100
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Mikro şebekelerde enerji verimliliğini artırmak amacıyla elektriksel yüklerin sınıflandırılması
Gelişen teknoloji ve artan küresel nüfusa bağlı olarak enerji, hayatın her alanında temel ihtiyaç haline gelmiştir. İnsanoğlunun enerjiyi kullanırken yaptığı tercihler hem çevreyi hem de canlıların yaşamını etkileyecek kadar önemlidir. Prizde bırakılan telefon şarj cihazı, tasarruf özelliği olmayan lambaların ve elektronik aletlerin kullanım tercihi, hatta açık bırakılan buzdolabı kapısı bile gereksiz elektrik tüketimine sebebiyet verdiğinden dünyanın doğal dengesinin bozulmasına neden olmaktadır. Gereksiz enerji sarfiyatı, başta iklim değişimi olmak üzere küresel ısınma ve toprağın verimsizleşmesi gibi pek çok sorunu beraberinde getirmektedir. Çevreye zararlı enerji üretimini azaltmak için sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynaklarının yanında enerji tasarrufu da önemli bir rol oynamaktadır. Enerji verimliliği, aynı işlevi yerine getirmek için daha az enerji gerektiren yöntem ve tekniklerin kullanılmasıdır. Bu tanımdan yola çıkarak denilebilir ki enerji verimliliği ve enerji tasarrufu kavramları arasında sıkı bir bağ vardır. Bina sakinlerinin enerjiyi verimli kullanmaları ve enerjide tasarruf yapmaları için, evlerde ve ofislerde sıklıkla kullanılan cihazları yakından tanımaları gerekmektedir. Güç tüketim karakteristiği tespit edilen tüketim cihazlarında enerji yönetimi kolaylaşmaktadır. Bu çalışmada, elektrik enerjisinin daha verimli kullanılabilmesi için evlerde ve ofislerde sıklıkla kullanılan 5 adet elektrikli cihaz seçilip tüketim karakteristiklerine göre sınıflandırılmıştır. Deneysel çalışmalarda, tüketim tarafında yer alan vantilatör, elektrikli çaydanlık, monitör, dizüstü bilgisayar ve yazıcının aktif ve reaktif güç tüketimleri ile akım ve gerilim harmonikleri referans alınmıştır. Ölçüm aleti olarak Hioki PW3198 güç analizörü kullanılmış ve her bir cihazdan 15 adet sinyal örneği alınmıştır. Seçilen beş cihazın farklı çalışma varyasyonları göz önüne alınarak otuz bir adet sınıf belirlenmiştir. Her sınıfta 15 adet sinyal olmak üzere toplamda 465 sinyal örneği elde edilmiştir. Özellik matrisi çıkarımında aritmetik ortalama, ortanca değer ve standart sapma fonksiyonları ile bir boyutlu yerel ikili örüntü tekniği kullanılmıştır. Sınıflandırma için son zamanlarda yaygın olarak kullanılan makine öğrenmesi algoritmaları karşılaştırılmış ve en iyi sonuçları veren beş algoritmanın performansı analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre %83.4 doğruluk oranı ile en yüksek doğruluk oranını veren doğrusal DVM yöntemi olmuştur. Öbür taraftan DVM tekniği 52.88 saniyelik süre ile sınıflandırmayı en kısa sürede tamamlayan ikinci algoritma olmuştur.
Fotokromik organik ligand katkılı fotovoltaik aygıtlar ve güneş enerji verimliliğine uyumu
Bu çalışmada organik ligantlar sentezlenerek bu malzemelerden fotovoltaik aygıt fabrikasyonu yapılmıştır. Çalışmada ilk olarak iki organik molekül sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu iki organik malzeme 6C ve 6E olarak adlandırılmış ve ayrıca iki molekülde metal kompleksin etkisini görmek amacı ile rutenyum kompleksleriylede sentezlenmiştir. Sentezlenen rutenyum kompleksleri de sırasıyla 2A ve 1A olarak adlandırılmıştır. Sentezlenen moleküllerin ilk olarak Ultraviolet – Visible Spektroskopi (UV- Vis) ölçümleri yapılmıştır. UV-Vis ölçümlerinde elde edilen verilerle yasak enerji aralığı hesaplandı ve grafiksel olarak gösterilmiştir. 6E, 1A, 6C ve 2A malzemelerin UV-Vis ölçümlerinden elde edilen absorbans pik değerleri sırasıyla 365nm, 365nm, 360nm ve 360nm olarak tespit edilmiştir. Yasak enerji aralıkları ise sırasıyla 2,7 eV, 3,12 eV, 2,82 eV ve 3,12 eV olarak hesaplanmıştır. Moleküllerin yüzey morfolojisini inceleme amacıyla termal buharlaştırma yöntemiyle cam yüzeye ince film kaplama yapıldı ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile yüzey morfolojisi incelenmiştir. 6E, 1A, 6C ve 2A malzemelerin AFM ölçümlerinden elde edilen pürüzlülük rms değerleri sırasıyla 0,55, 17,8, 1,89 ve 4,65 olarak ölçülmüştür. Daha sonra moleküllerin ara yüzey malzeme olarak kullanıldığı fotovoltaik aygıtlar termal buharlaştırma yöntemiyle hazırlanmıştır. Hazırlanan fotovoltaik aygıtların elektriksel ölçümleri karanlık ve ışık altında alınmıştır. Işık altında alınan akım ve gerilim ölçümlerinin elde edilen verilerle fotovoltaik aygıtların kimyasal yapılarına göre organik ve rutenyum kompleksleri karşılaştırmalı şekilde analiz edilmiştir. Ek olarak I-V ölçümlerinde elde edilen veriler kullanılarak malzemenin idealite faktörü, engel yüksekliği, seri direnç, şönt direnç, doğrultma oranı ve doyma akımı değerleri hesaplanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde tüm malzemelerin ışığa duyarlı olduğu ve optoelektronik aygıtların üretiminde kullanılmasının uygun olduğu ancak güneş pili teknolojisinde kullanılmasında verimli olunacağı düşünülmemektedir. Rutenyum kompleksi eklenen fotovoltaik aygıtların sonuçları incelendiğinde rutenyum molekülü ile yapılan aygıtların performansının artırdığı sonucuna varılmıştır.
Tek motorlu çift eksenli güneş takip sistemi tasarımı
Güneş enerji sistemleri, yenilenebilir enerji kaynakları arasında en çok tercih edilen ve dünya çapında büyük finansal yatırımları çeken temiz enerji kaynaklarıdır. Teknolojinin gelişmesiyle artan küresel enerji talebini karşılamak ve fosil yakıtlardan kaynaklanan karbon emisyon miktarını azaltmak için güneş enerjisi sistemlerinin verimliliğinin artırılması gerekmektedir. Güneş enerji sistemlerinde enerji hasadını ve verimliliği artırmanın en etkili yollarından biri sabit güneş sistemleri yerine güneş takip sistemleri kullanmaktır. Gün boyunca güneşi takip ederek panellere gelen radyasyon miktarını maksimum düzeye çıkaran güneş takip sistemleri, ortalama %30-40 daha fazla elektrik enerjisi üretimi sağlamaktadır. Ancak, geleneksel güneş takip sistemleri, yüksek ilk yatırım maliyetleri ve ekstra bileşen gereksinimleri nedeniyle ticari olarak tercih edilmemektedir. Güneş takip sistemlerinin yaygın bir şekilde kullanılması, bu sistemlerin basitleştirilmesine, maliyetinin düşürülmesine ve üretim kolaylığına bağlıdır. Bu tez çalışmasında sunulan TST, güneş takip sistemlerine yeni bir yaklaşım getirmekte ve asimetrik bir stant ile güneş takip sisteminin tek eksen hareketi ile güneşin iki eksende izlenebileceğini ortaya koymaktadır. TST, asimetrik stant yapısı nedeniyle gün boyunca çift eksende güneşi takip ederek sabah doğuya, öğlen güneye, öğleden sonra batıya bakmaktadır. TST, geleneksel takip sistemlerinden daha basit bir yapıya sahiptir. Bu nedenle TST'nin yatırım ve işletme maliyetleri neredeyse sabit güneş enerjisi sistemleri kadar düşüktür. Geleneksel çift eksenli güneş takip sistemleri, rüzgâr ve buz yüklerine dayanacak ağır metal yapılar ve beton temeller gerektirir. Ancak TST'nin asimetrik ayağı, DC motor yardımıyla zemin yüzeyine farklı açılarda ve konumlarda güvenli bir şekilde yerleşebilir. TST beton ve ağır metal yapılar gerektirmediği için ilk kurulumu diğer güneş takip sistemlerine göre daha kolay ve ucuzdur. Günümüzde güneş takip sistemleri sensörsüz olarak tasarlanmakta ve bu sistemler tarih ve saat bilgilerini kullanarak güneşi takip etmektedir. Sensörsüz güneş takip sistemleri, daha az teknik arızaya sahip oldukları ve daha az ekipman gerektirdiği için sensörlü güneş takip cihazlarına göre daha ucuz ve verimlidir. TST'nin güneş takip yöntemi geleneksel takip sistemlerinden farklı olduğu için TST'nin optimum eğim ve azimut açıları için yeni hesaplamalar ve testler gerekmektedir. Bu çalışmada, TST'nin yeni bir güneş izleme yöntemine sahip olması ve maksimum hasat edilen elektrik gücü için daha önce test edilmiş bir veri olmaması nedeniyle TST, LDR sensörleri kullanılarak tasarlanmıştır. Tasarlanan TST'nin performansı farklı hava koşulları altında sabit güneş paneli ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak TST, PV panellerin ürettiği elektrik enerjisini, sabit panellere kıyasla %25 ile %38 arasında artırmıştır. Bu çalışma, TST'nin yüksek enerji verimliliği, basit yapısı ve düşük maliyeti gibi çeşitli avantajları nedeniyle sabit güneş sistemlerinin yerini alma potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir.
Biyoyenilenebilir enerji tabanlı mikro şebekenin yük frekansı kontrolü için bulanık PID kontrolör
Günümüzde enerji tüketiminin giderek arttığı, çevre koruma bilincinin geliştiği ve enerji piyasalarındaki serbestleşmenin istikrarlı şekilde ilerlediği görülmektedir. Bu nedenle, yeni teknolojiler yardımı ile yenilenebilir enerji kaynaklarından (YEK) daha fazla yararlanmaya yönelik politikalar üretilmekte ve dağıtılmış üretim sistemlerine olan ilginin artması sağlanmaktadır. Mikro şebekeler, YEK'lerin şebekeye entegrasyonunda önemli avantajlar sağlayan bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. Mikro şebekelerin yapılarında bulunan YEK'lerin değişken üretim yapıları gibi bazı belirsizliklere sahip olması, bu sistemlerde frekans kararlılığını önemli problemlerden biri haline getirir. Bir mikro şebeke modeline etkin bir yük frekansı kontrolünün (YFK) sağlanması, bu sistemlerin kararlılığı ile ilgili iyileştirmelere önemli ölçüde katkıda bulunur. Bu tez çalışmasında mikro şebekede, YFK'de karşılaşılan zorlukların üstesinden gelmek için bir fuzzy oransal integral türev(PID - Proportional-Integral-Derivative) kontrolör yapısı önerilmiştir. En uygun kontrol parametre değerlerinin belirlenmesi için lig şampiyonası algoritması (LŞA), karınca koloni algoritması (KKA) ve parçacık sürü optimizasyon (PSO) algoritmaları kullanılmıştır. Aynı zamanda, fuzzy PID kontrolörünün kazançlarının en uygun değerlerinin elde edilmesi için zaman ağırlıklı mutlak hatanın toplamı (ITAE - Integral Time-weighted Absolute Error) maliyet fonksiyonu kullanılmıştır. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre, klasik PID ve fuzzy PID kontrolöre sahip sistemlerin frekans yanıtları karşılaştırıldığında üç farklı optimizasyon algoritması için fuzzy PID kontrolör daha iyi sonuçlar vermiştir. Bu sonuçlar hem frekansın zamana göre değişimleri hem de performans veri değerleriyle gösterilmiştir. Ayrıca çalışma sonuçlarında fuzzy PID kontrolörün parametre değerlerini ayarlamak için en uygun optimizasyon algoritmasının LŞA olduğu belirlenmiştir.
Doğrudan metanollü yakıt pilleri için mango çekirdeğinden elektrokatalizör hazırlanması
Katalizörler doğrudan metanollü yakıt pillerinin (DMYP) performansını direkt olarak etkileyen önemli ekipmanlardır. Uygun elektrokatalizörlerin kullanımı DMYP'lerinin verimliliğini arttırabilmektedir. Platin bazlı elektrokatalizörlerin bu işlem için yüksek verimliliğe sahip olmasına rağmen maliyetleri yüksek ve kaynakları kısıtlıdır. Bunun yanında CO zehirlenmesine maruz kalması da bir diğer dezavantajı olarak sayılabilir. Bu çalışmadan mango çekirdeğinin (MC) özütü etanol çözücü içerisinde hazırlanarak bakır metalinin üzerinde kendiliğinden biriken tek tabakalı (SAM) filmler oluşturulmuştur. Bakırın MC-SAM ile modifiye edilmesiyle elde edilen Cu/MC-SAM elektrokatalizörünün DMYP'lerde meydana gelen metanol oksidasyonuna katkısı kaplamasız bakır ile kıyaslanarak tartışılmıştır. Kaplamasız bakırın ve Cu/MC-SAM'in yüzey morfolojileri SEM, AFM ve EDX haritalama yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Elektrokatalitik aktiviteleri ve stabiliteleri, 1.0 M metanol içeren alkali çözelti ile döngüsel voltametri (CV), Nyquist eğrileri ve kronoamperometri (CA) testleri ile değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, etanol çözücü içinde MC özütünden bakır yüzey üzerinde dayanıklı ve homojen bir MC-SAM filminin oluştuğunu göstermiştir. MC-SAM filminin metanol elektrooksidasyon reaksiyonu için oldukça elektroaktif özellik sergilediği görülmüştür. Ülkemizde de yetiştiriciliği yapılan ve ekonomik değeri gün geçtikçe artan mangodan elde edilen MC, metanol elektrooksidasyon reaksiyonları için anot malzemelerinin hazırlanmasında tercih edilebilir.
