Solar energy systems
120 theses under this subject heading
Türkiye`nin yenilenebilir enerji potansiyelinin termodinamik analiz yöntemi ile incelenerek, yenilenebilir enerji kullanımının gelecek projeksiyonlarının değerlendirilmesi
"Türkiye'nin Yenilenebilir Enerji Potansiyelinin Termodinamik Analiz Yöntemi İle İncelenerek, Yenilenebilir Enerji Kullanımının Gelecek Projeksiyonlarının Değerlendirilmesi" konulu tezimin temel amacı yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji ve ekserji verimlilikleri incelenerek ülkemiz açısından en uygun kullanım şartlarının belirlenmesidir. Tezimin içeriğinde Türkiye'de fosil ve yenilenebilir enerji kaynakları kullanım durumu ve kapasitesi anlatılmıştır. Türkiye'de mevcut olan yenilenebilir enerji kaynaklarının varlığı ve kullanım durumu ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgar, güneş ve jeotermal enerji ile ilgili örnekler üzerinden termodinamik analiz yapılmıştır. Enerji ve ekserji verimlilikleri bu kaynaklar için hesaplanmış ve sayısal sonuçlar tablolar halinde verilmiştir. Enerji çeşitliliğinin arttırılması, dışa bağımlılığın azaltılması ve daha yaşanılabilir bir dünyayı gelecek nesillere bırakabilmemiz için yenilenebilir enerji kaynaklarının son derece büyük önem taşıdığı görülmektedir.
Çatı ve cephelerde fotovoltaik panel uygulamaları üzerine bir çalışma: Burdur örneği
Bu tezde çatı ve cephelerde uygulanan fotovoltaik paneller üzerine bir araştırma yapılmaktadır. Burdur ilinde yapılan bu çalışmada bir evin ihtiyacını karşılayan elektrik ihtiyacının fotovoltaik panellerden karşılanması, maliyeti, ortaya çıkacak sorunlardan bahsedilmektedir. İlk bölümde konu ile ilgili genel bilgiler verilmektedir. Genel enerji problemleri, fosil yakıtlar yerine yenilenebilir enerjiyi kullanmanın gereklilikleri anlatılmaktadır. İkinci bölümde binalarda kullanılabilecek yenilenebilir enerjiden güneşin kullanımına yönelik bilgiler verilmiştir. Binalarda aktif ve pasif sistemler olarak güneşin bina üzerine etkilerinden bahsedilmektedir. Dünyada ve Türkiye'de fotovoltaik panellerin kullanımlarına ilişkin değerlendirmeler ele alınmıştır. Mevcut bir bina ile yeni tasarlanan binalar için nelere dikkat edilmesi gerektiği hakkında bilgiler verilmektedir. Üçüncü bölümde fotovoltaik panellerin (PV) tanımı, tarihi, panelleri oluşturan hücrelerin çeşitleri, fotovoltaik sistemi oluşturan ekipmanlardan bahsedilmiştir. Fotovoltaik panellerin kullanımlarından dolayı ortaya çıkan avantaj ve dezavantajları anlatılmıştır. Dördüncü bölümde fotovoltaik panellerin binalar üzerinde konumlandırılmasının çatı ve cephelerde uygun koşulların sağlanması hakkında bilgiler verilmektedir. Fotovoltaik panellerin kurulumunun maliyeti incelenmektedir. Beşinci bölümde Burdur ilinde bir alan çalışmasıyla mevcut bina ile yeni tasarlanan bina arasında oluşan farklılıkların fotovoltaik panellerin çatı ve cephede uygulanmasıyla elde edilen veriler anlatılmaktadır. Çatılarda veya cephelerde kullanımlarıyla elde edilen enerjinin verimlerine etkilerinden bahsedilmektedir. Altıncı bölüm olan sonuç bölümünde ise anlatılan tüm bilgilerin tamamı değerlendirilerek fotovoltaik panellerin kullanımlarına ülkemizin avantajlı konumunu göz önüne alınarak kullanımlarının artmasının önemi vurgulanmıştır. Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik Paneller (PV), Yenilenebilir Enerjiler, Güneş.
Organik yapılarda iletim ve MPPT
Yapılan bu tez çalışmasında organik güneş paneli içeren bir güneş enerjisi sisteminin ne kadar verimli çalıştığını gözlemlemek amaçlandı. Bu amaç doğrultusunda inorganik güneş paneli içeren bir güneş enerjisi sistemi ile kıyaslama yapılmasına karar verildi. Kıyaslama yapılan bu iki sistemde aynı maksimum güç noktası izleyici kontrol devresi tasarlandı ve gerçekleştirildi. Maksimum güç noktası izleyici metodu olarak, yaygın kullanımından dolayı, değiştir ve gözle algoritması kullanıldı. Değiştir ve gözle algoritması Arduino programında yazıldı ve Arduino Uno ile tasarlanan devreye uygulandı. Sekiz gün boyunca, günde yarım saat ara ile aynı anda her iki sistemden de akım ve gerilim ölçümü alındı. Her iki sistemden de aynı anda alınan sonuçlar ortaya kondu.
