Turgutlu ilçesinde güneş enerjisi, doğal gaza alternatif bir kaynak olarak kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca yerli ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olan güneş enerjisinden faydalanılması ile enerjide dışa bağımlılığın azaltılması ve ekonomiye olumlu katkı yapması beklenilmektedir.
Lityum titanat oksit bataryaların yapay sinir ağlarıyla şarj durumu tahmini
Kullanım amacına ve ihtiyaca göre farklı türleri bulunan lityum tabanlı piller yüksek enerji yoğunlukları ve düşük ağırlıkları ile gelişen teknolojinin ihtiyacına göre gün geçtikçe daha fazla önem kazanmaktadır. Lityum tabanlı piller elektronik cihazlar, medikal uygulamalar, elektrikli araçlar, enerji depolama, havacılık sektörü gibi yaşamımızın birçok alanında kullandığımız cihazlarda enerji depolamak ve bu enerjiden faydalanmak için kullanılırlar. Günümüzün önemli materyallerinden biri olan pillerin, doğrusal olmayan karakteristikleri nedeniyle batarya ömrü, şarj durumu, sağlık durumu takip sistemleri üzerine pek çok çalışma yapılmakta ve farklı metotlar kullanılarak birçok model geliştirilmektedir. Bu çalışmada, lityum tabanlı pillerin doğru seçiminde bilinmesi gereken pil terminolojisi tanımları ve açıklamaları yapılmaktadır. Şarj edilebilir lityum pillerin gelişim süreçleri, hali hazırda mevcut olan ve henüz geliştirilme aşamasında olan lityum pillerin tanımları, özellikleri, farklı kimyalarından kaynaklanan üstünlükleri ve zayıflıkları anlatılmakta ve özetlenmektedir. Lityum tabanlı bataryaların verimli, sağlıklı ve güvenilir bir şekilde çalışmasında, pil ömrünün ve performansının optimize edilmesinde ve şarj/deşarj kontrolünün sağlanmasında gerekli olan şarj durumu değerleri için geliştirilen tahmin yöntemlerinin türleri incelenip bu yöntemler tablolar halinde özetlenmektedir. Lityum titanat oksit pil, oda sıcaklığında farklı deşarj akımlarıyla deşarj edilmektedir. Yapılan deneyler aracılığıyla lityum titanat oksit pilin deşarj edilebilme kapasitesi, akım, gerilim ve sıcaklık değerleri kaydedilmektedir. Yapay sinir ağı metodu kullanılarak lityum titanat oksit pillerin şarj/deşarj stratejileri hakkında bir fikir verecek ve kullanılabilir enerjiyi doğru bir şekilde belirleyecek olan pil şarj değerlerinin, en az hatayla belirlenmesi hedefi gözetilmektedir. Anahtar Kelimeler: Lityum titanat oksit pil, pil terminolojisi, şarj durumu tahmin yöntemleri, yapay sinir ağları, lityum tabanlı bataryalar.
Uzaktan erişimli soğutma deney seti tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Bu çalışmada uzaktan erişim imkânı sunan bir soğutma deney setinin tasarımı ve gerçekleştirilmesi ele alınmıştır. Soğutma sistemleri, mühendislik eğitiminin önemli bir parçasını oluşturmaktadır ve bu sistemlerin teorik ve pratik uygulamalarının öğrenilmesi, öğrencilerin bilgi ve beceri kazanması açısından büyük önem taşımaktadır ama geleneksel laboratuvar ortamlarında yapılan deneyler, mekânsal ve zamansal sınırlamalar nedeniyle her zaman mümkün olamamaktadır. Bu durum, uzaktan erişimli deney setlerinin geliştirilmesine olan ihtiyacı doğurmuştur. Bu çalışmada öncelikle soğutma sistemleri ve uzaktan erişimli laboratuvarların genel yapısı hakkında bilgi verilmiştir. Daha sonra uzaktan erişimli soğutma deney setinin tasarım süreci detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Tasarım aşamasında kullanılan donanım ve yazılım bileşenleri, sistemin çalışması için gerekli olan veri toplama ve kontrol mekanizmaları ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Deney setinin gerçekleştirilmesi aşamasında sistemin prototipi oluşturulmuş ve çeşitli testler yapılarak performansı değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, uzaktan erişimli soğutma deney setinin etkin bir şekilde çalıştığını ve eğitim amaçlı kullanılabilir olduğunu göstermektedir. Ayrıca sistemin kullanıcı dostu arayüzü ve esnek yapısı sayesinde, farklı seviyelerdeki öğrencilerin ihtiyaçlarına uygun deneyler yapılabilmesi mümkündür. Genel olarak bu çalışma kapsamında geliştirilen uzaktan erişimli soğutma deney seti, mühendislik eğitiminde önemli bir boşluğu doldurmakta ve öğrencilere pratik deneyim kazandırma imkânı sunmaktadır. Bu tür sistemlerin yaygınlaşması, eğitim kalitesinin artırılmasına ve daha fazla öğrencinin laboratuvar deneyiminden faydalanmasına katkı sağlayacaktır.
Oluklu borularda basınç kaybı: Sayısal bir yaklaşım
Bu tez kapsamında sanayilerde kullanımı günden güne artan verimlilik açısından kritik öneme sahip oluklu borularda basınç düşüş analizleri yapılmış ve sürtünme katsayılarının tayinleri üzerine çalışılmıştır. Referans alınan iki ayrı makaleden toplam sekiz borunun deneysel verileri CFD analizleriyle karşılaştırılarak, literatürle uyumları gözlemlenmiştir. Sayısal çözüm süreci sonlu hacimler tekniğini kullanan bir yazılım üzerinden ilerletilmiştir. Sürecin kontrolü aynı ölçülerdeki düz borularda yapılmış, oluklu durum için ise literatürdeki basınç düşüşü formülleri ile karşılaştırılmıştır. Türbülans modeli olarak SST k-omega türbülans modeli kullanılmıştır. Sürtünme katsayısı, Darcy-Weisbach denklemine göre hesaplanmış ve karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda elde edilen veriler, oluklu borularda yaşanan basınç düşüşünün düz borulara göre yaklaşık yedi kat daha fazla olduğunu göstermektedir. Ayrıca, oluklu borulardaki akış mekanizmasının, düz borulara kıyasla daha karmaşık olduğu gözlemlenmiştir. Çalışma, önceki çalışmalarda kullanılan formüllerin hata toleransları içinde kaldığını ve sürtünme faktörünün doğru bir şekilde belirlendiğini ortaya koymaktadır.
Yüksek lift katsayısına sahip S1223 kanat profilinde laminer ayrılma kabarcığı kaynaklı tutunma kaybının pasif akış kontrolü ile sayısal olarak incelenmesi
Doğal ve insan yapımı uçan araçlar, geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Günümüzde mini İnsansız Hava Araçlarına (İHA) olan ilgi sürekli olarak artmaktadır. İHA araçlarının performansını etkileyen en önemli parçası kanatlardır. Bu nedenle geçmişten günümüze kadar birçok araştırmanın ve deneylerin odak noktası olmuş ve olmaya devam etmektedir. Bilimsel ve teknolojik gelişmeler sayesinde, havadaki nesnelerin davranışlarını yöneten fiziksel prensipleri incelemek ve analiz etmek mümkün hale gelmiş ve bu da çeşitli havacılık uygulamaları için yüksek verimli kanat geliştirmenin önünü açmıştır. Düşük Re sayılarında yüksek kaldırma kuvvetine sahip kanatlar konusu, yıllardır birçok akademik araştırma ve çalışmada yoğun ilgi görmüş ve görmeye devam etmektedir. Bu çalışmada, düşük Re sayılarında yüksek kaldırma kuvvetine sahip olan ve mini insansız hava araçlarında kullanılması önerilen S1223 kanat profilinin aerodinamik performansı analiz edilerek doğrulanmıştır. Ayrıca, daha yüksek kaldırma kuvveti/sürüklenme kuvvetine oranına sahip olan modifikasyonlu bir kanat geliştirmeye odaklanılmıştır. Bu amaçla S1223 kanat profilinin üst yüzeyinde oluşan ve performansı olumsuz etkileyen titreşimlere ve türbülansa neden olan Laminer Ayrılma Kabarcıklarının (LSB) bölgeleri belirlenmiştir. Kanat verimliliği arttırmak ve oluşan LSB'lerin etkisini azaltmak amacıyla kanat yüzeyinde biri eğimli yüzeye sahip olan diğeri genişlik, uzunluk ve derinlik oranları değişen oyuklu modifikasyonlar yapılmıştır. Bu modifikasyonlar sonucu tasarlanan kanat profilleri 𝐶𝑙 katsayısı, 𝐶𝑑 katsayısı, 𝐶𝑙/𝐶𝑑 oranı, 𝐶𝑝 dağılımı, hız ve basınç konturlarının değişimleri, 0° hücum açısından stall(durma) açısına kadar 2° artırılarak ve Re sayısının 200.000, 300.000 ve 400.000 olduğu durumlar için incelenmiştir. İncelenen her durum için aerodinamik performans katsayısı değerleri belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda kanat üst yüzeyinde düz eğimli yüzey kullanımının performansı arttırdığı, dairesel oyuklu yüzey kullanımının ise performansı düşürdüğü tespit edilmiştir. Fakat kanat üst yüzeyinde dairesel oyuk kullanmanın LSB bölgelerinin yok olmasına sebep olmaktadır. Düşük Re sayılı hava araçlarında S1223 kanat profilini kullanmak yerine tüm hücum açılarında ve Re sayılarında iyileşmenin olduğu 4°'lik eğim açısına sahip ve O S1223_4 kodu ile isimlendirilen kanat profilinin kullanılması aerodinamik performansı arttırmaktadır
Bir evin enerji ihtiyacını karşılamak için hidrojen depolamalı fotovoltaik sistem tasarımı ve simülasyonu
Nüfus artışı, sanayileşme ve teknolojik yenilikler küresel enerji talebinde sürekli bir artışa neden olmaktadır. Türkiye'de 2020 yılında 147,2 milyon tep olan birincil enerji tüketiminin 2035 yılında 205,3 milyon tep'e ulaşacağı tahmin edilmektedir. Fosil yakıtlara olan bu bağımlılık, küresel ısınmadan sorumlu olan sera gazlarının (GHG) salınımını arttırmaktadır. Küresel ısınmanın ilerlemesine karşı koymak için, toplumu zararlı sera gazı (GHG) emisyonlarını en aza indirecek temiz, yenilenebilir enerji üretim yöntemlerine yönlendirmek için girişimler uygulanmaktadır. Elektrik üretimi için alternatif enerji kaynakları arayışı, diğerler enerji kaynaklarının yanı sıra fotovoltaik (PV), rüzgar, hidro, biyokütle ve yakıt hücrelerinin kullanımına (FC'ler) yol açmıştır. Bununla birlikte, yenilenebilir enerjilerin kesintili doğası nedeniyle, enerji üretim fazlalığını yönetmek için enerji depolama sistemlerinin (ESS) yenilenebilir enerji sistemlerine entegre edilmesi gerekmektedir. Bu tezin amacı, bir evin enerji ihtiyacını karşılamak için hidrojen depolamalı fotovoltaik sistem tasarlamak ve analiz etmektir. Tasarım ve analiz çalışmaları için MATLAB yazılımı kullanılacaktır. Hidrojenin yüksek enerji yoğunluğu ve kimyasal bataryalara kıyasla uzun ömürlü olması, sistem performansını olumlu yönde etkileyecektir. Tez çalışması kapsamında, kimyasal batarya ve hidrojen bazlı depolama sistemlerinin performansını karşılaştırarak, sistemin genel verimliliğinin analiz edilmesi amaçlanmıştır.
