24
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Antimon selenyum ince filmlerin sputter tekniği ile sentezi ve karakterizasyonu
Bu tez çalışmasında, güneş gözelerinde soğurucu tabaka olarak kullanılmak üzere antimon selenyum (Sb2Se3) sentezi ve karakterizasyonu araştırılmıştır. Bu malzemenin şu ana kadar var olan soğurucu tabalara göre avantajlı güçlü bir alternatif olduğu düşünülmektedir. Sb2Se3 ince filmlerinin sentezi, iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Öncelikle RF magnetron sputter yöntemiyle, soda kireç cam üzerine farklı alttaş sıcaklıklarında antimon (Sb) biriktirilerek ince film Sb üretilmiştir. Sonrasında kuartz boru içine Sb ince filmleri ve seramik pota içine yerleştirilen selenyum (Se) tozu ile beraber konularak 250 °C'de 1 saat ısıl işlem uygulanarak selenizasyon işlemi yapılmıştır. Elde edilen örneklerin; yapısal analizi için X-ışınları kırınım (XRD) deseni, Raman saçılması ölçümleri ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri elde edilmiştir. Yapı içindeki Sb ve Se oranlarının belirlenmesi için enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) ölçümü yapılmıştır. Elde edilen XRD desenlerinin tümü ortorombik Sb2Se3 yapısıyla tamamen eşleşmiştir. SEM ile incelendiğinde oda sıcaklığı, 200 ve 225 °C'de biriktirilen örneklerde [hk0] yönünde büyümenin baskın olduğu aksine 250, 275 ve 300 °C'de kaplanan örneklerde [hk1] ve [hk2] yönünde büyümenin baskın olduğu gözlenmiştir. Raman analizinde ortorombik Sb2Se3 yapısına uygun pikler elde edilmiştir. Son olarak EDS analiziyle Sb:Se atomik oranı elde edilmiştir ancak bu değer istenilen oranda değildir. Tüm analiz yöntemlerinden çıkan sonuçlar göz önüne alındığında alttaş tutucunun 250 °C olduğu örneğin ortorombik Sb2Se3 yapıya en uygun olduğu gözlenmiştir.
Güneş enerjisi ile çalışan elektrikli araç şarj istasyonlarının etkinliği
Çağımızın en büyük sorunlarından birisi olarak görülen iklim değişikliğini tetikleyen en önemli etkenlerden birisi de karbon salınımlarıdır. Karbon salınımlarını azaltmak için birçok alanda önlemler alınmaktadır. Ulaşımdaki karbon salınımlarını azaltmak için bulunan bir yol da elektrikli araç kullanımının arttırılmasıdır. Öyle ki Avrupa Birliği fosil yakıt kullanan araçların satışını 2035 yılı itibari ile yasaklamıştır. Elektrikli araç sayısının hızla artması, bu araçların şarj ihtiyaçlarının da kolay karşılanması ihtiyacını beraberinde getirmektedir. Bu ihtiyacı karşılamak için bazı kamu kurum ve kuruluşları tarafından teşvik programları düzenlenmekte, elektrikli araç kullanıcıları bireysel şarj istasyonları kurmakta veya kurmayı planlamaktadır. Her ne kadar elektrikli araçların karbon salınımları benzin ya da dizel yakıt ile çalışan araçlara oranla çok daha az olsa da elektrikli araç kullanımının temel felsefesi gereği elektrikli araçlarda yakıt olarak kullanılan elektrik enerjisinin kaynağı ve çevreye etkisi de önemli bir parametredir. Bu tez çalışmasında, bir şarj istasyonunun güneş enerjisi ile desteklenmesi durumunda bu istasyonun ne kadar büyüklükte bir fotovoltaik güneş paneline ihtiyaç duyacağı ve bu istasyona ne kadar kapasitede bir batarya grubu eklenmesi gerektiği sorularına çözüm bulmak için bir metodoloji çalışması yapılmıştır. Oluşturulan metot, elektrikli araçların enerji talep miktarlarını ve güneş enerjisi üretimi miktarlarını ayrık olay benzetimi yöntemi ile 1 saatlik döngü hassasiyetinde işleyerek, oluşturulan karar şartına göre gerekli olan panel kurulu gücü ile batarya kapasitesi değerlerini tespit etmek üzerine kurgulanmıştır. Geliştirilen metot ile mevcut bir şarj istasyonunun tüketim verileri girilerek bir analiz yapmak mümkün iken, kurulması planlanan bir istasyonun veya mevcut istasyonun ilerideki ihtiyaçlarını öngörmek için bu veriler istatistiksel dağılım olarak da girilebilmektedir. Oluşturulan metot, Ankara'da kurulu olan ve faaliyette olan bir şarj istasyonunda uygulanmıştır. Bu uygulama için Ankara iline ait güneş radyasyonu verileri PVsyst yazılımı ile üretilmiştir ve istasyonun 2023 – 2024 yıllarına ait 1 yıla yakın tüketim verileri kullanılmıştır. Alış – Satış fiyatları ise Resmî kurumlardan 2023 yılı için elde edilmiştir. Yapılan çalışma neticesinde metodun uygulanabilirliği, Ankara ilindeki şarj istasyonlarının güneş enerjisi ile desteklenmesi durumunda bu sistemlerin etkinliği hakkında değerlendirmeler yapılmıştır.
Investigation of the impact of the solar power generation forecast by using big data analytics on the local electricity market
Integration of Distributed Renewable Energy Sources (RES) into the existing energy system becomes more challenging as the number of RES increases due to their intermittent and variable nature. One way to address this issue is to use Local Electricity Markets (LEM) where consumers and producers can actively participate in trading locally produced electricity within their own Local Energy Communities (LEC). However, knowing the production value in advance (usually for a short period) is crucial for the formation of prices, evaluation of bids, and creating offers in local energy markets. Therefore, short-term load forecasting, which is an important parameter that helps electricity grid operators make decisions such as purchasing and selling electricity, load balancing, and maintenance planning, plays a significant role in system operations. The aim of this study is to examine the possible role of a solar power plant whose short-term production value is estimated in advance through simulation in the local electricity day-ahead market and the effects it may have on electricity prices. Additionally, this study aims to pre-shape pricing by obtaining bids before the day electricity will be supplied in this market. In the first stage of the study, a high-capacity solar power plant was selected, and day-ahead electricity generation was estimated for this plant using past electricity production data and meteorological data from the plant's region. Due to the high variety and volume of the data, Big Data Analytics method was used in this analysis, and the analysis was carried out using machine learning techniques in Python programming. Three different models were examined, and the Light GBM model provided the best result for the day's electricity generation estimation In the second stage of the study, the forecasted electricity generation values for the modelled day were used in the local electricity market simulation model. Grid Singularity, an open-source and online software, was used to verify simulated scalable scenarios and evaluate LEMs economically. Firstly, a community was identified under Grid Singularity, and local market players were added for this community. Then, three different scenarios were developed to examine price formation, profitability, and the community's self-sufficiency thoroughly. In the first scenario, a solar power plant was not included in the community, and local market players were forced to meet all their electricity needs from the grid. In the second scenario, a solar power plant with high installed capacity was added to the system, and the simulation was run in this way. Finally, in the third scenario, two batteries with separate capacities of 10 kWh and 30 kWh were added to the system, unlike the second scenario, and the simulation was run again. In situations where solar energy could not be provided, local consumers purchased electricity from the battery, and it was observed that this increased the self-sufficiency of the community. When the results of all scenarios were evaluated, self-sufficiency rates were obtained as 0%, 65.0%, 69.0% & 77.0% (by depending on the battery power) respectively. The values indicates that the community can utilize the green electricity generated in the local market at the stated percentages. However, achieving these percentages fully is not possible due to the fact that solar energy is the primary renewable energy source in the community, and the production of the solar power plant is subject to fluctuations in meteorological values throughout the day. Moreover, it was achieved that penetration of substantial quantity of renewable energy into the system resulted in a decrease of 26.7% and 30% in the average market price of electricity in the second and third scenarios, respectively, as compared to the first scenario. As a result, it has been observed that the integration of a high-capacity solar power plant into the local electricity market lowers market prices. Additionally, it has been emphasized that knowing the production that this plant will generate one day in advance allows market participants to take effective positions in the market.