Güneş enerjisinden yararlanmak amacı ile fotovoltaik sistemlerin binalarda kullanımı
Dünyada kullanmış olduğumuz enerji kaynaklarının büyük bir bölümünü fosil tabanlı (kömür, petrol, doğalgaz gibi) enerji kaynakları oluşturmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının günümüzde giderek azalması ve birçok enerji kaynağının ise tükenme noktasına gelmesi insanları yeni enerji arayışlarına yönlendirmiştir. Dünyada sonsuz enerji kaynağı olan güneş ise fosil kaynaklara alternatif olan enerji arayışlarının en başında gelmektedir. Yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için fotovoltaik güneş pilleri ve bu pillere bağlı fotovoltaik sistemler geliştirilmiştir. Kullanılan enerjilerin büyük bir bölümü binalarda tüketilmektedir. Yaklaşık olarak bu oran tüm enerjilerin içerisinde %30 dur. Binalarda tüketilen enerjilerin yenilenebilir enerji sistemlerinden sağlanması amacıyla fotovoltaik sistemler binalarda; çatı ve cephelerde uygulanmaya başlanmıştır. Bu tez araştırmasında fotovoltaik sistemlerin binalarda uygulama biçimleri, diğer yapı alt bileşenlerinde kullanılması ve çevre birimlerinde uygulamaları, dünyada ve Türkiye'de fotovoltaik sistemlerin kullanımına ilişkin örnekler, dünyada ve Türkiye'deki güneş enerjisi sistemlerine olan teşvik ve destekler araştırılmış ve öneriler sunulmuştur. Anahtar kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Fotovoltaik, Fotovoltaik Sistemler, Güneş, PV
Bir güneş enerjisi sisteminin dağıtım sistemi güvenilirliğine etkilerinin incelenmesi
Günümüzde artan nüfus doğrultusunda talep edilen enerjinin de artmasıyla, alternatif enerji kaynaklarına yönelim artmıştır. Yönelim sonucunda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı yükselişe geçerken özellikle güneş enerjisinin yaygın kullanımı artmaktadır. Temiz ve ekonomik bir alternatif olarak görülen güneş enerjisinin kullanımı mevcut enerji sektöründe önemli bir yer edinmiştir. Dağıtım şebekeleri enerji talep eden tüketici ile elektrik iletim sistemi arasında bulunmaktadır. Tüketici, ekonomik ve kaliteli elektrik istemektedir. Sistemde meydana gelebilecek herhangi bir arıza durumunda, arızadan sadece dağıtım şebekesinin bulunduğu bölge etkilenecektir ve bu durum istenmemektedir. Dağıtım sistemlerinin çalıştığı süre boyunca istenen görevleri yerine getirebilmesi durumuna güvenilirlik denmektedir. Dağıtım şebekelerine bağlanan her bir eleman, herhangi bir sorun meydana gelmemesi için analiz edilmelidir. Bu amaç doğrultusunda yapılan bu tez çalışmasında, dağıtım sistemine entegre edilmiş bir güneş enerjisi santralinin güvenilirlik analizi yapılmıştır. Yapılan analizin sonuçları, çalışmanın sonunda paylaşılmıştır. Anahtar Kelimeler: Dağıtık üretim sistemleri, Dağıtım sistemi güvenilirlik analizi, Güneş enerji sistemleri
Bir güneş enerji sistemine sahip batarya değişim istasyonu için optimum enerji yönetimi
Dünyada etkisini gösteren küresel ısınma, fosil yakıt kullanımı ve karbon salınımı artmasından dolayı çevre kirliliği oluşmaktadır. Ülkelerin enerji ihtiyacını fosil kaynaklardan karşılamalarından dolayı karbon salınımı artış göstermiş ve tüm insanların sağlığını olumsuz yönde etkileyen hava kirliliği oluşmuştur. Tüm olumsuz etkileri azaltmak için ülkeler konvansiyonel olarak yenilenebilir enerji kaynakları kullanımında fikir birliği oluşturmuştur. Yenilenebilir enerji kaynakları; temiz kaynaklardır, tükenmez kaynaklardan oluşur, yani var olan kaynakların tekrar kullanılmasıyla üretilebilen kaynaklardır ve ayrıca sürdürülebilir enerji kaynaklarıdır. Üretimleri esnasında karbon salınımı petrol, kömür, doğalgaz gibi fosil yakıtlarla kıyaslandığında oldukça düşük olduğu için çevreye oluşturduğu olumsuz katkı da düşüktür. Fosil enerji kaynaklarının gün geçtikçe tükenmesiyle, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi daha çok artmaktadır. Karbon salınımını en çok gerçekleştirenler benzinli/dizel yakıt kullanan araçlardır. Dünya nüfusunun artışı ve refah seviyesinin yükselmesiyle birlikte insanlar toplu taşımalı araçlar ile birlikte özel araçlarıyla da seyahat etmeye başladılar. Bunun neticesinde trafiğe katılan araç sayısı da gün geçtikçe artmaktadır. Artan araç sayısı ile karbondioksit yayılımı doğru orantılıdır. Bu noktada elektrikli araç kullanımı oldukça önemlidir. Elektrikli araçlar (EA), neredeyse ihmal edilebilecek seviyede karbon salınımı yaptığı için ekolojik olarak çevre dostudur. Ayrıca yenilenebilir enerji kaynakları ile şarj edilebilir oldukları için fosil yakıt kullanan araçlara göre daha ucuz maliyetlidir ve erişimi de kolaydır. Avrupa ülkeleri elektrikli araç kullanımını yaygınlaştırmak için birçok çalışma yapmaktadır. 2030 yılından sonra elektrikli araç haricinde herhangi bir araç kullanılmamasına karşı alınacak yasaklar bu çalışmalar kapsamındadır. Bu nedenle servis sektöründeki elektrikli araçların şarj yükünü karşılamak önem arz etmektedir. Bu şarj yükü ihtiyacı batarya değişim istasyonlarından karşılanacaktır. Batarya değişim istasyonları (BDİ) özellikle servis sektöründeki elektrikli araçlar için oldukça önemlidir. Trafiğin yoğun olduğu zamanlarda elektrikli araç sürücüleri araçlarını şarj edemeyeceklerdir. Çünkü bir elektrikli araç şarj süresi şarj istasyonunun gücüne bağlı olarak 2 saate yakın sürmektedir. Bu durum özellikle servis sektöründeki elektrikli araç sürücüleri için dezavantajdır. Araçlarının şarj edilmesi için bekledikleri süre hem zaman kaybıdır hem de günlük kazançlarını olumsuz etkileyecektir. Bu durumda elektrikli araçların şarj edilmesini beklemek yerine batarya değişimi yapmak daha makuldür. Bir batarya değişimi 7,5 dakika sürmektedir. Bu nedenle batarya değişim istasyonları oldukça avantajlıdır. Bu tez çalışmasında, yakın gelecekte servis sektöründe yaygınlaşacağı muhtemel olan elektrikli araçların şarj edilmesinin mümkün olmadığı durumlarda, bir batarya değişim istasyonunda, batarya değişiminin en uygun şekilde yapılması için bir optimizasyon modeli önerilmiştir. Bu modelde bir benzetim programı kullanılarak bir ''Güneş Enerji Sistemi (GES)'' oluşturuldu. Her ayın günlük güneşlenme süresi ile üretim gücü analiz edildi. GES' nden elde edilen elektrik enerjisi, hem şebekeye satılması hem de elektrikli araç bataryalarının şarj yükü için kullanıldı. Bataryaları optimum şekilde şarj etmek için farklı durumlar içeren bir senaryo oluşturuldu. Bu senaryoda oluşturulan model, karışık tamsayılı doğrusal programlama (MILP) yöntemi kullanılarak en iyi optimum çözmede kullanılan bir program aracılığıyla çözüldü. Bu çalışmada ayrıca, BDİ 'na gelen her EA'ın istasyona geldikleri ilk andaki batarya doluluk oranı SoC (State of charge), istasyona geliş – gidiş zamanları belirlenerek çeşitli senaryolar ile optimum şarj yönetimi oluşturulmuştur. Bu çalışmanın sonucunda tasarlanan batarya değişim istasyonunda, FV üretim sistemi kullanılarak elektrik enerjisi maliyetini en aza düşürmek ve servis sektöründeki EA'lar için hem maddi olarak hem de zaman açısından herhangi bir kayıp oluşmasını önlemek amaçlanmıştır. Yakın gelecekte tüm araçların elektrikli araçlara dönüşeceği düşünüldüğünde batarya değişim istasyonlarının önemi de artmış olacaktır. Anahtar Kelimeler:Elektrikli araç (EA), fotovoltaik (FV), batarya değişim istasyonu (BDİ), Güneş enerji sistemi (GES), karışık tamsayılı doğrusal programlama (MILP), optimizasyon.