Kampüs binası çatısına kurulabilecek fotovoltaik güneş enerjisi santrali tasarımı ve analizi: Turgutlu Yerleşkesi örneği
İnsanoğlu fosil yakıtları ulaşımdan sanayiye, tarımdan ısınmaya kadar birçok alanda kullanılarak çağımızın temellerini oluşturmuştur. Fakat bu kaynakların sınırlı olması ve çevreye verdiği zararlardan dolayı insanlık yeni arayışlara başlamıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları bu arayışlar neticesinde kullanılmaya başlamıştır. Özellikle Dünya nüfusunun artmasıyla birlikte insanoğlunun enerji kaynaklarına olan ihtiyacı daha da fazla artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının doğru kullanımı, ülkelerin bağımsızlığı için önemli bir etken haline gelmiştir. Bu çalışmada Turgutlu yerleşkesinde bulunan Fakülte binası çatı alanına güneş enerji santralinin (GES) PVsyst programı ile tasarımı ve analizi yapılmıştır. PVsyst programıyla yapılan analizlerde üç farklı ışınım verisi kullanılmıştır. Fakülte binası çatı alanı için PV panel eğim açısı 30° olacak şekilde 247 adet monokristal panel öz tüketim odaklı On-grid sistem olarak projelendirilmiştir. Kurulu gücü 147 kWp olan sistem için PVsyst programı kullanılarak çeşitli analizler yapılmıştır. Yıllık elektrik enerjisi üretimi; program ışınım verileri ile 238.450 kWh/yıl, MGM ışınım verileri ile 194.017 kWh/yıl ve Data Logger ışınım verileri ile de 149.201 kWh/yıl olarak hesaplanmıştır. Data Logger verileri referans alınır ise Fakülte'nin yıllık elektrik ihtiyacının yaklaşık %67'i tasarlanan GES sistemi ile karşılanabilmektedir.
Şebeke bağlantılı veya bağlantısız çalışabilen PV sistemin tasarımı ve tekno-ekonomik analizi
Günümüzde enerji ihtiyacı nüfus artışı, teknolojik gelişmelerin olması, ekonomik büyüme gibi nedenlerden dolayı her geçen gün artmaktadır. Bu enerji ihtiyacını karşılamak için yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi kullanılabilmektedir. Güneş enerjisinden üretilen elektrik enerjisini kullanmak için şebekeye bağlı ve şebekeden bağımsız sistemler kullanılabilmektedir. Çalışmada Manisa ilinin Turgutlu ilçesindeki bir konuttan alınan elektrik enerjisi tüketim verileri doğrultusunda, şebeke bağlantılı fotovoltaik sistem ve hem şebeke bağlantılı hem de bağlantısız (hibrit) fotovoltaik sistem tasarlanmıştır. Tasarlanan şebekeye bağlı fotovoltaik sistem için 3 farklı senaryo hazırlanmıştır. 1. senaryo dolar bazlı yıllık elektrik fiyat artışı %0, 2. senaryo elektrik fiyat artışı %5 ve yıllık dolar kuru fiyat artışı % 3 ve 3. senaryo elektrik fiyat artışı %5 ve dolar kuru artışı % 7 olduğu durumlar için belirlenmiştir. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemin ekonomik analizi sonucunda Net Bugünkü Değeri (NPV) (747,571 $) 3. senaryoda daha yüksek olduğu, Seviyeleştirilmiş Elektrik Maliyet (LCOE) değerinin (0,0522 $/kWh) 1. senaryoda daha düşük olduğu ve geri ödeme süresinin (9 yıl) 3. senaryoda daha erken olduğu hesaplanmıştır. Hibrit fotovoltaik sistem için de 3 farklı senaryo yapılmış ve 1. senaryo için akü fiyatlarının değişkenlik gösterdiği baz, iyi ve kötü durumlar olmak üzere üç farklı durum incelenmiştir (dolar bazlı yıllık elektrik fiyat artışı %0). 2. senaryo elektrik fiyat artışı %5, yıllık dolar kuru fiyat artışı % 3 ve akü fiyatlarındaki değişim baz duruma göre alınmış ve 3. senaryo elektrik fiyat artışı %5, dolar kuru artışı % 7 ve akü fiyatlarındaki değişim baz duruma göre belirlenmiştir. Hibrit fotovoltaik sistemin ekonomik analizi sonucunda NPV değerinin (705,241 $) 3. senaryoda daha yüksek olduğu, LCOE değerinin (0,0575 $/kWh) 1. senaryonun iyi durumunda daha düşük olduğu ve geri ödeme süresinin (8 yıl) 2. ve 3. senaryolarda daha erken olduğu hesaplanmıştır.
Talep tarafı yönetimi kullanılarak konutlar için merkezi batarya veya elektrikli araç bataryası ile desteklenen PV güç sisteminin boyutlandırılması,enerji yönetimi ve ekonomik analizi
ÖZET Yüksek Lisans Tezi Talep Tarafı Yönetimi Kullanılarak Konutlar İçin Merkezi Batarya veya Elektrikli Araç Bataryası İle Desteklenen PV Güç Sisteminin Boyutlandırılması, Enerji Yönetimi ve Ekonomik Analizi Gül Feray SEZEN Manisa Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Dr.Öğr.Üyesi Kıvanç BAŞARAN Akıllı şebeke ve akıllı mikro şebeke teknolojilerinin gelişmesi geleceğin elektrik güç sistemleri için önemli bir adım olmuştur. Akıllı mikro şebeke sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynakları, enerji depolama sistemleri, talep tarafı yönetimi ve elektrikli araçların şebekeye entegrasyonu araştırma konularının temelini oluşturmaktadır. Farklı tip enerji üretim kaynakları ve depolama sistemlerinin kullanılması ve bunların elektrik şebekesine entegrasyonu ile enerji talep tarafının birlikte ele alınması akıllı kontrol ve enerji yönetim sistemlerinin geliştirilmesini zorunlu hale getirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında özellikle rüzgâr ve güneş enerjisinin kullanımı öne çıkmaktadır. Ancak, şehir içi kurulumlu ya da küçük güçlü sistemler ele alındığında büyük ölçüde güneş enerjisinden yararlanıldığı görülmektedir. Güneş enerjisi de diğer birçok yenilenebilir enerji kaynağında olduğu gibi kesikli enerji kaynağıdır. Bu nedenle, enerji sürekliliğini sağlamak için ya üretilen enerjinin depo edilmesi ya da enerji üretiminin olmadığı zamanlarda şebeke enerjisinin kullanılması gerekmektedir. Elektrik enerjisini depolamak için çoğunlukla akümülatörler (batarya) kullanılmaktadır. Ancak hem bataryaların ömür problemi hem de maliyetleri nedeniyle özellikle şebeke bağlantılı sistemlerde kullanımı tercih edilmemektedir. Bu nedenle bataryaların şebeke bağlantılı sistemlerde ekonomik kullanımı için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalardan, şebeke elektrik enerjisinin pahalı olduğu zaman diliminde yetecek kapasitede batarya kullanımı ile merkezi batarya kullanımı öne çıkmaktadır. Merkezi batarya kullanımında da elektrik dağıtım şirketleri ile mahsuplaşmanın ya da binadaki diğer dairelerin merkezi bataryadan yararlanma ve mahsuplaşma şartlarının belirlenmesi ve bunlara ait yönetmeliklerin çıkartılması gerekmektedir. Son yıllarda elektrikli araç kullanımının hızla artması ve bu araçlarda bir dairenin bir günde ihtiyaç duyacağı batarya kapasitesinin yaklaşık 15-20 katı bataryanın kullanılması, elektrikli araçların akıllı mikro şebekelerde sadece enerji tüketen bir eleman değil aynı zamanda sisteme enerji sağlayan bir eleman olarak kullanımını da gündeme getirmiştir. Enerjinin verimli ve etkin kullanımı büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle, akıllı mikro şebekelerde hem enerji verimli cihazların kullanımı hem de cihazların kullanım zaman aralıkları önemlidir. Binalarda kullanılan cihazların bir kısmı kullanım zamanı değiştirilemez cihazlar olarak sınıflandırılırken bir kısmı da esnek çalışma saatlerine sahip cihazlar olarak sınıflandırılmaktadır. Elektrikli cihazların kullanım zamanlarının ve sürelerinin belirlenmesi ve yönetilmesi sürecine talep tarafı yönetimi denilmektedir. Talep tarafı yönetimi, enerjinin üretilmesi kadar önemli bir süreçtir. Bu nedenle yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı akıllı sistemlerde enerji üretim tarafı ile enerji tüketim tarafı sürekli etkileşim halindedir. Bu tez çalışmasında, bir binanın elektrik enerjisi ihtiyacının merkezi batarya ve/veya araç bataryası destekli fotovoltaik (PV) güç sisteminden karşılanabilmesi için gerekli hesaplamalar ve simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca, incelenen bina da talep tarafı yönetimi için esnek ve sabit çalışma zamanlı cihazlar ve özellikleri belirlenerek talep tarafı yönetimi için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Güç sisteminin boyutlandırılması için öncelikle binanın bulunduğu bölgedeki ışınım, sıcaklık gibi meteorolojik verilerin temini sağlanmıştır. Elde edilen bilgiler doğrultusunda ihtiyaç duyulacak PV sistem ve batarya boyutlandırması bir algoritma geliştirmek suretiyle yapılmıştır. Tez çalışmasının temelini geliştirilen bu algoritma ve buna bağlı olarak işleyen enerji yönetim birimi oluşturmaktadır. Batarya destekli PV güç sisteminin optimum boyutlandırması yapıldıktan sonra sistemin ekonomik analizi yapılmıştır. Ekonomik analiz çalışmasında, literatürde en çok kabul görmüş olan seviyelendirilmiş enerji maliyeti (LCOE), net bugün ki değer (NPV) ve amortisman süresi hesaplama teknikleri kullanılmıştır. Sonuç olarak, binanın yıllık enerji ihtiyacı 4.940,811 kWh, bu ihtiyacı karşılamak için 325 Wp gücünde 14 adet PV panel, 15 kWh kapasiteli akü kullanılması gerektiği ve sistemin seviyelendirilmiş enerji fiyatı (LCOE) 0,109094183, sistem geri ödeme süre 15 Yıl, net bugünkü değer (NPV) 34,86171052 olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Talep Tarafı Yönetimi, Yük Tahmini, Merkezi Depolama Sistemi, Elektrikli Araç, V2G Teknolojisi, PV Sistem Boyutlandırma, PV Sistem Ekonomik Analizi