Blokzincir tabanlı uçtan uca enerji ticareti platformları için düşük enerji tüketimli bir uzlaşma algoritmasının geliştirilmesi
Mikro şebekelerin gelişmesi ve yerel ölçekte yenilenebilir enerji üretiminin hızla artması, enerji ve finans kaynaklarının verimli kullanıldığı hızlı bir ticaret mekanizması ihtiyacını doğurmaktadır. Blokzincir teknolojisi, eşler arası uçtan uca ticaret için güvenilir bir çözüm oluşturabilecek altyapıya sahiptir. Blokzincir kullanarak enerji ticaretine yönelik son teknoloji çözümler, merkezi sistemlerin bir takım sorunlarını çözmelerine rağmen enerji ve zaman verimliliği yetersiz kalmaktadır. Bu blokzincir tabanlı çözümlerin sorunlarından biri, doğrulama ve madencilik için çok fazla enerji harcayan hantal ve verimsiz uzlaşma algoritmalarıdır. Bu tezde önerilen model, bir ticaret döngüsünü tamamlamak için Ethereum akıllı sözleşmelerini kullanan yeni bir uzlaşma algoritması ile bu sorunu çözmeyi amaçlamaktadır. Sunulan model, akıllı sayaçları kullanarak üretim fazlası enerjiyi yerel mikro şebekeyle özerk bir şekilde takas etmeyi ve üreticilerin finansal gelirlerini artırmayı amaçlamaktadır. Aynı zamanda model, enerji ticaretinin eksiksiz olmasını ve çalışma kanıtına ihtiyaç duymadan birden fazla düğümde değişmez bir şekilde kaydedilmesini sağlamaktadır.
Economic and environmental analysis of the usage of solar, wind and hydroelectric energy systems in wastewater treatment plants in Türkiye
The increasing global demand for water and energy, the limited availability of resources, and the problems caused by the climate crisis are putting significant pressure on water and energy supply systems. Therefore, sustainable energy and clean water supply are among the most critical issues worldwide. The fact that water is the primary material for energy production and energy is needed for water treatment demonstrates a mutual relationship between water and energy. Wastewater treatment plants (WWTPs) are the primary energy consumers in many countries. Approximately 14% of WWTPs in Türkiye cannot be operated due to economic reasons resulting from high energy consumption. This issue is particularly observed in small city municipalities with higher unit energy requirements. Previous studies have shown that renewable energy integration is environmentally and economically feasible for large-scale wastewater treatment plants. However, the primary issue in Türkiye is that many small-capacity WWTPs are not operated due to high electricity demand. Although there are many studies in the literature on integrating renewable energy sources into WWTPs with a certain capacity, there is no study for relatively small-capacity WWTPs in Türkiye that includes renewable energy source types. Therefore, the main aim of this study is to determine a threshold value for the capacity of wastewater treatment plants with feasible renewable energy integration using Particle Swarm Optimization in Python. The study evaluated 79 WWTPs in Türkiye that treat less than 1,000,000 m3 of wastewater and identified nine as viable for renewable energy integration, with a payback period of seven years or less and the potential to meet at least 50% of the electricity demand. The study also indicated that renewable energy integration, including solar, wind, and hydro, is feasible for WWTPs with different capacities, with payback periods ranging from 5.5 to 8.6 years. WWTPs have significant potential for cost and emission reductions. The optimization model developed includes two different scenarios. Scenario 1 is based on generating enough electricity from renewable energy sources to meet the WWTP's electricity consumption and optimize it with minimum cost. Due to the complexity of battery systems, electricity generated from renewable energy sources is assumed to be directly sold to the national grid. Therefore, in Scenario 1, the generation is limited to the amount consumed. In Scenario 2, conversely, more electricity can be generated than needed by using the maximum available photovoltaic area and selling it to the grid. In this case, there is no limitation on electricity generation in Scenario 2, and all the available potential in the area is used for electricity generation. The result of the study indicates that the threshold capacity for renewable energy integration in low-capacity WWTPs is 380,633 m3/year in Scenario 1 and 100,611 m3/year in Scenario 2. This study revealed that the average cost reduction is 22,300 $/y in Scenario 1 and 29,300 $/y in Scenario 2. WWTPs can contribute to a 56% emission reduction in Scenario 1 and 74% in Scenario 2, thanks to the electricity generated from renewable energy sources. Assuming a household's average annual electricity consumption is approximately 4,000 kWh, integrating renewable energy sources in the 79 WWTPs would result in emissions equivalent to the annual electricity consumption of approximately 2,000 households.
Ulaşım sektörünün düşük karbon ekonomisine geçişteki rolünün analizi
Ulaşımdan kaynaklanan emisyonlar, şehirlerin hava kalitesinin ve insan sağlığının bozulmasında önemli bir paya sahiptir. Ülkemizde 2000-2017 yıllarında ulaşım sektörü kaynaklı sera gazı emisyonlarında %132'lik bir artış gözlenmiş ve bu emisyonlar 85 Mt CO2 eşdeğerine ulaşmıştır. Türkiye düşük karbon ekonomisine geçişte bir taraftan sera gazı emisyonlarının azaltılmasını hedeflerken, diğer taraftan da ekonomik kalkınmasının devam etmesi gerekmektedir. Bu sebeple kirletici vasfı yüksek araçların trafikten çekilmesiyle yerine gelecek yeni nesil teknolojili hibrit ve elektrikli araçların maliyet etki analizlerinin gerçekleştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Literatürde Türkiye'de ulaşım sektöründe karbon emisyonunun azaltımı üzerine gelecek yılları göz önünde bulundurarak senaryo bazında yapılan çalışmalar bulunmaktadır. Fakat bununla beraber yeni nesil temiz teknolojili hibrit ve elektrikli araçların kullanılması ile maliyet etkin ulaşım kaynaklı emisyon azaltılmasının planlandığı çalışmalar literatürde bulunmamaktadır. Ayrıca CO2 emisyonları hesaplanırken sadece araç kaynaklı emisyonlar hesaplanmış, özellikle elektrikli araçların elektrik temininde oluşan emisyonlar hesaplamalara dahil edilmemiştir. Bunlara ek olarak, yakıt olarak temiz kaynak kullanılmasının karbon emisyon değerlerine etkisi gözlenmiş fakat maliyet değerine karşı herhangi bir analiz yapılmamıştır. Bu çalışmayla mevcut araç filosu bilgisi edinilmiş ve kirletici vasfı yüksek araçlar yerine geçecek yeni nesil temiz teknolojili hibrit ve elektrikli araçların trafiğe katılmasının çeşitli senaryolarla hava kalitesine, ekonomiye ve elektrik talebine olan etkileri analiz edilmiştir. COPERT emisyon modeli senaryolar bazında karayolu taşıtlarından kaynaklanan sera gazı emisyonlarını ve kirletici emisyonlarını tahmin etmek için kullanılmıştır. Aynı zamanda elektrikli araçların elektrik tüketiminden kaynaklanan sera gazı emisyonları da hesaplanmış ve yenilenebilir enerji kaynak paylarının bu emisyonlar üzerindeki etkisi de araştırılmıştır. Buna göre hibrit ve elektrikli araçların filodaki oranının %20 olması halinde olağan duruma göre sera gazı emisyonlarında %12 azaltıma, kirletici emisyonlarında ise %42'ye kadar azaltıma neden olacağı tahmin edilmiştir. Elektikli araçların elektrik talebine olan etkisi incelenmiştir. Trafiğe katılan elektrikli araçların elektrik talebine olan etkisinin oldukça düşük olacağı tahmin edilmiştir. Senaryolar bazında ekonomik ve çevresel fayda maliyet analizleri yapılmıştır. Hava kirliliğinin solunum hastalıkları ve kanser hastalıklarına sebep olduğu bundan dolayı da bir çok erken ölüme sebebiyet verdiği bilinmektedir. Çalışmada kirletici emisyonlarından kaynaklanan sağlık maliyetleri de ayrıca hesaplanmıştır. Net fayda maliyet analizleri sonunda uygun bir senaryo uygulandığında 174 milyar TL tasarruf sağlanabileceği tahmin edilmiştir. Bu şekilde, ulaşımda düşük karbon ekonomisine geçişte ulaşım kaynaklı emisyonlar bazında gerçekçi politikaların oluşturulmasına katkıda bulunacak bir veri tabanı sağlanmıştır.