Elektrikli metrobüslerin optimum enerji yönetimi
Son yıllarda Dünyada etkisini gösteren iklim değişimi canlı türleri için bir tehdit oluşturmaktadır. Özellikle içten yanmalı motorlu araçlardan yayılan karbon salınımı doğayı ve yaşayan canlı sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Öyle ki herhangi bir önlem alınmazsa tüm dünyayı çevre kirliliğinden kaynaklı kötü günler beklemektedir. Sera gazı etkisini azaltmak amacıyla hükümetler tarafından iş birliği oluşturuldu ve yapılan protokoller sayesinde birtakım önlemler alınmaktadır. Yapılan anlaşmalar neticesinde özellikle güneş, rüzgâr, hidrojen ve dalga gibi yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı teşvik edilerek bu kaynakların kullanımının artmasına özen gösterilmektedir. Hükümetler aynı zamanda 2030 yılına kadar konvansiyonel içten yanmalı araçların üretimini durdurarak, elektrik enerjisi ile çalışan araç üretimini artırıp; çevre dostu araçların kullanımını yaygınlaştırmaya çalışmaktadır. Bu amaç doğrultusunda çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında, içten yanmalı motorlu araçların kullanımını azaltmak amacıyla özellikle metropol şehirlerde servis sektöründe hizmet veren elektrikli metrobüs kullanımını teşvik etmek için, İstanbul Avcılar-Söğütlüçeşme metrobüs hattındaki araçların günlük çalışma saatleri ve bilgileri tedarik edilerek bir modelleme oluşturuldu. Tez çalışmasında, istasyondaki elektrikli metrobüsleri şarj etmek için gerekli olan enerji için şehir elektrik şebekesine yük olmamak amacıyla bir GES sistemi kuruldu ve metrobüsler için gerekli olan elektrik enerjisi üretimi sağlandı. Bir benzetim programı aracılığıyla oluşturulan GES sayesinde elektrik enerjisi maliyeti azaltılmıştır. Ayrıca gerekli durumlarda üretilen fazla enerjinin şebekeye satışı yapılabilmektedir. Yakın gelecekte tüm araçların elektrikli araçlara dönüşeceği düşünüldüğünde, özellikle servis sektöründe hizmet veren elektrikli metrobüslerin, metrobüs garajına kurulan GES sayesinde üretilen elektrik enerjisi doğrultusunda şehir şebekelerinden satın alınan enerji de azalmış olacaktır.
Çanak tipi güneş enerjisi sisteminden elektrik üretiminin bilgisayar yazılımı ile takibi
Artan elektrik enerji ihtiyacını karşılamak ve elektrik enerjisinin ulaştırılmasının mümkün olmadığı durumlarda alternatif olarak güneş enerjisinden elektrik üretimi kullanılmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynağı kullanılarak FV sistemden ve Stirling motordan elektrik üretimi sağlanmaktadır. Sistemde çanak tipi yansıtıcı, güneş paneli, Stirling motor, arduino uno mikrodenetleyicisi, gerilim ve akım sensörü, bluetooth modülu, internet modülu, sıcaklık nem sensörü, android studio editöründe geliştirilmiş android arayüz yazılımı, verilerin tutulduğu web sayfası ve arduino yazılımı kullanılmaktadır. Mikrodenetleyici sayesinde okunan güç değerleri, sıcaklık ve nem bilgisiweb sayfasında kayıt altına alınmaktadır. Ayrıca Visual Studio yardımıyla yazılan C# programıyla da verilerin analizi yapılmaktadır. Aynı şekilde mobil cihazdan da okunan bu değerler kullanılan veri tabanı sayesinde saatlik olarak saklanmaktadır. Elde edilen veriler incelendiğinde motordan en fazla güç 0,7 W, fotovoltaik pilden ise 0.9 W enerji üretimi gözlenmektedir. Prototip amaçla kurulan bu sistemde elde edilen güçler yeterli düzeydedir. Sistemin verimliliği acısından kıyaslama olanağı sunan bu tez kurulum yapacak kişilere yardımcı olmaktadır. Sistem çalışma prensibi çanak tipi yansıtıcı uygun şekilde odaklanarak Stirling motorun çalışmasını sağlanmaktadır. Uygun açıyla yerleştirilen fotovoltaik panelden de elektrik üretimi sağlanmaktadır. Elde edilen veriler sayesinde web sayfasında grafikler dinamik olarak çizilip, mobil cihaz tarafından da kıyaslama yapılmaktadır. Grafiklerin görüntülenmesi istenirse yakın mesafeden istenirse internet üzerinden anlık olarak takip edilebilmektedir. Sistem verimliliği hakkında bilgi veren bu tez çalışması yapılacak yatırımlara yön verecektir.
Bir güneş enerjisi santralinin maliyet analizi: Aydın ili örneği
Sanayi devrimi ile birlikte enerji konusunun önemli olmadığı hiçbir alan neredeyse kalmamıştır. Geçmişten günümüze enerji ihtiyacının sürekli olarak artması, enerjisini dönüştürerek kullandığımız tüm fosil kaynakların limitli oluşu ve hızla tükenmesi, tüm dünya ile birlikte ülkeler, devletler, hatta insanların bile enerjinin sürdürülebilirliğinin önemini anlamasında ve bu konuda bilim dünyasına katkı sağlamak için sürekli çalışmasında etkili olmuştur. Dünya ülkeleri enerji bağımlılıklarını aza indirmek için ve daha önemlisi fosil yakıtların çevreye verdikleri hasarı en aza indirebilmek için politikalarında yenilenebilir enerji ya da sürdürülebilir enerji yatırımlarının oranını artırmışlardır. Böylelikle temiz enerji anlamında rüzğar, güneş ve diğer enerji alanındaki yatırımlar hem mühendislik hemde ülke carisinde önemli rol oynamaya başlamıştır. Çalışmamızda fotovoltaik sistem kullanan santralin ne derece verimli çalışacağını ve kurulum yöntemlerini, gerçek veriler ışığında bir enerji santralinin aylık verilerine dayalı olarak üretim farklılıkları araştırılmıştır. Bu tez çalışmasında Aydın'ın Çine ilçesiden kurulması planlanan 1 MW gücünde ki güneş enerji santralinin yatırım aşamasından proje ve sahada ki uygulamasına kadar geçen sürede, yapılacak yatırımlar kullanılacak malzeme ve panel seçimleri, sahanın kurulması düşünülen bölgenin coğrafi olarak önemi, bölge seçimi konusunda çeşitli programlardan yararlanılması incelenmiştir. Yapılan hesaplamaların mevcut yasa tasarısına göre analiz durumları hesaplanmış ve gerçek verilerle kıyaslanmıştır. Sonuç olarak, ekonomik ve üretim açısından değerlendirmeye alınan sistem tutarlılık, üretim ve mühendislik açısından birbiriyle bağlantısı belirlenmiştir.