İçten yanmalı motorun elektrik motoruyla senkron çalıştırılarak hibrit motor performansının iyileştirilmesi
Tork, bir nesnenin bir eksen etrafında dönmesine neden olan kuvvetin bir ölçüsüdür. Bir nesnenin doğrusal kinematikte hızlanmasına neden olan güçte olduğu gibi, tork da bir nesnenin açısal hızlanma kazanmasına neden olur. Araçlar göz önüne alındığında tork bir aracın hızlanması ve yük çekme yeteneği ile bağlantılıdır. Bu tez çalışmasında içten yanmalı bir motorun elektrik motoru ile birlikte çalıştırarak performansının arttırılması amaçlanmaktadır. Bu doğrultuda içten yanmalı motor krank mekanizması ve elektrik motoru Matlab/Simulink paket programı kullanılarak matematiksel olarak modellenmiştir. Krank mekanizmasına etkiyen kuvvetler de dikkate alınarak konum, hız ve ivme formülleri türetilmiştir. İçten yanmalı motorun 1200 rpm, 1400 rpm ve 1600 rpm sabit motor devirleri için elektrik motorunun da torku hesaplanmıştır. Geliştirilen hibrit tahrik sisteminin net torku, içten yanmalı motor ve elektrik motorunun toplam torku olarak kabul edilmiştir. Yapılan sayısal analiz sonucunda 3 model geneline bakıldığında; 1200 rpm için ortalama torkun %40,31 - %61,6 oranında arttığı, 1400 rpm için %47,88 - %68,56 oranında arttığı, 1600 rpm için %50,86 - %86,25 oranında arttığı tespit edilmiştir. En yüksek artışın %86,25 ile 1600 rpm 45 derece ateşleme avansı ile sağlandığı tespit edilmiştir.
Experimental ınvestigation of a solar-assisted heat pump system employing photovoltaic thermal (PV/T) collector
Küresel enerji krizi ve fosil yakıtların tüketiminden kaynaklanan çevre kirliliği alternatif enerji kaynaklarını araştırmayı ve enerji verimli sistemler geliştirmeyi zorunlu kılmaktadır. Güneş enerjisi çevre dostu, tükenmez, ekonomik ve erişilebilir olan yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarından biridir. Isı pompalarının bir ısı kaynağı olarak güneş enerjisini kullanan sistemler daha verimlidir. Isı pompalarını güneş kollektörleri ile birleştirmek için üç yöntem vardır: güneş enerjisi destekli ısı pompaları, fotovoltaik destekli ısı pompaları ve fotovoltaik/termal (PV/T) destekli ısı pompaları. İlk iki yönteme kıyasla PV/T kollektörlerin ısı pompası ile birleşimi özellikle umut vericidir. Çünkü PV/T kollektörler fotovoltaik panelleri ve bir güneş enerjili kollektörü tek bir kollektör içinde birleştirerek hem elektriksel hem de ısıl enerjiyi eş zamanlı üretebilmektedir. Bu birleşik sistemi kullanarak, ısı pompası buharlaşma sıcaklığındaki artış ve PV/T panel çalışma sıcaklığındaki düşüşten dolayı ısı pompası performansı ve PV/T verimi arttırılabilmektedir. Ayrıca güneş kollektörü tarafından üretilen elektrik enerjisi kompresörleri ve pompaları tahrik için kullanılabilmektedir. PV/T destekli güneş enerjili ısı pompası sistemleri PV/T kollektördeki çalışma akışkanına göre sınıflandırılabilmektedir: sıvı soğutmalı kollektör, hava soğutmalı kollektör ve soğutucu akışkan soğutmalı kollektör. Bu çalışmada, hacim ısıtması için sıvı soğutmalı PV/T destekli bir ısı pompası deneysel olarak incelenmektedir. Elde edilen sonuçlara göre, PV/T sistem kontrol yöntemlerinin her biri için önemli parametrelerin PV/T sistem enerji kazancı, toplam enerji tüketimi, ortalama ısı pompası performans katsayısı ve toplam sistem performansı üzerindeki etkileri sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: PV/T destekli güneş enerjili ısı pompası, PV/T güneş kollektörü, Performans, Kontrol yöntemi
Fotovoltaik bir sistem için aralıklı tip-2 bulanık mantık denetleyici tabanlı maksimum güç noktası takibi tasarımı
Fotovoltaik sistemlerin çevre dostu olmaları, gürültüsüz çalısmaları ve yakıt maliyetlerinin olmaması gibi üstünlüklerinin yanında yatırım maliyetlerinin yüksek olması, enerji dönüsümündeki verimliliklerinin düsük olması gibi dezavantajları da bulunmaktadır. Bu nedenle fotovoltaik sistemlerin verimini arttırmaya yönelik çalısmalar önem kazanmıstır. Bir fotovoltaik sistemi maksimum verimde çalıstırabilmek için, bir maksimum güç izleyici (MPPT) yönteminin kullanılması gerekir. MPPT yöntemi ile fotovoltaik panellerin daima maksimum güç noktasında ve daha verimli çalısması saglanabilir. Bu tez çalısmasında, fotovoltaik panelden beslenen bir DC-DC dönüstürücünün MPPT kontrolü için dayanıklı yapıya sahip Aralıklı Tip-2 Bulanık Mantık (IT2BM) tabanlı bir yöntem önerilmistir. Önerilen yöntem ile güçte meydana gelen salınımların ve güç hatasının azaltılması, hava sartlarında meydana gelen degismelerde MPPT yönteminin performansını en az etkilemesi amaçlanmıstır. Önerilen yöntemin performansını degerlendirmek için dört adet 1Soltech 1STH-215-P marka fotovoltaik panel, yükselten tip DC-DC dönüstürücü, yük ve MPPT yöntemini içeren bir Matlab/Simulink benzetim modeli olusturulmustur. Dönüstürücü için anahtarlama frekansı 5 kHz seçilmis ve kapı darbeleri darbe genislik modülasyon (PWM) yöntemi ile üretilmistir. Tasarlanan IT2BM iki girise ve bir çıkısa sahiptir. IT2BM'ye girisler hata (E) ve hatanın degisimi (!E), çıkıs ise doluluk oranındaki degisim (!d) olarak belirlenmistir. SÜrekli durum hatasını gidermek için IT2BM'nin çıkısı integre edilmistir. Benzetim modelinin dinamik performansı panel sıcaklıgı sabit tutulup ısınım zamana göre degistirilerek incelenmistir. Bu çalısma sartları altında önerilen MPPT yönteminden elde edilen yük akımını, yük gerilimi, panel akımını, panel gerilimini, panel gücünü, MPPT güç hatasını ve MPPT yönteminin verimini içeren benzetim sonuçları verilmistir. Ayrıca önerilen MPPT yöntemin etkinligini göstermek için benzetim sonuçları aynı çalısma sartları için P&Q MPPT yönteminin sonuçları ile karsılastırılmıstır. Elde edilen sonuçlar IT2BM tabanlı MPPT yönteminin P&Q MPPT yönteminden cevap hızı, güçte meydana gelen salınım ve güç hatası bakımından daha üstün bir performansa sahip oldugunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik Sistemler, Maksimum Güç Noktası Takibi, MPPT Yöntemi, Degistir & Gözle, Aralıklı Tip-2 Bulanık Mantık Denetleyici
Köprü yapılarda piezoelektrik enerji üreteçlerinin optimal yerleşimi
Bu çalışmada köprü yapılardaki araç geçişlerinden dolayı köprülerde oluşan titreşimlerden Piezoelektrik Enerji Üreteçleri (PEÜ) aracılığıyla enerji kazanımı amaçlanmıştır. Kazanılan enerjinin de maksimum düzeyde olabilmesi için PEÜ'lerin optimal konumlara yerleşimi hedeflenmiştir. Yapılan çalışmada üç farklı araç yükü ve üç farklı piezoelektrik malzeme kullanılarak köprü yapılardaki titreşimlerden enerji kazanımı elde edilmiştir. Elazığ'ın Baskil ilçesi Kuşsarayı köyünde bulunan Kuşsarayı-2 köprüsünün projesi gerçek ölçülerle ANSYS programında modellenmiştir. Köprünün sırasıyla modal, harmonik ve piezoelektrik enerji kazanımı analizleri gerçekleştirilmiştir. Toplam 9 adet PEÜ için üç farklı piezoelektrik malzeme (PZT-4, PZT-5A ve PZT-8) kullanılarak en fazla enerji üretiminin olduğu tip belirlenmiş ve sonuçların karşılaştırılabilmesi için üç farklı araç yükü (60 kN, 90 kN ve 120 kN) altında toplamda 13 farklı çözüm yapılmıştır. Analizler gerçekleştirildiğinde elde edilen maksimum toplam gücün 120 kN yük altındaki PZT-5A malzemeli PEÜ ile 1.484 µW olduğu hesaplanmıştır. Sağlanan bu güç, köprülerin yapısal sağlığını izlemede kullanılan kablosuz sensör sistemlerine yeterli gelecek seviyededir. Titreşim ile enerji kazanımının güneş ve rüzgâr gibi enerji kaynakların aksine meteorolojik öğelerden bağımsız olduğu düşünüldüğünde bu sistemlerin yaygınlaştırılması ile mevcut sistemlerde oluşan atık pillerin de çevreye zararı önlenmiş olacaktır.
