56
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Düzenli TiO2 nanoyapıların fotoanot olarak kullanıldığı katı hal boya duyarlaştırıcılı güneş hücrelerinde yük transfer incelemeleri
PV teknolojileri günümüz enerji ihtiyacını karşılamak için bir alternatif oluşturmaktadır. Bu bağlamda üçüncü nesil güneş hücreleri arasında yer alan sDSSC'ler ucuz maliyet, kolay üretim, kararlılık gibi özelliklerinden dolayı yoğun olarak çalışılmaktadır. Bu doktora çalışması kapsamında, sDSSC'nin performansını arttırmaya yönelik foto-anot üzerindeki yük transfer mekanizmasının iyileştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Bu amaç doğrultusunda TiO2 malzemesinin gözenekli yapıya sahip olan nanokristal yapısı ve bir boyutlu kristal yapıya sahip olan nanoteller kullanılmış ve elde edilen hücrelerin optik, yapısal, morfolojik ve elektriksel karakterizasyonları incelenmiştir Güneş hücrelerinin çalışma performansının analiz edilebilmesi için arayüzlerde gerçekleşen yük transferi ve rekombinasyon gibi süreçlerin iyi anlaşılabilmesi son derece önemlidir. sDSSC'nin iç dinamiklerini aydınlatabilmek için empedans spektroskopisi önemli ve kuvvetli bir araçtır. EIS ölçümleri ile elektron ömrü, difüzyon katsayısı, difüzyon uzunluğu gibi parametreler belirlenir. IMPS ölçümleri yük transport dinamikleri, IMVS ölçümleri de elektron ömrü ve yük rekombinasyon dinamikleri hakkında bilgi verir. Bu sayede empedans spektroskopisi bir güneş hücresinde verimi belirleyen rekombinasyon oranı ve yük iletim dinamiklerinin hangi durumlarda optimize edilebileceği hakkında değerli bilgiler sağlayarak yol gösterir. Tez çalışmasında Bölüm 3.1' de, TiO2 nanokristal ile üretilen sDSSC'lerin akım-gerilim ve empedans spektroskopisi ile optimizasyonu yapılmış ve en yüksek verimli cihazların yük dinamikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile cihaz performansını belirleyen parametreler aydınlatılmıştır. Bölüm 3.2' de ise foto-anot olarak hidrotermal yöntemle farklı sürelerde sentezlenen TiO2 nanotellerin yapısal, optik ve elektronik özellikleri incelenmiştir. Nanotellerin sDSSC hücrelerinin en iyi güç çevrim veriminin elde edildiği sentez süresi belirlendikten sonra, TiO2 nanoteller TiCl4 ile farklı sürelerde dallandırılarak TiO2/boya arayüz alan optimizasyonu yapılmıştır. İdeal dallandırma süresinde, hem yüksek oranda foto-elektron üretilebilmesi hem de HTM malzemenin TiO2 nanoteller arasına nüfuz edebilmesi hedeflenmiştir. Böylece HTM malzeme'den boya üzerine elektron rejenerasyonu verimli bir şekilde sağlanmış olur hem de foto-akımın nanoteller üzerinden düşük rekombinasyon oranı ile iletimi gerçekleşmiş olur. Bölüm 4.'de ise iki farklı TiO2 yapısı için elde edilen hücrelerin sonuçları genel olarak kıyaslanarak avantajları ve dezavantajları belirlenmiştir.
Stokastik optimizasyon metodu kullanılarak enerji talep yönetim sisteminin modellenmesi
Bu tez çalışmasında, stokastik optimizasyon yöntemi kullanılarak enerji ve rezerv planlama modeli hazırlanmıştır. Model, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretim sağlayarak bünyesinde bulunan elektrik abonelerinin taleplerini karşılayan bir mikroşebeke yapısına göre tasarlanmıştır. Bu yapıda, elektrik abonelerinden alınan talep tarafı katılımı enerji ve rezerv olarak kullanılmaktadır. Model, iki aşamalı stokastik doğrusal programlama problemi formunda hazırlanmış ve L-Şekilli Metot ile çözülmüştür. Bunun yanında, mesken yüklerinin talep tarafı katılımı kapsamında planlanabilmesi için tamsayılı doğrusal programlama problemi formunda bir optimizasyon modeli çalışmaya dahil edilmiş ve dal-sınır algoritması ile çözülmüştür. Mikroşebeke yapısına ilişkin belirsizlik öğeleri stokastik programlama çerçevesinde senaryolar aracılığıyla modellenmiştir. Dikkate alınan belirsizlik öğeleri; güneş enerjisi üretimi, rüzgar enerjisi üretimi, enerji talep durumu ve dengesizlik maliyetidir. Bu kapsamda; rüzgar hızı, güneş ışınımı, enerji talebi verileri incelenerek uygun olasılık dağılım fonksiyonu parametreleri hesaplanmıştır. Monte Carlo örneklendirmesi kullanılarak farklı aralıklarda rassal değerler üretilmiş ve bu değerler stokastik senaryoların oluşturulması için kullanılmıştır. Modelin verimliliğinin ölçülebilmesi için diğer planlama yöntemleri ile kıyaslama yapılmıştır. Kıyaslama yapılabilmesi için deterministik yöntemli planlama ve rezerv tutulmayan planlama şeklinde iki diğer planlama yöntemine göre sonuçlar alınmıştır. Alınan sonuçlar stokastik model sonuçları ile farklı gerçekleşme durumlarına göre kıyaslanmış ve stokastik modelin operasyonel maliyetler anlamında avantaj sağladığı görülmüştür.
Şebekeden bağımsız bir ev için akıllı yük yönetim sistemi
Enerjiye olan talebin artması, küresel ısınma, fosil yakıtların hızla tükenmesi vb. sorunlardan dolayı günümüzde yenilenebilir enerjiye olan talep artmaktadır. Ancak yenilenebilir enerjinin çevresel koşullardan çok etkilenmesi ve süreksiz üretimi enerjinin verimli kullanılmasını olumsuz etkilemektedir. Bu sebeple depolanan enerjinin doğru bir şekilde yüklere dağıtılması gerekmektedir. Üretim ve tüketimde yaşanan enerji dengesizliğinin minimuma indirilmesi için yük yönetim sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Yük yönetiminin bulunmadığı sistemlerde en kötü senaryo düşünülerek batarya boyutu ve sistem gücü yüksek hesaplanıp kurulum maliyeti artmaktadır. Akıllı yük yönetimi ile kurulum maliyetinin azaltılması ve sistemin verimli ve uzun ömürlü olması sağlanmaktadır. Bu çalışmada, şebekeden bağımsız olan bir evde bulunan cihazların yük kontrolü gerçekleştirilmiştir. Kullanıcı konfor ve kriterlerine göre toplam 4 öncelik sınıflandırılması yapılan cihazların kontrolü hesaplanan SOC değerine göre gerçekleştirilmiştir. Farklı durumlara uyumlu ve otonom kararlar veren kontrol sistemi PLC kullanılarak geliştirilmiştir. SOC hesaplamasında literatürde yaygın olarak kullanılan akım sayma yöntemi tercih edilmiştir. Güç optimizasyonu sağlanarak sistemde önceliği yüksek olan yüklerin sürekli devrede kalması amaçlanmıştır. Kullanıcının sistemdeki verileri okuyabilmesi ve sisteme müdahale edebilmesi için dokunmatik HMI paneli kullanılmıştır. Böylelikle batarya verimli kullanılmış olup kullanıcının konforu arttırılmıştır.
Büyük ölçekli bir biyogaz tesisinin teknik ve ekonomik analizi
Bu tezde, belirlenen biyogaz tesisinin teknik ve ekonomik analizi yapılmıştır. Teknik analiz kapsamında öncelikle tesis girdisi olan büyükbaş hayvan gübresinden elde edilecek biyogaz ve metan miktarları hesaplanmıştır. Ardından proje bilgileri derlenerek tesis üniteleri ve mekanik ekipmanlar hakkında bilgi verilmiştir. Tesisteki son çıktı olan elektrik, ısı ve fermente gübre miktarları hesaplanarak tesisin teknik analizi tamamlanmıştır. Tesisin atık yönetim modelinin belirlenmesi amacıyla; ilk yatırım maliyeti, tesisin gelir ve giderlerinin ışığında yıllık net kar hesaplanmıştır. Net bugünkü değer analizi, iç karlılık oranı ve geri ödeme süresi yöntemleriyle tesisin ekonomik analizi yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar neticesinde tesisin geri ödeme süresi 6,2 yıl olarak bulunmuştur. Tesisin net bugünkü değeri 0'dan büyük ve iç karlılık oranı da iskonto oranından büyük olarak bulunmuştur. Bu nedenlerle projenin yapımının ekonomik olarak uygun olduğu belirlenmiştir.