Fotokatalitik malzemelerin güneş paneli verimi üzerine etkisi
Ülkeler ihtiyaç duydukları enerjiyi karşılamak için çaba sarf ederler. Ayrıca fosil yakıtların hem çevreye zararlarından dolayı hem de kaynaklarının her geçen gün tükeniyor olması nedeniyle alternatif enerji kaynaklarına yönelmektedirler. Güneş, dünyada var olan tüm enerji türlerinin kaynağıdır. Güneş enerjisi bitmeyen, temiz ve kolay erişilebilen bir enerjidir. Fotovoltaik (FV) paneller yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Artan elektrik enerjisi ihtiyacını karşılayabilmek için güneş pillerinin kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Kirlilik, güneş panellerinde verimliliği etkileyen başlıca faktörlerden biridir. Paneller dış ortamda olmaları nedeniyle kirlenirler. Böylece daha az güneş ışığı emilmekte ve bunun sonucu olarak daha az miktarda elektrik enerjisi üretilmektedir. Panellerin belirli periyotlarla temizlenmesi ilave ekonomik ve iş yükü kaybına yol açacaktır. Ayrıca temizlik için kullanılacak kimyasalların panellere zarar verebilmesi de söz konusudur. Kirin panel verimi üzerindeki olumsuz etkisini azaltmak için panellerin yüzeyi kendi kendini temizleyen fotokatalitik malzemeler ile kaplanır. Fotokatalitik yüzeylerde güneş ışığındaki ultraviyole ışınları (UV) yardımıyla oksijen ve nano partiküller oluşur. Bu partiküller, kaplama ile yüzey arasında kimyasal bir reaksiyon oluşturarak yüzeydeki kirleri parçalar ve yok eder. Bu çalışmada Bingöl İli Merkez İlçesinde (Enlem:38,8851578 Boylam:40,5072665 Rakım: 1.126 m) iki adet aynı güçte polikristal güneş panelleri aynı açıyla konstrüksiyona yerleştirilerek deneysel uygulama yapılmıştır. Bir panel titanyum dioksit (TiO2) malzemeden oluşan fotokatalitik yüzey kaplanmıştır. Diğer panelin yüzeyine herhangi bir işlem uygulanmamıştır. Panellerin kısa devre akımı ve açık devre gerilimleri her gün yaklaşık olarak aynı saatlerde ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Deney sonuçları, fotokatalitik malzemelerin panel gücü üzerine sınırlı miktarda da olsa olumlu bir etki gösterdiğini ortaya koymuştur. Özellikle yağışın olmadığı dönemlerde iki panel arasındaki güç farkı artmıştır. Kış mevsiminde ve yağışlı dönemlerde fark azalmıştır. Bu fark şubat ayında en aza inmiştir. Anahtar Kelimeler: Fotokatalitik malzeme, TiO2, panellerde kirlenme, panel verimi, panel kaplama.
Elektrikli ev cihazlarının zaman serisi özelliklerine göre belirlenmesi
Son dönemlerdeki teknolojik gelişmelere bağlı olarak yaşanan hızlı değişimler beraberinde yaşamış olduğumuz çevreyi de bu gelişmelere uyumlu olmaya itmektedir. Yaşanan bu değişimler enerji kaynaklarına olan talebi büyük bir oranda arttırmaktadır. Özellikle konutlar ve endüstride da kullanılan elektrikli cihaz sayılarının artması ve sürece adaptasyonu zorunlu kıldığı gibi elektrik enerji tüketimini de oldukça artmaktadır. Bu durum özellikle modern toplumlarda giderek artan bir enerji talebine neden olmaktadır. Ancak sınırlı enerji kaynakları nedeniyle enerjinin verimli kullanımı da kritik öneme sahiptir. Arz-talep dengesini etkili bir şekilde sağlanabilmesi, konutlardaki elektriksel yüklerin tanımlanmasına ve müdahaleci olmayan yük izleme sistemlerinin tasarımına bağlıdır. Müdahalesiz yük izleme yöntemleri (MOYİ) ile konutlarda kullanılan elektrikli cihazların kullanımı kontrol edilebilir ve kullanıcıların enerji tasarrufu için davranışları ayarlanabilir. Ev aletlerinin kontrolü ancak bu aletlerin etkin tespiti ile mümkündür. Bu çalışmada, ev aletlerini tespit etmek için kayan pencere yaklaşımı, uzun kısa süreli bellek (LSTM) ağı ve sınıflandırıcı içeren yeni bir hibrit model önerilmiştir. Geleneksel özellik çıkarımının yanı sıra önerilen bu modelde, cihaz özelliklerini belirlemek için zaman serisi özniteliklerini kullanılmıştır. Böylece her bir zaman serisi, kayan pencere tabanlı yaklaşım ile örtüşmeyen pencerelere ayrılmıştır. Her pencerenin ortalama, standart sapma, medyan ve çok ölçekli entropi değerleri hesaplanmıştır. Bu değerler birleştirilerek, derin özellik çıkarımı için LSTM ağına uygulanmıştır. LSTM ağından alınan bu derin öznitelikler ev cihazlarını tespit etmek için k yakın komşuluk (k-NN), topluluk öğrenimi (EBT) ve destek vektör makinesi (DVM) sınıflandırıcılarına uygulanmıştır. Önerilen modelin etkinliği, ev aletleri veri setinin yüksek çözünürlüklü profilleri ile test edilmiştir. Deneysel çalışmalarda, LSTM tabanlı k-NN, EBT ve DVM sınıflandırıcılarında sırasıyla %98,25, %97,81 ve %97,38 doğrulukla ev tipi cihazlar tespit edilmiştir
Çok katlı ve yay destekli triboelektrik nanogenerator tasarımı
Teknolojinin çok hızlı geliştiği günümüzde elektronik cihazlar her alana yayılmıştır. Bu cihazların kullanımı her an her yerde enerjiye gereksinimi beraberinde getirmiştir. Bu nedenle her an enerji üretebilen yeni teknolojiler aranmaktır. Bu arayışlar sonucunda bulunan Triboelektrik Nanogeneratör (TENG) enerji dönüşüm teknolojisi keşfedilmiştir. Dünyanın hemen her yerinde farklı türlerde ve küçük boyutlarda olan mekanik enerji türleri boşa harcanmaktadır. TENG boşa harcanan ortamdaki çeşitli ve küçük boyutlardaki mekanik enerjiyi toplayıp elektrik enerjisine dönüştüren bir teknolojidir. TENG iki farklı malzemenin temas etmesi sonucu elektrik enerjisi üretmeyi hedeflemektedir. Her malzeme farklı elektron ilgisine sahip olduğundan iki farklı malzeme kullanıldığı sürece elektrik enerjisi elde etmek mümkündür. Hafifliği, maliyet bakımından uygun olması, basit mekanizması, küçük boyutlarda olması, yüksek güç çıkışı gibi birçok avantaja sahiptir. Sahip olduğu bu özellikleri sayesinde TENG'ler taşınabilir elektronik cihazları beslemek için oldukça önemli enerji dönüşüm cihazlarıdır. Bu çalışmada, TENG'lerin çıkış performansını geliştirmek için silikon içerisine Al veya Ti iletken parçacıkları eklenmiş ve maksimum güç çıkışı için optimum kalınlık ve optimum katkı oranı belirlenmiştir. TENG üretiminde tribo-pozitif malzeme olarak cam fiber, tribo-negatif malzeme olarak silikon kullanılmıştır. İlk olarak, silikon içerisine ağırlıkça %2,5 oranında Al veya Ti iletken parçacıkları eklenerek elde edilen güç değerlerine göre katkılı silikonlar için kalınlık optimizasyonu yapılmıştır. Al veya Ti katkılı silikondan üretilen TENG'ler için en yüksek güç yoğunluğu 0,85 mm kalınlığında elde edilmiştir. Kalınlık optimizasyonu yapıldıktan sonra, ağırlıkça farklı oranlarda Al veya Ti iletken parçacıkları eklenerek, katkı oranının TENG'in çıktı performansına etkisi gözlemlenmiştir. Al katkılı TENG'ler için en iyi elektriksel sonuçlar ağırlıkça %2,5 oranında alınır iken, Ti katkılı TENG'ler için en iyi elektriksel sonuçlar ağırlıkça %5 oranında alınmıştır. Son olarak, en iyi elektriksel sonuçlara sahip Al veya Ti katkılı silikonların çok katlı ölçümleri yapılarak TENG'in çıkış gücü artırmak hedeflenmiştir. Yapılan çok katlı TENG ölçümlerinde, akımın katman sayısı ile orantılı bir şekilde arttığını ve paralel bağlantının doğası gereği çıkış gerilimin sabit kaldığını göstermiştir.
Diyarbakır ili için çift eksenli güneş takip sistemlerinin verim analizi
Teknolojinin gelişmesiyle artan enerji talebi ve zamanla daha önemli hale gelen çevreye duyarlılık gereksinimi yenilenebilir enerji sistemlerine olan ilgiyi artırmaktadır. Ayrıca, Dünya nüfusuyla birlikte kişi başına düşen enerji ihtiyacının artması, yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşmasını hızlandırmaktadır. Bu çalışmada, önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneşten daha verimli bir şekilde faydalanmak amacıyla iki eksende güneşi izleyebilen ve taşınabilir bir güneş takip sistemi tasarlanmıştır. Güneş takip sisteminin tasarımından önce konuyla ilgili literatür çalışması yapılmış ve konunun teorik altyapısı incelenmiştir. Güneş takip sistemini kontrolünde iki adet servo motor ve bir adet Arduino mikro işlemcisi kullanılmıştır. Güneşi anlık takip etmek için LDR dirençlerle solar göz tasarlanmıştır. Solar göz sayesinde güneşin konumu hassas bir şekilde takip edilebilmekte ve güneş ışınlarının fotovoltaik panellerin yüzeyine dik açıyla gelmesi sağlanmaktadır. Tasarlanan güneş takip sisteminin performansı farklı hava koşullarında sabit güneş sistemiyle karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, çift eksenli güneş takip sistemi sabit sisteme nazaran hava koşullarına bağlı olarak %11 ile %29 arasında daha fazla enerji üretmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçların, yakın gelecekte kurulacak olan solar sistemlerde, güneş takip sistemlerine olan ilgiyi artırmada faydalı olacağı öngörülmektedir.
Fotovoltaik sistemler için kısmi gölgeli koşullarda maksimum güç noktasının takibinde kullanılan optimizasyon yöntemlerinin performanslarının karşılaştırılması
Dünyada elektrik enerji üretiminde en çok kullanılan kaynaklar fosil yakıtlardır. Nüfus artışı ve teknolojinin gelişmesine bağlı olarak enerji talebindeki artış yakın gelecekte fosil yakıtların rezervlerinin sınırlı olmasına bağlı olarak fosil yakıtlar üzerinden karşılanamayacaktır. Bu durum alternatif yenilenebilir enerji üretim sistemleri arayışını zorunlu kılmıştır. Ayrıca fosil yakıtların çevreye verdiği zararlar ve maliyetindeki artışlar sebebiyle yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talep artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde güneş enerjisinden fotovoltaik (FV) panellerle elektrik üretimi çevreci, güvenilir ve gürültüsüz olması gibi avantajlarından dolayı ön plana çıkmaktadır. Ancak FV panellerin verimliliği çevre koşullarından önemli oranda etkilenmektedir. Bu nedenle, fotovoltaik sistemden maksimum güç elde etmek için maksimum güç noktası takibi (MGNT) teknolojisi gereklidir. Takip teknolojilerinde maksimum güç noktası elde edilmesindeki önemli stratejilerden birisi de maksimum güç noktası takip algoritmalarıdır. Bu çalışmada, sabit ışınım ve kısmi gölgeli durumlar için literatürde yer alan maksimum güç noktası takip algoritmaları incelenmiştir. Geleneksel MGNT yöntemlerinden olan klasik değiştir ve gözle, klasik artırımlı iletkenlik, ayrıca yeni kontrol stratejilerinde kullanılan değiştirilmiş değiştir ve gözle ve değiştirilmiş artımlı iletkenlik incelenmiştir. Metasezgisel yöntemlerden balina optimizasyonu, parçacık sürü optimizasyonu ve gri kurt optimizasyonu algoritmaları incelenmiştir. Sabit dağılımlı ışınım ve kısmi gölgeli durumlarında MGNT algoritmaların performansını karşılaştırmak için beş farklı senaryo geliştirilerek MATLAB/Simulink ortamında gerçekleştirilen benzetim çalışmalarıyla detaylı olarak incelenmiş ve performans sonuçları ayrıntılı bir şekilde sunulmuştur. Elde edilen benzetim sonuçlarına göre; değiştirilmiş değiştir ve gözle ile değiştirilmiş artımlı iletkenlik yöntemleri, klasik değiştir ve gözle ile klasik artımlı iletkenlik yöntemlerine göre daha üstün performansa sahip olduğu, meta-sezgisel yöntemlerin farklı kısmi gölgeli koşullar için değiştir ve gözle ile artımlı iletkenlik gibi geleneksel yöntemlere kıyasla daha iyi performansa sahip oldukları, kısmi gölgeli koşullar için balina optimizasyon algoritmasının doğruluk ve izleme süresi açısından parçacık sürü optimizasyonu ve gri kurt optimizasyonu algoritmalarına göre üstün olduğu görülmüştür.