Türkiye için %100 yenilenebilir enerji sisteminin tekno-ekonomik analizi
Küresel iklim değişikliğinin durdurulabilmesi için 2050 yılına kadar sera gazı salımları sıfıra indirilmelidir. Büyük oranda fosil yakıt kullanan ve sera gazı salımlarının en büyük kaynağı olan enerji sisteminin, hızlıca sıfır salımlı enerji sistemine dönüşmesi gerekmektedir. Buna rağmen, Türkiye'nin enerji dönüşümünü planlayabilmesi ve uygulayabilmesi için uzun vadeli enerji ve iklim politikaları bulunmamaktadır. Enerji dönüşümünde temiz enerji kaynaklarının kullanımının yanında, akıllı enerji sistemleri ve sektör birleşimi gibi yaklaşımların en uygun maliyetli çözümü sunduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada, EnergyPLAN yazılımı kullanılarak ve akıllı enerji sistemleri yaklaşımıyla; elektrik, ulaşım, ısıtma/soğutma, endüstri sektörleri dahil olmak üzere Türkiye'nin enerji sisteminin tamamına ait salımların 2050 yılında sıfıra indiği iki senaryo oluşturulmuştur. Senaryolardan ilkinde yenilenebilir enerji kaynaklarının yanında nükleer enerji santrallerinden de faydalanılmış, ikinci senaryoda ise %100 yenilenebilir enerji kullanılan bir enerji sistemine ulaşılmıştır. 2050 yılı referans enerji sistemine alt seçenekler adım adım eklenerek değişikliklerin etkileri incelenmiştir. Analizler saatlik çözünürlükte gerçekleştirilmiş ve yıl boyunca her saatte enerji dengesi sağlanmıştır. İki senaryoda da sıfır salımlı enerji sistemleri büyük oranda yenilenebilir elektriğe dayanmaktadır. Elektrik şebekesinde esneklik, güneş ve rüzgâr santrallerinin kurulu güçleri arttıkça, üretim santrallerinden değil, ısı pompası ve elektrolizörler gibi yüklerden sağlanmıştır. İki senaryoda da sıfır salımlı enerji sistemlerine, referans enerji sistemlerine göre yaklaşık %4,5 maliyet artışıyla ulaşılabilmiştir. Sıfır salımlı enerji sistemlerine geçişte, Nükleer + Yenilenebilir senaryosu karbon salımlarında daha düşük değerlerde kalmış, ancak yıllık enerji sistem maliyetlerinde %100 yenilenebilir senaryosu daha avantajlı olmuştur.
Fotovoltaik sistemler için prototip batarya yönetimi sistemi geliştirilmesi
Enerji ve batarya yönetim sistemler (BYS), bataryalı-FV sistemlerde verimliliği artırmak, bataryaların kullanım ömrünü uzatmak için büyük öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında, 18650 tipi lityum-iyon bataryalar kullanılarak oluşturulan bataryalı-FV sisteminde, enerji ve batarya yönetimi yapabilen prototip BYS tasarlanmış, gerçekleştirilmiş ve test edilmiştir. Çalışma kapsamında, bir evin güç tüketimine yönelik olarak, 400 Wp FV modül, 353 Wh kapasiteye sahip batarya bloğu (7 seri 4 paralel), şebekeden enerji alımını sembolize eden 300 W güç kaynağı, fazla enerjinin şebekeye aktarılmasının benzetimini sağlayan 24 V ampuller (basit yük) ve gerçek ev enerji tüketiminin 1/15'i oranında azaltılmış yük dağılımının oluşturulduğu programlanabilir elektronik yükün kullanıldığı, prototip sistem göz önüne alınarak; • FV sistemi, şebeke, batarya bloğu, ev yükü arasındaki enerji akışını kontrol eden Ana devre, • Batarya bloğunda, seri olarak bağlanmış 7 lityum-iyon batarya içeren dört modülün her birinde gerilim ve sıcaklıkları ölçen ve dengeleme işlemini yapan dengeleme devresi ile her modül için, bataryaları sabitlemenin yanı sıra dolma/boşalma akımlarını ölçen batarya devresini içeren dört adet yardımcı devreden oluşan ve batarya/enerji yönetim işlevi gören kontrol birimi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Emekli ve çalışan ev tüketim profilleri için, hafta içi ve hafta sonu farklı günlerde 24 saatlik güç tüketimlerine yönelik farklı senaryolar oluşturulmuş ve bu senaryolar elektronik yüke yüklenerek yapılan deneylerle, tasarlanan batarya/enerji yönetim devresinin çalışması test edilmiştir. Batarya yönetim sistemi, bataryaların güvenli çalışma koşullarında çalışmasını sağlamıştır. Enerji yönetim sistemi sayesinde, FV-batarya sistemi yeterli olmadığında, gerekli enerji şebeke gibi davranan DA güç kaynağından alınmış; FV'ler bataryaları tamamen doldurduktan sonra fazla enerji ise şebekeye satış gibi davranan 24 V basit yük üzerinde harcanmıştır.
Türkiye'de elektrikli araçların orta gerilim dağıtım şebekesine etkisinin değerlendirilmesi
Bu çalışmada Türkiye'deki büyük şehirlerden birinde ilgili dağıtım bölgesi SCADA verileri Digsilent PowerFactory yazılımında kullanılarak 36 adet güç trafosu içeren elektrik dağıtım şebekesi için, elektrikli araçların orta gerilim dağıtım şebekesine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla maksimum yüklenmenin gözlendiği gün için, 15 dakikalık çözünürlükte yük karakteristiği oluşturulup bu yük karakteristiği, tüm fiderlere dağıtılarak YG/OG güç trafolarından OG/AG dağıtım trafolarına kadar dağıtım şebekesi modellenmiştir. Yazılım ile gerçekleştirilen yük akış analizi sonucunda, maksimum yüklenme durumları, maksimum gerilim düşümü ve EA'lardan reaktif destek alındığı durumda reaktif güç ve güç faktörü değişimi incelenerek 2025 ve 2030 yılları için, rastgele şarj, parkta şarj ve gece tarifesi senaryoları ile • elektrikli araç sayısının %5 - %37 aralığında değiştirilen yaygınlaşma oranları • şarj istasyonlarının fidere dağılmış ve fiderin güç trafosuna en uzak noktasında bağlanmış olduğu durumlar • elektrikli araçların kontrollü şarj kapsamında reaktif katkı verdiği durumlar incelenmiştir. Çalışma sonucunda EA'ların %37 yaygınlaşma oranında dahi orta gerilim dağıtım şebekesine olumsuz etkilerinin son derece sınırlı olacağı ve gece şarj uygulaması ile şebekeye reaktif güç desteği sağlayarak elektrikli araçların mevcut orta gerilim dağıtım şebekesine olumlu yönde katkı verebileceği gösterilmiştir.
Organik boya tabanlı dalga kılavuzlu lüminesant güneş yoğunlaştırıcıların optik tasarımlarının optimizasyonu ve yeni bir optik sistem tasarımının önerilmesi
Güneş Enerjisi sistemlerine yapılan yatırımlar ve Ar-Ge çalışmalarının sonucunda farklı fotovoltaik sistemler ortaya çıkmıştır. Bu sistemlerin birçoğu sahada kullanıma daha elverişlidir. Bugün yapılan güneş enerjisi yatırımlarında görülmektedir ki elektrik tüketimin daha yoğun olduğu şehir merkezlerinde yapılacak fotovoltaik sistem yatırımlarına da ihtiyaç vardır. Bu ihtiyacı daha verimli ve düşük maliyetli bir şekilde giderecek yeni bir panel tasarımına ihtiyaç vardır. LGY sistemler, daha az güneş gözesi kullanılması, ucuz optik malzemelerle tasarlanması ve takip sistemine ihtiyaç duymaması sebebiyle binaya entegre fotovoltaik sistem olarak önerilmiştir. Bu tez çalışmasında, modelleme ve simülasyon araçları kullanılarak üç farklı boyut (10x10 cm2, 30x30 cm2, 50x50 cm2) için en verimli panel tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tasarımlar esnasında LGY sistemlerin kalınlık, boya özellikleri ve miktarı, ayna konfigürasyonu gibi parametrelerinin cihazın optik verimiyle olan ilişkisi irdelenmiş ve her boyut için en iyileme çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda 10x10 cm2 cihazlar için %14,0, 30x30 cm2 cihazlar için %14,2 ve 50x50 cm2 cihazlar için %13,7 değerlerinde optik verime ulaşılmıştır.