Gazze'de şebekeye bağlı dizel jeneratör-fotovoltaik hibrit güç sisteminin enerji depolama üniteleri ile birlikte tasarımı
Fotovoltaik sistemler günümüzde yenilenebilir güç sistemleri uygulamalarında geniş kullanım alanına sahiptir. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemler tüm dünyada genellikle enerji depolama ünitelerine ihtiyaç duymadan talep edilen enerji ihtiyacını karşılamaktadır. Şebekeden günlük maksimum 8 saat elektrik enerjisi tedarik edilebilen Filistin Gazze'de mevcut siyasi ve ekonomik şartlar göz önüne alındığında; şebekeye bağlı bir fotovoltaik enerji siteminin mevcut faal durumda olan bir kamu yapısının enerji ihtiyacını karşılamak için yeterli olmadığı aşikardır. Bu tez çalışmasında, şebekeye bağlı jeneratör-fotovoltaik hibrid güç sisteminin enerji depolama üniteleri ile birlikte tasarımı yapılarak günde 24 saat enerji ihtiyacı olan bir kamu yapısının faaliyette kalmasının gerçekleştirilmesi araştırılmıştır. Türkiye Filistin Dostluk Hastanesi'nde, AUTOCAD, PVSOL ve HOMER yazılımları yardımıyla şebekeye bağlı dizel jeneratör-fotovoltaik hibrid güç sisteminin enerji depolama üniteleri ile birlikte tasarımı yapılmıştır. Ayrıca, HOMER yazılımı yardımıyla farklı senaryolardaki hibrit sistemlerin benzetimi yapılarak optimum sistem tasarım sonuçlarına ulaşılmıştır. İyi tasarlanmış bir sistem ile dizel jeneratörlere bağımlı olarak faaliyet gösteren yapıların; Enerji maliyetlerinin minimum seviyeye getirilerek 24 saat süresince enerji sağlanması gerçekleştirilmiştir. Anahtar sözcükler: Fotovoltaik sistemler, yenilenebilir enerji sistemleri, fotovoltaik, PV, güneş hücresi, Türk İşbirliği ve Koordinasyon Ajansı, Filistin, Gazze, Hastane.
Çok eklemli fotovoltaik yapılar için şeffaf elektrot temelli perovskit güneş hücresi üretimi ve performans incelemesi
Bu tezde çoklu eklem yapısına sahip güneş hücreleri ve bu hücrelerin karakterizasyonlarına yönelik çalışmalar yapılmıştır. Çoklu eklem yapısında bulunan eklemlerin altı n-tipi Silisyum hücrenin bir organik p-tipi yarı iletken ile oluşturduğu eklem iken üst tarafta bulunan eklem üçlü katyon yapısındaki perovskit güneş hücresidir. Çoklu eklem yapısının üst elektrotu gümüş nanotel katmanıdır. Silisyum tabanlı güneş hücrelerinde, tandem yapısında kullanılan perovskit'in üstten aydınlatılması zorunlu olduğu için şeffaf elektrotun kullanılması gerekmektedir. Difüzyon uzunluğu ızgara metal kontak için elverişli değilken ITO ve FTO gibi metal oksitlere alternatif olabilecek bir yöntem tercih edilmiştir. Gümüş nanoteller yapıya bir boya tabancası kullanılarak kaplanmıştır. Yapılan optimizasyon çalışmaları neticesinde elde edilen yüzey direnci değeri 0,1 Ω/□ seviyelerine inmiş iken hücre uygulamasında sıcaklık kıstasından dolayı 20-30 Ω/□ değerleri sağlanmıştır. Elde edilen geçirgenlik değeri % 62 seviyesine kadar çıkmıştır. Aygıt performansı yapılan standart numunenin verimi % 61 değerine karşılık nanotel kullanılarak üretilen numunenin verimi ortalama % 6,5 şeklindedir. Yapılan aygıtların J-V ölçümleri alınmış, gümüş nanotel kaplı cam ve bitmiş perovskit hücrelerin 4-probe, AFM ve UV-VIS testleri gerçekleştirilmiştir.
Sentez gazının içten yanmalı motor performansına etkisi
Biyokütle dönüşüm yöntemlerinden biri olan gazlaştırma prosesi ile çeşitli biyokütle kaynakları doğrudan kullanılabilen gaz ürüne dönüştürülmektedir. Gazlaştırma prosesi sonunda elde edilen sentez gazı ısı ve güç sistemlerinde yakıt olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, çam talaşı ve atık motor yağının gazlaştırılması ile elde edilen sentez gazının içten yanmalı gaz motorunda kullanılarak motor verimi ve egzoz emisyonlarının incelenmesi amaçlanmıştır. Denemeler öncesinde tez materyali olan çam talaşı ve atık motor yağının nem, kül ve uçucu katı madde, sabit karbon oranı ve elementel analizleri gerçekleştirilmiştir. Denemeler sonunda elde edilen sentez gazının içeriği ve kalorifik değeri belirlenmiştir. Üretilen sentez gazı ile beslenen içten yanmalı gaz motorunun emisyon analizleri yapılarak egzoz gazı içerisindeki gaz konsantrasyonları ve motor yanma verimi saptanmıştır. Motorun 5kWe yükte, tükettiği sentez gazı miktarı 4.5 m3/saat olarak belirlenmiş ve tam yükteki maksimum elektrik çevrimi %27 olarak hesaplanmıştır. 15 saatlik sürekli çalıştırma sonucunda, motor parçalarında ve bujilerde önemli bir sorun gözlenmemiştir. Küçük güçlü sistemlerin, özellikle kırsal kesimde, elektrik üretim amaçlı kullanılabileceği kanaatine varılmıştır.
Güneş takip yöntemlerinin verimsel olarak karşılaştırılması
Günümüzde fosil kaynakların enerji kaynağı olarak kullanımının çevreye verdiği zarar ve bu kaynakların giderek tükenmesi gerçeği yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi ve önemi arttırmıştır. Gelişen teknoloji ile birlikte yenilenebilir enerji sistemlerinin verimlerinin artması ve çevreye zarar vermeyen özellikleri dolayısıyla geleceğin enerji teknolojisi olarak görülmektedir. Bu nedenle son zamanlarda yenilenebilir enerji konulu araştırmalar artmıştır. Güneş enerjisi yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde son derece önemli ve yaygın olarak kullanılan bir kaynaktır. Güneş enerjisinin, elektriğe çevrilmesi fotovoltaik sistemlerin kullanımıyla gerçekleşir. Bu sırada fotovoltaik sistem verimi mevcut güneş enerjisi potansiyelinden güç eldesi miktarını belirler. Elde edilen enerji; panel yüzey sıcaklığı, güneş ışınımı, malzeme türü vs. faktörlere bağlıdır. Güneş takip sisitemleri de fotovoltaik panel verimini arttırmak amacıyla güneşi takip ederek maksimum verim elde etmek için kullanılır. Özellikle son yıllarda fotovoltaik sistemler üzerinde verimi arttırmak için güneş takip ve maksimum güç noktası takibi gibi teknolojiler üzerine çalışmalar hız kazanmıştır. Bu tez çalışmasında, farklı tip güneş takip sistemlerinin; izleme ünitelerinin takip tekniklerine, eksenlerine, kontrol stratejilerine ve izleme stratejilerine göre verimsel açıdan değerlendirmeler yapılmıştır. Yapılan incelemede; en iyi panel yönlendirmesini belirlemek için verimsel karşılaştırma, performans, avantaj ve dezavantajlar ele alınmıştır. Verim değerlendirmelerinde 500 kWp güç kapasiteli fotovoltaik santral ele alınmış ve bu santralin Muğla ilinde kurulu olduğu kabul edilmiştir. Kurulum yeri olarak Muğla'nın seçilmesinin nedeni elektrik iletim hatlarına kolay ulaşımın olması, yıllık ortalama 3043 saat ile Türkiye ortalamasının üzerinde güneşlenme süresine sahip olması ve ortalama 1621 kWh/m2 –yıl güneş ışınımı değerine sahip olmasıdır. Ayrıca, PVSOL ve PVsyst gibi güneş enerjisi simülasyon programları ile verimsel analiz yapılmıştır.