NİO: ZNO / CDO kompozit fotodiyotların sol-jel yöntemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada, farklı molar oranlarda NiO:CdO ve NiO:ZnO ince filmler Alüminyum (Al) omik kontaklı p-Si üzerinde oluşturuldu. Kaplama yöntemi olarak sol-jel döndürerek kaplama yöntemi kullanıldı ve kaplama işlemi dinamik modda gerçekleştirildi. Fiziksel bir maske kullanılarak termal buharlaştırma yöntemi ile ince filmler üzerinde Al üst kontaklar meydana getirildi. Tüm bu işlemlerden sonra Al/NiO:CdO/p-Si/Al ve Al/NiO:ZnO/p-Si/Al kompozit esaslı fotodiyotlar üretilmiş oldu. Üretilen ince filmleri oluşturan fazların tayini için X-ışını kırınımı (XRD) analizi gerçekleştirildi. İnce filmleri oluşturan yapıların morfolojileri farklı büyütmelerde alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ile araştırıldı. İnce filmleri meydana getiren elementler enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX) ile belirlendi. Üretilen fotodiyotların fotodiyot parametreleri akım-gerilim (I–V), kapasite-gerilim (C-V), iletkenlik-gerilim (G-V), geçici fotoakım-zaman (I–t) ve geçici fotokapasite-zaman (C–t) ölçümleri ile araştırıldı. I-V analizleri karanlık ve farklı ışık şiddetleri altında (20 - 100 mW/cm^2) ve I-t analizleri ise sadece 20 - 100 mW/cm^2 arasında değişen ışık şiddetlerinde gerçekleştirildi. C-V, G-V ve C-t ölçümleri farklı frekans değerlerinde (10 kHz - 1 MHz) gerçekleştirildi. NiO:CdO ve NiO:ZnO ince filmler başarıyla üretildi ve tüm ince filmlerin nanoyapılardan meydana geldiği görüldü. Al/NiO:CdO/p-Si/Al ve Al/NiO:ZnO/p-Si/Al kompozit esaslı fotodiyotların doğrultma davranışı gösterdiği tespit edildi. Fotoakım değerlerinin ışıktan etkilendiği ve ışık yoğunluğu arttıkça yükseldiği belirlendi. Üretilen tüm fotodiyotların ışığa karşı hassas oldukları tespit edildi. En yüksek fototepki değeri NiO:ZnO oranı 3:1 olan Al/NiO:ZnO/p-Si/Al kompozit esaslı fotodiyotta 3.12 x 10^3 olarak elde edildi. Üretilen fotodiyotların elektriksel ve fototepki özelliklerinin NiO:CdO-ZnO oranları ile değiştirilebileceği ve kontrol edilebileceği görüldü. Al/NiO:CdO/p-Si/Al ve Al/NiO:ZnO/p-Si/Al kompozit esaslı fotodiyotların seri direnç ve arayüz durum yoğunluklarının frekanstan ve NiO:CdO-ZnO oranından etkilendiği belirlendi. Yapılan tüm karakterizasyonlar neticesinde, üretilen cihazların optoelektronik sistemlerde fotokapasitör ve fotodiyot olarak kullanım alanı bulabileceği sonucuna varıldı.
Büyük veri ve makine öğrenmesi kullanılarak elektrik tüketim örüntülerinin çıkarılması
Enerji sektöründe günümüze kadar gerçekleştirilen faaliyetlerin büyük bir kısmı temel olarak enerjinin üretimine ve iletimine odaklanmaktadır. Bununla birlikte son yıllarda özellikle, akıllı şebeke ve Gelişmiş Sayaç Altyapısı (Advanced Metering Infrastructure-AMI) gibi teknolojilerin hayatımıza girmesiyle dağıtım ve tüketici seviyesinde de gerçekleştirilen uygulamaların sayısında ciddi bir artış gözlenmektedir. Elektrik dağıtım şirketleri açısından değerlendirildiğinde AMI sistemler ve akıllı sayaçlar, yerinde sayaç okuması ihtiyacını ortadan kaldırarak güç akışının daha hızlı ve güvenilir bir şekilde izlenmesine ve kontrol edilmesine yardımcı olmaktadır. Son kullanıcı açısından değerlendirildiğinde ise akıllı sayaçlar, tüketicinin dağıtım şirketinden aldığı hizmetin kalitesinin artmasını sağlayarak enerjinin etkin ve verimli kullanımı hakkında bir farkındalık oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında, Büyük Veri analitiği ve makine öğrenmesi yaklaşımları kullanılarak tüketici seviyesinde kısa dönemli yük tahmini ve kayıp-kaçak tespiti uygulaması gerçekleştirilmiştir. Kısa dönemli yük tahmini uygulamasında akıllı sayaç verileri kullanılarak tüketicilerin yük profilleri ve tüketim örüntüleri çıkarılmıştır. Tüketici seviyesinde yük tahmini yüksek değişkenlik, belirsizlik ve veri gizliliği gibi sorunlar nedeniyle dağıtım hattı seviyesinde gerçekleştirilen toplam yük tahminine göre daha karmaşık süreçlerin tasarlanmasını gerektirmektedir. Bu nedenle, kısa dönemli yük tahmini uygulaması için hibrit bir derin öğrenme modeli oluşturulmuştur. Önerilen model, 1-Boyutlu (1-B) evrişimsel sinir ağlarını (Convolutional Neural Network-CNN), uzun kısa süreli bellek (Long Short Term Memory-LSTM) ağlarını ve gelişmiş veri ön işleme yöntemlerini bütünleşik bir çerçevede kullanmaktadır. Gelişmiş veri ön işleme aşamasında yük profillerinde yoğunluk tabanlı aykırılık analizi, parametre optimizasyonu, 1-B CNN ağları kullanılarak öznitelik çıkarma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Önerilen hibrit derin öğrenme modeli hem dağıtım şirketinden hem de halka açık akıllı sayaç veri kümelerinde test edilmiştir. Kayıp-kaçak tespit uygulamasında altı farklı sahte veri yerleştirme (False Data Injection-FDI) senaryosu yerel bir dağıtım şirketinin AMI seviyesindeki gözlemci sayaç ve akıllı sayaç verileri kullanılarak incelenmiştir. Aynı zamanda, Highly Comparative Time-Series Analysis (HCTSA) yazılım paketi ve Komşuluk bileşen analizi (Neighborhood Components Analysis-NCA) kullanılarak anormal yük profillerinden kapsamlı istatistiksel öznitelikler hesaplanmış ve derin öğrenme tabanlı bir sınıflandırıcı model oluşturulmuştur. Önerilen derin öğrenme modeli Büyük Veri teknolojileri ile entegre edilerek farklı kayıp-kaçak senaryoları kullanılarak test edilmiştir.