Baz istasyonları enerji ihtiyacının yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılanması
Dünyamızda ana gündem maddesi olan ve uzun yıllar daha gündemde kalacak olan enerji, dünya için olduğu gibi ülkemiz için de çok önemli bir sorundur. Ülkemiz, enerjide büyük oranda dışa bağımlı olarak her yıl milyarlarca dolar harcayarak enerji ithal etmektedir. Ülkemizin fosil enerji kaynakları bakımından yetersiz olması ülkemizi yeni enerji kaynakları arayışına zorlamıştır. Fosil yakıtlar, karbon salınımı ve çevre kirliliği açısından doğa dostu olmadığı aşikârdır. Araştırmacılar, mevcut enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması için çalışmalar yaparken bir yandan da yenilenebilir enerji kaynaklarında da çözüm arayışları için özveriyle çalışmaktadırlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi, ülkemiz için hidroelektrik ile birlikte en baskın enerji üretim kaynakları arasındadır. Ülkemiz, coğrafi konumu bakımından çok yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahiptir. Avrupa Birliği ülkelerinin büyük bir kısmı, tüketicileri güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde bilinçlendirme çalışmaları yaparak birçok teşvik mekanizmalarıyla çeşitli imkânlar sunmakta ve yaygınlaştırılmasını sağlamaktadır. Ülkemizde de bu tür teşvik ve bilgilendirme çalışmalarına son dönemde hız verilmiştir. Bu çalışmada güneş enerjisi ile beslenen örnek bir baz istasyonu sistemi tasarımı yapılmıştır. Isparta ili sınırları içinde Yalvaç/Tokmacık kırsal alanda kurulacak GSM baz istasyonunun güç ihtiyacını karşılanması için PV sistemi tasarımı yapılmıştır. Sistemin akü kapasitesi ve panel sayısı belirlenerek maliyet analizi yapılmıştır.
Güneş enerjisi takip sistemi tasarımı, imalatı ve verimlilik karşılaştırması
Yapılan bu çalışma yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneşten elde edilen enerjinin, tasarlanan sistemle daha verimli hale getirilmesi ve sistemin korunmasını sağlamaya yöneliktir. Bu çalışmada sistemlerin veriminin karşılaştırılabimesi için dört tane PV pil sistemi tasarlanmıştır. Prototipi yapılan sistemler Isparta ili için yapıldığından, Isparta ili için güneş açıları dikkate alınmıştır ve çalışmada kullanılacak olan PV pillerinin sabit sistemde 0°, 10°, 33° ve takipli sistem prototiplerinin hazırlanması gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştililen bu prototiplerle PV pillerine gelen güneş ışıma değerleri ile akım- gerilim değerleri ölçülerek verim karşılaştırılması yapılmıştır. Bir sonraki aşamada ise verimi yüksek çıkan güneş takip sisteminin korunması ve çalışma ömrünün uzatılması için hava istasyonu ve titreşim sensörü eklenmiştir. Böylece hava istasyonundan elde edilen rüzgâr hızı verileri ve titreşim sensörü verileri yardımıyla güneş takip sisteminin olası fırtına ve dolu hadisesi meydana gelmesi halinde, sistemi korumak için, PV pillerinin bir biri üzerine kapanarak tehdit ortadan kalktığında, sistemin tekrar açılması sağlanmıştır. Tasarlanan ve imalatı yapılan güneş takipli sistemle, Isparta ili ve 2019 Temmuz ayı için 33o sabit açılı PV piline göre % 21 daha yüksek verim elde edilmiştir.
Fotovoltaik – termoelektrik (PV-TE) hibrit güç üretim sistemlerinin performanslarının incelenmesi
Bu tez çalışmasında fotovoltaik (PV), fotovoltaik-termoelektrik (PV-TE) ve yoğunlaştırılmış fotovoltaik termal (CPVT) sistemlerin elektro-termal performansı incelenmiştir. Performans analizinde PV, PV-TE sistemde sonlu farklar metodu, standart ve çift yüzeyli CPVT sistemlerde ise sonlu hacimler metodu uygulanmıştır. PV ve PV-TE sistemlerin deneysel ile sayısal analiz ve iki farklı CPVT sistemde sayısal analizle güneş enerjisi sistemlerinin performansları değerlendirilmiş ve karşılaştırılmıştır. PV modüllerin sayısal sıcaklık tahmininin iyileştirilmesine yönelik bir çalışma yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki geliştirilen modelin tahmin sonuçları ölçülen değerlere daha yakın olmaktadır. PV ve PV-TE sistemde sayısal sıcaklık tahmini, homojen ve homojen olmayan koşullarda sistem karşılaştırılması, TE modülün katkısı incelenmiştir. Elde edilen bulgulara göre düşük ışınımlarda TE modülün katkısı ihmal edilecek kadar az iken homojen olmayan koşullarda PV-TE sistemdeki sıcaklık dağılımları arasındaki farkının PV sistemden daha az olması hem PV hem de TE modülde bir miktar güç artışı sağlamaktadır. Termal modelde ise PV-TE kesitinde PV modüllerin arka kısmında sıcaklık artışının 42.5 ⁰C'lere ulaştığı gözlemlenmiştir. TE modülün soğuk tarafının deneysel verilere yakın olduğu gözlemlenirken sıcak tarafında 4-5 ⁰C fark oluştuğu görülmüştür. CPVT sistemde ise çift yüzeyli CPVT sistem için sonlu hacimler metodu geliştirilmiştir. Standart ve önerilen sistemin su ve R134a akışkanları için farklı akışkan giriş sıcaklığında elektriksel ve termal performansı değerlendirilmiştir. Önerilen çift yüzeyli CPVT sistem; standart sisteme göre üst yüzey sayesinde yaklaşık %26 daha fazla güç üretmektedir. Böylece güneş enerjisinin daha etkin kullanımı gerçekleştirilmektedir.