Nanokompozit güneş hücresi tasarimi, yapimi ve karakterizasyonu
Bu tez çalışmasında, farklı boyutlarda PbS kuantum noktaları sentezlenerek, belli analizler yapıldı. Sentezlenen bu PbS kuantum noktaları büyüklükleri, FTIR, UV-Vis-NIR, PL spektrumları gösterildi. PbS kuantum noktasının gösterdiği normalden farklı floresans spektrumunun nedeni açıklanmaya çalışıldı. Sentezlenen kuantum noktalarından yaklaşık boyutu 4.7 nm olan kuantum noktasıyla güneş hücresi yapıldı. Güneş hücresi yapmadan önce PBS14 diye adlandırdığımız kuantum noktası için TEM ile büyüklüklerinin stabil olduğu gösterildi. Ayrıca stabil büyüklüklerde olduğunu desteklemek için XRD SAXS, DSL ile boyut analizleri yapıldı. Güneş hücresi yapmak için PbS kuantum noktasının yüzeyini kaplayan oleik asit adlı molekül, farklı kükürt içeren molekülerle kuantum noktası yüzeyinden kaldırılarak, nanokompozitler yapıldı. Yüzey değişimi için kullanılan molekülerin hesapsal çalışmaları Gaussian 09 programı ile yapıldı. PBS14 adlı kuantum noktası ile yapılan güneş hücresinin I-V, IPCE ve IMVS ölçümleri alındı. Buna göre PbS14+EDT, PbS14+B13D, PbS14+B14D ve PbS14+B44D ile yapılan güneş hücrelerindeki verimleri arasındaki ilişki açıklanmaya çalışıldı.
Kızılçam talaşı ve fındık kabuğundan biyokömür üretim sürecinin incelenmesi ve en uygun proses parametrelerinin belirlenmesi
Tez çalışması, kızılçam talaşı ve fındık kabuğunun biyokömürleştirilmesi sürecinde en uygun sıcaklık ve zaman parametreleri değerlerinin belirlenmesini amaçlamaktadır. Biyokömürleştirme, 200 °C ile 300 °C sıcaklık değerleri aralığında, 10 ile 60 dakika aralığında bekleme sürelerinde gerçekleşen bir termal prosestir. Bu işlem sonucunda hidrofobik, enerji yoğunluğu artırılmış, öğütülebilirliği yüksek biyokömür elde edilir. Elde edilen biyokömür, kömür yakma sistemlerinde kömür ile beraber veya gazlaştırma sistemlerinde yakıt olarak kullanılabilir. Sıcaklık, parçacık boyutu, bekleme süresi, ısı akışı, kullanılan biyokütlenin biyolojik özellikleri süreci etkileyen parametrelerdir. 216M348 nolu TÜBİTAK projesinin kapsamında gerçekleştirilen bu çalışmada, TÜBİTAK MAM'dan temin edilen kızılçam talaşı ve fındık kabuğu, çalışma sıcaklık aralığı 0-1500 °C ve ısı akış hızı 0-10 °C/dk olan bir kül fırınında biyokömürleştirme çalışmaları yapılmıştır. Deneyler 3 biyokömürleştirme sıcaklığında (260 °C, 280 °C, 300 °C) ve her sıcaklık değeri için 30 dakika ile 60 dakika bekleme sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık ve bekleme süresi arttıkça her iki biyokütle için de kütle veriminde ve uçucu madde oranında azalma ile ısıl değer ve sabit karbon oranında artış gözlenmiş olup sıcaklığın bekleme süresine göre daha etkili bir parametre olduğu tespit edilmiştir. Kızıl çam talaşı ve fındık kabuğu için 300 °C ve 60 dakika işlem koşullarının kömür ile biyokömürün akışkan yatakta birlikte yakılması açısından en uygun üretim koşulları olacağı görüşüne varılmıştır.
Somaliland'da fotovoltaik su pomplama sistemlerinin tasarımı ve boyutlandırması
Su insan için temel ihtiyaçlardan biridir, ama kullanılabilirlik ve erişim olanağı gelişmekte olan ülkelerin çoğunda kırsal alanlar için oldukça zordur. Somaliland'da sadece kırsal alanlar için değil aynı zamanda şehirlerde de modern elektrik şebekesinin olmaması nedeniyle suya erişim kolay değildir. Somaliland, dünyada günlük toplam güneş ışınımının en yüksek olduğu yerlerdendir. Bu nedenle, iyi tasarlanmış şebeke bağlantısız (otonom) Fotovoltaik (FV) su pompalama sistemleri, Somaliland'ın kırsal alanlarında ve şehir merkezlerinde su ihtiyaçlarını karşılayabilecek en iyi alternatif çözümdür. Tezin temel amacı, Somaliland içerisinde bulunan Hargeisa şehrinin kırsalındaki bir noktada su ihtiyaç analizi yapılarak, gerekli olan şebeke bağlantısız FV su pompalama sisteminin tasarımı ve boyutlandırılmasıdır. Bu tez, günlük 7,5 m3 su kullanan küçük bir bahçenin su ihtiyacını karşılamak üzere Hargeisa'daki FV su pompalama sisteminin tasarımını ve boyutlandırılmasını ortaya koymaktadır. İlk bölum, tez çalışmasının kapsamına giren giriş ve literatür taramasıdır. Ardından su ihtiyacı değerlendirmesi ve güneş enerjili su pompalama sistemlerinde kullanılan farklı teknolojiler tartışılmıştır. Bu tezin ikinci kısmında, verilerin toplanması, analizi ve düzeltilmesi işlemleri anlatılmıştır. Veriler PVGIS ve NASA'dan toplanmış, daha sonra yer tabanlı ölçümler ve geliştirilmiş Düzeltilmiş PVGIS ve NASA (CPN) verileri ile karşılaştırılmıştır. PVSyst yazılımı kullanarak su kullanımına göre paneller ve pompalar seçilmiştir. Karşılaştırmalar için farklı tasarım ve boyutlardaki sistemler simüle edilmiştir. Bu tezin son kısmında tartışma ve öneriler bölümü yer almaktadır.
Fotovoltaik modüllerin güç ölçümü belirsizliklerinin analizi
Fotovoltaik (FV) modüllerin güç karakteristiklerinden bahsedilirken, standart şartlar altındaki (1.000 W/m² ışınım şiddeti, 25°C sıcaklık ve 1,5 AM hava kütlesi) güç değerleri verilir. Gerçek saha koşulları ise farklıdır. Dolayısıyla, bir FV modülün farklı ışınım şiddeti ve sıcaklık koşullarında çalışma karakteristiklerinin incelenmesi, o modülün kalitesine yönelik çok daha doğru bilgi verecektir. Farklı ışınım şiddeti ve sıcaklık noktaları altında FV modüllerin güç çıkışı ölçümleri, IEC 61853 nolu uluslararası standardına uygun olarak yapılabilmektedir. Bu standarda uygun yapılacak testler, FV modülün verim hesaplamasında da kullanılmaktadır. Verim hesaplaması hassasiyeti, güç oranının ölçüm belirsizliğine bağlı olduğundan, hangi koşulların belirsizliğe etki ettiğini bilmek önemlidir. Standart şartlar altında yapılan belirsizlik hesaplaması, zaten bazı akretide laboratuvarlar tarafından detaylı analiz edilmiştir. Diğer şartlarda ise, ancak kabaca bir tahminle belirsizlik hesaplaması öngörülmüştür. Bu tez çalışmasında, 100-1.100 W/m2 ışınım şiddeti aralığı ve 15-75°C arasında sıcaklık noktaları için AAA sınıfı bir güneş simülatörü ile standart şartlar içinde ve dışında ölçümler yapılarak, hangi parametrelerin belirsizlik hesaplamasına etki ettiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, farklı ışınım şiddeti seviyelerindeki sıcaklık noktaları için spektrum kararlılığı, ışınım şiddeti ve sıcaklık homojenliği gibi ölçüm karakteristikleri incelenmiştir. Ayrıca, bu ölçümler için silisyum temelli farklı tip FV modüllerin histerezis özellikleri analiz edilmiştir. Yapılan ölçümlerin ayrıntılı belirsizlik hesaplaması da yapılmıştır. Bu sonuçlara bağlı olarak, güç ölçümleri belirsizliğinde hangi faktörlerin ne derece etkili olduğu irdelenebilmektedir.