Nanofiber tabanlı triboelektrik nanogeneratörlerin verimini artırmak için dielektrik katmanların iyileştirilmesi
Elektronik cihazlar modern yaşamda giderek yaygınlaşmakta ve bu nedenle enerjiye olan talep ve yeni alternatif enerji kaynakları arayışı sürekli artmaktadır. Triboelektrik Nanogeneratörler (TENG), mekanik hareketleri elektrostatik prensiplerle elektrik enerjisine dönüştüren ve yakın gelecekte kendi kendine çalışan elektronik cihazlarda kullanım için umut vaat eden enerji dönüştürme teknolojileridir. Günümüzde TENG'lerden elde edilen anlık güç miktarı düşüktür ve günlük hayatta yaygın kullanımları için enerji verimliliklerinin artırılması gerekmektedir. Nanofiber dielektrikler, triboelektrik etkileşimler için daha etkili temas yüzeyleri sağlayan malzemelerdir. Artan etkili yüzey alanı, yük transferini güçlendirir, böylece elektrik enerjisi üretimini geliştirir. Ek olarak, TENG'lerin triboelektrik özellikleri, belirli malzemelerin katkılanmasıyla önemli ölçüde iyileştirilebilir. Nanofiber bazlı dielektrik katmanlarda, katkılama oranları ve malzeme türleri gibi faktörleri ayarlayarak triboelektrik performansını optimize etmek ve daha yüksek enerji dönüşüm verimliliği elde etmek mümkündür. Nanofiberlerin bir diğer önemli avantajı da hafif olmaları ve bu nedenle temas sırasında yük transferini başlatmak için minimum mekanik kuvvet gerektirmeleridir. Bu avantajlar, nanofiber tabanlı TENG'lerin düşük frekanslı titreşimler veya küçük hareketler altında bile verimli çalışmasını sağlar. Bu çalışma, nanofiber tabanlı TENG'lerin verimliliğini artırmak için pozitif dielektrik katmana karpit katkısının rolünü araştırmaktadır. Deneylerde kullanılan TENG'lerde pozitif ve negatif katman olarak sırasıyla, ağırlıkça farklı oranlarda karpit katkılı PVP ve katkısız PAN kullanılmıştır. Katkılı PVP'ler ve PAN elektrospin teknolojisi kullanılarak nanofiberlere dönüştürülmüştür. Üretilen nanofiberlerin SEM ve AFM analizleri yapılmıştır. Triboelektrik özellikleri analiz etmek için değişen karpit katkı oranlarına (%1, %2,5, %5, %7,5 ve %10) sahip PVP'den üretilen TENG'lerin elektriksel ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göre ağırlıkça %2,5 karpit katkılı PVP nanofiberler kullanılarak üretilen TENG'ler en yüksek güç çıkışını vermektedir. TENG'lerin elektriksel güç çıkışı %2,5 karpit katkı oranına kadar artmakta ve sonrasında kademeli bir şekilde azalmaktadır. Bu çalışmada elde edilen bulgular, artan enerji talebine yönelik sürdürülebilir bir enerji üretim aracı olan TENG'lerin gelişimi için önemli çıkarımlara sahiptir.
Şebekeden bağımsız tek-fazlı FV evirici yapılarında iki aşamalı topolojiye sahip bir dönüştürücü içerisinde kullanılan kontrolörlerin karşılaştırılması
Son yıllarda güneş, rüzgâr, hidroelektrik, biyokütle ve biyogaz gibi temiz enerji kaynakları kullanılarak dünyadaki çevre kirliliğinin nasıl azaltılacağına yönelik birçok araştırma yapılmıştır. Bu nedenle, fosil yakıtlarının tüketimi azaltılarak hidroelektrik, güneş, rüzgâr, jeotermal ve dalga enerjisi gibi temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelinmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından en önemlilerinden birisi ve tükenmeyen tek enerji kaynağı olan güneş, hiçbir atığı olmayan temiz bir enerji kaynağıdır. İhtiyaç duyulan hemen hemen her yerde güneş enerjisinden yararlanmak mümkündür. Güneş enerjisi, sayısız avantajından dolayı birçok alanda kullanılmaktadır. Kullanım alanlarından en yaygını Fotovoltaik (FV) sistemlerdir. FV sistemler, şebekeye bağlı ve şebekeden bağımsız sistemler olarak iki gruba ayrılmaktadır. Bu çalışmada şebekeden bağımsız tek fazlı bir FV sistem incelenmiştir. Bu sistemde FV panel dizisi ile yük arasında iki güç elektroniği dönüştürücüsü bulunmaktadır. Her iki dönüştürücüde birer kontrolör ile kontrol edilmektedir. Birincisi, farklı ışınım ve sıcaklık değerleri için yükselten dönüştürücünün çıkışında elde edilen maksimum güç noktasını takip etmesi amacıyla ve ikincisi, yükün farklı değerleri için eviricinin çıkışındaki alternatif gerilimin minimum harmonik bozulmaya ve kararlı genlik değerine sahip olmasını sağlamak amacıyla kullanılmıştır. Yükselten dönüştürücünün kontrolü için üç farklı kontrol yapısı kullanılmıştır. Bunlar, geleneksel yöntemlerden değiştir ve gözle algoritması, akıllı yöntemlerden bulanık mantık yöntemi ve doğrusal olmayan yöntemlerden geri adımlamalı kontrolör yöntemidir. Evirici çıkışındaki yük değişiminde çıkış gerilimi ile istenilen değer arasındaki hatayı ortadan kaldırmak amacıyla geri adımlamalı kontrolörü kullanılarak kontrol edilmiştir. Performans karşılaştırması için şebekeden bağımsız tek-fazlı FV sistemin MATLAB/Simulink benzetimi yapılmıştır. Benzetimler kullanılarak farklı ışınım durumları ve yük değişimleri için kullanılan kontrolör yapıları karşılaştırılmış ve performans sonuçları ayrıntılı bir şekilde sunulmuştur. Benzetim sonuçları, geri adımlamalı kontrolörlü FV sistemin yüksek verimliliğe, kararlı genlikte ve düşük harmonik bozulmaların olduğu çıkış gerilimine sahip olduğunu göstermiştir.
Derin öğrenme yöntemi ile Bingöl ilinin rüzgar hızı tahmini
Enerji talebindeki küresel artış, ülkelerin yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelme ve bu kaynakları en etkili şekilde kullanma çabalarını beraberinde getirmiştir. Bu nedenle, hayatın her alanında var olan ve yaşamı kolaylaştıran teknolojik imkanların kullanılması, bu arayışta önemli bir role sahiptir. Yapılan çalışmalar, teknolojinin yenilenebilir enerji kaynaklarını etkili bir biçimde kullanabilme yeteneğini ve hatta kullanmaya başlamadan önce ne kadar enerji üretilebileceği konusunda öngörüde bulunabilme potansiyelini ortaya koymuştur. Rüzgâr hızını ve dolayısıyla rüzgârdan elde edilecek gücü tahmin edebilmek oldukça güçtür. Doğası gereği kararsızdır ve birçok parametreye bağlı olarak değişiklik gösterebilmektedir. Zaman, mevsim, sıcaklık, nem ve hava durumu gibi birçok etken rüzgâr hızını etkileyen faktörlerdir. Bu yüzden rüzgârdan üretilebilecek enerjiyi önceden doğru bir şekilde tahmin edebilmek enerji üreticileri için önemli bir konudur. Üretim planlaması için en düşük hata payı ile en iyi tahminin yapılabilmesi gerekmektedir. Günümüzde bu şartlarda rüzgâr gücü ve rüzgâr hızı tahmini yapabilecek en iyi yöntem derin öğrenme yöntemleri ile yapılan tahminlerdir. Bölgenin önceki dönemlere ait rüzgâr hızı verileri ile eğitilen derin öğrenme mimarileri ile geleceğe dair rüzgâr hızı tahminleri yapılabilmektedir. Bu çalışmada da Bingöl iline ait belli tarih aralığındaki rüzgâr hızı verileri Evrişimsel Sinir Ağı (Convolutional Neural Network-CNN) modeli ile işlenmiş ve kısa vadeli rüzgâr hızı tahmini yapılmıştır. Tez çalışmasında Bingöl Meteoroloji Müdürlüğünden alınan, Bingöl iline ait 01.01.2020 ile 01.02.2021 tarihleri arasında ölçülen rüzgâr hızı verilerini derin öğrenme yöntemleri ile işlenerek, kısa vadeli rüzgâr hızı tahmini yapılmıştır. Çalışma bölgenin rüzgâr potansiyeli hakkında ve üretilebilecek rüzgâr gücü hakkında bilgi vermektedir. Çalışma sonucunda bir derin öğrenme yöntemi olan CNN modeli, bölgeye ait geçmiş dönem rüzgâr hızı verileri ile eğitilmiş ve bölgenin gelecek zamana ait rüzgâr hızının nasıl olacağı hakkında ürettiği tahminler gözlemlenmiştir. Yapılan çalışma enerji yatırımcıları ve araştırmacılar tarafından birçok alanda kullanılmak üzere bölgenin rüzgâr potansiyeli hakkında bilgi vermektedir.
Yenilenebilir enerji kaynaklı mikro şebekelerde enerji yönetim modelinin geliştirilmesi
Endüstrideki ve teknolojideki ilerlemelere bağlı olarak artan yaşam konforu ve kentleşme beraberinde enerji tüketimini yükseltmektedir. Günümüzde elektrik enerjisinin büyük bir kısmı fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Ancak fosil yakıtların hem sınırlı kaynaklara sahip olması hem de çevre ve insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkilerinden dolayı ülkeler alternatif kaynak arayışına yönelmişlerdir. Yenilenebilir enerji kaynakları (YEK), temiz ve sınırsız kaynaklar olmaları nedeniyle fosil yakıtlara iyi bir alternatif olabilir. Ancak YEK'lerin doğası gereği kesintili ve öngörülemez olmaları nedeniyle birden çok YEK'lerin bir araya getirildiği mikro şebekeler (MŞ) daha uygun bir çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, farklı amaçlara yönelik MŞ sistemleri HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources) programı kullanılarak tasarlanmış ve performansları analiz edilmiştir. İlk uygulamada, rüzgâr hızı ve güneş radyasyonu açısından farklılık gösteren Çanakkale, Diyarbakır ve Rize illerinde, aynı yükü besleyecek şekilde fotovoltaik (FV) paneller, rüzgâr türbini (RT), dizel generatör (DG) ve batarya depolama sisteminden (BDS) oluşan hibrit bir mikro şebeke tasarımı gerçekleştirilmiştir. Rüzgar potansiyelinin yüksek olması nedeniyle, Çanakkale ili için tasarlanan mikro şebekede en düşük net bugünkü maliyet (Net Present Cost - NPC) ve seviyelendirilmiş enerji maliyeti (Levelized Cost of Electricity - LCOE) değerleri elde edilmiştir. YEK'lerin üretim payı ise %94.8 olarak gerçekleşmiştir. İkinci uygulamada, hayvancılıkla uğraşan kırsal hanelerin enerji ihtiyacını karşılamak için FV paneller, RT, biyogaz generatörü (BGG), yakıt hücreleri (fuel cell – FC), boyler ve hidrojen tanklarını (HT) içeren bir sistem analiz edilmiştir. Hayvansal atıklar değerlendirilerek yeşil hidrojen üretilmiş, üretilen hidrojen elektrik üretiminde kullanılmış ve ortaya çıkan ısı ile hanenin termal ihtiyacı karşılanmıştır. Üçüncü uygulamada, ikinci uygulamadan farklı olarak bir hane yerine bir topluluğun elektrik ve ısı ihtiyacını karşılayan bir sistem tasarlanmıştır. Bingöl ili Doğanevler köyü için tasarlanan MŞ'de diğer kaynaklara ilave olarak Arşimet burgusu (Archimedes screw turbine- AST) kullanılmıştır. Dördüncü uygulamada ise bir hibrit MŞ sistemi, HOMER yazılımı ve MATLAB bağlantısı (ML) kullanılarak optimize edilmiştir. ML stratejisi ile elde edilen veriler, HOMER'ın döngü şarjı (CC) ve yük izleme (LF) optimizasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve üstünlüğü ortaya konulmuştur.Tüm bu uygulamalardan elde edilen sonuçlar, MŞ sistemlerinin enerji arz güvenliğini sağlama, çevresel etkileri azaltma ve maliyet etkinliği açısından üstünlüğünü ortaya koymaktadır.
Bir biyogaz tesisinin enerji ve ekserji analizi yöntemiyle verimliliğinin hesaplanması
Bu çalışmada Bingöl ilinde bulunan bir biyogaz tesisinin gerçek zamanlı verileri kullanılarak enerji ve ekserji analizi yöntemleri ile termodinamiğin birinci ve ikinci yasa verimleri incelenmiştir. Biyogaz tesisi 650 m3/gün sıvı süt sığırı gübresi işleyerek mezofili şartlarda biyogaz üretmektedir, elde edilen biyogazdan da elektrik, sıcak su ve buhar enerjileri üretilmektedir. Tesis süt sığırı gübresinin yanı sıra başka hayvansal kaynaklı ve bitkisel kaynaklı atıkları da işlemektedir ancak bu atıklar değişken dönemlerde değişken miktarlarda geldiği için, yükleme planında kütlece en fazla miktara sahip ana hammaddesi olan ve her gün düzenli yüklenen süt sığırı gübresi üzerinden hesaplamalar yapılmıştır. Biyogaz tesisi dört bölümde incelenmiş bu bölümlerin her birinde bulunan tüm ekipmanların birinci ve ikinci yasa verimleri ayrı ayrı hesaplanmıştır. Tesiste 1067 kW elektrik üretim gücüne sahip dört adet biyogaz motoru ve 7000 m3 hacime sahip üç adet ana çürütücü bir adet son çürütücü reaktörü bulunmaktadır. Biyogaz tesisinin anaerobik çürütme sistemlerinde enerji dengesinde verimlerinin %90-98 arası değiştiği, biyogaz motorlu kojenerasyon sisteminin enerji dengesinde birinci yasa veriminin %70,2 olduğu ve ikinci yasa veriminin de %48,8 olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Biyogaz motorunun ürettiği güç, sıcak su enerjisi ve egzoz gazı kazanım güçleri katalog değerleri ile kıyaslanmış, gerçekleşen değerlerin katalog verileri ile %96,1 oranında benzerlik gösterdiği sonucu elde edilmiştir.