Şebekeden bağımsız güneş enerjisi ve hidrojen enerjisine dayalı hibrit elektrik/sıcak su üretim sisteminin modellenmesi ve analizi
Bu tez çalışmasında İzmir ilinde şebekeden bağımsız bir evin elektrik ve sıcak su ihtiyacının karşılanması amaçlanmıştır. Bu amaçla öncelikle 300 m2 taban alanına sahip 5 kişilik bir ailenin yaşadığı iki katlı bir ev tasarlanmıştır. Dinamik analizlerin yürütülmesi ve sistem bileşenlerinin modellenmesi amacıyla İzmir iline ait meteorolojik veriler elde edilmiştir. Bir yıl boyunca kesintisiz olarak elektik ve sıcak su ihtiyacının karşılanması amacıyla güneş-hidrojen enerjisine dayalı hibrit bir sistem tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem temel olarak, PV/T panel, batarya, PEM elektrolizör, hidrojen depolama tankı, PEM yakıt pili ve sıcak su depolama tankından oluşmaktadır. Tasarlanan sistemin her bir bileşeni için MATLAB ortamında 0-D matematiksel modeller oluşturulmuş, oluşturulan matematiksel modeller literatürde bulunan mevcut çalışmalar ile doğrulanmıştır. Modelleme ve doğrulama çalışmaları tamamlanan sistem elemanlarının birbirine entegrasyonu için enerji yönetim stratejisi geliştirilmiştir. Geliştirilen enerji yönetim stratejisine göre bir yıl boyunca kesintisiz olarak elektrik ve sıcak su sağlamak amacıyla sistem bileşenlerinin minimum kapasiteleri/sayıları belirlenmiştir. Yapılan dinamik analiz sonuçlarına göre 139 adet PV/T panel, 110 adet batarya, 13 adet PEM-FC ve 126 kg kapasiteli hidrojen depolama tankı (30 adet) kullanılması durumunda evin elektrik ihtiyacı bir yıl boyunca kesintisiz olarak karşılanmaktadır. Evin sıcak su ihtiyacı ise sıcak su depolama tankı ile karşılanmaktadır. Sıcak su depolama tankı ile sıcak su ihtiyacının karşılanamadığı durumlarda depolama tankı çıkışında bulunan yardımcı ısıtıcı ile sıcak su ihtiyacı karşılanmaktadır. Bu tez çalışmasında sıcak su ihtiyacını karşılamak amacıyla 132 litre hacminde sıcak su depolama tankı ve maksimum kapasitesi 4.13 kW olan yardımcı ısıtıcı kullanılmıştır.
Seri bağlı U-borulu vakum tüplü güneş kolektöründe TİO2/su nanoakışkanı kullanımı
Dünyadaki nüfus artışı, endüstriyel ve teknolojik gelişmeler gibi nedenlerle her geçen gün artan enerji talebi, fosil yakıtların sınırlı olması ve çevresel olumsuz etkileri sebebiyle, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi ortaya çıkmaktadır. Güneş enerjisi, yenilenebilir enerji kaynaklarının başında gelmektedir. Birçok farklı uygulamada kullanılan güneş enerjisinin en yaygın kullanım alanlarından birisi su ısıtma sistemleridir. Güneş enerjili ısıl sistemlerin verim iyileştirme çalışmaları devam etmektedir. Mevcut çalışmalara katıkıda bulunmak amacıyla gerçekleştirilen bu çalışmada vakum tüplü U-borulu güneş kolektörlerinde nanoakışkan kullanımının kolektör verimine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. İç ortam şartlarında bir güneş simülatörü ile gerçekleştirilen ölçümlerde ısı transfer akışkanı olarak TiO₂/su nanoakışkanı kullanılmıştır. Kütlesel olarak %0.5, %1, %1.5 ve %2 oranlarında hazırlanan nanoakışkanlarla gerçekleştirilen ölçümler sonucunda, kolektör verimine sırasıyla yaklaşık %5, %7, %8 ve %10'luk bir etkisi olduğu belirlenmiştir. Suya ilave edilen TiO₂ nanopartikül oranı arttıkça kolektör veriminin arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca akışkan olarak su kullanıldığında kolektördeki ortalama akışkan sıcaklığı 38 ℃ iken basınç düşümü yaklaşık 62 kPa olarak belirlenmiştir. Nanoakışkan kullanılan sistem testlerinde ise, akışkan sıcaklığı ortalama 39.5 ℃, basınç düşümü yaklaşık 53 kPa'dır.
Isparta ili için güneş enerjisi santrali (fotovoltaik) çatı uygulamasından elde edilen saha verileri ile simülasyon verilerinin karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Günümüzde fosil kaynaklardan kaçınılıp yenilenebilir enerji kaynakları vasıtası ile elektrik enerjisi üretimi oldukça artmaktadır. Öte yandan yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde güneş enerjisi santralleri (GES) ile elektrik enerjisi üretimi öne çıkmaktadır. Bu çalışmada Isparta Borsa İstanbul Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi çatısında yer alan 15.015 kWp gücündeki GES'in gerçek saha şartlarındaki elektrik enerjisi üretim verileri ile simülasyon verileri karşılaştırılmıştır. Yapılan simülasyonda ayrıca maliyet analizi de yapılmıştır. Simülasyonda Valentin Software firmasına ait olan PV*SOL yazılımı kullanılmıştır. Öncelikle Isparta Borsa İstanbul Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi GES'ten elde edilen gerçek zamanlı elektrik enerjisi üretim verileri alınmıştır. Gerçek zamanlı üretim verileri kaydedilirken Goodwe marka inverterin kendi yazılımı olan Sems portal kullanılmıştır. Daha sonra elektrik enerjisi üretiminin gerçekleştiği GES'in tam konumu PV*SOL simülasyon yazılımında da seçilmiştir. GES'te kullanılan ekipmanlar birebir aynısı olacak şekilde seçilerek bir simülasyon yapılmıştır. PV*SOL yazılımında bir yıllık elektrik enerjisi üretim verileri kaydedilmiştir. Gerçek saha koşullarında kaydedilen elektrik enerjisi üretim verileri ile PV*SOL simülasyonundan elde edilen veriler kıyaslanmıştır. Yapılan kıyaslama sonucunda PV*SOL simülasyon yazılımının %95.7 oranında elektrik enerjisi üretim verilerini tahmin ettiği görülmüştür. Yapılan maliyet analizinde ise GES yatırım maliyetini 5.6 yılda amorti ettiği görülmüştür. Daha sonraki yıllarda ise satılan veya kullanılan elektrik enerjisinden kâr sağlandığı görülmüştür. Genel bir değerlendirme yapıldığında PV*SOL simülasyon yazılımı GES kurulumu yapılmadan önce o alanda bir simülasyonun yapılabileceği ve bu simülasyonun gerçeğe yakın değerler sunacağı görülmüştür.
Termal enerji depolamalı parabolik güneş kollektörünün termodinamik incelemesi
Bu çalışmada yenilenebilir enerji kaynaklı güneş enerji teknolojisinden biri olan parabolik oluk güneş kolektörünün Isparta şartlarında enerji üretiminin performansı incelenmiştir. Bu hedefle, öncelikli olarak parabolik oluk kolektörünün dinamik matematiksel modellemesi bilgisayar programı olan Energy Equation Solver paket programı ile yapılmıştır. Bir yıl boyunca elde edilen saatlik verilerin incelenmesi ile en yüksek ve en düşük ışınım şiddetine sahip olan aylar belirlenmiştir. Belirlenen aylar Temmuz ve Aralık ayları olmuştur. Temmuz ve Aralık ayların en iyi performans gösterdiği akışkan debisi, çıkış sıcaklığı, enerji ve ekserji verimliliklerinin parametrik incelenmesi yapılarak en iyi performans şartları Isparta ili için incelenmiştir. Karşılaştırmalar sonucu Temmuz ayında 981 W/m2 de ve 0.092 kg/s akışkan debisi ile %27.64 enerji verimliliği, %28.5 ekserji verimliliği çıkış sıcaklığı 137.2 ℃ ve faydalı enerji miktarı 5970 W olarak belirlenmiştir. Aralık ayında 388 W/m2 de ve 0.092 kg/s 'de %69.64 enerji verimliliği, %63.87 ekserji verimliliği çıkış sıcaklığı 114.5 ℃ ve faydalı enerji miktarı 2325 W olarak belirlenmiştir. Sıcak depolama tankı için de performans analizi yapılmıştır. Daha düşük depolama tank hacimleri tank içinde daha yüksek sıcaklığa yol açtığı belirlenmiştir. Aylar arasındaki sıcaklık farkı düşük depolama tankı hacimleri daha yoğundur. Tank hacmi 4 m3 de Temmuz ayında tank sıcaklığı 133.8 ℃, Aralık ayında tank sıcaklığı 110.7 ℃ olarak gözlemlenmiştir.