Güneş enerjisi destekli bir termoelektrik iklimlendirme sisteminin tasarımı
Birincil enerji kaynağı ile çalışan iklimlendirme sistemleri yerine çevre dostu çözümlerin dikkate alınması günümüzde sürdürülebilir bir yaşam için daha çok önem kazanmaktadır. Bunun için, güneş enerjisi destekli iklimlendirme sistemleri ile binaların ısıtılması ve soğutulması için sürdürülebilir bir fırsat olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, güneş enerjisi destekli bir iklimlendirme sistemi geliştirilmiş ve İzmir ili iklim koşulları altında performans analizi belirlenmiştir. Tez çalışması kapsamında geliştirilen bu sistem, fotovoltaik modül, TEC (termoelektrik soğutucu) panel ve hava kanallarından oluşmaktadır. Bu sistem, kışın ısıtma ve yazın ise soğutma yapacak şekilde tasarlanmış olup, mevsimsel olarak çalışabilmesini sağlamak için akış kontrolü sağlayan müdahale kapakları kullanılmıştır. Sistemin oluşturulması için, 1 adet 285 Wp Fotovoltaik modül ve 8 adet (3,7A/8,2V) Peltier eleman kullanılmıştır. Peltier elemanlardan oluşan TEC panel, maksimum gücü 242,72 W olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sistem, kışın dışarıdan alınan taze hava TEC panelin sıcak tarafındaki hava kanalından geçirilerek mekân içerisine aktarılmakta ve mekânın şartlandırılması sağlanmaktadır. Mekândaki soğuk hava ise sistem tarafından emilir ve TEC panelin soğuk tarafındaki hava kanalından geçirilmek suretiyle dış ortama aktarılmaktadır. Yazın ise, yine dışarıdan alınan taze hava, bu sefer TEC panelinin soğuk tarafındaki hava kanalından geçirilerek mekâna aktarılmaktadır. Mekândaki sıcak hava ise sistem tarafından emilir ve TEC panelin sıcak tarafındaki hava kanalından geçirilmek suretiyle dış ortama aktarılmaktadır. Tez çalışması kapsamında geliştirilen sistemin yıl boyunca performansını belirlemek amacıyla, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü binasının zemin katında mevcut olan test odası kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar için, sistem test odasının güney cephesine yerleştirilmiştir. Sistem performansını belirlemek amacıyla, sıcaklık, güneş ışınımı, hava nemi, rüzgâr hızı ve kanal akış hızlarını ölçen sensörlerden ve veri depolama ünitesinden oluşan bir deneysel düzenek kurulmuştur. Sistem üzerinde, fotovoltaik modülün ön ve arka yüzeyinde, TEC panelin soğuk ve sıcak tarafında, akış kanallarında, iç ve dış ortamdaki sıcaklıklar ölçülerek performans analizleri gerçekleştirilmiştir. 2018 yılı boyunca gerçekleştirilen deneysel çalışmalara göre, yılın en soğuk gününde (9 Ocak 2018), dış ortam sıcaklığı -0,26°C ila +7,26°C arasında değişirken, PV arka yüzey sıcaklığı maksimum 29,12°C olmuştur. Buna göre PV verimi gün içerisinde maksimum %19,51 değerine ulaşmıştır. Aynı zamanda TEC panelin COP'si 2,33 olmaktadır. Yılın en sıcak gününde ise (30 Temmuz 2018), dış ortam sıcaklığı 24,26°C ila 36,96°C arasında değişirken, PV arka yüzey sıcaklığı maksimum 52,1°C olmuştur. Buna göre PV verimi gün içerisinde maksimum %17,58 değerine ulaşmıştır. Aynı zamanda TEC panelin COP'si 0,91 olmaktadır. Yıl boyunca gerçekleştirilen deneysel çalışmalara göre, sistemin enerji sağlayıcısı olarak kullanılan Fotovoltaik modülün verimi, kışın %20, yazın ise %17,6 değerleri arasında değişmiştir. Fotovoltaik modül en soğuk günde maksimum 110 Wh enerji üretirken en sıcak günde bu değer 75 Wh değerine kadar düşmüştür. Yukarıda verilen bilgilerin ışığı altına, TEC panelin fotovoltaik modül üzerine performans artırıcı bir etkisi olduğu gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan açıkça görülmüştür. Tez çalışması kapsamında geliştirilen bu çift etkili sistemin modüler olması, çevre dostu ve enerji etkin bir çözüm sunması nedeniyle kullanım şansı oldukça yüksektir.
Sürdürülebilir kayısı suyu konsantresi üretimi için yaşam döngüsü değerlendirmesi
Yüksek miktarlarda fosil enerji kaynaklarının kullanımından dolayı artan sera gazı emisyonu küresel ısınmanın başlıca nedenlerinden biri olarak görülmekte ve belki de insanoğlunun karşılaşacağı en ciddi problemlerden biri olacağı düşünülmektedir. Sürdürülebilirlik, tüm endüstriyel uygulamaların çevre üzerindeki etkileri ile yakından ilişkilidir. Sürdürülebilirlik, ürünün tüm yaşam döngüsü boyunca çevresel, sosyal ve ekonomik hususlar arasında uygun dengenin oluşturulmasını hedefler. Bu tez çalışmasında, tüm dünyada gittikçe daha önemli hale gelen sürdürülebilirlik yaklaşımı kayısı suyu konsantresi üretimi için uygulanmıştır. Bu amaçla, Aydın ili, Sultanhisar ilçesinde kurulu bulunan bir meyve suyu konsantresi fabrikasının konsantre kayısı suyu üretim hattı detaylı olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, kayısıların işletmeye kamyonlarla getirilmesinden başlayıp aseptik torbalarda depolanmasına kadar olan süreç ele alınmıştır. Üretimde kullanılan hammadde, su, ısı ve elektrik enerjisi ile, ortaya çıkan atıklar dikkate alınarak yaşam döngüsü değerlendirmesi yapılmıştır. Bu çalışma sonucunda, 1 kg kayısı suyu konsantresinin karbon ayak izi, 1.62 kg CO2eşd. olarak hesaplanmıştır.