Yakıt pili-batarya hibrit güç kaynağından beslenen elektrikli araç geliştirilmesi
Günümüzde artan enerji talebi ile birlikte her türlü enerji kaynağı değerlendirilmeye çalışılmaktadır. Enerji talebindeki bu artış ile büyük miktarda fosil yakıtların uzun vadeli kullanımının beraberinde getirdiği çevresel olumsuzluklar yadsınamaz boyutlara ulaşmış ve dünya medeniyetinin gelişiminin karşı karşıya olduğu ortak bir sorun olarak kabul edilmiştir. Tüm dünyada enerji tüketiminde büyük paya sahip olan ulaşım alanında, çevresel zararı en aza indirmek ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak için yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji çözümlerine odaklanılmaktadır. Bu nedenle içten yanmalı araç teknolojilerinden elektrikli araç teknolojilerine doğru bir yönelim söz konusudur. Bu yönelim sonucunda elektrikli araç çözümleri her alanda hızla gelişmektedir. Rekabetçi bir sürüş menzili, kısa yakıt ikmali süresi ve sıfır emisyon ile Yakıt Pilli Elektrikli Araçlar (YPEA'lar), geleceğe ışık tutabilecek araç teknolojileri içinde en olası bir çözüm olarak kabul edilmektedir. Yakıt pilinin güç üretmeye hazır hale gelmesi için miktar zaman ve enerji gerekir ve ani güç gereksinimlerini karışılmakta gecikir dolayısıyla bu dezavantajları eleyebilecek ikinci bir enerji depolama cihazı ile hibritlenmesi gereklidir. Bu ikincil enerji depolama cihazı aynı zamanda pik yükleri ve yüksek güç dinamiklerini de karşılar ve verimliliği artırmak için frenleme enerjisinin geri kazanılmasına olanak sağlar. Bu nedenle bu çalışmada proton elektrolit membranlı yakıt pili ile lityum-iyon batarya elektrikli bir araca birlikte güç sağlamışlardır. Bu tez çalışmasında, yakıt pili-batarya hibrit güç kaynağından beslenen elektrikli araç geliştirilmesi amacıyla MATLAB tabanlı Simscape ile yakıt pilli fişli hibrit elektrikli bir araç modellenmiştir. Bu araç modelinin simülasyonu NEDC, WLTP Class 3, US06, Artemis Motorway 150 ve gerçek sürüş verileriyle oluşturulan ELZ130 sürüş çevrimlerinde yapılmıştır. Bu simülasyonlarla tasarlanan araç farklı çevrim şartlarında çalışmasını kararlı olarak tamamlamış ve çevrimlerden elde edilen veriler ile performans, verimlilik ve bunlarla bağlantılı birçok parametre elde edilmiştir. Simülasyonların en önemli sonuçları arasında tasarlanan aracın yakıt tüketimi ve menzili olup bu değerler NEDC, WLTP ve ELZ130 için sırasıyla benzin eşdeğer tüketimi olarak 2,08, 2,39, 2,44 L/100 km ve menzil olarak 986, 858,6, 841 km olmuştur.
Kir ve tozlanmanın fotovoltaik sistem verimi üzerindeki etkisi
Enerji, bir ülke için kalkınma, gelişme, refah ve yaşam kalitesi anlamına gelen hayati öneme sahip bir konudur. Har canlının hayatını devam ettirebilmek için enerjiye ihtiyacı olduğu gibi, toplumlarında varlıklarını sürdürebilmesi, kurmuş oldukları tesisleri, fabrikaları ve makineleri çalıştırabilmeleri için enerjiye ihtiyacı vardır. Dünyada nüfus artışı, şehirleşme, sanayileşme ve teknolojinin yaygınlaşmasına paralel olarak enerji tüketimi de sürekli artmaktadır. Artan enerji talebiyle beraber fosil yakıtlar hızla tükenmektedir. 2050'li yıllara gelindiğinde petrolün tükenme noktasına geleceği varsayılmaktadır. Doğalgaza 2070, kömüre ise 2150 yılına kadar ömür biçilmektedir. Bunun yanında fosil yakıtların kullanılması çevremize olan olumsuz etkileri beraberinde getirmiştir. Bu sebepten dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarına talep artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları çevreyi kirletmeyen temiz enerji kaynaklarıdır. Bu tezde de yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik (PV) sistemlerin veriminin kir ve tozlanmadan nasıl etkilendiği araştırılmıştır. Sekiz adet panelden dört adedinin yatayla yapmış olduğu açı 0o ve diğerlerinin yatayla yapmış olduğu açı 30o olarak ayarlanmıştır. Her dörtlü grupta panellerden biri hiç temizlenmezken, biri her gün, biri haftada bir, biri ayda bir temizlenmiştir. Elazığ ilinde yapılan bu araştırmada 6 ay boyunca panellerin her gün açık devre gerilimi, kısa devre akımı ölçülerek gücü hesaplanmıştır. Nihai olarak temizlenme periyodu ve güneşin geliş açısının panellerin verimine olan etkileri incelenerek en ideal temizlenme periyodu tespit edilmeye çalışılmıştır.
Silindirik boru içerisine yerleştirilen yarım çember şekilli türbülatörlerin ısı transferi ve basınç kaybına etkisinin incelenmesi
Bu çalışmada, eş eksenli bir ısı değiştiricisinin iç borusuna yerleştirilen dairesel şerit şeklindeki türbülatörlerin ısı transferi ve basınç kaybına olan etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmada; türbülatörlerin arasındaki mesafe, kalınlık, çap ve yerleşim düzenleri tasarım parametreleri olarak kullanılmıştır. Deneylerde Reynolds sayısı ise 19000-76800 arasında seçilmiştir. Deneysel çalışmanın gerçekleştirilebilmesi için Taguchi Deneysel Tasarım yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlarla türbülatörlerin ısı transferine ve basınç kaybına olan etkileri ile etkinlik, entropi, boyutsuz ekserji ve NTU değerleri de hesaplanmıştır. Bu analizlere ek olarak, tasarım parametrelerinin ısı transferi ve basınç düşüşü üzerindeki yüzde etkilerini belirleyebilmek adına ANOVA (Analysis of Variance) kullanılmıştır. Ayrıca Taguchi yöntemi ile optimum tasarım parametreleri hem ısı transferi sayısı hem de basınç kaybı için ayrı ayrı elde edilmiştir. Son olarak Gri İlişkisel Analiz yöntemi kullanılarak parametrelerin hem ısı transferi ve basınç kaybı üzerindeki etkileri birlikte dikkate alınarak çoklu performans karakteristikleri belirlenmiştir. Elde edilen değerler kullanılarak deneysel bağıntılar geliştirilmiştir.
Faz değiştiren madde ile prefabrik yapıların soğutulması
Taşınabilir, ucuz ve kolay kurulum gibi avantajlara sahip prefabrik yapıların en önemli problemlerinden biri bu hacimlerin soğutulmasıdır. Özellikle, şantiye ve kırsal kesimlerde tercih edilen bu yapıların kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. İlgi çekici özellikleri nedeniyle bu yapılar, yaşam alanı olarak da kullanılmaktadır. Bu yapıların soğutulması veya belirli bir sıcaklık değerinde tutulması gerekmektedir. Projenin çıkış noktası söz konusu bu prefabrik yapıların soğutulmasıdır. Kırsal kesimlerde ve şantiye ortamında kullanılan bu yaşam ve depolama alanlarının soğutulması, ciddi bir problem oluşturmaktadır. Güncel olarak uygulanan soğutma sistemlerinin maliyeti yüksektir. Proje kapsamında tasarımı ve imalatı gerçekleştirilecek olan soğutma sistemi ile bu yapıların soğutulması gerçekleştirilecektir. Soğutma sistemi, Faz Değiştiren Madde (FDM) ile entegre edilerek konteyner içerisindeki enerjinin bu maddeler üzerinde depolanması prensibine dayanmaktadır. Söz konusu kontrol hacminin içerisindeki enerjinin FDM ile depolanmasından sonra, ısı atım bacaları ile çevre ortama atılması sağlanacaktır. Kontrol hacim olarak belirlenen yapıların, tasarlanan soğutma sistemi ile soğutulması ve aynı şartlarda ve de herhangi bir soğutma uygulamasının gerçekleştirilmediği bir kontrol hacimden elde edilen veriler karşılaştırılacaktır. Projeden elde edilen veriler neticesinde, ölçüm odası ile referans odası arasında birkaç derecelik sıcaklık farkı olduğu gözlenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, sistemde kullanılan Faz Değiştiren Malzemenin miktarının artırılmasıyla bu farkın daha belirgin bir şekilde arttığı görülmüştür.