Investigation of economic and environmental impacts of the use of solar and biogas resources in urban wastewater treatment plants
As water and energy are the most basic needs for the well-being of people, the water-energy nexus is an area to be examined. A large share of the energy demand (ED) of the water sector is caused by Wastewater Treatment Plants (WWTP) and realizes in the form of electricity constituting a large share of their operating costs. Considering the world's dependence on fossil fuels, Green House Gases (GHGs) caused by electricity generation and the current climate change crisis, it is an important opportunity to meet ED of WWTPs by renewable energy sources (RES). The wastewater industry has developed rapidly in the last 20 years in Turkey. ED of the sector has increased as a result of the need for more advanced technologies and treatment methods due to the increasing number and capacity of WWTP, per capita wastewater and population. It will continue to increase due to plants in construction and the increase of population. In this study, together with the option of RES integration in WWTPs, ED to treat 1 m3 of wastewater (energy intensity-EI-kWh /m3) in the WWTPs in metropolitan municipalities, which are the source of 85% of the total wastewater produced and host 70% of the WWTPs in Turkey, was investigated. The main objective of this study is to calculate the EI based on type and process of WWTPs in Turkey and to analyze possible environmental and economic impacts of meeting the ED via photovoltaic (PV) panels and biogas generators. In the first stage of the study, an online survey was prepared to collect information from WWTPs. The first part of the survey has questions related to the ED of the plant; the second part focuses on the perception of WWTPs regarding the use of RES. In addition, data regarding WWTPs in metropolitan municipalities, treated wastewater, ED, (if available) biogas and electricity generation, population served, BOD/COD/SS, type of plant and treatment process were collected from various open sources. The data that cannot be obtained online has been completed via personal communication for 451 plants. Data collected for 2017 were analyzed based on plant type, the process used and the amount of treated wastewater. The analysis revealed that the EI of large-scale WWTPs is lower than that of small-scales. Furthermore, as expected, the EI of the primary treatment (0.07 - 0.34 kWh / m3) is lower than that of secondary (0.08 - 1.36 kWh / m3) and advanced treatment (0.15 - 0.99 kWh / m3). In the second stage of the study, 25 WWTPs were selected according to the completeness of their data and representing different capacities. The possibility of meeting their ED by biogas and solar power and the economic and environmental impacts of this integration were investigated. HOMER simulation software was used in six scenarios defined based on CO2 emission penalty (0 and 16 $/ton) and electricity selling price (0.000, 0.050 and 0.133 $/kWh). The results were examined under five WWTP capacities. The analysis has shown that RES integration is not cost-effective for WWTPs having a capacity of below 1 million m3. It was observed that CO2 penalty and electricity selling have a major impact on the generation from the RES and the in-use of generated electricity for WWTPs having a capacity of above 1 million m3. In the case of electricity selling price of 0.133 $/kWh, RES can meet 88% of the ED, while PV panel can generate an amount equal to 3.1 times the ED. In the scenario where there is no electricity selling and emission penalty, CO2 emissions can be mitigated by 15% while production from RES reached up to 23%.
Kaynak yoğun sektörler arasında endüstriyel simbiyoz yaklaşımı ile akış modellemesi ve optimizasyonu
Temiz (sürdürülebilir) üretim uygulamaları, tüm dünyada yaygınlaşmakla beraber gerek çevresel etkilerin azaltılmasında, gerekse ekonomik kazanımlar konusunda tek başına yeterli olamamaktadır. Bu nedenle, "endüstriyel simbiyoz" kavramı gündeme gelmektedir. Bu kavram, birbirinden bağımsız işletmelerin, doğadaki ekosistem gibi, karşılıklı fayda sağlayacak bir ortaklık içerisinde çalışması olarak tanımlanmaktadır. Bu ortaklık ihtiyaca göre, malzeme, enerji, lojistik gibi birçok kullanımı kapsayabilir. Dünyada mevcut sanayi bölgelerinde bu kavramın hayata geçirilmiş örneği olan birçok eko-endüstriyel park oluşturulmaktadır. Bu parklarda, malzeme ve enerji akışlarının kapalı bir döngüde çevrimi sağlanarak, başta kaynak verimliliği olmak üzere, temiz üretim, maliyet etkinliği, bölgesel kalkınma gibi kazanımlar elde edilmekte ve dolayısıyla dünyada en çok odaklanılan konulardan biri olan döngüsel ekonomiye katkıda bulunulmaktadır. Bu izlenim doğrultusunda açık literatürdeki çok sayıda çalışma gözden geçirilmiştir. Bu amaçla oluşturulan sistemlerin modellenmesiyle ilgili çeşitli çalışmalar olduğu görülmüştür. Ancak "kaynak yoğun sektörler" olarak tanımlanan; mineral, kimyasal, çelik, çimento, seramik, demir esaslı olmayan metaller ve inşaat sektörlerini kapsayan, kaynak verimliliğini artırmaya yönelik böyle bir çalışmaya rastlanmamıştır. Farklı sektörlerdeki mevcut çalışmalarda da tesisler arası akışlar tasarlanırken, son ürünün teknik özelliklerinde belirleyici olan bir konunun; "atıklarla hammadde ikame oranları"nın tam olarak analiz edilmediği görülmüştür. Bu nedenle, bu çalışmada dünyanın çevre stratejilerinde yer verdiği öncelikli sektörler olan kaynak yoğun sektörlerde, kaynak verimliliğine ilişkin bir yaklaşım olan endüstriyel simbiyoz metodolojisinin kullanımıyla, örnek bir model olabilecek organize sanayi bölgesi tasarlanması ve böyle bir uygulamanın sağlayacağı kazanımların görülmesi amaçlanmıştır. Bu motivasyonla, Avrupa atık yönetim stratejilerinde belirtilen kaynak yoğun sektörler araştırılmıştır. Bu çalışmanın gelecekte yapılacak uygulamalara ışık tutması arzu edildiğinden, çalışmanın ilk adımında bu sektörlerin üretim ve atık miktarları ve gelecekteki eğilimleri belirlenmiştir. Ardından, üretim proseslerindeki kütle girdi- çıktıları araştırılmıştır. Bu verilerle toplamda, oluşan atık miktarları verileri dikkate alınarak ilgili tesislerin yer aldığı bir organize sanayi bölgesi tasarlanmış ve atıklarının, çalışmada iki ana ürün olarak belirlenen çimento ve beton üretiminde kullanılmak üzere, farklı ikame oranlarıyla üretim/akış senaryoları oluşturulmuştur. Bu senaryolar, maliyetleri de belirlenerek, matematiksel olarak modellenmiş ve istenilen ürün miktarını en az maliyetle karşılayacak şekilde optimize edilmiştir. Matematiksel model çözüldüğünde, senaryoların, toplamda yıllık ürün talebini karşılayabilecek üretim miktarları belirlenmiştir. Buna göre çimento tesisi yaptığı yıllık üretimin, %50'sini çelik üretiminden gelen elektrik ark ocağı cürufuyla, %39'unu yine çelik üretiminden gelen pota cürufuyla, %11'ini ise inşaat yapım ve yıkım atıklarından gelen cam ile gerçekleştirebilecektir. Beton üretim tesisi ise yıllık üretiminin %70'ini çelik üretiminden gelen elektrik ark ocağı cürufuyla, %24'ünü dolaylı olarak ikincil alüminyum üretiminden gelen alüminyum oksit ile, %7'sini ise seramik sektöründen gelen kalsine kille gerçekleştirebilecektir. Oluşan bu yeni üretim senaryoları ile kaynak tüketiminde, atık kullanımında ve üretim maliyetinde kazanımlar elde edilmiştir. Kaynak tüketiminde, çimento tesisi %16; beton tesisi %38 olmak üzere toplamda %54'lük bir azalma meydana gelmiştir. Tasarlanan sistem, oluşan atıkları ikincil hammadde olarak kullanarak Avrupa genelinde bertaraf edilen atık miktarını %35 azaltmıştır. Ayrıca, bu şekilde bir üretimde çimento tesisindeki üretim maliyetinin %4; beton tesisindeki üretim maliyetinin de %5 azaldığı görülmüştür.