Impact of renewable energy on the power market
Renewable energy sources have become mainstream sources of energy as the concerns for Global Warming grow. Motivated by ambitious international objectives and strong support policies, the installed capacities of renewable energy technologies has shown a large growth in recent years. This growth has raised important questions relating to their impacts on power markets and systems. As part of State energy policies in Turkey, support for the renewable energy as a prime source has been increased. This has led a significant capacity increase in the last years, especially with wind and solar PV investments. Consequently, as in other countries, analyzing the economical impact of renewables and support schemes has become crucial. The thesis aims to show the renewables effect on wholesale electricity prices and retail costs in Turkey. The prevalent and the oldest renewable support mechanism in Turkey is feed-in-tariff (FIT) mechanism. Renewable power plants are subsidized by FIT to cover their investments costs, which are higher than conventional power plants. The incentive cost is taken from electricity retailers in Turkish market. Turkish day-ahead market (DAM) price formation method is merit-order curve which enables low marginal cost plants to produce electricity first instead of high marginal cost plants. Renewable plants with their almost zero marginal costs, enter merit-order curve from the lowest part. Thus, renewable generation replaces the conventional power plants with high marginal costs and decreases wholesale prices, which is called merit-order effect in literature. In this thesis, Turkish electricity market hourly data which belongs to 2014-2017 period is analyzed using a multiple linear regression model. The ex-post analysis explains renewables under FIT mechanism and other main variables effect on historical spot prices. FIT portfolio in Turkey consists of wind, solar, hydropower, geothermal, and biofuel renewable sources. By using regression coefficients of renewables and demand, the model calculates merit-order effect of renewables which belong to FIT portfolio. Then, the merit-order effect is compared with historical FIT costs to find net cost effect of renewables. For the examined term, analysis shows that merit-order effect is less than FIT cost. That means, renewables step-down effect on wholesale prices are less than FIT cost so increases the total retail cost in the period. The calculations show that renewables increased total retail costs by 5.3 billion TL between 2014 and 2017. The thesis calculates main cost components of retailing the power: commodity, FIT, profile and imbalance costs. To show the increasing FIT cost impact on retailers, retail costs in the investigated period are compared with national retail electricity tariff prices which determines an upper limit for retailer prices. It is found that, in 2017 the national retail tariff prices are not high enough, which caused in diminishing retail sales gross margin. Regulation of FIT and other renewable support mechanisms are also explained in the thesis. The regulation of FIT cost calculation method is applied with 2017 realized FIT cost input data such as generation of renewables, FX rates, spot prices. Recalculated monthly FIT costs are found similar to realize the FIT costs. The 2017 FIT calculation model is also used to show USD/TRY exchange rate and renewable generation technologies mix effect on the FIT costs. FIT cost dependency on FX rates makes them unpredictable and volatile. Therefore, some electricity retailers, who work with limited sales margin, make loss because of volatile FIT costs. Thus, a significant part of eligible electricity customers switched to regulated authorized retail company portfolios. Consequently, the belief in private markets is reduced. Policy makers need new actions to rebuild the trust.
A new sustainable index model assessment for solar energy systems
The energy produced from the solar panel is, in principle, related to the incoming solar irradiation. However, there may be several parameters affecting the efficiency of the solar energy systems such as the climatic factors (i.e. the relative humidity, cloudiness, etc), the environmental and land use (i.e. air quality, topographic properties, etc), and the socio-economic indicators (i.e. energy demand, human development index, the transmission lines, etc). In this study, a new methodology was established to interpret the effect of such factors on the sustainability of the solar energy system comprehensively. To this end, the methods of multi-criteria decision analysis (MCDA), namely PROMETHEE and VIKOR, were employed to evaluate the solar energy potential for each province of Turkey. First, a total of 28 different indicators were gathered from several reliable and publicly available data sources. These indicators were categorized into 3 main dimensions such Environmental and Land-Use related parameters (ELU), Technological and Meteorological-Related parameters (TME), and Energy Demand-Related parameters (EDM). MCDA methods were then applied to sort the responses of provinces with the indicators in each dimension. Also, all parameters as a whole were studied with MCDA methods. A number of scenarios were created to understand the effects of the classification of the indicators in the dimensions on the overall ranking process. A new sustainability index (SI) was proposed for quick assessments of these indicators. The results from the analyses indicate that any ranking arranged with only using solar radiation values may be insufficient for a holistic evaluation. In addition, the proposed SI was regarded as a good indicator to combine the outranking results when the importance of the selected criteria on the overall results is unknown. To conclude, the proposed approach has a promising feature to be extended to assess the sustainability of other clean energy systems such as hydropower and wind energy for further studies.
Güneş enerjisi santralleri için gerçek zamanlı meteorolojik veri izleme sisteminin geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında, güneş enerjisi santralleri için uzaktan gerçek zamanlı veri izleme sistemi tasarlanmıştır. Sistemin tasarımında Raspberry Pi cihazıyla birlikte Bosch BME280 sıcaklık, basınç ve nem sensörü, Sharp GP2Y1010AU0F toz sensörü ve Apogee SP-110 güneş ışınım sensörü kullanılmıştır. Raspberry Pi 3 cihazında kullanılan sensörler aracılığıyla alınan veriler, sistemde kullanılan Microsoft Azure bulut bilişim ortamına aktarılır ve daha sonra internet bağlantısı olan herhangi bir platformda görüntülenebilir. Geliştirilen sistem nesnelerin interneti (Internet of Things) tabanlı bir sistem olup gerçek zamanlı veri izleme yapılabilmesine olanak vermesi açısından ayrıca önemlidir. Geliştirilen sistemden elde edilen veriler, tutarlı olup olmadıklarının kontrol edilebilmesi amacıyla Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü meteoroloji istasyonundan alınan verilerle karşılaştırılmıştır. Toplamda elde edilen 15 farklı saat aralığındaki veri grupları incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda geliştirilen sistemden elde edilen sıcaklık verilerinde %1'lik, nem değerlerinde %5,6'lık, basınç verilerinde %0,07'lik ve güneş ışınım değerlerinde %0,38'lik farklılıkların olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca sistemden elde edilen ve ortamın toz yoğunluk durumunun gösterildiği verilerin ortalaması 117,71μg/m^3 olarak ölçülmüştür.