Tekstilde boyama işlemi gerçekleştiren bir kojenerasyon tesisinin enerji ve ekserji analizi
Bu tezde, Kahramanmaraş'ta bulunan bir tekstil fabrikasının buhar ve elektrik ihtiyacını karşılamak amacıyla kurulmuş bir kojenerasyon tesisinin enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Yapılan analizlerde, sistemde bulunan ünitelerin birbirleriyle ve çevreyle olan etkileşimleri incelenerek performans değerlendirilmesi gerçekleştirilmiştir. Yakıt olarak doğalgaz kullanılan kojenerasyon tesisinde, içten yanmalı bir motor sayesinde elektrik üretilmektedir. Motordan çıkan baca gazlarının ısısı, bir atık ısı kazanına aktarılarak buhar üretilmektedir. Üretilen buhar, tekstil boyama işlemi için kullanılmaktadır. Yapılan enerji ve ekserji analizleri sonucunda, kojenerasyon tesisinin enerji kaybı 13098.7 kW, enerji verimi %68.9, ekserji kaybı 7018.74 kW ve ekserji verimi %56.48 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen verim ifadeleri, üretici firma tarafından hazırlanan katalogdaki verim ifadeleri ile karşılaştırılmıştır. Kojenerasyon tesisinde enerji veriminin en yüksek olduğu ünite %99.76 ile 2 numaralı su devir daim pompası (P2) ve en düşük olduğu ünite %3.8 ile ekonomizerdir. Ekserji veriminin en yüksek olduğu ünite, %96.91 ile P2 ve en düşük olduğu ünite %3.33 ile ekonomizer olmuştur. Kojenerasyon tesisinde, en yüksek enerji ve ekserji kaybının 8083.42 kW ile turboşarj ünitesinde meydana geldiği görülmüştür. Enerji kaybının en düşük olduğu ünite, 2.2 kW ile 3 numaralı devir daim pompası (P3) ve ekserji kaybının en düşük olduğu ünite 2.18 kW ile 4 numaralı su devir daim pompası (P4) olmuştur. Analizleri yapılan kojenerasyon tesisinde, enerji ve ekserji kaybının motorda ve motora bağlı sistemlerde (Turboşarj (TŞ), ısı değiştiriciler (ID) ve atık ısı kazanı (AIK)) yüksek olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Termodinamik, kojenerasyon, enerji analizi, ekserji analizi, verim
Şırnak ilinde hibrit enerji ile beslenen ev modeli
Günümüzde fosil yakıtlarının tükenilebilir olması ve kullanımının doğaya zararlı olması gibi dezavantajları ortadan kaldırmak için, enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu açıdan, bu tezde yenilenebilir enerji kaynaklarının öneminden bahsedilmektedir. Dünya'nın, Türkiye'nin ve Şırnak ilinin güneş enerjisi potansiyelleri araştırılmaktadır. Şırnak ilindeki bir evin tüm elektrik enerjisi ihtiyacını Hibrit enerji kullanılarak karşılanması hedeflenmektedir. Bu amaçla evin bir yıllık elektrik enerjisi endeks değerleri hesaplanmaktadır. Aynı zamanda On-Grid bir sistem kullanılarak bu evin elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanması ve bunun çeşitli zaman periyotlarındaki verimliliği hesaplanmaktadır. Böylece aynı güç tüketiminde sadece şebekeden elektrik enerjisi kullanılması durumu ile kıyaslama yapılarak kurulacak sistemin maliyeti, sistemin ömrü 30 yıl çalışacak şekilde hesaplanmaktadır. Elde edilen bu oranlardan faydalanarak ve bugünkü elektrik enerjisi birim fiyatı göz önüne alınarak sistemin amortisman süresi hesaplanmaktadır. Ayrıca 30 yıllık süre içinde sadece şebekeden elektrik enerjisi kullanan bir abonenin sistemi kurulduktan sonraki kar oranı da hesaplanmaktadır.
Reaktif gücün ve harmoniklerin enerji verimliliği üzerindeki etkileri
Bir ülkenin sosyal ve ekonomik olarak kalkınmasında en önemli destek unsurlarından biri hiç şüphesiz elektrik enerjisidir. Gelişen teknoloji, yükselen yaşam düzeyi ve artan nüfusla birlikte bu enerjiye olan gereksinim her geçen gün büyük ölçüde artmaktadır. Günümüzde elektrik güç sistemleri geniş bir alana yayılmakta ve enerji sistemine çok çeşitli yükler bağlanmaktadır. Bu tip elektrik yükleri doğrusal değildir. Doğrusal olmayan yükler, gerilim ve akım dalga biçimlerinin bozulmasına neden olur. Bunun sonucunda da güç sistemlerinde ek kayıplara, gerilim düşümlerine, rezonans olaylarına, ölçme ve kontrol sistemlerinin hatalı çalışmalarına, cezai durumlara gibi birçok istenmeyen sonuçlar oluşmaktadır. Bu durumların kontrol altına alınabilmesi için enerji kalitesi kavramı oluşturulmuş ve uluslararası standartlar oluşturularak bu sorunların yaşanmaması için tedbirler alınmıştır. Bu çalışmada, çeşitli bölgelerdeki tesislerin analizör yardımıyla ölçümleri yapılmış ve harmoniklerin enerji kalitesi üzerindeki olumsuz etkileri tespit edilerek uygun filtreleme örneği verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Enerji verimliliği, Güç faktörü, Harmonik bozulma, Enerji kalitesi, Harmonik filtre
Hibrit güç sistemlerinde arıza tespiti
Bu çalışmada Matlab / Simulink yazılımı ortamında bir hibrit güç sistemi oluşturulmuştur. Oluşturulan bu sistemde hat boyunca hibrit güç sisteminde oluşabilecek muhtemel arıza durumları incelenmiştir. Enerji iletim hattında belirli mesafelerde sanal arızalar meydana getirilmiş ve bu arızalara ait akım ve gerilim işaretleri bilgisayar ortamında kaydedilerek bir veri tabanı oluşturulmuştur. Bu veriler ön işleme aşamasında normalize edildikten sonra sayısal işaret işleme aşamasına geçilmiştir. Bu aşamada amaç, farklı noktalarda meydana gelen arızalar için akım ve gerilim işaretlerinden ayırt edici özellikler çıkartmaktır. Toplam 100 km uzunluğundaki üç fazlı enerji iletim hattında 15. km'den başlatarak 85. km'ye kadar her km'de bir sanal arıza meydana getirilmiştir. Deneyler tekrarlanarak toplam 497 farklı arıza meydana getirilmiştir. Yapılan benzetimlerin gerçek sistemdeki duruma benzer hale getirilmesi için hazırlanan bir matlab programı ile arıza tipleri, arıza dirençleri ve arıza oluş açıları rastgele oluşturulmuştur. Ayırt edici özelliklerin elde edilmesi için 12 seviyeli Ayrık Zamanlı Dalgacık Dönüşümü kullanılmıştır. Elde edilen detay ve yaklaşık katsayıları için entropi, standart sapma, çarpıklık ve basıklık gibi 4 ayrı istatistiksel parametre hesaplanarak eğitim veri seti oluşturulmuştur. Bu veri setinin eğitim ve geçerlilik testi için Matlab Regression Learner uygulaması kullanılmış ve literatürde kullanılan birçok yöntemin sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar önerilen yöntemin oldukça düşük bir hata oranı ile arıza yerini tahmin ettiğini göstermiştir.
Güç sistemlerinde gerilim kararlılığı indekslerinin uç öğrenme algoritması ile tahmini
Günümüzde elektrik enerjisi ihtiyacı, teknolojik gelişmeler sonucunda nüfusla orantılı olarak hızla artmaktadır. Artan bu talebi karşılamak için büyük güçlü üretim merkezleri kurulmuştur. Üretim merkezlerinin tüketim merkezlerinden uzakta kurulma gerekliliği, üretilen elektrik enerjisinin çok yüksek gerilimle ve uzun iletim hatlarıyla tüketim merkezlerine iletim zorunluluğu getirmiştir. Güç sistemleri de bu duruma bağlı olarak hızla büyümüş ve karmaşık bir yapı oluşturmuştur. Bu durum önemli işletme ve kontrol sorunlarını da beraberinde getirmiştir. Güç sistemleri daha karmaşık ve yoğun bir şekilde yüklenirken, ekonomik ve çevresel kısıtlamaların yanı sıra, gerilim dengesizliği gittikçe daha ciddi bir problem haline geldiğinden güç sistemleri yüklenme limitlerine yakın çalışmaktadır. Gerilim dengesizliği ile ilgili problemler birçok güç sisteminin güvenli bir şekilde çalışması için büyük bir endişe haline gelmiştir. Bu çalışmada, IEEE 14-baralı güç sisteminde gerilim kararlılığı Uç Öğrenme Makinesi (UÖM) ve Yapay Sinir Ağları (YSA) yardımıyla incelenmiştir. Bu amaçla, IEEE 14-baralı güç sistemi modeli Matlab ortamında oluşturulmuş ve bu model kullanılarak Newton-Raphson yöntemi yardımı ile yük akış analizi yapılmıştır. Bu güç sisteminde gerilim kararlılığı Hat Kararlılık İndeksi (HKİ) hesaplanarak değerlendirilmiştir. Yük akış analizinde tüm baraların aktif ve reaktif güçleri 0.05 birim değer (pu) artırılmış ve her bir baraya ait toplam 1000 adet aktif güç, reaktif güç, ilgili baranın gerilimi ve faz açısı elde edilmiştir. Bu değerler kullanılarak HKİ değerleri hesaplanmıştır. UÖM'ye ve YSA'ya girişler; aktif güç, reaktif güç, ilgili baranın gerilimi ve faz açısı seçilmiştir. UÖM'nin ve YSA'nın çıkışı ise HKİ değerleri olarak belirlenmiştir. UÖM'nın test başarımı 5-kat çapraz doğrulama ile verilmiştir. Ayrıca UÖM'nın başarımı farklı sayıda gizli katman hücre sayısı ve farklı tip aktivasyon fonksiyonları için incelenmiştir. YSA'nın oluşturulması aşamasında belirlenen aktivasyon fonksiyonu hem girişler için hem de ara katmanda tanjant sigmoid aktivasyon fonksiyonu seçilmiştir. Eğitim aşamasında ise Levenberg-Marquardt eğitim algoritması tercih edilmiştir. Elde edilen tüm sonuçlardan, IEEE 14-baralı güç sistemlerinde gerilim kararlılığının tespitinde UÖM'nin ve YSA'nın HKİ'yi oldukça yüksek bir başarımla tahmin ettiği görülmüştür. Ancak YSA'nın tahmin süresi ve hata değerleri UÖM'nin değerlerinden daha büyük olmasından dolayı UÖM'nin tercih edilebileceği değerlendirilmiştir.