Thermodynamic and exergo-economic analysis of a solar-biomass hybrid power plant for multi-energy generation
Cameroon, is located in the western part of Central Africa, has a good geographical position in terms of the potential of biomass sources and solar energy. However, there are still some regions in Cameroon without access to commercial electricity, especially in the northern part of the country. Using biomass and solar energy sources together can be considered as one of the most suitable options to provide uninterrupted energy supply. Potentials of these sources are sufficient to generate energy for the northern part of Cameroon. The hybridization of energy sources is a promising alternative to increase the conversion efficiency of the power system, constitutes an attractive option which can ensure low cost of energy demand. In this study, solar-biomass hybrid energy systems, which are combinations of three different Concentrating Solar Power (CSP) technologies with biomass-fired (BF) technology, are investigated. Parabolic Trough Collector (PTC), Linear Fresnel Reflector (LFR) and Solar Tower (ST) are selected for solar energy conversion as CSP technologies. For each hybrid system with an installed capacity of 5 MWe and which contains four subsystems, solar and biomass field, power block, heat recovery steam generation (HRSG) and multigeneration energy system using absorption refrigeration and drying systems, are configured and analyzed. Comprehensive economic and thermodynamic analyses in terms of energetic, exergetic and exergoeconomic analyses for each system and its components are conducted to minimize the cost and increase the performance. Initial investment costs required for the hybrid energy systems based on PTC, ST and LFR are obtained to be 38.47 Million USD, 51.47 Million USD and 25.23 million USD, respectively. From the techno-economic evaluations of the hybrid energy systems, levelized cost of electricity values for LFR-BF are found to be the lowest varying from 76.4 to 143.4 USD/MWh. According to the payback period, LFR-BF has a short return on investment with 8.4 years, followed by PTC-BF having 10.62 years while ST-BF has the highest payback period of 14.71 years. Also, LFR-BF seems to be the most profitable investment among three hybrid energy systems based on internal rate of return values for PTC-BF, ST-BF, and LFR-BF which are 13.79%, 12.64%, and 16.49%, respectively. It is found from the advanced exergy analysis of the hybrid energy systems that exergy destruction from the solar field alone (86.3% for PTC-BF, 92.2% for ST-BF and 85.4% for LFR-BF) is responsible for the most of all exergy destructions. For PTC-BF, it is obtained from exergoeconomic analysis that the value of the total cost associated with the avoidable-endogenous exergy destruction of the regenerator 1, the intermediate heat exchanger connected to power block and the steam turbines are 7.33 USD/hour, 4.17 USD/hour and 4.49 USD/hour, respectively. For ST-BF, the value of cost associated with the avoidable–endogenous exergy destruction of the regenerator 1, the volumetric receiver connected to power block and the steam turbines are found to be 3.87 USD/hour, 84.75 USD/hour and 3.94 USD/hour, respectively. For LFR-BF, the value of cost associated with the avoidable–endogenous exergy destruction of regenerator 1, the intermediate heat exchanger connected to power block and steam turbines are calculated as 4.11 USD/hour, 1.76 USD/hour and 2.84 USD/hour, respectively. Total costs associated with avoidable-endogenous exergy destructions for PTC-BF, ST-BF, and LFR-BF are around 21.7%, 26% and 24.5% of the total cost required for system optimization, respectively. In this study, the maximum monthly expenditures required to optimize three hybrid energy systems are also investigated. They are found to be 41553.30 USD for the solar field, 1715.28 USD for the power block and 2997.41 USD for the HRSG in PTC-BF system; 24695.10 USD for the solar field, 1362.57 USD for the power block and 1230.32 USD for the HRSG in ST-BF system, and 18987.90 USD for the solar field, 926.60 USD for the power block and 1218.34 USD for the HRSG in LFR-BF system. The results of the advanced exergy and exergoeconomic analysis reveal that it is essential to recover endogenous-avoidable exergy to improve the overall efficiency of the hybrid energy systems. According to the main findings of the study, it can be said that the hybrid energy system based on LFR presents the best techno-economic results and it is followed by the system based on PTC
Güneş enerjisi santrallerinin kurulacağı alanların coğrafi bilgi sistemleri ile belirlenmesi
Dünyanın ihtiyaç duyduğu enerjinin büyük kısmı Güneş tarafından sağlanmaktadır. Yenilenebilir enerji santralleri içinde güneş enerjisi kaynak bakımından yüksek potansiyele sahip enerji üretim türüdür. Yenilenebilir enerji santralleri ülkelerin dışa bağımlılığını ortadan kaldırmaktadır. Türkiye yenilenebilir enerji potansiyeli bakımından oldukça iyi bir coğrafi konumdadır. Ancak yenilenebilir kaynaklı enerji üretim seviyesi düşük miktarlardadır. Güneş enerjisi potansiyelinin yüksek olmasından dolayı Türkiye'de birçok fizibilite ve santral kurulumu çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmada, İzmir İl sınırları içerisindeki güneş enerjisi santrallerinin (GES) kurulabileceği uygun arazilerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Öncelikle güneş enerjisi santralleri kurulumunu ve verimi etkileyebilecek olan kriterler belirlenmiştir. Belirlenen bu faktörler dikkate alınarak bölgesel veriler toplanmıştır. Arazilerin uygunluğunun belirlenmesi için etkili her bir faktörün yazılımsal olarak analizi yapılarak yüzdesel etki oranı belirlenmiştir. Belirlenen faktörlerin yüzdesel etki oranları coğrafi bilgi sistemi destekli bir yöntem ile birleştirerek çalışma bölgesi sınırları içindeki sahaların analizleri yapılmıştır. GES'inin kurulumuna uygun olmayan araziler değerlendirme dışı bırakılmıştır. Geriye kalan uygun olan arazilerde sınıflandırma yapılırken ışınımın ve sıcaklığın etkisi bir alınarak %70,3, ENH %7,7, eğimin %14,8, bakının %7,2 FV santral üzerinde etkisinin olduğu hesaplanmıştır. Bu doğrultuda, güneş enerjisi santrallerin kurulacak alanların teknik uygunluğunu belirleyecek mühendislik, ekonomik ve toplumsal kriterler ortaya konularak güneş enerjisi santrali kurulabileceği verimli alanlar tespit edilmiştir.
Türkiye'de yenilenebilir enerji alanında yatırım fırsatlarının yatırımcı yaklaşımı ile kodlanarak teknoloji bazında değerlendirilmesi
Artan enerji ihtiyacı, fosil yakıtların giderek azalmakta olduğu ve çevresel faktörler gibi çeşitli sebepler tüm dünya ülkelerini yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmektedir. Bu amaçla devletler; kanun ve yönetmeliklerini yeniden düzenleme, alım garantisi ve vergi muafiyeti gibi çok çeşitli avantajlar sağlama, bürokratik engelleri kaldırma gibi pek çok kolaylıklar sağlamak suretiyle ülkelerini yatırım konusunda çekici duruma getirmeye çalışmaktadır. Bu tez çalışması ülkemizde yenilenebilir enerjiler alanında yatırım fırsatlarının yatırımcı gözünden değerlendirilerek literatüre bu kapsamda bir katkı yapmayı amaçlamaktadır. Bir anket uygulaması yapılmak suretiyle, olası yatırımcıların ülkemizde, diğer ülkelerde ve hangi durumlarda yatırım yapmak isteyecekleri ve bu konuda hangi parametreye ne derece önem verdiklerini ölçmek hedeflenmiştir. Sivil toplum, özel sektör ve kamu sektöründen temsilcilerin yer aldığı yerli, yabancı yatırımcı adaylarına uygulanan anket çalışması ve karşılıklı görüşmeler sayesinde yatırım tercihlerini yerli ve yabancılar için ve ayrıca değişik meslek grupları bakımından değerlendirmek fırsatı doğmuştur. Türkiye'nin 2030 yılı için öngörülen hedeflerine (National Energy Efficiency Action Plan, 2018) yönelik, pazar perspektiflerine dayalı yenilenebilir enerji teşvik modellerinin planlanmasına ve bu araçları benimseyen bir çerçevenin Türkiye şartlarına göre oluşturulup, yatırımcılar için bir kılavuz olmasının amaçlandığı bu çalışmada; yerli yatırımcıların daha çok teşvik unsurlarına, yabancı yatırımcıların ise istikrara önem vermeleri gibi birçok çarpıcı sonuç elde edilmiştir.