Yenilenebilir enerji kaynakları açısından Malawi'nin güneş enerjisi potansiyeli üzerine bir değerlendirme
Malawi'de kapsamlı bir büyüme ve sürdürülebilir kalkınmanın görülmesi için elektriğe büyük ölçüde erişim sağlanması gerekmektedir. Şu anda 18 milyonluk nüfusun ancak %9'una elektrik hizmeti verilmektedir. Yenilenebilir enerji, tüm ülkelerin sürdürülebilir kalkınması için büyük bir fırsattır. Bu çalışma Malawi'deki güncel enerji talebini ve tedariğinideğerlendirmekte, büyük enerji kaynaklarını, onlarınhâlihazırdaki kullanım durumunuve bununla birlikte, ülkenin elektrik tedariğine potansiyel katkılarını incelemektedir.Aynı zamanda Malawi'nin coğrafi konumunu ve bu konum sebebiyle nasıl yıl boyunca büyük ölçüde güneş ışığına maruz kaldığını tartışmakta ve son olarak güneş enerjisinin kullanımı ile enerji tedariğine karşı olan güçlükleri yenmek için uygulanması gereken stratejileri tanımlamaktadır. Bu çalışma, Malawi Meteoroloji Departmanı'ndan elde edilen küresel günlük radyasyon yoğunluğu ve hava sıcaklığıkayıtlarına ek olarak; Uluslararası Enerji Ajansı IRENA'nın 1984-2015 yılları arasında yürüttüğü bir çalışmanın önemli analizlerini içeren ikinci el verileri kullanarak, potansiyel bir güneş enerjisi santralinin, Net Şimdiki Değer Yöntemi ve RETscreen analiz programı ile hesaplanmış tahmini finansman maliyetini sunmaktadır.Analiz sonuçları Malawi'nin yıl boyunca muazzam ölçüdegüneş ışığıaldığını ve ortalama hava sıcaklıklarının büyük ölçekli bir güneş enerjisi projesinin yapılması için elverişli olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, makale sürdürülebilir sosyal ve ekonomik büyümenin bir önkoşulu olan yeterli ölçüde modern enerji tedariğinin sağlanması için kullanılabilecek stratejilerin altını çizmektedir.
PSO kontrollü dört fazlı ınterleaved arttıran dönüştürücü tasarımı ve analizi
Fotovoltaik (PV) sistemler, güneş enerjisini ışıma yoluyla elektriğe dönüştürerek yenilenebilir enerji üretiminde önemli bir rol oynar. Bu sistemlerin verimli çalışmasını ve maksimum güç çıkışı üretmesini temin etmek için Maksimum Güç Noktası Takibi (MGNT) algoritması kullanılması esastır. MGNT'yi optimize etmek için birçok algoritma geliştirilmiştir ve bunlardan biri, sürü zekâsından esinlenen Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritmasıdır. Arttıran dönüştürücüler, PV panellerinin gerilim ve akım çıkışını artırmak değişken ışıma şiddetlerine ve sıcaklık değerlerine uygun şekilde düzenleme yaparak PV panellerin maksimum güç noktasında çalışmasını sağlar. PSO algoritmasının yanı sıra, klasik çalışmalardan farklı olarak tez çalışmasında dört fazlı interleaved arttıran dönüştürücü kullanılmıştır. Anahtarlama elemanlarının fazlar arasında farklı çalışması olanağını sunan bu teknoloji sıradan topolojilere göre çok daha yüksek güçleri anahtarlamaya olanak sağlamaktadır. Simülasyonlar ve deneysel doğrulamalar, önerilen entegrasyonun sahip olduğu tekrarlı görev periyodu kontrolü ve hassas güç ölçümü sayesinde geleneksel MGNT tekniklerinden daha iyi performans gösterdiğini göstermektedir. Bu özellikler vasıtasıyla, değişken ışıma şiddetlerinde ortalama %98 verimde kararlı bir algoritma ile dört fazlı interleaved arttıran dönüştürücü kontrolü sağlanmıştır.
Bina enerji modellemesi yöntemiyle konut yapısı enerji analizi: Ankara Yeşiltepe yapı kooperatifi örneği
Teknolojik gelişmeler, üretim hızını artırırken enerji kaynaklarının hızla tükenmesine ve çevresel etkilere yol açmaktadır. Bu nedenle enerji etkin yapı tasarımı, sürdürülebilir bir çevre için önemlidir. Enerji etkin yapı tasarımında yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek, iklime uygun ve pasif iklimlendirme prensiplerine uygun tasarım yapmak, dönüştürülebilir malzemeler kullanmak, yerel malzemeleri tercih etmek önemlidir. Nüfusun hızla artışıyla birlikte konut ihtiyacı da hızla artarken, konutlarda enerji etkin tasarım önlemleri almak gereklidir. Konut tasarımında güneş ışığından faydalanarak ısıtma, soğutma ve aydınlatma enerji yükünü azaltacak kararlar alınmalıdır. Enerji etkin yapı tasarımında, yapı sektöründeki teknolojik gelişmelerden faydalanılmaktadır. Yapı Bilgi Modellemesi (BIM) ile yapıların inşaat ve işletme süreçleri sanal ortamda simüle edilmektedir. Bina Enerji Modellemesi (BEM) ise BIM modeline enerji verilerini yükleyerek oluşturulmaktadır. BEM, bina geometrisi, iklim verileri, yapı malzemeleri ve mekanik-elektriksel sistemlerin analizini gerçekleştirerek enerji performansını en iyi şekilde değerlendirmektedir. Çalışmanın amacı, enerji etkin olmayan mevcut konut yapılarının enerji performansını analiz etmek ve enerji etkin iyileştirme yöntemleri önermek için BEM yöntemiyle simülasyon yazılımlarını kullanmaktır. Çalışma kapsamında seçilen Ankara Yeşiltepe Yapı Kooperatifi 1. bloka ait geometri, iklim, konum, aktivite, mekanik ve elektrikli sistemler gibi veriler BEM yöntemiyle modellenerek enerji analizi yapılmıştır. Güncel durumun enerji analizinde ortaya çıkan sonuçlar neticesinde enerji etkin iyileştirme senaryoları kurgulanarak teker teker bu senaryoların güncel durumla karşılaştırılması yapılmıştır. Son olarak ise bütün iyileştirme senaryoları uygulanarak yapıda ne kadarlık bir enerji verimliliği sağlandığı ortaya konmuştur. Yapılan çalışmada alınan önlemler ile ısıl konfor koşulların iyileştirilebileceği, ısıtma enerji tüketiminin büyük ölçüde azaltılabileceği, fotovoltaik panellerin kullanımıyla alternatif elektrik enerjisinin binaya entegre edilerek aydınlatma gibi enerji yüklerinin karşılanabileceği ortaya konmuştur.