Toprak ve su kaynaklı ısı pompalarının ekonomik ve çevresel etkilerinin incelenmesi: Gaziantep örneği
Türkiye gibi, gelişmekte olan ülkelerin enerji ihtiyaçları ve buna yönelik dışa bağlımlı olarak harcanan maliyetler oldukça yüksektir. Ülkemiz enerji ihtiyacının büyük bir kısmı fosil yakıtlar ile sağlanmaktadır. Bu durum hem ekonomik hem çevresel olarak uzun vadede ülke ekonomisine zarar vermektedir. Toprak ve su kaynaklı ısı pompası ülkemizde de kullanılabilen temiz enerji teknolojilerinden sayılmaktadır. Doğal yaşamın korunabilmesi, karbon emisyonlarının makul seviyelere indirilebilmesi ve enerji kaynaklarının doğru kullanılabilmesi yönünde atılan adımların daha fazla fayda sağlaması için, toprak ve su kaynaklı ısı pompalarının uygulama verilerini içeren bu tez çalışması oluşturulmuştur. Bu çalışmada hem ısıtma hem soğutma ihtiyacı bulunan bir bölgede toprak ve su kaynaklı ısı pompaları maliyet ve çevresel etkiler yönünden konvansiyonel doğalgazlı kazan sistemleri ve klima sistemleri ile detaylı olarak karşılaştırılmıştır Bu sistemlerin ekonomik yönden analiz edilebilmesi için ilk yatırım maliyetleri ve geri ödeme süreleri hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar yapılırken geçtiğimiz on senenin elektrik ve doğalgaz fiyatları analiz edilerek gelecekte alabilecekleri değerler hesaplanmıştır. Hesaplanan enerji fiyatları ile yapılan yatırımların kendinin amorti etme süreleri belirlenmiştir. Buna göre toprak ve su kaynaklı ısı pompaları konvansiyonel sistemlere oranla yıllık enerji maliyeti bazında oldukça ekonomik bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. Fakat bu sistemlerin ilk kurulum maliyetlerinin yüksek olması sebebiyle yapılan hesaplamalarda kendilerini ortalama 18 senede amorti ettiği belirlenmiştir. Elazığ'da 2006 yılında yapılan başka bir çalışmada tek bir odanın ısıtma ve soğutulması için kurulan ısı pompası sistemlerinin kendini 11 yılda geri ödediği sonucuna varılmıştır. Tez çalışmasında kullanılan sistemlerin 18 yıl olan geri ödeme süresinin 10 daireli bir apartmanda 1767 m2 büyüklüğünde bir alan için oldukça makul olduğu sonucu çıkarılmıştır. Ayrıca karbon emisyon tüketimi bazında toprak kaynaklı ısı pompaları yılda 9.388 kg CO2 / yıl salım yaparken, su kaynaklı ısı pompaları 7.615 kg CO2 / yıl salım yapmaktadır. Konvansiyonel doğalgazlı kazan sistemleri ve klima sistemlerinin birlikte uygulandığı senaryoda ise 36.484 kg CO2 / yıl salım yapıldığı tespit edilmiştir. Yapılan hesaplamalarda toprak kaynaklı ısı pompası sistemlerinin salım miktarını %74 oranında, su kaynaklı ısı pompalarının ise salım miktarını %79 oranında azalttığı gözlenmiştir. Bu da karbon emisyonlarının makul seviyelere indirilebilmesi ve enerji kaynaklarının doğru kullanılabilmesi yönünde ısı pompalarının kullanılmasının teşvik edilmesi gerektiğini göstermektedir.
İç Anadolu Bölgesi'nde kullanılmayan rüzgar enerji potansiyelinin belirlenmesi ve modellenmesi
Bu çalışmada, İç Anadolu Bölgesi sınırları içerisinde kalan kullanılmamış rüzgâr enerji potansiyeli belirlenmiş ve modelleme çalışmaları yapılmıştır. Çalışma gerçekleştirilirken WindoGrapher programından sağlanan uzun süreli "long-term" veriler aynı programda analiz edilmiş ve sonuçlar WindFarmer programına uyum sağlayacak şekilde çevrildikten sonra WAsP Map Tool kullanılarak proje sahaları için haritalar oluşturulmuştur. Elde edilen harita ve veriler WindFarmer programına entegre edilmiş ve rüzgâr enerjisi analizi gerçekleştirilmiştir. Proje sahaları seçilirken tasarlanacak rüzgâr enerji sahalarının, maksimum kapasitede olması planlanmıştır. Google Earth programı ile şehir sınırları baz alınarak Vaisala Oyj. Firmasının sağlamış olduğu harita ile rüzgâr enerjisi kaynak alanları tespit edilmiştir. Belirlenen alanlar "multi-criteria" yöntemi ile incelenerek, rüzgâr enerji santral sahası olabilmesi için hem teknik açıdan ve hem de mevzuat açısından uygunluğu araştırılmıştır. Teknik incelemelerde; rüzgâr hızı, saha eğimi, elektriksel bağlantı noktalarına uzaklık, bölgede kurulu radar sistemlerine olan uzaklık, sahaların yüksekliği ve havaalanlarına olan mesafeler değerlendirilmiştir. Mevzuat açısından değerlendirme yapılırken ise Türkiye'de rüzgâr enerjisi yatırımı ile ilgili kanun, yönetmelik ve tebliğler incelenmiştir. Yüksek enerji üretimi amaçlanarak belirlenen kriterlerle, 61 tane saha tespit edilmiştir. Bu sahalar içinde, belirlenen krityerlere uygun olan ve en yüksek rüzgâr hızına sahip 5 saha için WindFarmer programı ile modellenmiştir. Seçilen bu 5 saha için toplam 536 türbin konuşlandırması yapılmıştır. Analiz sonuçları değerlendirilerek bu sahalar için uygulanabilir rüzgâr enerjisi kapasitesi 402MW olarak hesaplanmıştır.
Fotovoltaik sistemlerin karşılaştırmalı yaşam döngüsü değerlendirmesi ve maliyet analizi
Günümüzde elektrik eldesi için giderek daha sık tercih edilen bir araç olan fotovoltaik sistemler, her ne kadar operasyonel oldukları süre boyunca karbon salımına neden olmasalar da yaşam döngülerinin kimi aşamalarında (örneğin; üretim, atık bertarafı gibi) malzeme ve enerji yoğun süreçlere ihtiyaç duymaktadır. Bu yüzden fotovoltaik sistemlerin çevresel etkilerinin bütüncül olarak değerlendirilebilmesi için ilgili sistemlerin yaşam döngüsü değerlendirmesine tabi tutulması şarttır. Bu sebeplerden, küresel ölçekte en çok tercih edilen iki fotovoltaik teknolojisi (monokristal ve multikrisal fotovoltaikler) Ankara konumu için yaşam döngüsü değerlendirmesine tabi tutulmuş ve bu yolla gerek akademik dünya gerekse de yatırımcılar gibi farklı paydaşlara hangi modül teknolojisinin ilgili konum için çevresel açıdan daha uygulanabilir olduğuyla ilgili karşılaştırmalı sonuçlarının sunulması istenmiştir. Monokristal modül kullanan fotovoltaik sistemler silikonun saflaştırılması ve yonga üretimi aşamalarında oldukça enerji yoğun süreçler içerdiğinden gerek birincil enerji ihtiyacı gerekse de sera gazı salımları açısından multikristal modüllü sistemlerle karşılaştırıldıklarında daha az çevreci bir seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır. Ayrıca bu bulgulara ek olarak multikristal fotovoltaik sistemler her ne kadar daha az verimliliğe sahip olsalar da Ankara konumu için daha kısa enerji geri dönüş süresine ve daha yüksek yatırılan enerjiye karşı geri dönen enerji miktarına sahiptir.