Derin öğrenme tabanlı segmentasyon yaklaşımları ile güneş panellerinin otomatik verimlilik tespiti
Dünyada enerji üretimi ve tüketimi, hızla artan nüfusla ve gelişen teknolojiyle birlikte önemli bir konu haline gelmiştir. Fosil enerji kaynaklarının hızla tükenmesi ve bu kaynakların kullanımının insan sağlığına olumsuz etkileri, karbondioksit (CO2) emisyon miktarının artmasına yol açmaktadır. Bu nedenle, günümüzde ülkeler verimli ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına yönelmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi ve yatırımlar da bu doğrultuda önemli ölçüde artmıştır. Bu kaynaklardan, enerji üretim teknolojisi hızla gelişen ve gelecek vaat eden uygulamalarından birisi olan güneş enerji sistemleridir. Bu sistemler, güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik panellerden oluşur. Ülkemiz coğrafi konumu nedeniyle yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip olup, 9.979 santral ve 10.048,512 MW kurulu güce sahiptir. Ancak, bu santrallerde bulunan fotovoltaik sistemlerin verimli çalışmasını olumsuz yönde etkileyen hücre hatası, modül hatası ve panel hatası gibi hatalar bulunmaktadır. Bu hatalar panelinin elektrik enerjisi üretme performansını düşürmekte ve verimini azaltmaktadır. Fotovoltaik sistemlerde oluşan arızaların tespiti ve teşhisi için insan gücüne ihtiyaç vardır. Fakat panellerdeki bu hataların tespiti için gereken insan gücü eksikliği ve güneş panellerinin ulaşım zorluğundan dolayı fotovoltaik sistemlerin bakım, onarım, kontrol süreleri gecikmektedir. Bu durum neticesinde hem maddi kayıplar fazlası ile artmakta hem de panellerin enerji verimliliği oldukça düşmektedir. Bu çalışmada, fotovoltaik sistemlerin verimli çalışmasını olumsuz yönde etkileyen hücre hatası (hotspot arızası) ve modül hatası (bypass diyot arızası) tespiti için derin öğrenme tabanlı segmentasyon yaklaşımlı termal kamera yardımıyla tespit ve teşhisi önerilmiştir. Önerilen bu sistemde hotspot arızasını YOLO algoritmaları ve bypass diyot arızalarını UNet algoritmasıyla verimlilik tespiti yapılmıştır. Yapılan çalışmalar doğrultusunda hotspot arıza tespiti için 4 farklı YOLO algoritmaları performansları karşılaştırılmış ve en iyi sonuç veren model belirlenmiştir. Yapılan deneyler sonucuna göre, YOLOv8x algoritmasının %88,7 özgüllük, %80,5 duyarlılık ve %83,8 mAP değerleri ile diğer modellere göre en iyi performans sonucunu vermiştir. Bypass diyot arızası segmentasyonu için farklı katman derinlikleri ve filtre sayılarına sahip dört farklı U-Net modeli uygulanmıştır. Yapılan deneysel sonuçlara göre, %87,79 AUC, %82,97 F1-Score ve %70,89 IOU değerleri ile en yüksek performans U-Net-V2 mimarisi ile elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik sistemler, hotspot arıza tespiti, bypass diyot arıza tespiti, YOLO algoritması, U-Net algoritması, görüntü işleme.
Triboelektrik nanogeneratörlerde enerji yoğunluğunu artırmak için dielektrik boyut optimizasyonu
Triboelektrik nanogeneratörler (TENG'ler), mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürme potansiyeline sahip yenilikçi cihazlar olarak son yıllarda büyük ilgi görmektedir. İnsan hareketi, rüzgâr veya dalga hareketi gibi doğal kaynaklardan faydalanarak enerji elde etme olanağı sunan TENG'ler, özellikle sürdürülebilir enerji çözümleri için umut vaat etmektedir. Küçük ölçekli uygulamalarda önemli başarılar elde edilmesine rağmen, büyük ölçekli TENG'lerin geliştirilmesi ve daha yüksek güç üretme kapasitelerine ulaşılması halen çözülmesi gereken bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Dielektrik malzemelerin boyutu ve konfigürasyonu da dahil olmak üzere, büyük ölçekli TENG'lerin performansını etkileyebilecek çeşitli faktörler bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, büyük ölçekli TENG'lerde hasat edilen elektrik güç yoğunluğunu artırmak için dielektrik malzemelerin kalınlık, yüzey alanı gibi boyutsal parametrelerini ve çok hücreli TENG konfigürasyonlarını optimize etmektir. Çalışmada pozitif dielektrik olarak cam elyaf, negatif dielektrik olarak ise yüksek tribo-potansiyeli, dayanıklılığı ve kolay erişilebilirliği nedeniyle çok amaçlı beyaz silikon kullanılmıştır. Boyut optimizasyonu aşamasında, farklı kalınlık ve yüzey alanlarına sahip dielektrikler ile TENG'ler üretilerek enerji toplama kapasiteleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Maksimum güç yoğunluğunu elde etmek için gerekli dielektrik kalınlıkları ve yüzey alanları belirlenmiştir. Daha sonra, boyutu optimize edilmiş dielektriklerin verimli bir şekilde entegre edilmesi için yatay ve dikey çok hücreli TENG konfigürasyonları incelenmiştir. Bu bağlamda, yatay ve dikey çok hücreli TENG yapıları tasarlanmış ve bu yapıların enerji üretim performansları karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, dikey çok hücreli konfigürasyonların, yüzey alanı ve kalınlık optimizasyonları ile, enerji verimliliğini önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir. Özellikle dikey çok hücreli konfigürasyonlar, elektronik cihazlar için yüksek ve sürdürülebilir bir enerji yoğunluğuna ulaşılabileceğini ortaya koymaktadır. Bu tez çalışması, TENG'lerin enerji üretim kapasitelerini artırmak için boyut ve konfigürasyon optimizasyonunun önemini vurgulamakta ve gelecekteki büyük ölçekli TENG tasarımları için önemli bir referans oluşturarak enerji üretiminde daha sürdürülebilir çözümler geliştirmeye katkı sağlamaktadır. Anahtar Kelimeler: Triboelektrik nanogeneratör, yüksek güç yoğunluğu, dielektrik katman, boyut optimizasyonu, çok hücreli TENG.
Yenilenebilir enerji tabanlı hibrit şebekelerde enerji yönetimi
Sanayi ve teknoloji alanındaki ilerlemeler, artan dünya nüfusu, şehirleşme ve insanların konfor seviyelerinin yükselmesi enerji talebini sürekli olarak artırmaktadır. Günümüzde enerji ihtiyacının büyük kısmı kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Fosil yakıtların çıkarılması, işlenmesi ve yakılması atmosfere karbondioksit (CO2) gibi büyük miktarlarda sera gazı salmaktadır. Bu gazlar küresel ısınma ve iklim değişikliğine katkıda bulunarak deniz seviyesinin yükselmesi, aşırı hava olayları ve habitat tahribatı gibi olumsuz çevresel etkilere yol açmaktadır. Ayrıca, fosil yakıtlar milyonlarca yıl süren jeolojik süreçler sonucunda oluşmuş sınırlı kaynaklardır ve bu nedenle yakın gelecekte tükenme riski taşımaktadır. Fosil yakıtların olumsuz etkilerini azaltmak ve daha temiz, yenilenebilir enerji kaynaklarına (YEK) geçiş yapmak, iklim değişikliğiyle mücadele etmek, kirliliği azaltmak ve sürdürülebilir bir gelecek inşa etmek açısından büyük önem taşımaktadır. YEK'ler, fosil yakıtlara güçlü bir alternatif sunmakla birlikte, güneş ve rüzgâr enerjisi gibi kaynaklar hava koşullarına bağlı olarak kesintili ve değişken olabilir. Bu durum, enerji arzını sürekli olarak talebe uygun hale getirmeyi zorlaştırabilir. Dolayısıyla, tek bir YEK'e bağımlı kalmak yerine, çeşitli kaynakların entegre edildiği hibrit mikro şebekelerin kullanılması daha uygun bir çözüm olacaktır. Bu tez çalışması, enerji ihtiyacını sürdürülebilir ve çevre dostu yöntemlerle karşılamaya yönelik iki farklı uygulamayı incelemekte ve yenilenebilir enerji tabanlı çözümlerin ekonomik ve çevresel avantajlarını ortaya koymaktadır. İlk uygulama, Bingöl'ün Solhan ilçesine bağlı Yiğit Harman köyünün elektrik ve ısı enerjisi ihtiyacını karşılamak amacıyla YEK'lerin etkili kullanımını incelemektedir. HOMER Pro yazılımı kullanılarak güneş, rüzgâr, biyokütle ve hidrojen enerjilerini içeren bir birleşik ısı ve güç sistemi (Combined Heat And Power-CHP) tasarlanmış ve köyün elektrik ihtiyacının tamamı ile ısı ihtiyacının yarısı bu sistemden sağlanmıştır. Ekonomik ve çevresel analizler sonucu seviyelendirilmiş enerji maliyeti (Levelized Cost of Energy-LCOE) 0.271 $/kWh, net bugünkü maliyet (Net Present Cost-NPC) değeri 739,772 $ ve yıllık CO2 emisyonu 37,958 kg olarak elde edilmiştir. Bu model, kırsal bölgelerde enerji bağımsızlığını artırmak için etkili bir örnek sunmaktadır. İkinci uygulama, Diyarbakır ilindeki şehir içi taşımacılıkta dizel ve doğal gazlı araçların elektrikli araçlara (EA) dönüştürülmesini ele almaktadır. Mevcut 933 aracın EA'lara dönüştürülmesi için tasarlanan yenilenebilir enerji tabanlı mikro şebekenin birkaç yıllık yakıt maliyetiyle kendini amorti edebileceğini ve yıllık CO2 emisyonunun (14,137 ton/yıl) mevcut araçlardan (45,540 ton/yıl) üçte birinden daha az olacağını göstermektedir. Her iki çalışma, yenilenebilir enerji kullanımının ekonomik ve çevresel faydalarını vurgulamakta ve sürdürülebilir çözümler sunmaktadır.
Fotovoltaik panel temizliğinin verim üzerine etkisi: Bingöl ili Aşağı Kaleköy yardımcı ges santrali örneği
Günümüzde artan nüfus, sanayileşme ve teknolojik gelişmeler enerji talebinde sürekli bir artışa neden olmaktadır. Bu artan talebi karşılamak için uzun yıllar boyunca fosil yakıtlar (petrol, kömür ve doğal gaz) temel enerji kaynağı olarak kullanılmıştır. Ancak fosil yakıtların sınırlı rezervlere sahip olmasının yanı sıra çevresel kirliliğe ve iklim değişikliğine neden olan sera gazı emisyonlarını artırması gibi önemli dezavantajları bulunmaktadır. Bu nedenle, sürdürülebilir bir gelecek için temiz, yenilenebilir ve çevre dostu enerji kaynaklarına yönelim kaçınılmaz hale gelmiştir. Güneş, rüzgâr, hidroelektrik ve biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) hem çevresel etkilerin azaltılması hem de enerji arz güvenliğinin sağlanması açısından stratejik bir öneme sahiptir. Bu bağlamda, yenilenebilir enerji yatırımlarının artırılması ve fosil kaynaklara olan bağımlılığın azaltılması hem ekonomik kalkınma hem de çevresel sürdürülebilirlik açısından kritik bir gereklilik olarak değerlendirilmektedir. YEK'ler arasında önemli bir yere sahip olan güneş enerjisinin toplam enerji üretimindeki payı dünya genelinde artış göstermektedir. Güneş enerjisi sistemleri, fotovoltaik (FV) paneller ve termal enerji kolektörlerinden oluşmaktadır. FV paneller güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştürürken termal enerji kolektörleri ise güneş ışığını kullanarak sıcak su veya buhar üretmektedir. Bu sistemler, çevre dostu bir enerji kaynağı olmalarının yanı sıra sürdürülebilir enerji arzı açısından da büyük önem taşımaktadır. FV panellerin verimliliği; güneş ışınımı miktarı, sıcaklık, panelin yönü ve eğim açısı, panel tipi, yüzey kirliliği, gölgeleme, inverter kalitesi, kablo bağlantıları, zamanla oluşan aşınma ve düzenli bakım gibi birçok faktöre bağlı olarak değişmektedir. Panel yüzeylerinin kirlenmesi durumunda emilen radyasyon miktarı azalmakta ve bu da çıkış gücünde düşüşe neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, FV panel yüzeylerinin temizlenmesiyle sağlanan üretim artışının ölçümlerle belirlenmesidir. Bingöl ilinde yer alan Aşağı Kaleköy Yardımcı Güneş Enerji Santrali'ndeki 199.440 panelin temizliği için, günlük 1–3 MW temizlik performansına sahip iki robot kullanılmaktadır. Yan yana bulunan ve aynı özellikteki 27'şer panelden oluşan iki dizi belirlenmiş olup, 3 aylık periyotta bu dizilerden biri her hafta temizlik robotu ile temizlenmiş, diğeri ise hiç temizlenmemiştir. Bu iki diziden de sürekli olarak akım ve gerilim ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, çıkış gücünde %7,59'a varan artışların sağlanabildiğini göstermektedir.