Pembelik barajı ve hidroelektrik santralinde primer frekans kontrolünün uygulanması
Yenilenebilir elektrik enerjisi üretiminde, hidroelektrik santralleri büyük bir öneme sahiptir. Hidroelektrik santrallerinin enterkonnekte şebekeye bağlandıktan sonra, önemli hususlardan biri olan üretilen enerjinin frekans kalitesi ve kararlılığı, frekans kontrolünün ehemmiyetini ortaya koymaktadır. Enerji şebekelerinin kararlılığını sağlamak için, şebeke frekansının belirli değerler arasında tutulması operasyonuna "Yük Frekans Kontrolü" denir. Yük-Frekans kontrolü, Primer (Birincil) Frekans Kontrolü, Sekonder (İkincil) Frekans Kontrolü ve Tersiyer Frekans Kontrolü olmak üzere 3 aşamalı olarak gerçekleştirilir. Bu tezde, Pembelik Hidroelektrik santralinde Primer (Birincil) Frekans Kontrolü performansı hakkında bilgi verilecektir. Primer Frekans Kontrol Testleri ünitelerin ENTSO-E (UCTE) kriterlerine uygunluğunun tespiti amacıyla, "Primer Frekans Kontrol Rezerv Testi", "Primer Frekans Kontrol Hassasiyet Testi" ve "Primer Frekans Kontrol 24 saat Doğrulama Testi" olarak 3 aşamadan oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında Avrupa Elektrik İletim Sistemi İşleticileri Ağı (ENTSO-E) kriterleri dikkate alınmıştır. Pembelik Barajı ve Hidroelektrik Santralinin bu kritelere uygunluğu incelenmiştir.
Fotovoltaik kollektörlerde kullanılan saydam örtünün yapay deformasyon işlemleri uygulanması sonucunda kollektör verimine etkisinin araştırılması
Enerji talebi ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi gün geçtikçe artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları üzerine yapılan araştırmalar da, bu perspektifte artmakta ve geliştirilmektedir. Bu kapsamda, fotovoltaik güneş panellerinin kullanımı da hızlı bir şekilde artmaktadır. Kullanılan kollektörlerin verimini arttıran ve çalışma ömrünü uzatan araştırma ve geliştirme çalışmaları güncel bir konudur. Bu tez çalışmasında, fotovoltaik güneş kollektörlerin de kullanılan saydam örtünün maruz kaldığı çevre koşulları sonrasında, camın yapısında ve yutma-geçirme gibi özelliklerinde meydana gelebilecek değişiklikler araştırılmıştır. Model boyutta temin edilmiş olan camlara çeşitli deformasyon yöntemleri uygulanmıştır. Söz konusu bu deformasyonlar ise cam yüzeyinin çizilmesi, cama rüzgârla toz püskürtülmesi ve sıcak-soğuk farklarından meydana gelen ani genleşmelerdir. Cama uygulanan bu yapay deformasyonlar sonucunda camın yapısında meydana gelen değişiklikler belirlenmiştir. Bunlar, camın yüzeyinde meydana gelen çiziklerin yapısı, malzemenin yapısında meydana gelmiş olan mikro çatlaklar, camın yansıtma oranı, camın yutma ve geçirme özellikleridir. Yapay bir şekilde deformasyona uğratılmış camlar, güneş enerjisi simülatörlerinde, gerçek bir fotovoltaik hücre üzerine bırakılarak, camların verim üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Elde edilen veriler derlenerek literatüre kazandırılmıştır. Yapay olarak deformasyona uğratılan camların yapısında meydana gelen değişikliklerin kollektör verimi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu tez çalışmasının Ar-Ge niteliğinde olması, birçok yararlı çıktı sağlayacaktır. Elde edilen sonuçlar, özellikle fotovoltaik kollektör verimine etkileyen faktörler arasında önemli bir parametre olarak değerlendirilebilir.
Isı değiştiricilerinde konik şekilli türbülatörlerin ısı transferi ve basınç kaybına etkisinin araştırılması
Bu tez çalışmasında eş eksenli bir ısı değiştiricisinin iç borusuna yerleştirilen konik tipli türbülatörlerin ısı transferi ve basınç kaybı üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde kullanılan tasarım parametreleri; çap, konik tipi ve adım sayısıdır. Deneyler Reynolds sayısının 18000-37000 aralığında gerçekleştirilmiştir. Taguchi Deneysel Tasarım metodu kullanılarak elde edilen sonuçlarla türbülatörlerin ısı transferi ve basınç kaybı üzerindeki etkileri incelenerek, entropi, etkinlik, NTU, boyutsuz ekserji değerleri ve ısıl performans faktörü hesaplanmıştır. Ayrıca deneylerde kullandığımız tasarım parametrelerinin basınç düşüşü ve ısı transferindeki etkilerini yüzde olarak belirleyebilmek için ANOVA ( Analysis of Variance ) kullanılmıştır. Taguchi metoduyla parametrelerin optimum seviyeleri hem ısı transferi hem de basınç kaybı için elde edilmiştir. Çoklu performans karakteristiklerini belirlemek üzere Gri İlişkisel Analiz yöntemiyle parametrelerin ısı transferi ve basınç kaybı üzerindeki tesirleri birlikte belirlenmiştir.
Şırnak ilinde dağılış gösteren meşe ağacının (quercus) bazı kısımlarından byoyakıt üretimi ve yakıtın kalite kontrolü
Bu çalışmada, gelecekte fosil kaynaklı yakıtlara alternatif olarak elde edilmesi düşünülen biyoyakıtlardan biyodizel ve biyoetanol yakıtlarının; Şırnak İlinde dağılış gösteren meşe ağacının bazı meyvelerinden üretilmesi ele alınmıştır. Farklı birkaç çeşit meşe ağacından alınan palamut ve yaprak numuneleri yapılan deneyde materyal olarak kullanılmıştır. Deney sonucunda elde edilen sonuçlar düzenlenerek daha sonraları yapılacak bilimsel çalışmalara öncü olması için deneysel çalışmalar arasına eklenmiştir. Çünkü pek çok bilim adamı 21. yüzyılın sonuna kadar, fosil kaynaklı enerji kaynaklarının yerini rüzgâr, güneş, hidrojen ve biyoyakıtlar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının alacağını öngörmektedir. Bu değişik alternatif enerji kaynakları içerisinde biyoyakıtlar; üretimlerinin kolay, bilinir ve teknolojik açıdan oturmuş olması nedeniyle daha fazla ön plana çıkmaktadır. Biyoyakıtlar; çok geniş bir yelpazede olup bu yakıtlar içerisinde biyoetanol, biyometanol, biyodizel, biyogaz ve biyohidrojen en önemli olanlarıdır. Biyoyakıtların içerisinde biyoetanol; benzine eşdeğer yapıda olduğu için, enerji ve taşımacılık pazarından en büyük payı alacağı tahmin edilmektedir. Anahtar Kelimeler: Fosil Kaynaklı Enerji, Hidrojen Enerjisi, Biyoyakıt Enerjisi, Biyodizel, Biyoetanol ve Meşe Ağacı.
Fotovoltaik sistemin çıkış gücünün uç öğrenme algoritması ile tahmini
Bu tez çalışmasında, farklı çalışma şartları altında bir PV panelin çıkış gücü uç öğrenme algoritması (UÖA) yardımı ile tahmin edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla, 180 W gücünde bir PV panel kurulmuş, bu panelin açık devre gerilimi, kısa devre akımı, panel sıcaklığı ve güneş ışınımı belirli aralıklarla ölçülerek kaydedilmiştir. Toplam 75 adet deneysel veri elde edilmiştir. Açık devre gerilimi ve kısa devre akımından panelin maksimum gücü hesaplanmıştır. UÖM kullanılarak oluşturulan PV panelin regresyon modeline giriş olarak panel sıcaklığı ve güneş ışınımı verilirken, regresyon modelinin çıkışı PV panelin maksimum gücü olarak alınmıştır. UÖA'nın bazı parametreleri (giriş nöron sayısı, aktivasyon fonksiyonu) deneme yanılma yöntemi ile en iyi sonucu verecek şekilde ayarlanmıştır. Oluşturulan veri kümesi eğitim ve test kümeleri olarak ayrılmıştır. Yöntemin başarımı 5-katlamalı çapraz doğrulama yöntemi ile incelenmiştir. Bu amaçla, veri kümesi 5 eşit parçaya bölünmüştür. Bu parçalardan biri test için ayrılıp geri kalan dördü ağın eğitimi için kullanılır ve bu işlem her defasında test kümesi değiştirilerek gerçekleştirilir. Toplamda 5 defa ağ farklı kümelerle eğitilip test edilmiş olur. Ağın test sonucunda, bütün test fonksiyonlarının performanslarının toplamının ortalaması alınır. UÖA algoritması MATLAB yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca PV panelin çıkış gücünün tahmini için farklı regresyon modelleri de kullanılmış ve bu modellerden elde edilen sonuçlar UÖM'nin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen regresyon sonuçlarından, UÖM'nin PV panelin çıkış gücünü çok yüksek doğrulukta tahmin ettiği görülmüştür. Ayrıca UÖM'nin eğitim süresinin diğer regresyon modellerine göre daha kısa ve eğitim algoritmasının çok basit olması gibi üstünlükleri UÖM'yi PV panellerin çıkış gücünün tahmininde etkin bir araç olarak kullanılabileceğini göstermiştir.