Paketlenmiş gözenekli bir yatakta duyulur ısıl enerji depolamanın sayısal olarak incelenmesi
Isıl enerji duyulur ısı, gizli ısı ve kimyasal enerji olarak termal enerji depolama sistemlerinde (TES) depolanabilmektedir. Duyulur ısı formunda enerji depolamada enerji malzemenin fazında değişiklik olmadan katı ve sıvı ısıtılarak ve soğutularak depolanabilir ve sistemden çekilebilir. Paketlenmiş yatakta duyulur ısıl enerji depolama sistemleri, paketlenmiş katı malzeme ve boşluktaki akışkandan oluşmaktadır. Enerji gözenekli ortamda depolanmaktadır. Gözenekli ortamın türü ve gözeneklilik değeri paketlenmiş yatak ısıl enerji depolama sistemleri için çok önemlidir. Bu tez çalışmasında paketlenmiş yatakta duyulur ısıl enerji depolama sistemi sayısal olarak analiz edilmiştir. Paketlenmiş yatak teknolojisinin kullanıldığı gözenekli ortam, ısı transferi akışkanı olarak havadan ve ısıl enerji depolama malzemesi olarak çelik, cordierite ve kaya parçasından oluşan bilyelerden oluşmaktadır. Bu malzemeler yüksek sıcaklıkta ısıl depolama için uygundur. Korunum denklemleri ANSYS Fluent programı kullanılarak çözülmüştür. Gözenekli ortamda ısı transferi için ısıl dengede olmayan sistem kullanılmıştır. Analizler zamana bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Akışkanın ısıl fiziksel özellikleri sıcaklığa bağlı değişirken, katının ısıl fiziksel özellikleri sabit kabul edilmiştir. Sonuçlarda çeşitli malzemelerin, debinin ve gözenekliliğin depolanan enerji miktarı ve depolama süresine üzerindeki etkisi verilmiştir.
A new approach to increase energy efficiency of luxury high-rise residential buildings through an advanced facade component
Researches on reducing building originated yearly energy demand is one of the top issues in every country. Global warming threatens the life of all species and the Earth. One of the top reasons of global warming is greenhouse gases sourced by buildings. There are crucial developments in EU in order to provide energy efficiency in buildings. The most important improvement in EU is EPBD – Energy Performance of Buildings Directive and its enforcements. There are obligatory articles for Member States to provide performance improvement in new and existing buildings. Turkey as a member state candidate follows the developments in EU and therefore the enforcements of EPBD. Building energy performance has a high level of importance since Turkey is heavily foreign-dependent in terms of energy sources. So, improving building energy efficiency will provide reduction in required energy amount. Since, the developments in EU are followed in Turkey, EPBD 2010/31/EU became the lead document to direct Turkish building energy policy. According to EPBD 2010/31/EU, until 2020 overall greenhouse gas emmission will be at least 20% below 1990 levels, Union's energy consumption will be 20 % reduced and in this obligation the renewable energy use portion will be increased. This is a very clear enforcement. Turkey took this Directive as a base and National Energy Efficiency Action Plan was prepared. In accordance with this plan, the same obligation is valid until 2023. So, until 2023 energy consumption will be reduced 20% together with increasing renewable energy portion in Turkey. The Directive presents a methodology framework in order to provide this article. Basically, reference buildings should be defined, energy efficiency measures for reference buildings should be defined, final and primary energy need of reference buildings and measures should be assesed, costs of the energy efficiency measures should be calculated. Therefore, in order to adapt this methodology a national research project supported by TUBITAK was done in Turkey. This thesis study bases on the results of that national research. The research was took place in Istanbul climate because of the variation in building typology in Istanbul. To this aim, the density of the residential buildings within existing and new buildings was considered and the pilot building type was selected as residential buildings. Also, the Directive suggests to start from residential buildings. Three common residential types were designated through surveys by statistical data sourced by TUIK (Turkish Statistical Institute): single family houses, standard apartments, luxury high-rise residential buildings. Within this residential building types there is one different type distinguished from the common types that is called "residence" in Turkey. In this study, as a brief explanation, this type was named as "luxury high-rise residential buildings". This building type became popular in metropolises of Turkey in the last years. That is because of the rising land prices in the city center and the varied demands of the upper-middle and upper income group. The existing samples of this residential building type meets the building envelope thermal transmittance requirements in accordance with the related standards, also meets the HVAC requirements, however still have high energy demand. As a finding of the mentioned national research project, unlike the standard residential building types, standard retrofit measures does not have an important effect on energy performance improvement of luxury high-rise residential buildings.Therefore, instead of standard measures advanced retrofit measures are suggested for this building typology. Finally, it is obvious that advanced retrofits are more effective. In this thesis study, an advanced façade retrofit was developed and investigated to be used on luxury high-rise residential buildings. According to the investigations, there are lots of research projects proposing different methods to improve the energy performance of the buildings and so to reduce the greenhouse gas emmissions in different countries. However, there is not any research specifically focuses on advanced retrofits when the standard ones are not effective for luxury high-rise residential buildings. And also, there is not any other investigation with the façade component that is proposed within this study. The approach in this thesis study offers a different perspective on building envelope retrofits by thinking the building construction as a renewable energy system itself while reaching EU's 2020 target especially to increase renewable energy portion in building construction and 2023 targets of Turkish National Action Plan. Therefore, a new exterior wall component detail that increases the solar gain and ventilation rate through façade according to the climatic conditions were proposed and theoretical investigations were concluded on example buildings to reveal if the facade detail serves for the purpose. To this aim, three case study residential buildings was chosen. The first one is an existing building, the second one is a virtual building that suits with passive design parameters and the last one is the same building with the second one with more storey. Thus, the importance of the design conditions is also revealed. In addition, in studies about adopting the methodology of EPBD 2010/31/EU or reaching EU's 2020 target, the focus is mostly only on reducing the yearly energy demand, however thermal comfort of indoor environment is a very important aspect to designate the most proper suggestions for reaching the target. Especially, in these kinds of studies while proposing a new construction component as in this thesis study, it is very important to evaluate the energy performance of the proposed component together with its effect on thermal comfort. Therefore, after energy performance analyzes, thermal comfort analyzes were done by calculating uncomfortable hours. As a conclusion, it was shown that the proposed exterior wall component detail has big potential to reduce yearly primary energy demand of luxury high-rise residential buildings in comparison to the standard retrofit actions. Additionally, in the cases with the proposed component, uncomfortable hours are less than the base cases. Moreover, Turkey is one of the representative country of Mediterranean climatic countries with a wide variety in terms of climatic conditions. Therefore, researches in Turkey would effect the applications in other Mediterranean countries as reverse. And since this building type and its variations locates also in other Mediterranean countries, the research could be a reference for potential use of the countries with Mediterranean climate. Within the scope of the thesis; in the first part the purpose of the thesis study, the unique value, literature review and hypothesis, in the second part the progress in the field of building energy efficiency both in EU and Turkey, in the third part the approach to decrease yearly primary energy demand of luxury high-rise residential buildings and comprehensive explanation of the methodology, in the forth part application of the explained approach on three case study buildings, in the fifth part discussion of the study and in the sixth part conclusion of the study take place.