Veri edinim amaçlı, hibrit enerji kullanan bir deniz aracı tasarımı
Denizlerden veri edinim faliyetleri çeşitli sektör ve araştırmaların ihtiyacı olan verileri toplama, kayıt altına alma ve bu verileri sağlıklı bir şekilde ilgili hedefe aktarma görevlerini kapsamaktadır. Bu amaç doğrultusunda su altı, su yüzeyi ve hem su altı hem su üstü otonom ve otonom olmayan veri toplama platformaları kullanılmaktadır. Otonom su yüzeyi araçları, su üzeri ve su altından veri toplayabildiği ve sürdürülebilir olduklarından bu çalışmanın temel konusu olarak seçilmiştir. Otonom deniz yüzeyi araçları, su altı ve su üzeri uygulamalar için geliştirildiklerinden uygulama çeşitliliği bakımından diğer su altı ve su üzeri otonom sistemlere göre de avantaj sahibidirler. Dalga planörleri yeni nesil otonom deniz araçlarıdır. Bu araçlar dalga enerjisini ileri gitme kuvvetine çevirerek seyirlerini devam edebilecek şekilde tasarlanmıştır. Uygulama çeşitleri olarak oşinografik araştırmlar, iklim gözetimi, tusunami algılaması liman güvenliği ve kritik deniz yapıları ve tesisler için tehdit algılama sistemleri olarak sınıflandırılabilmektedir. Dalga planörleri fiziksel olarak üç bölümden oluşmaktadır. Bunlar enerji depolayıp toplamak için gerekli tüm donanım ve sistemleri üzerinde barındıran yüzen gövde, planör ile yüzen kısmın hareket ve enerji iletimini sağlayan bağlantı kısmı ve son olarak dalga planörü olarak üç kısımda incelenir. Çalışma kapsamında günümüzde bulunan su altı ve su yüzeyi araçları incelenmiş. Genel yapıları ve özellikleri bakımından değerlendirilmiştir. Tasarlanan sistemin Türkiye'nin Balıkesir ili Ayvalık ilçesi Edremit Körfezinde görev yapacağı varsayılarak tasarım gereksinimleri belirlenmiştir. Tasarımın enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi verileri için gerekli olan bilgiler, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğünün ilgili verilerinden elde edilmiştir. Balıkesir ili Ayvalık ilçesinin ortalama güneşlenme süresi 8 saat kabul edilmiştir. Yıllık ortalama radyasyon değeri 3.91 kWh/m2-gün olarak belirlenmiştir. Elde edilen bu bilgiler ışığında aracın günlük enerji tüketimi de göz önünde bulundurularak güneş enerjisi toplama ve depolama sistemi tasarlanmıştır. Edremit körfesi ortalama dalga verileri T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğünden ve daha önce yapılmış olan akademik çalışmalardan elde edilmiştir. Edremik körfezinin 15 yıllık ortalam dalga yükseliği 0,80 m olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada Dalga Planörü platformu ve tüm sistem bileşeneleri detaylı olarak incelenmiştir. İncelemeler sonunda tasarım özellikleri göz önünde bulundurularak Solidworks tasarım ortamında üç boyutlu katı model oluşturulmuştur. Oluşturulan katı model haberleşme sistemlerini enerji toplama ve depolama sistemlerini, dalga planör yapılarını bünyesinde bulundaracak şekilde tasarlanmıştır. Çalışma sonucunda matematiksel modeller ışığında oluşturulmuş fiziksel değerlerin simüle edilip raporlanabildiği tam bir benzetim ortamı Unity 3D ortamında kodlanarak oluşturulmuştur.
Yeni iridyum komplekslerinin sentezi ve optoelektronik davranışlarının incelenmesi
Bu tez çalışmasında, 2,2-bipiridin türevi iki farklı yardımcı ligant ve yeni iridyum (III) kompleksleri sentezlenmiştir. Ligantların ve komplekslerin karakterizasyonunda NMR, FTIR, Tek Kristal XRD, döngüsel voltammetri UV-Vis ve PL teknikleri kullanılmıştır. Sentezlenen iridyum kompleksleri ile ışık yayan elektrokimyasal aygıt (LEC) uygulamaları yapılmıştır. Kullanılan ligantlardaki elektron çekici-verici grupların varlığının ve yapıdaki karşıt anyon farkının aygıt verimleri üzerine etkisi incelenmiştir. Elde edilen çalışmalar ışığında, en yüksek cihaz verimi metoksi grubu içeren ligant ile TFSI anyonu içeren kompleks (2bTFSI) ile elde edilmiştir. Bu çalışmada, kompleks sentezinde TFSI ilk kez karşıt anyon olarak kullanılarak literatüre kazandırılmıştır. LEC aygıt üretiminde ek bir tuz ilavesine ihtiyaç duymadan aygıt performansı optimize edilmiştir.
Güneş ve rüzgâr enerjisi santralleri için sürdürülebilir sahaların coğrafi bilgi sistemi tabanlı çok ölçütlü karar analizi yöntemiyle belirlenmesi
Sürdürülebilir kalkınma ve koruma önlemleri, doğal çevrenin sürdürülebilirliği için daha fazla biyolojik çeşitlilik sağlamaya çalışır. Çevrenin korunması, insanın ve dünyanın yaşamı için önemli olan ekosistemin kendi kendine sürdürülebilirliğini sağladığı için hayati öneme sahiptir. Dünyanın dört bir yanındaki birçok ülke, enerji güvenliği, sosyo-ekonomik gelişme, herkes için enerjiye erişimin sağlanması, küresel ısınma ve iklim değişikliği ile mücadele ve doğal çevresel sürdürülebilirliği desteklemesi açısından ulusal enerji karışımına, yenilenebilir enerjiyi dâhil etmektedir. Yenilenebilir enerji sistemleri sadece topluma temiz enerji sağlamakla kalmaz, aynı zamanda sistemlerin yaşam döngüsü boyunca iyi yönetim ve uygulamalar yoluyla çevresel sürdürülebilirliğin teşvik edilmesine katkıda bulunur. Yenilenebilir enerji kaynakları, temiz, ücretsiz ve sınırsız olma gibi yenilenemeyen enerji kaynaklarından daha büyük faydalar sunarken, bu teknolojilerin uygun ölçekte planlama yapılmadan faydalı ölçekte kullanılması çevre ve toplum üzerinde büyük olumsuz etkiler yaratabilir. Bu nedenle, çevresel sürdürülebilirliğin teşvik edilmesi için yer seçimi ve bu teknolojilerin Zambiya gibi gelişmekte olan ülkelerde konuşlandırılması dahil olmak üzere uygun enerji planlaması en zorlu kararlar arasındadır. Bu tez çalışmasında, Zambiya'da sürdürülebilir yenilenebilir enerji hasadı için uygun sürdürülebilir alanları belirlemek ve oluşturmak için Coğrafi Bilgi Sistemi (GIS) ve Çok Ölçütlü Karar Analizi (MCDA) yönteminin birlikte entegrasyonu kullanmıştır. Ayrıca, Zambiya için gelecekteki yenilenebilir enerji karışım kapasitesi hedefini tahmin etmek için sistem dinamikleri ve MCDA yönteminin entegrasyonu uygulanmıştır. Başlıca odak noktası, kaynakların Zambiya ve Sahra Altı Afrika'da yaygın olarak bulunmasını da içeren teknolojilerin vade ve dağıtım esnekliği nedeniyle sürdürülebilir elektrik üretimi için güneş ve rüzgâr enerjisi teknolojilerine odaklanmaktır. Sonuçlar, Zambiya'nın sürdürülebilir enerji çeşitliliği için yenilenebilir enerji hasadı ve ulusal enerji karışımına dâhil edilmesi için kullanılabilecek çok büyük sürdürülebilir alanlara sahip olduğunu göstermektedir. Kısacası, rüzgâr ve güneş enerjisi kaynakları, elektrik üretimi için ulusal enerji karışımına dahil olma ve sürdürülebilir enerji güvenliği ve enerji çeşitliliği sağlama konusunda büyük ve önemli bir potansiyele sahiptir. Bu nedenle, bu tez, güneş ve rüzgâr enerjisinin ulusal enerji karışımına sistematik ve sürdürülebilir entegrasyonu için stratejik düzeyde karar verme, politika oluşturma ve planlama konularında temel bilgiler sunmaktadır. Ayrıca, herkese enerji erişimini sağlamak ve ülke genelinde hem kırsal hem de kentsel alanların elektrifikasyonu için güneş ve rüzgâr enerjisinin dâhil edilmesi için somut hedefler koymaktadır.
Katı atık düzensiz depolama sahaları rehabilitasyonu ve depo gazından enerji üretiminin teknik ve ekonomik uygulanabilirliğinin değerlendirilmesi
Çevresel açıdan uygun olmasa da düzensiz çöp döküm sahaları katı atık yönetiminde halen uygulanmakta ve mühendislik esaslara göre işletilen düzenli depolama sahalarına yeni geçildiğinden pek çok yerleşimde bulunan bu düzensiz döküm alanları çözüm beklemektedir. Düzensiz depolama sahaları, rehabilitasyon için ciddi finansal kaynak gerektiren aynı zamanda depo gazından enerji üretimi konusunda önemli potansiyele sahip alanlardır. Bu nedenle yeni kapanmış bir düzensiz çöp döküm sahasında depo gazından enerji üretiminin rehabilitasyon maliyetlerini karşılayıp karşılayamayacağı cevap bekleyen bir sorudur. Bu kapsamda örnek bir düzensiz çöp döküm sahası seçilerek rehabilitasyon süreci ve enerji üretiminin teknik ve ekonomik uygulanabilirliği incelenmiştir. Örnek sahanın rehabilitasyon ve enerji üretim sistemi ilk kurulum maliyetleri ile elektrik üretiminden elde edilecek gelir hesaplanmıştır. Ekonomik uygulanabilirliğin incelenebilmesi için LandGEM modelinden yararlanılarak ileri dönük depo gazı tahmini yapılmış ve potansiyel enerji üretimi hesaplanmıştır. Çalışma bulgularına göre, örnek sahanın enerji üretim değeri 2018 yılında ortalama 0,897 MW iken, tahmini enerji üretimi kestirimi aynı yılda 0,823 MW olarak belirlenmiştir. Tesisin 15 yıl işletileceği göz önünde bulundurularak ilişki maliyet analizi bulgularına göre, 3,18 milyon $ kar ettiği tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda düzensiz depolama sahaları için yapılan rehabilitasyon çalışmalarının teknik ve ekonomik olarak uygulanabilir olduğu fakat kâr marjının düşük olduğu tespit edilmiştir. Anahtar sözcükler: Enerji üretimi, depo gazı, düzensiz depolama sahası, rehabilitasyon, ekonomi.