Gri kurt optimizasyonu algotitmasına dayalı bir rüzgar/fotovoltaik/yakıt hücreli hibrit sistemin optimal büyüklükteki tasarımı
Bu çalışmada, rüzgar türbini, PV panelleri ve yakıt hücreleri kullanılarak belirli (kararlı) bir yük modeline güç tedarik etmek üzere hibrit bir sistem geliştirilmiştir. Bu tasarımn amacı 20 yıllık bir süreçteki enerji üretim maliyetlerini en düşük seviyeye indirirken sistem güvenilirlik kısıtlarını sağlayabilmektir. Bu çalışmada, yük talebi, ışınım ve rüzgar hızına karşılık gelen veriler bilinmektedir ve kararlıdır. Tasarım, rüzgar türbini, PV panelleri ve AC/DC dönüştürücünün arıza vermesini göz önünde bulundurmaktadır ve ilk yatırım tutarı, işletme ve bakım giderleri ve yük kesinti maliyetleri (VoLL) gibi birkaç mali değişkeni de içermektedir. Bu çalışmada kullanılan rüzgar ve güneş enerjisi ile bağlantılı veriler İran'ın kuzeybatı bölgesi baz alınarak kullanılmıştır. Bu çalışmada sistemi optimize etmek için Gri Kurt Optimizasyon algoritması (Grey Wolf Optimization-GWO) kullanılmıştır ve sonuçlar Parçacık Suro Optimizasyonu (PSO) 'nunki ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın ana hedefi, rüzgar türbin sayısı, PV panellerinin sayısı ve açısı, elektroliz cihazının, hidrojen tankının, yakıt hücresinin ve DC/AC dönüştürücünün boyutu gibi sistem parçalarının en iyi değerlerinin belirlenmesidir. Bu tasarımda dikkate alınan maliyetler; yatırımın net şimdiki değeri (NPV), donanım maliyetleri, bakım onarım ve yük kesinti maliyetleridir ve 20 yıllık yaşam döngüsü içerisinde incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Gri Kurt Optimizasyon Algoritması, Hibrit Sistemler, Yenilenebilir Enerjiler
Bir rüzgar çiftliğinden yapay sinir ağlarıyla kısa süreli elektrik üretim tahmini
Dünyada son yıllarda kurulumu artan ve enerji üretiminde önemli bir kaynak haline gelen rüzgar enerjisi sistemleri, Türkiye'nin sahip olduğu rüzgar enerjisi potansiyeli göz önünde bulundurulduğunda, bu gelişmelere paralel olarak Türkiye'de de önem kazanmaktadır. Rüzgarın değişken (stabil olmayan) bir kaynak olması nedeniyle rüzgar enerjisi sistemlerinin şebeke entegrasyonu ve üretilen enerjiden verimli bir şekilde yararlanılabilmesi için rüzgar üretim tahminlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Rüzgardan elde edilen enerji üretimi, rüzgar enerjisi sistemlerinin bulunduğu bölgenin rüzgar karakteristiği, çevresindeki coğrafi şekiller, engeller vb. bölgesel özelliklerden etkilendiği için ise tahmin yapılacak bölgeler için farklı matematiksel modellemeler oluşturulmaktadır. Çalışmada, Türkiye'de yer alan bir rüzgar çiftliğinden elde edilen veriler ile YSA yönteminden yararlanılarak kısa süreli rüzgar üretimi tahmini yapılmıştır. Bu doğrultuda öncelikle rüzgar çiftliğinden alınan veri setleri incelenmiş, veri analizleri yapılmış ve YSA modeli için uygun veri setleri oluşturulmuştur. Oluşturulan modellerle yapılan tahmin sonuçları, kısa süreli rüzgar üretim tahminlerinde bir kriter olarak kabul edilen naive yöntemi ile elde edilen tahmin sonuçlarına göre değerlendirilmiştir. Statik ve dinamik yapıda iki farklı temel YSA modeli ile yapılan tahminlere ait hata oranlarının, naive yönteme göre kabul edilebilir bir aralık içerisinde olduğu görülmüştür. Genel olarak en düşük ortalama hata oranları statik yapıda olan YSA ile elde edilmiştir. Ancak seçilen zaman ufukları için tahmin edilen ortalama değerler incelendiğinde; dinamik yapıdaki ağ modellerinden elde edilen sonuçların bazı durumlarda gerçekleşen ortalama değerlere çok yakın olduğu görülmüştür. Farklı aktivasyon fonksiyonları ile elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında; sonuçlar arasında önemli farklılıklar olmadığı görülmüştür. YSA modellerinin eğitimi için kullanılan veri setlerinin, ağın öğrenmesi üzerinde doğrudan etkisi olduğundan; test için seçilen günlere dair tahminler yapılması için farklı eğitim verisi setleriyle farklı ağlar oluşturulmuştur. Bu durumda; dinamik yapıya sahip olan ağ modelleri ile daha az veri sayısı içeren eğitim setleriyle tahmin yapılabilirken, her mevsime ait ve farklı koşullardaki verilerden oluşan bir eğitim setiyle öğrenmeyi tamamlayan statik yapıdaki model ile daha düşük hata oranları elde edilmiştir. Dinamik yapıya sahip olan ağlarda; tahmin edilmesi istenen günden önceki 2 güne ait verilerle eğitilen ağlardan elde edilen sonuçlar, tahmin edilmesi istenen günden önceki 1 haftaya ait verilerle eğitilen ağlardan elde edilen sonuçlara genel olarak yakın çıkarken sonuçlar naive yönteme göre değerlendirildiğinde kabul edilebilir hata aralıkları elde edilmiştir. İkinci bölümde ise dinamik yapıdaki ağ modellerine, girdi olarak sıcaklık değerleri de eklenmiştir. Ancak çalışmada kullanılan veriler ile kısa süreli tahminler yapıldığında sıcaklık girdisinin, ağların sonuçlarını önemli ölçüde etkilemediği görülmüştür. Son bölümde ise; oluşturulan modellerin tahmin yapabilmek için bir meteorolojik veriye ihtiyaç duyan modeller olması nedeniyle, bu verilerin belirli hata oranlarına sahip olmasının üretim tahmini sonuçlarını nasıl etkilediği incelenmiş ve modellerin tahmin yapması için kullanılan test girdisi, rüzgar hızı, değerlerine %5 ile %20 aralığında eklenen rastgele hatalar ile yeni test girdileri elde edilmiştir. Daha sonra ağlara hata oranları eklenmiş bu test girdileri verilmiş ve elde edilen tahminlerin hata oranları incelendiğinde; meteorolojik verilere eklenen %20 oranında rastgele hatanın bile tahmin sonuçları üzerinde en fazla %2.69 oranında bir ortalama hata artışına neden olduğu görülmüştür.
Doğu Azerbaycan bölgesinde güneş enerjili su pompalama sistemlerinin kullanılabilirliğinin araştırılması
Günümüzde çok sayıda enerji kaynağı varken enerji üretimi için fosil yakıt veya çevreye zarar verecek her hangi bir kaynağı kullanmak zorunda değiliz. Hidrojen, biokütle ve hatta nükleer gibi alternatif enerji çözümleri yetersiz ve tehlikelidir. Enerji şirketlerinin öne sürdüğü propagandanın ve kendine hizmet eden çözümlerin ötesine bakıldığında güç üretimi için çok sayıda temiz, bol ve yenilenebilir enerji kaynağı görülebilir. Güneş enerjisi toplumca iyi biliniyor ancak bu kaynakların gerçek potansiyeli açıklanmıyor. Güneşten elde edilen güneş enerjisi o kadar verimlidir ki öğle vakti gelen bir saatlik ışık tüm dünyanın bir yılda tükettiği enerjiden daha fazladır. Yani mesele alternatifsizlik değil bunu kullanacak teknolojidir. Bu çalışmada güneş enerjili fotovoltaik (FV) su pompalama sistemleri konusunda yapılan araştırmalar ve mevcut teknolojiler gözden geçirilip, İran'ın Doğu Azerbaycan eyaletinde bulunan Tebriz ovasının iklim şartlarında bu sistemlerinin teknik olarak uygulanabilirliği incelenmiştir. Bunun için Tebriz ovasının iklim koşulları, mevcut su kuyularının karakteristikleri, yetiştirilen tarım ürünleri ve bu ürünlerin yetiştirilmesinde kullanılan su miktarı dikkate alınarak çeşitli güneş enerjili fotovoltaik sistemler tasarlanmıştır. Bölgedeki tarımın sulama suyu miktarlarını gerçekçi bir şekilde hesaplamak için Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Teşkilatı (Food And Agriculture Organization of the United Nations - FAO) tarafından geliştirilen CLIMWAT ve CROPWAT programları kullanılmıştır. Güneş enerjili su pompalama sistemleri tasarımları ise Lorentz Compass programıyla modellenmiştir. Sonuç olarak çalışma bölgesindeki tarımın sulama ihtiyaçlarını karşılayabilmek için güneş enerjili fotovoltaik su pompalama sistemleri kullanımı teknik olarak uygun bulunmuştur.