Damlatma ve spin coating yöntemi ile elde eilen Au/Pd/Borik Asit/Metil Kırmızısı/n-Si/Al/Ag yapıdaki schottky tipi güneş pillerinin I-V karakteristikleri
Bu çalışmada suda çözünen borik asit ve kloroform çözücüsünde çözünen metil kırmızısı ile birinin yüzeyi nano piramitleştirme için tahrip edilmiş iki numunenin arayüzeyi oluşturulmuştur. Au/Pd/Borik Asit/Metil Kırmızısı/Al/Ag yapıdaki iki numuneden yüzeyi pürüzsüz olana damlatma yöntemi ile, yüzeyi asitle tahrip edilen numuneye de spin coating yöntemi ile kaplama yapılmıştır. Fabrikasyonu tamamlanan cihazların; 300 K sıcaklığında, karanlık ortamda, 30 mW /cm², 60 mW /cm² ve 100 mW /cm² ışık şiddetlerinde ölçümleri alınmıştır. Diyot ve güneş pili parametreleri bu ölçümler ile elde edilen bilgiler ile hesaplanmış ve tablolar halinde çıkarılmıştır. Genel olarak 3 numunede diyot ve güneş pili özelliği göstermiştir. Elde edilen sonuçlara göre engel yüksekliği ve fill faktörü paralel değişim göstermiştir. Verim değeri ışık arttıkça genel olarak düşmüş, bu da aryüzeyin ışık geçirgenliğini düşürmesi olarak düşünülmüştür. Tüm numunelerde ışık arttıkça akım değeri de artmış ve gerilim üretmeye başlamıştır. Anahtar Kelimeler: Güneş pilleri, schottky güneş pilleri, diyot, organik arayüzey, spin coating, omik kontak
Homer ile yenilenebilir enerji tabanlı hibrit mikro şebeke tasarımı ve enerji yönetimi
Bu tez çalışmasında, yenilenebilir enerji kaynaklarına (YEK) dayalı hibrit mikro şebeke (MŞ) sistemlerinin, farklı tüketici gruplarının enerji ihtiyaçlarını karşılamadaki teknik ve ekonomik fizibilitesi değerlendirilmiştir. HOMER Pro yazılımı kullanılarak gerçekleştirilen çalışmada, biri şebekeden bağımsız (off-grid) kırsal alan için, diğeri ise şebekeye bağlı (on-grid) bir hastane için olmak üzere iki farklı MŞ uygulaması tasarlanmış ve analiz edilmiştir. Kırsal uygulamada; fotovoltaik (FV) paneller, rüzgâr türbini (RT), yakıt hücresi (FC), batarya depolama sistemi (BDS), hidrojen tankı (HT), konvertör ve elektrolizör bileşenlerinden oluşan bir MŞ tasarımı yapılmıştır. Güneş ve rüzgâr potansiyeli dikkate alınarak optimize edilen sistemin yıllık elektrik üretimi 117.240 kWh, net bugünkü maliyeti (NPC) 361.922 $ ve seviyelendirilmiş enerji maliyeti (LCOE) 0,464 $/kWh olarak hesaplanmıştır. Hastane uygulamasında ise enerji tüketimi yanında oksijen ihtiyacını da karşılayan hibrit bir sistem tasarlanmıştır. Bu modelde elektrolizör ile üretilen hidrojen, FC'de elektrik üretiminde, eş zamanlı üretilen oksijen ise tıbbi gaz olarak değerlendirilmiştir. Uygulama kapsamında FV, RT, FC, BDS ve HT bileşenlerinden oluşan sistemin NPC değeri 1.342.409 $, LCOE değeri ise 0,09745 $/kWh olarak belirlenmiştir. Ayrıca sistem yılda 8.372 kg hidrojen ve yaklaşık 66.460 kg oksijen üretmiştir. Sonuçlar, YEK'lere dayalı hibrit MŞ sistemlerinin teknik olarak uygulanabilir ve uzun vadede ekonomik açıdan sürdürülebilir olduğunu göstermektedir. Hastane gibi kritik altyapılarda hem enerji hem de oksijen üretimini sağlayan bu tür entegre çözümler, dışa bağımlılığı azaltarak enerji güvenliğini artırabilir. Anahtar Kelimeler: Güneş, Rüzgâr, Hidrojen, Mikro şebeke, Oksijen, CO2, NPC, LCOE
Güneş paneli ve termoelektrik jeneratörün hibrit çalışmasıyla elde edilen elektrik enerjisinin ölçülmesi
Bu çalışmada güneş panelinin arkasına termoelektrik modül yerleştirilerek hibrit bir sistem elde edildi. Bu hibrit sistemi oluşturmaktaki amaç güneş panelinin çalışmasıyla ortaya çıkan artık ısıdan termoelektrik modül yardımıyla gerilim değeri elde etmektir. Bu sayede güneş panelinin ürettiği gerilime ek olarak peltierden de bir gerilim değeri üretilmesidir. Bu hibrit sitem dört faklı aşamada kuruldu. Kurulan her bir deney düzeneğinde daha yüksek gerilime sahip sistemlerin oluşturulması hedeflenmiştir. Her bir aşamada sistemin kurulmasıyla birlikte kullanılan peltierin ortalama anlık gerilim değerleri ve her iki yüzeyin sıcaklık değeri ölçülüp anlık sıcaklık farklarının ortalama değeri bulundu. Ayrıca arduino ile yapılan multimetre ile ortalama anlık gerilim değerleri ölçüldü. Sonuç olarak artık ısı yardımıyla peltierden bir gerilim değeri elde edildi. Elde edilen gerilim değerleri birbirileri aralarında kıyaslandı. Anahtar Kelimeler: Güneş paneli, fotovoltaik etki, termoelektrik jeneratör, termo elektrik modül, peltier.
Yapay zeka yöntemleri ile rüzgar tahmini
Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde son yıllarda, elektrik enerji taleplerinin karşılanmasında yenilenebilir enerji kaynakları tercih edilmektedir. Rüzgâr enerjisi, bu enerji kaynakları arasında daha verimli olmasından dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, rüzgâr enerjisi güç sistemlerinin yönetilmesi ve işletilmesinde rüzgâr hızını doğru ve güvenilir bir şekilde tahmin edilmesi oldukça önemlidir. Ancak, rüzgâr hızının aralıklı ve durağan olmayan yapısı nedeniyle, onun modellenmesi ve tahmin edilmesini zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, rüzgâr santrallerinin planlanması ve uygulanabilirlik çalışmaları için etkili bir rüzgâr tahmini için derin öğrenme temelli iki aşamalı bir model önerildi. Bu yaklaşımda öncelikle rüzgâr hız zaman verileri, sürekli dalgacık dönüşümü ile renkli görüntüye dönüştürüldü. Daha sonra bu görüntüler önerilen evrişimli sinir ağı yardımıyla etkili bir rüzgâr tahmini gerçekleştirildi. Çalışmada, Elazığ Metroloji Bölge Müdürlüğünden alınan 2018-2019 yılları arasındaki saatlik rüzgâr hız verileri kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda, 1-saat, 2-saat ve 3-saat olmak üzere üç farklı ileri ufuk tahmini yapılmıştır. Önerilen modelin performans değerlendirilmesinde ortalama karekök hatası (RMSE), ortalama mutlak hata (MAE) ve korelasyon katsayısı (R) metrikleri kullanılmıştır. Deneysel çalışma sonuçlarına göre 1 saatlik ileri tahminlerde RMSE, R ve MAE performans değerlendirme ölçütlerinde sırasıyla 0,0615, 0,8757 ve 0,0448 başarım sağlanırken, 2 saatlik ileri tahminlerde RMSE, R ve MAE metriklerinde sırasıyla 0,0804, 0,7397 ve 0,0590 başarımın 1-saatlik ileri tahminlere göre biraz azaldığı görülmektedir. Bu durum 3-saatlik ileri tahminlerde de devamı görüldü. Tüm bu deneysel sonuçlar önerilen modelin kısa tahmin dönemleri için daha iyi bir tahmin performansı sergilediğini göstermektedir. Ayrıca daha detaylı performans analiz için AlexNet, ResNet50 ve GoogLeNet gibi 3 farklı derin öğrenme model sonuçları ile karşılaştırılmasında 1 saatlik ileri tahminde daha başarılı olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Rüzgâr Enerjisi Tahmini, Sürekli Dalgacık Dönüşümü, Evrişimli Sinir Ağı, Derin Öğrenme.
Şebekeden bağımsız çalışan güneş enerji sistemlerinde eğim açısının ekserji ve enerji verimi üzerindeki etkilerinin afyonkarahisar bölgesi şartlarında incelenmesi
Bu araştırmada, Türkiye'de Afyonkarahisar ili iklim koşullarında kurulan monokristal yapılı güneş enerji sisteminin eğim açısı, enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Öncelikle güneş enerji sistemlerinin, günümüzde ve gelecekte daha verimli kullanılabilmesi ve devamlılığının sağlanması için Yapay Sinir Ağları ile güneş ışınım şiddeti tahmini gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamada tahmin simülasyonu oluşturulup çıktı verileri ile gerçek veriler karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Sonrasında, söz konusu bölge için üretimin en verimli olduğu panel eğim açısı üzerine araştırmalar yapılmıştır. Bu araştırmalar sonucunda 32° ile 50° arasında değişen açılar arasında en uygun açı tespit edilmiştir. Güneş enerji sistemi için en uygun açı belirlendikten sonra sistemin Ocak, Şubat ve Mart ayları için enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Bu aylar arasında enerji veriminin en yüksek olduğu ay %9 ile Şubat ayı olarak belirlenmiştir. Ekserji analizleri sonucunda ise ekserji veriminin en yüksek olduğu ay %15 ile Şubat ayı olarak belirlenmiştir. Analizler sonucunda ortam sıcaklığındaki artışın ekserji verimi üzerindeki olumlu etkisi görülmüştür. Ölçümler, ampirik bağıntılar ve formüller Afyonkarahisar ili için deneysel olarak hesaplanmıştır.
Trijenerasyon santrallerinde gaz türbini giriş havası sıcaklığının elektrik üretim verimine etkisi
Bu araştırmada, trijenerasyon santrallerinde enerji üretmek için kullanılan gaz türbinlerinin, çeşitli sıcaklıklardaki türbin giriş havası ile çalışması araştırılmıştır. Günümüz dünyasında enerjinin ve enerjiyi verimli kullanabilmenin önemi gittikçe artmaktadır. Gelişen nüfus ve teknolojiler ihtiyaç duyduğumuz enerjiyi arttırmış ve bununla birlikte enerji maliyetleri ciddi seviyelere ulaşmıştır. Tüm bunlar enerjinin verimli kullanılmasının gerekliliğini ortaya koymuştur. Trijenerasyon santralleri yüksek verime sahip olması, yerinde elektrik üretimi ile hat kayıplarının önüne geçmesi ve bileşik enerji üretimi sağlaması sebebiyle konvansiyonel üretime göre daha az fosil yakıt tüketimi sağlamaktadır. Çalışmamızda trijenerasyon santralinde kullanılan Solar Turbines Taurus 60 gaz türbininin giriş havasının soğutularak elektrik üretim verimindeki artış incelenmiş olup türbin giriş havasının 41,2 °C'den 9,1 °C'ye soğutulması ile elektrik aktif güç üretiminde %30,08 artış olduğu sonucuna varılmıştır.
Hibrit (doğal ve yapay) aydınlatma sistemlerinin araştırılması ve örnek bir uygulama
Enerji taleplerinde yaşanan artış, elektrikli araçların yaygınlaşması, iklim krizi, enerji kaynaklarının günden güne azalmasından dolayı alternatif kaynaklardan verimli bir şekilde yararlanmak ve harcanmakta olan enerjiden tasarruf edilebilmesi adına yeni uygulamaların gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Aydınlatma tarafından harcanmakta olan enerjinin azaltılabilmesi için, doğal kaynaklardan yararlanılması büyük bir önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, yapay ve doğal aydınlatma sistemlerinin bir arada kullanılabilme olanakları araştırılmıştır. Oluşturulan bir sistem üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Farklı şartlar altında, kullanılabilecek olan aydınlatma teknikleri, kontrol metotları araştırılmıştır. Günışığı yoğunlaştırıcılı fiber optik aydınlatma sisteminin farklı hava koşullarında verim değerleri kayıt altına alınmış, hibrit aydınlatma sistemlerinin kontrol edebilmesini sağlayan bir otomatik kontrol sistemi tasarlanmış ve elle kontrol metotları sayesinde kişiden kişiye ve yapılacak iş durumuna bağlı olarak farklılık göstermekte olan aydınlık şiddeti değerlerinin istenilen değerlerde tutulabilmesini sağlayan bir prototip geliştirilmiştir. Son olarak geliştirilen prototipe ait detaylar ve prototip üzerinde gerçekleştirilen test sonuçları sunularak tartışılmıştır.
Güneş panellerinde meydana gelen farklı geçici durumların analizi ve modellenmesi
Bu çalışma kapsamında, güneş panellerinde meydana gelen farklı geçici durumların çeşitli güneş paneli türlerindeki tepkilerinin gözlemlenmesi amaçlanmıştır. Deneylerde 25 watt monokristal ve 25 watt perc monokristal güneş panelleri kullanılmıştır. Geçici durumlar olarak yapay gölgelenme, yağmur ve rüzgar etkileri incelenmiştir. Bu etkilerin ölçülmesi için; elektriksel değerler iki adet el tipi multimetre, güneş ışınımı solarimetre, hava hızı anemometre, ortam ve yüzey sıcaklıkları ile bağıl nem ise sıcaklık ve nem ölçer cihazı ile kaydedilmiştir. Suni rüzgar oluşturmak için vantilatör kullanılmıştır. Deneyler sonucunda, monokristal panellerin gündüz saatlerinde perc panellere göre %2,5 daha fazla gerilim ürettiği, perc panellerin ise akşam saatlerinde monokristal panellere kıyasla %330 daha fazla gerilim ürettiği gözlemlenmiştir. Panelin kurulacağı yer dikkate alındığında, yüksek güneş ışığına sahip bölgeler için monokristal panellerin, güneş ışığının düzensiz olduğu bölgeler için ise perc panellerin daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Elde edilen veriler, yapay sinir ağları (YSA) teknikleri ile modellenmiştir.