Fotovoltaik güç sistemleri performansına kar etkisinin modelleme ile incelenmesi
Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı yaygınlaşırken, fotovoltaik güç sistemlerinin uygulama alanlarını arttırmaya yönelik birçok araştırma ve geliştirme çalışması yürütülmektedir. Özellikle verimlilik ve verimliliği etkileyen sistem parametreleri üzerine yürütülen araştırmaların sayısı her geçen gün artmaktadır. Bu çalışmada, kar yağışının fotovoltaik güç sistemleri üretim değerleri üzerine etkileri incelenmiştir. Yaygın olarak kullanılmakta olan simülasyon programlarında kar yağışlarından sonraki günlerde panel yüzeyinde biriken ve üretimin gerçekleşmesine engel olan kar yükü ihmal edilmektedir. Çalışma kapsamında, yoğun kar yağışının görüldüğü Erzurum ilinde kurulu bir fotovoltaik güç sisteminin iki yıl boyunca gerçekleştirdiği üretim değerleri ile santral fizibilite raporlarının hazırlanmasında kullanılan bir simülasyon programının tahmini verileri karşılaştırılarak anlamlı bir bağlantı kurulmaya çalışılmıştır. Kısıtlı veriler ışığında elde edilen sonuçlara göre, kar modeli ile yeniden yorumlanan bir gün için, toplam günlük üretim değerleri ele alındığında simülasyonun ilk sonuçlarına kıyasla %90 oranında gerçek üretim değerine yakınlık elde edilmiştir. Ancak bu sonucun veri setinde yalnızca bir güne karşılık geldiği, farklı günlerde modelin önemli sapmalar gösterdiği unutulmamalıdır. Kar yağışı ve yüzeyde kalma süresini etkileyen birçok iklimsel parametre olduğu için çalışma sonucunun belirlenmiş santral için yerel bir değerlendirme olduğu atlanmamalıdır.
Yerel yönetimler örneğinde sera gazı salım envanterinin çıkarılması ve fotovoltaik güneş enerjisi üretimi ile azaltımı stratejilerinin geliştirilmesi
Yaşam alanları açısından incelendiğinde kentler, küresel çapta enerji tüketiminin %75-80'inden sorumludur ve dolayısıyla da, CO2 emisyonlarının azaltılmasında adeta bir dönüm noktasıdır. Covenant of Mayors (CoM) topluluğu, iklim değişikliği ile mücadele ve yenilenebilir enerjiye geçiş konularında, uluslararası çapta, en geniş katılım ağına sahip oluşumdur. Bu çalışmada, CoM üyesi Sürdürülebilir Enerji Eylem Planı (SEAP) hazırlamış büyükşehir ve ilçe belediye bazında inceleme yapılarak, CO2 salımlarının hesaplanması ve karbon azaltımı için fotovoltaik güneş enerjisi üretim projelerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Tez kapsamında, Dünya Kaynakları Enstitüsü'nü (WRI) ve Sürdürülebilir Kentler Birliği'ni (ICLEI) baz alan CoM metodolojisine göre Bornova Belediyesi'nin 2017 yılına ait kurumsal emisyonları hesaplanmıştır. Bornova Belediyesi'nin 2017 yılı kurumsal CO2 emisyonu toplam 8561 ton olarak bulunmuştur. Azaltım stratejisi olarak, PVGIS programı yardımı ile tasarımı yapılan üç binanın toplam 380 kWp gücünde fotovoltaik güneş enerji potansiyeli olduğu ve üreteceği enerji ile orantılı olarak yılda, toplamda 316 ton CO2 azaltımına katkı sağlayacağı vurgulanmıştır.
Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemlerde güç kalitesinin deneysel analizi ve değerlendirilmesi
Bu tez çalışmasında, güç kalitesi problemlerinden en yaygın olanı harmonik ve ara-harmonikleri fotovoltaik sistemlerde analiz etmek adına, iki farklı ülkede kurulmuş olan iki farklı fotovoltaik sistemde ölçümler yapılmıştır. Bu ölçüm sonuçları olarak harmonik bozulma değerlerinin Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC-61000) ve Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE-519) standartlarına göre değerlendirmesi ve FV sistemlerde harmonik yaratan bileşen olarak invertörlerin detaylı analizi yapılmıştır. Fotovoltaik invertörün güç elektroniği devresini temsil etmek için harmonik kaynak içeren bir model önerilmiş ve bu modelin simülasyonu ve diğer yandan laboratuvar ortamında gerçekleştirilen deneyler ile doğrulanması yapılmıştır. Son aşamada ise, şebeke kaynaklı harmoniklerin FV sistemlerle nasıl bir etkileşim içinde olacağının incelenmesi adına deneysel çalışmalara devam edilmiştir. İnvertörlerin bir harmonik kaynağı olduğu tesbit edilmiş, fakat sonuç olarak dağıtım şebekesine enjekte ettikleri harmonik ve ara-harmonik bozulumlarının büyük bir kaygı oluşturmadığı belirlenmiştir.
Ege Üniversitesi bünyesindeki mevcut bir binanın enerji-ekserji analizi ve iyileştirme önerileri
Enerjide dışa bağımlılığı giderek artan ülkemizde en yoğun tüketim bina sektöründe olmaktadır. Bu sebeple binalarda enerji verimliliğini artıracak çözümlerin bir an önce uygulamaya geçmesi gerekmektedir. Bu amaç doğrultusunda oluşturulan bu tez çalışmasında, Ege Üniversitesi bünyesinde hizmet veren ve yüksek enerji tüketen Uluslararası Bilgisayar Enstitüsü binası irdelenerek enerji tasarruf performansı araştırılmıştır. Bunun için, binanın mevcut ve iyileştirilmiş durumunun enerji ve ekserji analizlerinin yapılmış, standartlara uygun iyileştirme önerileri sonucu binanın enerji tasarruf potansiyeli belirlenmiştir. Aynı zamanda, yönetmelikleri uygunlukları her iki durum içinde irdelenmiştir. Tez kapsamında gerçekleştirilen hesaplamalar sonucunda, mevcut bina yıllık bazda 192,57 kWh/m2yıl enerji tüketirken, önerilen iyileştirmeler sonucunda 153,08 kWh/m2yıl enerji tüketir hale gelmiştir. Yani, %21 oranında enerji tasarrufu sağlanmıştır. Ayrıca, binanın mevcut durumu dikkate alındığında yıllık bazda maksimum ekserji verimi %5,76 iken, iyileştirmeler sonucunda, hava kaynaklı ısı pompasında %9,89, toprak kaynaklı ısı pompasında ise %16,22 olmuştur.