Gizli ısı depolamalı nano akışkanlı güneş enerjili su ısıtıcısının performansı
Güneş enerjisi, en fazla yararlanılabilir kaynaktır. Çok uygun bir ısıtma kaynağıdır. Ücretsiz olarak kullanılabilir ve taşınması gerekmez. Güneş enerjisi termal kullanımı için kritik sorun, güneş enerjisi kolektörünün verimliliğinin nasıl iyileştirileceğidir. Bu da kollektör yapısını optimize ederek veya yeni bir çalışma akışkanı geliştirerek gerçekleştirilebilir. Halen, güneş enerjisi sistemlerinde bir çalışma akışkanı olarak su yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, suyun termal iletkenliği yüksek değildir. Nanoteknolojinin gelişmesiyle birlikte, yenilikçi bir ısı transfer akışkanı ortaya çıkmaktadır. Nano akışkanlar, içlerinde asılı nano boyutlu parçacıklarla (1-100 nm) bir temel akışkandan oluşan nispeten yeni bir akışkan sınıfıdır. Bu parçacıklar genellikle metal veya metal oksittir. Nano akışkanlar, gelişmiş termal iletkenlikleri nedeniyle yeni tip bir ısı transfer akışkanı olarak kabul edilmektedir. Son zamanlarda bazı araştırmacılar, nano akışkanı güneş kollektörleri için çalışma akışkanı olarak kullanmayı öne sürmüşlerdir. Ayrıca, faz değiştiren maddeler (FDM) ve güneş kolektörleriyle entegrasyonları gibi yeni teknolojik gelişmeler son yıllarda daha iyi sonuçlar vermiştir. Bu çalışmada, ısı boruları, iki farklı nano akışkan ve saf su ile doldurulmuş iki fazlı bir termosifon güneş enerjili su ısıtıcısının termal performansını belirlemek için deneysel bir çalışma gerçekleştirildi. Deneylerde Al2O3-H2O, CuO-H2O nano akışkanlar ve saf su kullanıldı. Ayrıca, CaCl2.6H2O ile doldurulmuş bir gizli ısı depolama ünitesi bu iki fazlı termosifon güneş enerjili su ısıtıcısının kondenser ünitesine eklendi. En düşük termal performans saf su için elde edilirken, en yüksek termal performans CuO-H2O nano akışkan için elde edildi.
Nano akışkan destekli toprak kaynaklı ısı pompası sisteminin performans parametrelerinin araştırılması
Sınırlı fosil yakıtlar ve ekonomik faktörler konut veya ticari binaların iklimlendirilmesinde insanları yenilenebilir enerji kullanımına yönlendirmiştir. Ayrıca mevcut karbon emisyonlarını azaltma ihtiyacına bağlı olarak, son yıllarda konut ısıl taleplerini karşılamak için yeni teknolojiler geliştirilmiştir. Bu gelişimlerden payını alan ve yenilebilir enerji kullanan toprak kaynaklı ısı pompaları (TKIP), getirdiği ekonomik ve çevresel avantajlar nedeniyle birçok ülkede mahal iklimlendirme uygulamaları için popüler hale gelmiştir. TKIP'lar, enerji tasarrufu sağlamak amacıyla nispeten kararlı bir yeraltı sıcaklığı kullanan sistemlerdir. Bu çalışmada alüminyum oksit tabanlı nano parçacıklarla hazırlanmış farklı konsantrasyon değerlerine (literatürde ısıl iletkenlik artışı başarı ile uygulanmış %0,1 ve %0,2) sahip nano akışkanların (NA) toprak altı ısı transfer değişim oranları incelenmiştir. Çalışmada ilk kurulum maliyetini düşürmek ve maliyet/verim arasındaki dengeyi sağlamak amacıyla yatay toprak ısı değiştirgeçleri (TID) tercih edilmiştir. Yatay TID'lar U-tip, spiral ve slinky vb. gibi farklı tasarımlara sahiptir. Yapılan çalışmalar incelendiğinde bu tasarımlar arasında birim boyu başına ısı değişim oranında öne çıkan iki tasarım U-tip ve sprial TID'dır. Çalışmada bu tasarımların yaz ve kış şartlarına göre ayrı ayrı performansı karşılaştırılmış, enerji ve ekserji verimlilikleri hesaplanmış, toprak sıcaklık dağılımları ve TKIP sistemi COP değerlerine göre sistem verimliliği analiz edilmiştir. Deneyler için Sivas Cumhuriyet Üniversitesi yerleşkesi içinde 21 m2'lik bir test odası hazırlanmış ve bu odaya TKIP sistemi kurulmuştur. Isıtma ve soğutma deney sonuçlarına göre %0,1 konsantrasyona sahip nano akışkan en yüksek başarımı sağlamıştır. Bu artış TID tasarımından bağımsız olarak deneysel olarak incelenen her iki TID tasarımı için de geçerlidir. Ayrıca analiz sonuçlarına göre U-tip TID, spiral TID'dan daha başarılı sonuçlar göstermiştir. Sonuç olarak TKIP sistemi için TID'larda düşük oranlarda NA kullanımının TID tasarımdan bağımsız olarak performans artışı sağladığı belirlenmiştir.
Organik-inorganik hibrit yarı iletken fotodiyotların geliştirilmesi
Bu çalışmada sol-jel metotla sentezlenen farklı coumarin konsantrasyonlarında Coumarin: ZnO, Coumarin:CdO ve Coumarin:TiO2 ince filmleri p-Si üzerine damla döküm teknik ile oluşturulmuştur. Farklı coumarin konsantrasyonlarında üretilen filmlerin morfolojik analizi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen ZnO, CdO ve TiO2 tozlarının yapısal ve optik analizi sırasıyla X ışını difraktometresi (XRD) ve ultraviyole görünür ışık absorbsiyon spektrofotometresi ile kontrol edilmiştir. ZnO, CdO ve TiO2 nano tozlarının yüksek yoğunlukta iyi kristalleştiği ve yasak enerji aralıklarının sırasıyla 3.070, 2.31 ve 3.219 eV olduğu belirtilmiştir. Bunun yanında coumarin katkılamanın, üretilen Al/Coumarin: ZnO/p-Si/Al, Al/Coumarin: CdO/p-Si/Al ve Al/Coumarin:TiO2/p-Si/Al fotodiyotlarının elektriksel özelliklerini ne ölçüde değiştirdiği araştırılmıştır. Farklı coumarin konsantrasyonlarında üretilen organik-inorganik hibrit numunelerin fotodiyot özellikleri, 20 ile 100 mW/cm2 arasında değişen ışık yoğunlukları altında Akım-Gerilim (I-V) karakteristikleri ile çalışılmıştır. Üretilen tüm fotodiyotların hesaplanan doğrultma oranı değerleriyle mükemmel doğrultucu özellik sergilediği vurgulanmıştır. Ayrıca üretilen tüm fotodiyotların karanlık şartlar altındaki fotoakımının aydınlık şartlar altındakinden daha küçük olduğu görülmüştür. Farklı coumarin katkılama oranları için LogIph-LogP çizgilerinden elde edilen m değerleri, tüm diyotların fotoiletken davranış sergilediğini göstermiştir. Ayrıca devre elemanlarının geçici Fotoakım-Zaman (I-t) karakterisitkleri üretilen fotodiyotların ışığa duyarlı olduğunu göstermiştir. Devre elemanlarının elektriksel davranışları Kapasite-Voltaj (C-V) ve İletkenlik-Voltaj (G-V) ölçümleri ile farklı frekanslarda araştırılmıştır. Frekans arttıkça kapasitenin azaldığı, iletkenliğin ise arttığı tespit edilmiştir. Bu durum üretilen numunelerin arayüz durumlarının varlığı ile açıklanmıştır. Devre elemanlarının seri direnç (Rs) ve arayüz durum yoğunluğu (Dit) değerlerinin frekansa ve coumarin konsantrasyonuna önemli ölçüde bağlı olduğu anlaşılmıştır. Elde edilen yapısal ve elektriksel karakterizasyon sonuçları üretilen tüm devre elemanlarının optoelektronik uygulamalarda optik sensör veya fotodiyot olarak kullanılabileceğini doğrulamıştır.
Mobil güç santrallerinde biyoyakıt kullanılmasının performans, emisyon ve maliyet bakımından incelenmesi
Bu çalışmada, baz katalizörlü transesterifikasyon reaksiyonu uygulanarak farklı özelliklere sahip yağlardan, biyodizel üretilmiştir. Yağlardan elde edilen bu yakıtların TS-EN 14214 otomotiv yakıtları standartlarına uygunluğu araştırılmıştır. Üretilen biyodizeller, dizel yakıt ile karıştırılarak (% 5, % 10 ve % 20) direk püskürtmeli üç silindirli bir dizel motorunda yakıt olarak kullanılıp, motor performans karakteristikleri ile egzoz emisyonu değişimleri dizel yakıtı ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ayrıca dizel jeneratörde biyodizel yakıtının uzun süreli kullanılmasındaki elektrik üretim maliyetleri hesaplanmıştır. Deneysel sonuçlara göre; biyodizel ve karışımlarının dizel yakıtı ile genel olarak benzer özellikler gösterdiği görülmüştür. Yakıt numunelerinde biyodizel oranının artmasıyla beraber özgül yakıt tüketiminde ve egzoz çıkış sıcaklığında artış görülmüştür. Biyodizel kullanımında dizel yakıta kıyasla; CO, HC, duman emisyonlarında düşüş, NOx, CO2, O2 değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Yapılan kısa ve uzun süreli motor testleri sonuçlarına dayanarak biyodizel ve karışım yakıtlarının direk püskürtmeli dizel motorlarda motor yapısında hiçbir değişiklik yapılmadan kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca hava kirliliğinin azaltılması açısından dizel motorlar için uygun bir alternatif yakıt olacağı da görülmüştür.