Elektrikli araçlarin şebeke yatırımına ve puant değerlerine etkisi
Elektrik enerjisine olan ihtiyacın günden güne artması, şebeke üzerinde halihazırda bir yük oluşturmaktadır. Bunlara ek olarak, yüksek güç ihtiyacı bulunan elektrikli araçların da sistem tarafından beslenmesi bazı çekinceleri de beraberinde getirmektedir. Bu tez çalışmasında, elektrikli araçların şebeke kapasitesi üzerinde oluşturabileceği etkiler yıllara göre incelenmiştir. Bu incelemeler, belirlenen pilot bir dağıtım şebekesi üzerinde OpenDSS simülasyon programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Elektrikli araç artışına göre rastgele belirlenmiş noktalara şarj istasyonları yerleştirilerek, trafo ve hat kapasite yoğunlukları gerçek bir şebeke üzerinde farklı durumlar göz önüne alınarak karşılaştırmalı incelenmiş ve sunulmuştur. Bunun sonucunda, mevcut şebeke kapasitesinin son yıllarda giderek artan elektrikli araç sayısına göre yetersiz kalacağı, puant saatinde yukarı yönlü değişimlerin olabileceği ve bu durumun yönetilememesi sonucunda elektrik kesintilerine sebebiyet verebileceği ortaya konulmuştur. Ayrıca, planlanan yeni yatırımlar için, elektrikli araçların yatırım planlamasında göz önünde bulundurulması ve puant saatte oluşacak yüksek talebin yönetilmesi gerektiği ortaya çıkmıştır.
Silisyum (Si) ve silisyum karbür (SiC) yarı iletkenlerin yükseltici tip (boost) dönüştürücü uygulamasında performans karşılaştırılması
Güç elektroniği devrelerinde anahtarlama elemanı olarak Silisyum (Si) tabanlı yarı iletkenler yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, Si tabanlı yarı iletkenler teorik sınırlarına çok yaklaşmış ve bu alandaki ilerlemeler yavaşlamıştır. Son dönemde geliştirilen geniş bant aralıklı Silisyum Karbür (SiC) yarı iletkenler, düşük kayıp, yüksek elektrik dayanımı ve yüksek sıcaklık dayanımı özellikleri ile Si yarı iletkenlerin yerini almaya başlamıştır. Bu çalışmada, 1kW gücündeki bir boost dönüştürücü tasarlanmıştır. Tasarlanan dönüştürücüde eşit akım ve gerilim seviyelerine sahip Si ve SiC tabanlı yarı iletken anahtarlar kullanılarak 10-60 kHz anahtarlama frekansı aralığında verim değerleri alınmıştır. Elde edilen deneysel değerler, LtSpice benzetim programı ile karşılaştırılmış ve sonuçların örtüştüğü görüldükten sonra LtSpice benzetim programı üzerinde 10-200 kHz anahtarlama frekansı aralığında verim ve yarı iletken kayıpları ölçülmüştür. Yapılan ölçümler ile verim, boyut ve maliyet karşılaştırması yapılmıştır. SiC yarı iletkenlerin yüksek maliyetine rağmen, toplam dönüştürücü maliyetinin daha düşük, daha verimli ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olduğu görülmüştür.
Çok boyutlu hibrit CNN-LSTM modeli kullanarak elektrik tüketim verilerinden tarife grubu sınıflandırması
Bu tez çalışmasında, elektrik tüketim verilerinden yola çıkarak tüketicilerin ait oldukları tarife grubunu tahmin eden bir model geliştirmeyi hedeflenmiştir. Akıllı şebekelerin yaygınlaşması sonucunda, enerji arz ve talebinin dengelenmesinde, maliyet etkinliğinin sağlanmasında ve tüketici davranışlarını yönlendirmede, şebeke unsurlarının doğru şekilde analiz edilmesi gerekmektedir. Bu analizler Talep Tarafı Yönetimi (DSM) gibi akıllı şebeke bileşenlerinin doğru çalışması hususunda önemlidir. Tezin başlangıç bölümlerinde enerji tüketiminin genel bir çerçevesi çizilmiş, modern toplumların ekonomik büyüme ve sürdürülebilir kalkınmasındaki önemi vurgulanmıştır. Çalışmada, yenilikçi bir yaklaşımla derin öğrenme yöntemleri ile tüketim verileri sınıflandırma yapmak amacı ile Konvolüsyonel Sinir Ağları (CNN) ve Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) modelleri önerilmektedir. CNN sayesinde zaman serilerine iki boyutlu bakış açısı ile ilişkisel özellikler artırılmış, LSTM ile uzun dönemli bağımlılıkları öğrenme yeteneği sayesinde verinin zamansal özellikler çıkarılmıştır. İki yöntem bir araya getirilerek karmaşık zaman serisi verileri analiz edilmiştir. Bu hibrit model, elektrik tüketiminde farklı tarifeler arasındaki sınıflandırmayı daha hassas ve doğru bir şekilde yapabilmektedir. Çalışmada kullanılan veri seti, Afyonkarahisar ilinden beş farklı tarife grubuna ait yıllık tüketim verilerini içermekte ve zamana bağlı olarak aktif, indüktif ve kapasitif tüketim ölçümlerini kapsamaktadır. Verilerin işlenmesi sürecinde, anormallikleri gidermek ve eksik değerleri tamamlamak için z-skoru gibi istatistiksel teknikler uygulanmış ve zaman serileri belirli bir boyuta getirilmiştir. Önerilen yöntem ile diğer derin öğrenme modelleri ile karşılaştırma yapıldığında önerilen modelin %87,83 eğitim, %82,37 test doğruluğu değerleri ile daha iyi sonuç verdiği çıkarılmıştır. Sonuç olarak, tezin bulguları, elektrik tüketimi verilerinden elde edilen sınıflandırmaların, kullanıcı davranışlarının analizinde ve tarife tahmininde yüksek doğruluk sağladığını ortaya koymuştur. Bu modelin, enerji dağıtım şirketlerinin müşteri segmentasyonu, talep tahmini ve talep tarafı yönetimi (DSM) gibi stratejik alanlarda kullanılabileceği ve akıllı şebeke uygulamalarına katkı sağlayabileceği belirtilmiştir. Tez, ayrıca, enerji planlamasının ve arz-talep dengesinin sürdürülebilir şekilde yönetilmesinde önemli bir araç olarak değerlendirilmektedir.
Güneş enerjili ev sistemleri tasarımı ve performans simülasyonu
Bu araştırma, küresel enerji talebinin sürekli artışı ve çevresel sürdürülebilirlik kaygılarının yükselişi bağlamında, yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinin ev ölçeğinde kullanım potansiyelini incelemeyi amaçlamaktadır. Bu kapsamda, Ankara ili Gölbaşı ilçesinde ikamet eden 4 kişilik bir ailenin enerji ihtiyacını karşılayacak bir fotovoltaik (PV) güneş enerjisi sistemi tasarlanmış ve bu sistemin teknik ve ekonomik fizibilitesi detaylı olarak analiz edilmiştir. Çalışmada, PVsyst yazılımı aracılığıyla tasarlanan sistemin enerji üretim kapasitesi, performans oranı ve enerji kayıpları simüle edilerek değerlendirilmiştir. Simülasyon sonuçları, sistemin yıllık enerji üretim potansiyelini sayısal verilerle ortaya koyarken, aynı zamanda sistemin enerji üretimindeki verimlilik düzeyini de göstermektedir. Tasarlanan güneş enerjili ev sisteminin teknik özelliklerinin yanı sıra, sistemin ekonomik fizibilitesi de kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bu kapsamda, PVsyst programı kullanılarak yapılan simülasyon, tasarlanan sistemin maliyet etkinliğini, yatırımın geri ödeme süresini, enerji tasarruf potansiyelini ve şebekeye elektrik satışı yoluyla elde edilebilecek potansiyel geliri değerlendirmek için kullanılmıştır. Simülasyon çıktıları, saha koşullarıyla uyumlu gerçek fizibilite analizleriyle karşılaştırılmış, böylece teorik modelleme ile pratik uygulama arasındaki olası sapmalar belirlenmiştir. Sistem tasarımında, güneş panelleri ve invertör gibi kritik bileşenler titizlikle seçilmiş, kayıp analizleri, optimum yönlendirme stratejileri ve farklı enerji tüketim senaryoları gibi faktörler dikkate alınmıştır. Ekonomik analiz boyutunda ise, sistemin maliyet etkinliği, yatırımın geri dönüş süresi, uzun vadeli yatırım getirisi ve fazla üretilen elektriğin şebekeye satılmasıyla elde edilebilecek kar potansiyeli değerlendirilmiştir. Araştırma bulguları, Gölbaşı ilçesinde güneş enerjisi sistemlerinin hem teknik performans hem de ekonomik sürdürülebilirlik açısından uygulanabilir bir alternatif enerji kaynağı olduğunu ortaya koymaktadır. Elde edilen sonuçlar, güneş enerjisi yatırımlarının bireysel ve toplumsal düzeyde benimsenmesini teşvik etmeyi ve yenilenebilir enerji projelerine yönelik somut bir yol haritası sunmayı hedeflemektedir. Bu analizler, gelecekteki enerji projelerinin daha gerçekçi ve kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine katkı sağlayacak ve bu projelerde şebekeye elektrik satışı yoluyla kar elde etme potansiyelini de dikkate alarak daha kapsamlı planlamalar yapılmasına olanak tanıyacaktır.
160 kwe ges tesisi ile pvsol programı tahmini üretim verilerininkarşılaştırılması
Bu tez çalışmasında, Yozgat İli Yerköy ilçesi Yamuklar köyünde bulunan bir mandıranın 3 adet çatısına 455 Watt gücünde 432 adet panel kullanılarak kurulmuş olan 160 kWe AC güce ve 196,56 kWp DC güce sahip olan güneş enerji santrali PVSOL programında modellenmiştir. Modelleme aşamasında tesiste kullanılan tüm ürünlerin bire bir aynısı kullanılmış olup, yerleşim planları da sahada ki mevcut durumun aynısı olacak şekilde modellenmiştir. Aralık 2023 yılında kurulumu tamamlanıp enerji üretimine başlayan bu tesisin gerçek üretim değerleri, tesiste bulunan uzaktan veri takip sisteminin mobil uygulaması yardımıyla çalışmaya dahil edilmiştir. Alınan bu gerçek üretim değerleri ile PVSOL programında simülasyon sonucu elde edilen tahmini üretim değerleri karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma 2024 yılı ilk on ay (Ocak, Şubat, Mart, Nisan, Mayıs, Haziran, Temmuz, Ağustos, Eylül, Ekim) için yapılmıştır. 2024 yılında ilk on aylık gerçek üretim değeri toplamı 240 930 kWh iken, PVSOL programında bu süreçteki tahmini üretim değeri 250 278 kWh olarak hesaplanmıştır. PVSOL programından elde edilen üretim değeri ile gerçek üretim değeri arasında %3,75 fark olduğu tespit edilmiştir. Oluşan bu farkın sebepleri irdelenmiş olup örneklemeler üzerinden bu farkların sebeplerine değinilmiştir.
Yenilenebilir enerji sisteminlerinde hibrit depolama yöntemlerinin araştırılması ve örnek bir sistem boyutlandırması
Bu araştırma kapsamında, çeşitli depolama sistemleri araştırıp, yenilenebilir enerji kaynakları için en verimli, düşük maliyetli ve çevreye en az zararlı hibrit depolama yöntemi önerilmiştir. Mevcut enerji depolama sistemleri değerlendirilmiştir. Yenilenebilir enerji santrallerinde depolama sistemlerinin uygulanması için teknik ve ekonomik gereksinimler analiz edilmiş, verimliliği artırmak için gerekli hibridizasyon kriterleri ve mevcut depolama sistemlerinin uygulamaları verilmektedir. Boyutlandırılan sistemin optimize edilebilmesi için, belirlenen kriterler ve sabit verilere uygun olarak sistem bileşenlerinin parametreleri, bir optimizasyon algoritmasıyla iteratif şekilde taranmıştır. Bu parametreler, optimizasyon algoritması tarafından tanımlanmış ve simülasyon süresince değişim gösterdikleri gözlemlenmiştir. Değişken değerlerinde belirgin bir değişiklik ve boyutlandırılan sistemin en optimum noktasına ulaşana kadar iterasyonlar devam etmiştir. Tüm optimizasyon işlemleri ve hesaplamalar MATLAB programıyla gerçekleştirilmiştir.