Çevreye duyarlı,enerji etkin kamu binalarının sürdürülebilirliğinin incelenmesi
Geçtiğimiz son on yıl içerisinde Türkiye enerji verimliliği konusunda önemli yol kat etmiştir. Ancak birçok kanun, yönetmelik ve yönerge çıkarılmasına rağmen binalarımızdaki enerji tüketimi gelişmiş ülkelerin eşdeğer tüketimlerinin çok üzerindedir. Enerjinin %70'inden fazlasını ithal eden ülkemizde acilen enerji bağımlılığı azaltılmalı ve işe öncelikle enerji kaybının hat safhada olduğu binalardan başlanması gerekmektedir. Avrupa Birliği ülkelerinde olduğu gibi ülkemizde de binalarda enerji verimliliği uygulamasına, kamunun satın alma gücü politika aracı olarak kullanılarak, kamu binalarından başlanması gerekliliği ortaya konmuştur. Tez kapsamında üç farklı iklim bölgesinden, üç farklı büyüklükte kamu binasının güçlendirme ve yenileme yatırımlarına ait ihale bilgileri ile yatırım öncesi ve sonrası enerji harcamaları temin edilmiştir. Oluşan enerji tasarrufu ile söz konusu yatırımların Dünya Bankası ve AYB finansman kıstasları (Fayda Maliyet ve 'LCOE' İndirgenmiş Birim Enerji Maliyeti Analizi) açısından sürdürülebilirliği ve yatırım yapılabilirliği (rantabilite) analiz edilmiştir. Kamu binalarında yenilenebilir enerji üretimi konusunda; çatı tipi güneş enerji santrali kurulabilecek kamu binaları için gereken asgari çatı alanı LCOE Analizi ile Dünya Bankası kıstasları baz alınarak hesaplanmıştır. Kamu binalarında kojenerasyon ve trijenerasyon uygulaması konusunda; ilgili kanun ve yönergeler ortaya konmuş, farklı kamu kurumlarının çalışmaları karşılaştırılmıştır. ÇŞB Bakanlık binasına ait trijenerasyon sistemi AYB kıstasları ile Birincil Enerji Tasarrufu (PES) ve LCOE üzerinden analiz edilmiştir. Enerji etkin, çevre dostu binalar konusunda gerek kamu gerek bağımsız kurumlar uluslararası değerlendirme sistemlerini örnek alarak benzer çalışmalar yapmışlardır. Ancak ülkemiz ekonomik koşulları göz önüne alınmadan hazırlanan, devlet desteklerinden yoksun ilk yerli değerlendirme sistemleri geçen beş yılda yeteri kadar tercih edilmemiştir. Sadece teknik açıdan değil ekonomik açıdan da sürdürülebilir olan ve kamu öncülüğünde başlayarak, devlet teşvikleriyle desteklenen değerlendirme sistemlerinin başarılı olabileceği ve istenilen hedefleri tutturulabileceği düşünülmektedir. Bu bağlamda gönüllülük esasına göre işleyen ve sürdürülebilir olmayan değerlendirme sistemlerinin yerine; enerji verimliliğini hedef alan, devlet öncülüğünde, kamunun satın alma gücünü araç olarak kullanan yerli yeşil bina rehberinin hazırlanması gerekliliği değerlendirilmiştir.
Yenilenebilir enerji kullanımını teşvik yolları üzerine bir değerlendirme
Bu tezin amacı seçilmiş ülkeler örneğinde yenilenebilir enerjiler için uygulanan teşvik mekanizmalarını inceleyerek Türkiye'nin 2020 yılında bitecek teşvik politikasının yeniden şekillenmesi sürecinde, özellikle fotovoltaik teknolojisine yönelik, dikkate alınabilecek öneriler sunmaktır. Çalışma Avrupa Birliği'ne üyelik temelinde ele alındığı için üç Avrupa ülkesi; Almanya, Danimarka ve İspanya incelenmiş uygulamalarındaki süreçler ile başarılı ve başarısız oldukları noktalar tespit edilmeye çalışılmıştır. Bu ülkelere ek olarak yenilenebilir enerji alanındaki dikkat çekici endüstriyel gelişimi nedeniyle Çin de araştırmaya dâhil edilmiştir. Çalışmada nedensel karşılaştırma metodu kullanılarak hangi teşviklerin diğerlerine göre daha başarılı oldukları ve teşviklerin hangi dış koşullardan nasıl etkilendikleri araştırılmıştır. Bu araştırmalar sonucunda teknoloji bazında gelişimlerde en iyi ilerlemenin sabit fiyat garantisi yolu ile birlikte dinamik bir teknoloji ve piyasa gözlemi yapılarak elde edildiği görülmüştür. Diğer taraftan teşviklerin olumlu sonuç verebilmesi için düzenli ve istikrarlı politikaların, şeffaf idari süreçlerin, uygulamalarda kaynak ve teknolojilerin iyi sınıflandırılmasının önemli olduğu saptanmıştır. Türkiye'nin orta ve uzun dönem için teşvik politikalarının açıklanması, yerli aksam üretimi için yapıcı değişiklikler yapması, kapasite artışı için yeni ihaleler belirlemesi, idari süreçlerin kısaltılması ve fosil teşviklerin kaldırılması konularında değişiklikler yapması gerektiği sonucuna ulaşılmıştır.
Fotovoltaik panellerde gölge ve toz etkisinin analizi
Bu tez çalışmasında, 5 Watt gücündeki mini fotovoltaik (FV) panellerde tozlanma ve gölgelenme etkisi, dış ortam saha deneyleri ve iç ortam laboratuvar deneyleri ile incelenmiştir. Dış ortam saha deneylerinde, Hacettepe Üniversitesi Güneş Evi bahçesinde 6°-50° aralığında 5 farklı eğim açısında yerleştirilen mini FV paneller, özdeş konumda, elle temizlenmiş ve temizlenmemiş olarak iki gruba ayrılmıştır. Havanın açık ve güneşli olduğu günlerde öğle saatlerinde her bir panel için kısa devre akımı, sıcaklık ve ışınım değerleri ölçülerek ve kısa devre akım değerleri 1000 W/m2 ve 25°C standart test koşullarına göre normalize edilerek, günlük tozlanma ve birikimli tozlanma etkisi incelenmiştir. Günlük tozlanma etkisinde, temizlenmiş panellerin kısa devre akım değerinin temizlenmemiş panellerdekinden fazla olduğu görülmüş ve buradan elle yapılan temizliğin yüzeydeki tozları temizleyerek panel performansını arttırdığı sonucuna varılmıştır. Birikimli tozlanmada, eğim açısı arttıkça tozlanma kaybının azaldığı görülmüştür. Elle temizlemenin yanı sıra, yağmur nedeniyle oluşabilecek doğal temizlemenin de etkisi incelenmiştir. Yağış ile tozlanma kaybının azalması, yağmurun temizleme etkisini göstermesine karşın, bazı yağışlı günlerde tozlanma kaybında meydana gelen artışın yağışın tozu temizlemek yerine toz birikimine neden olması ile açıklanmıştır. İç ortam laboratuvar deneylerinde, yapay tozlanma ve yapay gölgeleme deneyleri yapılmıştır. Yapay tozlanma için, toz haline getirilmiş kırmızı kil, sarı silt toprak ile siltli kum örnekleri kullanılmıştır. Farklı miktarlarda tozlar panel üzerine homojen olarak serpiştirilerek, FV panellerin aydınlatma altında akım-gerilim (I-V) karakteristikleri incelenmiştir. Toz yoğunluğu arttıkça üç farklı tozlanma malzemesi için de gücün azaldığı gözlenmiştir. Deneyler 6°-40° eğim açısı aralığı için gerçekleştirilmiş ve eğim açısı arttıkça panel üzerindeki toz miktarının azaldığı ve artan toz yoğunluğu ile normalize güç değerinin azaldığı gözlenmiştir. Kırmızı kil toprağın su ile karıştırılması sonucu oluşan karışım, panel üzerine püskürtülmüş ve aynı miktardaki kırmızı kil toprağa göre daha fazla güç elde edildiği görülmüştür. Laboratuvar koşullarında gölgelenme etkisinin incelenmesi için karton, pelür ve yağlı kağıt ile homojen gölgelenme ve farklı doğrultularda kısmi gölgelemeler yapılarak panellerin aydınlatma altında I-V karakteristikleri incelenmiştir. Geçirgenliği daha yüksek olan yağlı kağıt ile yapılan gölgelenme koşullarında, karton ve pelür kağıda oranla daha fazla güç değerleri elde edilmiştir. Homojen gölgeleme koşulunda, artan gölgelenme oranı ile I-V, P-V eğrilerinin lineer olarak kaymasına karşın, kısmi gölgelemede köprüleme diyotu içermeyen panel davranışı incelenmiştir.