Çatı tipi güneş enerji santrali tasarımı, ekonomik ve çevresel analizi (Hatay ili örneği)
Çatı üstü güneş enerji santrali tasarımının ekonomik ve çevresel etkilerini incelemek amacıyla gerçekleştirilen çalışmamız, güneş enerjisi santrallerinin yerel ekonomiye katkısını ve çevresel sürdürülebilirliği değerlendirmeyi hedeflemektedir. Hatay ilinin iklim şartları ve enerji talepleri göz önünde bulundurularak çatı üstü güneş enerji santrali tasarımının ekonomik ve çevresel etkilerini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. PVsyst programının 7.4 sürümü kullanılarak gerçekleştirilen simülasyonlarla, yatırım maliyeti, elektrik üretimi ve geri dönüş süresi gibi ekonomik unsurlar üzerinde odaklanılmıştır. Çevresel analizde ise güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümünün karbon emisyonu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Tasarlanan sisteminin ömrü 25 yıl olarak varsayılmış ve simülasyon sonuçları yılda 352.043 kWh enerji üretimi, %81,20 performans oranı ve 4,2 yıl geri ödeme süreciyle çevresel ve ekonomik açıdan yüksek verimlilik sistem ömrü boyunca 3543,4 ton CO2 emisyonunun önlenmesi ve enerji fazlasının şebekeye aktarılabilmesi, projenin çevresel ve ekonomik katkılarını ortaya koymaktadır. Ayrıca, bu çalışmanın sonuçları 2023 yılında gerçekleşen Kahramanmaraş depremleri sonrası yeniden yapılanma sürecinde olan bölgeler için güneş enerjisi projelerinin tasarımı ve uygulanmasında önemli bir rehber niteliği taşımakla birlikte yeniden yapılanma sürecinin yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak Hatay örneğinde incelenmesi, sürdürülebilir yeniden yapılanma için benzer analizlerin diğer bölgeler için yapılmasına ve benzer sistemlerin uygulanmasına öncülük edebilir.
Maksimum güç noktası takibi algoritmalarının gerçek zamanlı testi için mikrodenetleyici tabanlı bir platform tasarlanması
Güneş panelleri, doğrusal olmayan karakteristikleri nedeniyle ürettikleri gücü çevresel ve yapısal birçok parametreye bağlı olarak değişken biçimde üretir. Bu gücün her durumda yüke maksimum düzeyde aktarılması, sistem verimliliği açısından önemlidir. Literatürde, değiştir ve gözle (P&O), artan iletkenlik (IC), sabit gerilim (CV) ve kısa devre akımı gibi geleneksel MPPT algoritmalarının yanı sıra gelişmiş yöntemler de sunulmuştur. Ancak çoğu çalışma yalnızca simülasyon ortamına odaklanmış, gerçek zamanlı uygulamalar sınırlı kalmıştır. Bu çalışmada, iki MPPT algoritmasının eşzamanlı testine imkân tanıyan donanım tabanlı bir platform geliştirilmiştir. Platform, 100–300 W aralığında çalışan paneller ve 400 W'lık direnç yükleriyle yapılandırılmış; panel ile yük arasına STM32F4 mikrodenetleyici kontrollü 1 kW'lık yükselten tip DC/DC dönüştürücü entegre edilmiştir. Mikrodenetleyici, dönüştürücü kontrolü yanında panel gerilimi, akımı, sıcaklığı, ışınım ve çıkış parametrelerini de ölçmektedir. MATLAB/Simulink tabanlı bir arayüzle mikrodenetleyiciyle iletişim sağlanmakta, veriler anlık izlenebilmektedir. Her algoritma için elde edilen P–V grafikleri üzerinden performans karşılaştırması yapılmıştır. P&O ve IC algoritmaları ayrı ayrı test edilmiş; P&O'nun MPP noktasına daha hızlı ulaştığı, ancak kısmi gölgelenmede yerel maksimumda takılı kalarak salınımlar yaptığı gözlemlenmiştir.
Yeni bir P&O tabanlı MPPT algoritması tasarımı ve performansının testi
Bu çalışmada, atmosfer dışı ışınım şiddetlerini kullanarak maksimum güç noktası (MPP-Maximum Power Point) takibi yapan yeni bir boz-gözle (P&O-Perturb and Observe) algoritması tasarlanmıştır. Algoritma, karmaşık güneş paneli modellerine ve matematiksel hesaplama yöntemlerine ihtiyaç duymayan bir yapıya sahiptir. Tasarlanan P&O algoritması, geleneksel P&O algoritması ile birlikte MATLAB/Simulink ortamında hazırlanmış bir platformunda test edilmiştir. Bu testlerde tasarlanan P&O algoritmasının geleneksel P&O algoritmasına göre daha küçük bozma oranıyla çalışmasına rağmen daha kısa sürede maksimum güç noktasını yakaladığı tespit edilmiştir. Önerilen P&O algoritması küçük bozma oranıyla çalıştırılabildiğinden güç kaybı azalmakta ve geleneksel P&O algoritmasına göre yüksek enerji verimliliği elde edilebilmektedir. Ayrıca güneş panelinin kısmi gölgelenmeye maruz bırakıldığı durumda önerilen P&O algoritmasının global MPP'yi yakalayabildiği görülmüştür.
Elektrikli araçlar için telemetri sistemi tasarımı
Telemetri sistemleri, bir sürecin veya sistemin uzaktan kablolu veya kablosuz olarak izlenmesi ya da kontrol edilmesinde kullanılır. Bu çalışmada elektrikli araçlar için RF tabanlı telemetri sistemi oluşturulmuş ve veri kaybını önlemeye yönelik bir kontrol algoritması tasarlanmıştır. Tasarlanan algoritmada, RF haberleşmenin kısmen veya tamamen bloke olması durumunda, gönderilemeyen veri paketlerini kalıcı hafızaya kaydederek, farklı bir taşıma frekansına otomatik geçiş yapabilen bir frekans tarama süreci yer almaktadır. Söz konusu algoritma, RF modemler üzerinden haberleşen mikro denetleyici tabanlı bir test platformu üzerinde test edilmiştir. Gerçekleştirilen deneylerden elde edilen sonuçlar haberleşmenin bloke olduğu durumlarda tasarlanan algoritmanın gönderilemeyen veri paketlerini kalıcı hafızaya kaydettiğini, taşıma frekansını kaydırmak suretiyle haberleşmenin tekrar sağlanmasının ardından gönderilemeyen verilerin yer istasyonuna gönderildiğini göstermiştir.
Algılayıcı türlerinin güneş takip sisteminde etkinliğinin araştırılması
Teknolojinin gelişmesiyle enerjiye olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Fosil yakıtların sınırlı olması alternatif enerji kaynakları aramaya teşvik etmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı artan enerji talebini karşılamada önemli bir yere sahiptir. Güneş enerji teknolojileri günümüzde sıkça kullanılmaya başlanmıştır. Güneş enerjisinden yüksek verimlilikle güç elde etmede güneş takip sistemleri gündeme gelmektedir. Bu çalışmada çift eksenli tasarlanmış üç güneş takip sisteminde aynı özellikte yerleştirilen panellerin üzerinde üç farklı algılayıcının performansları karşılaştırılmıştır. Sistemin sabit ve hareketli konumda belirli aralıklarla gerilim ve akım değerleri ölçülmüştür. Elde edilen verilere göre güneş panellerinin sabit ve hareketli konumda toplam üretimleri karşılaştırıldığında hareketli konumda sabit konuma göre; LilyPad Işık Sensörlü sistemde %36,68 oranında, SMD Sensörlü sistemde %38,42 ve LDR'li sistemde %43,58 oranında artış görülmüştür.
Hibrit dikey rüzgâr türbini tasarımı ve analizi
Yapılan bu tez çalışmasında hibrit dikey rüzgâr türbinleri üzerine tasarım ve analiz yapılmıştır. Araştırma ve incelemeler sonucunda üç farklı modelde türbin tasarımı ortaya konmuştur. Bu modellerin simülasyonlarla akış analizlerinin yapılması sonucunda en uygun olanı seçilmiş ve daha sonra da seçilen bu model için uygulama yapılmıştır. Yapılan uygulama sonucunda alınan değerlere göre türbin veriminin ve torkunun yüksek olduğu görülmüştür.
Mikroişlemci denetimli hibrit sistem tasarımı ve uygulaması
Yenilenebilir enerjinin günümüzde ve gelecekte daha verimli kullanılabilmesi ve devamlılığının sağlamayı başarabilmesi açısından yapılan bir çalışmadır. Yenilebilir enerji kaynaklı elektrik enerjisinin üretiminde hibrit enerji üretim sisteminin modelinin kurulumunun yapılması ve sistemin enerji üretimi üzerindeki etkileri analiz edilerek gerekli hesaplamalar yapılmıştır. Kurulan hibrit enerji üretim sistemi rüzgâr ve güneş enerjisinden faydalanılmıştır. Bu enerji türlerinin yetersiz kalması durumunda enerji depolama sisteminden enerji temin edilmektedir. Hibrit enerji üretim sistemlerinde enerji üretiminin devamlılığını sağlamak amacıyla mikrodenetleyici ile denetim yapılmıştır. Yükselen enerji faturaları, enerji kesintileri ve üretimin çevreye zarar vermeden yapılması açısından hibrit enerji üreten sistem, şebeke ve diğer sistemlere göre daha cazip olduğunu göstermektedir. Sisteme dâhil edilen enerji depolama sistemi sayesinde herhangi bir yük olmasa dahi sistem enerji üretmeye devam ederek enerji depolama yapacaktır. Bu sayede istenildiği zaman depolanan enerji kullanılabilir ve üretim kesintisiz bir şekilde devam etmesi sağlanmıştır. Hibrit enerji üreten sistemi kurulduktan sonra üretim değerleri izlenmiştir. Elde edilen enerji verileri değerlendirilmiştir.
Güneş ışınımı tahmini için görüntü işleme tabanlı yeni bir yaklaşım
Güneş kaynağının kesikli ve değişken yapısı, enerjinin verimli bir şekilde kullanımını oldukça zorlaştırmaktadır. Bu sıkıntıların üstesinden gelebilmek ve güneş enerjisinden etkin bir şekilde faydalanabilmek amacıyla güneş ışınımı tahmini gibi günümüze kadar farklı birçok yöntem kullanılmıştır. Bu çalışmada, gün içinde oluşan bulut hareketlerini takip ederek gelecekte gerçekleşecek bulut hareketlerini tahmin eden, ardından elde edilen bulut hareketi tahmini ve atmosfer dışı güneş ışınımı verilerin kullanılmasıyla güneş ışınımı tahmini gerçekleştiren derin öğrenme yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu kapsamda, Afyon Kocatepe Üniversitesi Güneş ve Rüzgâr Uygulama ve Araştırma Merkezine kurulan deney düzeneği aracılığıyla belirli aralıklarda toplanan gökyüzü görüntüleri ve ışınım verileri kullanılmıştır. Sıralı gökyüzü görüntülerinde bulut hareketleri Shi-Tomasi ve Lucas-Kanade yöntemleri kullanılarak takip edilmiştir. Görüntüler üzerinde bulut, gökyüzü, güneş tespitleri ise kırmızı/mavi oranı ve K-means kümeleme yönteminden oluşan hibrit bir tespit yaklaşımıyla gerçekleştirilmiştir. Son olarak, 5 dakikalık zaman ufku için 10 saniye çözünürlüklü güneş ışınımı tahminleri gerçekleştirilmiş ve yaklaşımın performansı test edilmiştir.
Fotovoltaik panellerde güç üretiminin nesnelerin interneti tabanlı gerçek zamanlı uzaktan izlenmesi ve verilerin saklanması
Bu çalışmada fotovoltaik panelden alınan belirli parametrelerin bulut teknolojisi ile saklanması ve bu parametrelerin istenilen yer ve zamanda internet üzerinden gerçek zamanlı olarak izlenebilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, bir fotovoltaik panelinden bu parametreler hakkında veriler gerçek zamanlı olarak sensörler yardımı ile alınarak Arduino kartına gönderilerek burada kontrol edilmiştir. Bu işlemden sonra veriler ESP8266 modülü aracılığıyla internet vasıtasıyla verilerin depolandığı ve istenilen zamanda alınabilen açık kaynaklı internet uygulaması olan ThingSpeak'e gönderildi. ThingSpeak arayüzünde anlık olarak herkesin takip edebileceği bu veriler internet aracılığıyla, NodeMCU kartı tarafından okunarak ona bağlı LCD ekran aktarıldı. ThingSpeak'te toplanan veriler gerçek zamanlı işlenerek, alınan verilere internetten veya LCD ekran üzerinden internet olan her yerden erişim imkanı sağlanmıştır.
Mesken Beslemesinde PV ve PEM Enerji Üretim Sisteminin Kullanımı
Bu çalışmada, güneş panelleri ve PEM yakıt hücresi kullanılarak iki farklı mesken besleme sisteminin analizi yapılmıştır. Bu analizler Loughborough-İngiltere ve Afyonkarahisar-Türkiye lokasyonlarından alınan gerçek ışınım ve kullanım verileri üzerinden gerçekleştirilmiştir. Güneş panellerinden üretilen enerji ile öncelikle son kullanıcı beslenmiştir. Enerji arz fazlalığı durumunda ise öncelikle batarya sistemleri ile sonrasında ise elektroliz cihazı devreye girerek ihtiyaç fazlası enerji depolanmıştır. Güneş panellerinin üretiminin yetersiz olduğu zamanlarda ise enerji talebinin yakıt hücresi ile karşılanması sağlanmıştır. Eğer burada üretilen enerji yetmez veya herhangi bir sebepten ötürü enerji üretilemez ise batarya sistemleri devreye girerek yüklerin beslenmesi sağlanmıştır. Böylece, yenilenebilir enerji kaynaklarından enerjisini karşılayan bir sistem boyutlandırılmıştır ve birim enerji maliyeti ise sırasıyla 208 ve 148,7 $/MWh olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, eğer şebeke tesis edilebilecek bir durum söz konusu ise Loughborough için 24,3 km ve Afyonkarahisar için de 90,7 km üzerinde bir şebeke tesis edilmesinin ise daha maliyetli bir çözüm sunduğu gösterilmiştir.
PEM yakıt hücresinin mesken besleme sisteminde kullanılması üzerine bir araştırma
Yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmanın önemi günden güne artmaktadır. Buna ek olarak elektrik enerjisinin her bir son kullanıcıya kadar ulaştırılmasında bazı fiziksel ve ekonomik anlamda zorluklar bulunmaktadır. Bu durumların aşılabilmesinde en önemli etken izole bir şekilde beslenebilen son kullanıcıyı oluşturmaktır. Bu araştırmada, şebekeden izole ve batarya destekli PEM yakıt hücresi kullanarak enerjisini sağlayan bir son kullanıcı profili, oluşturulan farklı kullanım koşulları kapsamında simülasyon ortamında incelenmiştir. Gerçekte uygulanması düşünülen sistemler simülasyon ortamına aktarılmış ve böylece son kullanıcının beslenmesi sağlanmıştır. Burada, batarya bloğunun derin deşarj ve aşırı şarjlarını önlemek adına kritik durumlar olarak belirlenen minimum %40 ve maksimum %90 şarj durumları için yakıt hücresinin devrede kalması sağlanmış ve bunlara ait simülasyon sonuçları verilmiştir. Sonrasında ise batarya destekli yakıt hücreli bir besleme sistemi için güncel fiyatlar ile ilk yatırım, işletme ve bakım maliyetlerinin analizleri yapılmış ve sonuçları tartışılmıştır.
Güneş ışınım tahmini için farklı güneşlenme durumlarını dikkate alan hibrit bir yöntem tasarımı
Dünyada sürekli artan nüfus ve gelişen teknoloji, enerji ihtiyacının sürekli olarak artmasına neden olmaktadır. Hem çevresel hassasiyetler hem de artan enerji ihtiyacını karşılamak için, temiz enerji kaynaklarının kullanımı bir zorunluluk haline gelmiştir. Güneş enerjisi bu kaynakların en önemlilerinden bir tanesi olmakla beraber, ışınımın değişken ve kesikli yapısı nedeniyle üretilecek olan enerji de değişken olmaktadır. Bu sebeple güneşten üretilecek olan enerjinin belirlenmesi ve bir üretim planlaması yapılabilmesi için öncelikle güneş ışınım değerinin doğru bir şekilde belirlenmesi gerekir. Bu çalışmada, güneş ışınımı tahmini için bulutluluk indeksine bağlı olarak tahmin modelinin seçildiği hibrit bir yöntem önerilmiştir. Çalışmada, Türkiye Meteoroloji Genel Müdürlüğünden (TMGM) elde edilen Mardin iline ait iki yıllık (2013-2014) güneş ışınım verisi kullanılmıştır. Veriler eğitim ve test olmak üzere iki bölüme ayrılmış olup, eğitim için 2013 yılı ve test için 2014 yılı güneş ışınım verileri kullanılmıştır. Tahmin edici olarak Yapay sinir ağları, NARX ağı ve Ridge regresyon yöntemleri seçilmiş ve çalışmanın ilk aşamasında eğitim verisi her üç yöntemle de modellenmiştir. Bir saat sonraki ışınım değeri modellenirken girdi olarak mevcut ışınım değeri, bir saat önceki ışınım değeri ve bir saat sonraki extraterrestrial ışınım değeri kullanılmıştır. Bulutluluk indeksi için, az bulutlu, bulutlu ve çok bulutluya karşılık gelecek şekilde üç aralık belirlenmiştir. Tahmin edici olarak kullanılan üç yöntem ile eğitim verisi modellenmiş ve her bir yöntemin belirlenen her bir bulutluluk indeksi aralığındaki başarısı incelenmiştir. Seçilen aralıklarda daha başarılı yöntemler belirlendikten sonra, bulutluluk indeksi zaman serisi yapay sinir ağları ile modellenmiştir. Sonuç olarak hibrit tahmin algoritmasında önce yapay sinir ağları ile bulutluluk indeksi tahmin edilir, sonra tahmin edilen bulutluluk indeksinin yer aldığı aralıkta en başarılı model kullanılarak gelecek güneş ışınımı değeri tahmin edilir. Deneysel sonuçlar, önerilen hibrit yöntem ile modellerin bireysel olarak kullanıldığı duruma göre daha başarılı tahminler yapıldığını göstermektedir.
Bir güneş paneli emülatörü tasarımı ve performans testi
Güneş panelleri ışınım şiddeti, ortam sıcaklığı ve yarı iletken malzeme karakteristikleri gibi parametrelere bağlı olarak enerji üretmektedir. Işınım şiddeti ve ortam sıcaklığı ise atmosferik olaylara bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Dolayısıyla güneş panellerinin ürettiği enerji de söz konusu bu parametrelere bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Güneş panelleriyle beslenen çeşitli cihazlar üzerinde yapılan ar-ge çalışmalarının eşit şartlarda test edilmesi söz konusu olduğunda güneş paneli gibi davranan özel güneş paneli emülatörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada iki emülatör tasarımı gerçekleştirilmiştir: Bunlardan ilkinde programlanabilir bir güç kaynağı kullanılmış ve tasarlanan bir arayüz ile güç kaynağının bilgisayardan kontrolü sağlanmıştır. İkinci emülatörde ise DC-DC dönüştürücü içeren ve bu çalışma için özel tasarlanmış bir kart kullanılmış ve DC-DC dönüştürücünün kontrolü yine aynı arayüzle sağlanmıştır. Arayüz programında ilk olarak panelin katalog bilgilerinden istifade edilerek bir model üretilmiş ardından modelin günlük ışınım şiddeti ve sıcaklık verileriyle çalışması temin edilmiştir. İki emülatörde aynı panel modeli ve aynı veriler kullanılarak eşit şartlarda test edilmiştir. Bu testlerde tasarlanan emülatör kartın programlanabilir güç kaynağına göre daha hızlı çalıştığı ve yapılan performans testlerinde panelin davranışını daha iyi yansıtabildiği tespit edilmiştir
Güneş ışınım şiddeti tahminine örüntü tarama tabanlı yeni bir yaklaşım
Bu tezde, sıkıştırma ve şifreleme gibi işaret işleme uygulamalarında kullanılan, örüntü tarama yöntemine dayalı çalışan Mycielski öngörücüsü, güneş ışınım şiddetini tahmin etmede kullanılmıştır. Güneş ışınım verileri öngörücü için giriş ve tahmin edilecek değerler olarak kullanılmıştır. Literatürde güneş ışınımı tahminiyle ve Mycielski yönteminin farklı uygulamalarda kullanılmasıyla alakalı birçok çalışma bulunmasına rağmen güneş ışınım şiddeti tahmininde ilk kez bu çalışmada kullanılmıştır. Güneş ışınım verisi olarak Afyonkarahisar ve Antalya Bölgesine ait 2 yıllık ve 4 yıllık güneş ışınım değerleri kullanılmıştır. Mycielski yönteminin, tahmin işlemi sırasında geçmişi aynı şekilde tekrar etmesini önlemek veya örüntü tarama sırasında hata vermesini önlemek amacıyla algoritma üzerinde iyileştirmeler yapılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında Mycielski tahmin algoritması ve iyileştirmeler hakkında bilgi verilmiş, ikinci aşamasında ise Markov yöntemiyle Mycielski yöntemi, MATLAB programında öngörü amaçlı hibrit kullanılarak yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Örüntü taramaya dayalı tahmin algoritması, literatürde mevcut olan 2 boyutlu modelleme yöntemiyle modellenmiş güneş ışınım verisi üzerinde, hataların tahmin edilmesinde kullanılarak, mevcut yöntemden daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Son aşamasında ise elde edilen güneş ışınım verileri, güneş enerjisi sistemleri tasarım ve planlama programları olan PVsyst ve PV SOL'da, 1 MW güneş enerji santrali fizibilitesi için kullanılmıştır.
Hibrit enerji üretim sisteminde üretilen enerjinin mikrodenetleyici kullanılarak denetimi ve etkinliğinin araştırılması
Bu tez çalışmasında, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümüne ait Elektrik Makinaları Laboratuvarı, Kontrol Sistemleri Laboratuvarı ve Enerji Sistemleri Laboratuvarının aydınlatılması için AR-GE amaçlı kurulan ve işletilen 1200 W'lık Rüzgâr-Güneş hibrit güç üretim sistemine ek olarak 500 W'lık yakıt pili ve 24V DC 300 Ah'lik akü grubu entegre edilerek enerjide sürekliliğin sağlanması ile birlikte hibrit enerji üretim sisteminde üretilen enerjinin denetimi ve etkinliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Rüzgâr-Güneş ve Yakıt pilinden oluşan enerji üretim sisteminin üretim ve tüketim gücünü daha verimli ve etkin bir şekilde kullanabilmek için mikrodenetleyici destekli kontrol sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanmış kontrol sisteminde enerji sürekliliğini sağlamanın yanında enerji depolama grubunun sürekli devrede kalmasını önleyerek kullanım ömrünü artırmak olacaktır. Tüketicinin talep ettiği enerji temel güç kaynağı olarak kabul edilen rüzgâr ve güneş enerjisinden karşılanamadığı durumlarda tasarlanmış olan denetleyici ile batarya grubu ve/veya yakıt pili devreye alınarak enerjinin sürekliliği sağlanmıştır. Batarya grubunun şarj kapasitesi belli bir oranın üzerine çıktığı zaman ve enerjiye ihtiyaç duyulmadığında devreden denetleyici yardımıyla çıkartılmış bu sayede gereksiz yere enerji kullanımının önüne geçilmiştir. Bununla beraber uygulamalı olarak gerçekleştirilecek sistem sayesinde kırsal bölgeler de elektrik şebekesinden bağımsız olarak enerji üretilmesi amaçlanmaktadır. Özellikle kırsal bölgelerde, elektrik şebekesinin ulaşamadığı alanlarda, çevre aydınlatması, tarımsal sulama, güvenlik sistemlerin devamlılığının sağlanması gibi bazı temel enerji ihtiyacının sağlanması düşünülmektedir. Çalışmanın birinci bölümünde tezin amacı ve kapsamı hakkında kısaca bir bilgi verildikten sonra hibrit güç sistemleri ile daha önceden yapılmış olan çalışmalara ait özet bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde; dünyada ve Türkiye'de yenilenebilir enerji kaynaklarının durumuna değinilerek, güneş ve rüzgâr enerjisi hakkında genel bilgiler verilmiştir. Sonrasında hibrit güç üretim sistemi bileşenlerinin özellikleri ve fonksiyonları anlatılmıştır. Üçüncü bölümde; hibrit güç üretim sistemi bileşenlerinin belirlenmesi için gerekli olan hesaplamalar yapılmış ve maliyetleri tespit edilerek en uygun sistem tasarlanmıştır. Dördüncü bölümde ise bulgular ve bunlara etki eden parametreler verilmiştir. Beşinci bölümde ise elde edilen sonuçlar değerlendirmiştir.
Farklı güneş panelleri ve yakıt pilinden oluşmuş enerji üretim sistemin mikro denetleyici ile otomasyonu
Günümüzde elektrik enerjisi elde edilmesinde yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgâr ve güneş enerjisi kullanılması yoğunluklu olarak tercih edilmektedir. Rüzgâr ve güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşmemiş ham enerji kaynağına ücret ödememekle birlikte sistemin ilk kurulum maliyeti olmaktadır. Elektrik enerjisi elde edilmesinde rüzgâr türbinleri kadar fotovoltaik sistemlerin en önemli parçası üzerine düşen güneş ışınlarını doğrudan elektrik enerjisine çeviren güneş panelleri yer almaktadır. Güneş panellerinin yapımında kullanılan yarı iletkenlere göre, üretmiş oldukları elektrik enerjisi ve verimlilikleri değişmektedir. Yapılan çalışmada; monokristal, polikristal ve ince film güneş panellerinden oluşmuş ve birbirinden bağımsız üç fotovoltaik sistemin üretmiş oldukları elektrik enerjisi akış kontrolü yapılmıştır. Enerjinin akış kontrolü için tasarlanan kontrol sistemi ile her bir güneş panelinin, üretmiş olduğu elektrik enerjisi, yüklerin çekmiş oldukları elektrik enerjisi, akülerin şarj-deşarj durumları izlenmiştir. Bu durumda sistemin enerji akışına uygun kontrol algoritmaları belirlenerek üretilen elektrik enerjisiyle tüketicilerin beslenmesi sağlanmış aynı zamanda akünün şarj edilmesi geçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen hibrit güneş paneli ve yakıt pilinden oluşmuş sistemde enerjinin akış kontrolü için mikro denetleyici kart ve C# yazılımı yardımıyla yapılan kontrol sistemdeki tüm veriler 10 sn aralıklarla bilgisayar ekranında kaydedilmiştir. Kaydedilen verilerin analizi yapılarak her bir güneş panelinin üretmiş olduğu enerji, uygulanan algoritmalar ile üretilen elektrik enerjisinden yararlanma oranları, aynı zamanda batarya gurubunun üzerinde biriktirdiği enerji ile tüketicilerin ne kadar beslendiği yaklaşık olarak belirlenmiştir.
The examination of geothermal residental heating system of Afyonkarahisar province
In this research, the situation of geothermal residential heating system before 2010 (AFJET-1) and after 2010 (AFJET-2) in the borders of Afyonkarahisar is evaluated. In the first phase of the evaluation, geothermal production wells, transmission line, geothermal heat center, urban distribution lines, residential heating system and reinjection system, which are the most important components of geothermal heating system, are investigated. In the second phase of the evaluation, AFJET-1 and AFJET-2 systems are compared in terms of performance, environmental and economic factors. The required information during the evaluation of AFJET-1 is obtained from Afyon Geothermal Tourism and Trade Inc. (AFJET INC.). AFJET-2 is evaluated by observing the components after investigation in place. After the evaluations, it seems that AFJET increased the number of subscribers two times, residential equivalent heating four times while operating expenses were increased two times after modernization in 2010. This situation shows that new heating system is 50% more efficient than the old one in terms of operating income and expenses.