Metal etkileşimli kristalleşme yöntemi ile polikristal silisyum ince film üretimi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Elektron demeti buharlaştırma tekniğiyle 14 nm kalınlığında alüminyum (Al) metali atılmış cam alttaban üzerine, Plazma Destekli Kimyasal Buhar Biriktirme (PECVD) sisteminde, 100 nm kalınlığında hidrojenlendirilmiş amorf silisyum (a-Si:H) kaplanmıştır. Kaplama işlemi sonunda oluşan cam / Al / a-Si:H yapısında ki örnekler, 250 - 500 °C ve 1 - 24 saat aralığında değişen tavlama sıcaklığı ve sürelerinde, atmosfer ortamında tavlanarak pc-Si yapısı üretilmiştir. Polikristal silisyum örneklerin, Raman Spektroskopisi ve Taramalı Elektron Mikroskobu ile yapısal analizleri yapılarak, kristal oluşumu incelenmiştir. Deneysel sonuçlara göre 400°C'nin altındaki tavlama sıcaklıklarında kristalleşmeye rastlanmamıştır. 400°C ve üzeri sıcaklıklarda yapılan tavlamalarda ise farklı kristalizasyon oranlarında kristalleşmenin oluştuğu gözlenmiştir. Ayrıca tavlama sıcaklığı ve süresi kadar dış ortam koşullarının, özellikle basıncın da kristalizasyonun başlaması üzerinde önemli etkisi olduğu sonucuna varılmıştır. Kristal oluşumunun, elektriksel dirence etkisi de araştırılmıştır. Doğru akım IV ölçüm sonuçlarından, polikristal oluşumuna paralel olarak, örneklerin özdirençlerinin tavlama süresi ve sıcaklığı ile keskince arttığı gözlenmiştir.
Nano saniye atımlı 1064 nm fiber lazer ile yüzey dokulandırmasının tek kristal silisyumun optik yansıma ve soğurmasına etkisi
Yükselteç ile güçlendirilmiş ana salınıcı mimarisine (MOPA- master oscillator power amplifier architecture) sahip, atımlı bir şekilde modüle edilen, 1064 nm merkez dalgaboyunda çalışan bir fiber lazer ile n tipi, (100) kristal yönelimli tek kristal silisyum dilim yüzeyinde dokulandırma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan dokulandırma işlemleri, 40 – 100 kHz lazer tekrar frekansı aralığında, 10, 15 ve 20 W lazer ortalama güçleri ve 50 – 2000 mm/s tarama hızı aralığında yapılmıştır. Odaklanmış lazer demet çapı ve lazer atım süresi sabit tutulmuştur. Farklı lazer atım parametreleriyle üretilen örneklerin optik yansıma değerleri Fourier dönüşümlü yansıma ve geleneksel optik yansıma deney teknikleriyle ölçülmüştür. Daha sonra, elektriksel ölçümler için, ısıl buharlaştırma kaplama tekniğiyle, örneklerin yüzeylerine paralel geometriye sahip alüminyum kontaklar atılmış ve Fourier Dönüşümlü Fotoiletkenlik Spektroskopisi (Fourier Transform Photoconductivity Spectroscopy - FTPS) tekniği ile örneklerin dalga boyuna bağlı soğurma katsayıları ölçülmüştür. Dokulandırılmış örnek yüzeylerinin morfolojileri, Taramalı Elektron Mikroskobu (Scanning Electron Microscope- SEM) ile görüntüleri incelenmiştir. Deneyler sonucunda, lazer parametrelerine bağlı olarak, nanosaniye atımlı 1064 nm fiber lazer ile yüzey dokulandırmasının kristal silisyum yüzeyinden yansımanın önemli ölçüde azalttığı ve soğurma katsayılarını ise belirgin biçimde artırdığı sonucuna ulaşılmıştır. Deneysel sonuçlar, özellikle, odaklanmış lazer demetinin örtüşme oranları ve tarama hızı temelinde tartışılmıştır.
Fotovoltaik sistemlerde verimliliği etkileyen faktörlerin incelenmesi
Yenilenebilir enerji kaynaklı enerji sistemlerine yapılan yatırımlar, konvansiyonel enerji kaynaklarının tükenme tehditi altında olması sebebiyle son yıllarda önemli ölçüde artış göstermiştir. Bu sistemlerden en çok gelişme katedilenlerden biri fotovoltaik sistemlerdir. Yapılan AR-GE çalışmalarında kaydedilen başarılar ile birlikte FV modüllerinin fiyatları düşmüş ve dünya çapında kabul gören standartların sağlanması ile birlikte fotovoltaik sistemler yatırımcılar için bir yatırım aracı haline gelmiştir. Simülasyon programlarında yapılan kısa süreli enerji tahminleri oldukça az bir hata payı ile yapılmaktadır. Ancak kısa vadeli tahminlere bakılarak fotovoltaik sistemler devreye alındıktan sonra kendi başına bırakılmamalıdır. Sistemlerin performans analizi ve verimliliği etkileyen faktörlerin incelenmesi, sistemlerin uzun vadede yüksek performans göstermesi için takip edilmesi gereken konulardır. Türkiye'de kurulan fotovoltaik sistemlerin birçoğunda kurulum esnasında yapılan yanlış uygulamalar sebebiyle sistemlerin işletme süreci sırasında önemli problemler ile karşılaşılmakta, bu durum üretim kayıplarına sebep olmakta ve problemin tespiti yapılamamaktadır. Fotovoltaik sistemlerden yüksek performans elde etmek için performans analizi ve verimliliği etkileyen faktörlerin periyodik olarak takibi yapılmalıdır. Bu çalışmada, ilk olarak Kuramsal Kesim bölümünde ışınım ve performans parametrelerinin, verimliliği etkileyen faktörlerin hesaplanması için kullanılacak metotlara yer verilmiştir. Saha Verilerinin İncelenmesi bölümünde Gölbaşı ve Torbalı İlçelerinde bulunan Güneş Enerji Santralleri ile ilgili genel bilgiler verildikten sonra, tesislerin performans parametreleri ve verimliliği etkileyen faktörler Kuramsal Kesim bölümünde yer verilen metotlar ile; ışınım parametreleri ise NASA'nın veri tabanından alınan aylık ortalama Küresel Yatay Işınım ve Dağınık Yatay Işınım Değerleri ile hesaplanmıştır. Bir sonraki bölümde ise PVsyst programı ile santrallerin modellemesi ve simülasyonu yapılmıştır. Yıllık olarak incelendiğinde simülasyonla elde edilen üretim değerleri eviricilerden elde edilenlere yakın olduğu görülmüştür. Değerlendirme bölümünde saha verileri ve simülasyon sonuçları karşılaştırılmış, iki tesisin simülasyon ve saha verilerinden hesaplanan Sistem Performans Oranları arasındaki farkın %1'den az olduğu sonucu ortaya çıkmıştır. Kayıp parametreleri arasında Gölbaşı GES ve Torbalı GES tesislerinde en fazla kayba neden olan faktörün ısıl kayıp olduğu görülmüştür. Sıcaklık kaybını tozlanma kaybı, yansıma kaybı ve dizi uyuşmazlığı kaybı izlemiştir. Ayrıca bu bölümde, santrallerin verimine en çok etki eden faktörler olan sıcaklık ve tozlanma kaybının daha az olması durumunun yıllık enerji üretimine etkisi değerlendirilmiştir. Torbalı GES'te FV modül arka yüzeylerinin rüzgar ile temas süresinin artması durumunda ısıl kaybın azalacağı ve yıllık üretimde %3,5 artış olacağı, Gölbaşı GES'te ise bu artışın %1,2 olabileceği sonucu ortaya çıkmıştır. FV modüllerinde oluşan tozların periyodik olarak temizlenerek tozlanma kaybının %1 seviyesinde tutulması halinde Gölbaşı GES'in yıllık üretiminde %5'lik, Torbalı GES tesisinde ise %3'lük bir artış olacağı sonucu ortaya çıkmıştır. Anahtar Kelimeler: fotovoltaik sistemler, verimliliği etkileyen faktörler, performans analizi