Mavi ışık yayan polimer/QD temelli QDLED ve hibrit OLED'lerin hazırlığı ve karakterizasyonu
Bu tez kapsamında kuantum nokta (QD) ve polimer malzeme kompozitleri i) ışıma ve ii) boşluk aktarım (HT) katmanlarında kullanılmıştır. Kompozit yapı kullanımı ile inorganik ve organik yapıların avantajlarının birlikte kullanımı hedeflenmiştir. Işıma katmanı kompozitinde, yeşil ışık yayan ZnCdSSe QD, POSS grubu ile sonlandırılmış fluorenil tabanlı bir mavi ışık yayan polimer (ADS231BE) birlikte kullanılmıştır. Normalize elektrolüminesans eğrileri, ışımanın sadece ADS231BE'den sağlandığını ve QD' den ışıma elde edilemediğini göstermektedir. Mavi ışık verim değerleri düşmüş ancak aygıt kararlılığında artış tespit edilmiştir. HT katmanı kompoziti, bir amin ile modifiye edilen grafen oksit (DOA-GO) ve poli(3,4-etilendioksitiyofen) polistren sülfonat (PEDOT:PSS) içermektedir. DOA-GO ve PEDOT:PSS polimeri bir arada uygulanarak, hem boşluk taşınım mekanizmasında iyileşme, hem de dalgaboyu dönüştürücü olarak kullanım hedeflenmiştir. Anahtar Sözcükler: Organik ışık yayan diyot (OLED), kuantum nokta (QD)
Güneş enerjisi destekli jeotermal santrallerin bilgisayar tabanlı modellemesi ve simülasyonu
Tez çalışmasında parabolik destekli jeotermal sistem için simülasyon yazılımı geliştirilmiştir. Yapılan çalışma enerji sistemlerin farklı enerji sistemleri ile desteklendiğinde daha yüksek verimler sağlayabildiğini göstermiştir. Jeotermal enerji sistemleri, güneş enerjisi ile desteklendiğinde süreç sıcaklığı daha yüksek seviyelere taşınıp elektrik üretimi arttırılabilmektedir. Bu şekilde elektrik enerjisi üretiminin elverişli olmadığı, düşük süreç ısısına sahip olan jeotermal sistemlerde güneş enerjisi desteği ile elektrik enerjisi üretimi mümkün olabilmektedir. Çalışmada jeotermal bir sistem parabolik toplayıcılar ile desteklendiğinde proses sıcaklığının daha yüksek seviyeye gelip, buhar türbin çıkış gücünün arttığı görülmüştür. Matematiksel ifadeler kullanılarak, parabolik toplayıcı destekli karma bir jeotermal sistemin modeli oluşturulmuştur. Sistemi çözümleyen ısı transfer bağıntılarından yararlanılarak simülasyon yazılımı geliştirilmiştir. Geliştirilen simülasyon yazılımın çalıştırılması sonucu elde edilen değerler ve grafikler analiz edilmiştir. Ayrıca çalışmada tanımlanan jeotermal sistem üzerinde parabolik toplayıcılardan gelen ısınmış akışkan, sisteme farklı zamanlarda farklı noktalardan verildiğinde verimin arttığı görülmüştür. Bu çalışmanın neticesinde geliştirilen yazılım sayesinde, farklı giriş parametre ve tasarım şartlarına sahip karma jeotermal sistemler test ve analiz edilebilmekte sistemin fizibilite analizleri yapılıp, en iyi tasarım kriterleri belirlenebilmektedir. Bu kapsamda bir örnek çalışma sonuçları verilmiştir.
Biyokömür üretimi ve dolaşımlı akışkan yataklı bir yakma sisteminde linyit ve biyokömürün oksijence zengin ortamda birlikte yakılmasının incelenmesi
Tez başlıca iki ana bölümden oluşmuştur. Birinci bölüm kızılçam talaşının biyokömür üretim çalışmalarını içerirken ikinci bölüm biyokömür ve kömür karışımlarının akışkan yatak yakma sisteminde yakılma çalışmaları kapsamaktadır. Biyokömürleştirme (torrefaction); oksijensiz ortamda, 250 ile 350 °C sıcaklık aralığında, 10 ile 60 dakika bekleme sürelerinde gerçekleşen termal bir prosesdir. Bu işlem sonucu biyokütleden elde edilen biyokömürler; düşük nemli, kolay nem almaz, öğütülebilen ve enerji yoğunluğu artırılmış birer yakıt haline gelmektedirler. Pulverize kömür yakma santrallerinde ve çimento değirmenlerinde kömürle birlikte yakılabilmekte, gazlaştırma sistemlerinde yakıt olarak kullanılabilmekte, küçük/orta ölçekli biyokütle yakıcılarda yakılabilmektedir. Kesikli sistemlerde bir çok araştırma çalışması yapılmış olmasına rağmen sürekli beslemeli biyokömürleştirme çalışmaları son derece sınırlıdır. Reaktördeki sıcaklık, bekletme süresi, ısıtma hızı, partikül boyutu ve beslenen ham maddenin bileşimi gibi, birçok parametre biyokömürleştirme işlemini etkilemektedir. Bu çalışmada; sürekli beslemeli bir biyokömür üretim sistemi (helezon tipli) ile kızılçam talaşının biyokömürleştirme süreçleri parametrik olarak incelenmiştir. Deneyler dört biyokömürleştirme sıcaklığında (250, 275, 300 ve 350 °C) ve üç bekletme süresinde (5, 15 ve 30 dakika) gerçekleştirilmiştir. Kütle ve enerji verimi üzerine sıcaklık ve süresinin çok etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca; biyokömürün ısıl değeri reaktör sıcaklığı ve bekletme süresinin artırılmasıyla arttırılmıştır. Ayrıca, biyokömürün üst ısıl değeri, reaktör sıcaklığı ve bekletme süresinin artırılmasıyla arttırılmıştır. Yaklaşık 300 °C ve 30 dakika bekletme süresinde elde edilen biyokömür, ısıtma değeri, H/C, O/C oranları ve öğütülebilirlik açısından seçilen Türk linyitlerine yakın özellikte çıkmıştır. Tezin ikinci bölümünde; dolaşımlı akışkan yataklı yakma sisteminde (DAY) hava ve oksijence zengin ortamda 300 oC ve 30 dakikada üretilen kızılçam talaşı biyokömürlerinin iki farklı kömürle yanma deneyleri yapılmıştır. Yanma deneylerinde, modifiye edilmiş 30 kWth bir DAY sistemi kullanılmıştır. DAY sistemi temelde bir besleme sistemi, yakma reaktörü, siklon, geri dönüş ayağı, torbalı filtresi, çekme ve hava üfleyici fanı içermektedir. Oksijence zengin yanma deneyleri, farklı oranlarda linyit ve biyokömür karışımları ile gerçekleştirilmiştir. Biyokömürün katkı payı % 50'ye kadar arttırılmıştır. Deneylerde oksijen konsantrasyonu, % 21 ile % 27 arasında tutulmuştur. Oksijence zengin ortamda biyokömürün kömür ile birlikte yakılmasında emisyonlar önemli ölçüde azalmıştır. Özellikle yüksek oksijen konsantrasyonlarıyla CO emisyonları düşerken yüksek oranda biyokömür katkısı SO2 emisyonlarını önemli ölçüde azalmasına yol açmıştır
Cibuti'nin kırsal alanları için fotovoltaik ve rüzgâr ters-osmoz su arıtma sistemlerinin karşılaştırmalı teknik ve ekonomik fizibilite analizi
Cibuti'de kırsal bölgelerin sahil aküferinin kötüye kullanımı, sudaki tuz oranında sürekli dalgalanma ihlaline sebebiyet vermiştir. Geniş yenilenebilir enerji kaynağı yelpazesine rağmen, ülke elektrik ihraç etmek için büyük meblağlar harcamaktadır. Ekonomik gelişme nedeniyle ülke sürekli olarak enerji kıtlığıyla karşı karşıyadır. Bu, üretim sektöründeki yabancı yatırımların ve enerji teşvik süreci olarak da bilinen su tuzsuzlaştırma sürecinin önündeki temel engeldir. Bu nedenle, bu tez ilk olarak Cibuti'nin kırsal bölgelerinde yer alan üç kuyunun fotovoltaik ters ozmos tuzsuzlaştırma sisteminin mühendislik uygulanabilirliği incelenmiştir. Nitekim, sistemin boyutu, TO güç ihtiyacı ve bunun yanı sıra sistemi çalıştıracak enerji tahmin edildi. Ayrıca, belirli kuyu sularının maliyetinin mali analizi, Bilton ve Helal'ın modelleri kullanılarak tahmin edilmiştir. Buna ek olarak, maliyet etkisi, elde edilen sonuçlar ve Jones'un metodolojisi kullanılarak bulunan sonuçlar karşılaştırılarak incelenmiştir. İkinci olarak, bu çalışma, ters ozmos sistemini güçlendirmek için üç farklı enerji teknolojisini (FV, Rüzgâr ve Dizel) göz önünde bulundurarak tekno-ekonomik fizibilite karşılaştırmalı bir analiz gerçekleştirdi. Çalışma, son olarak küçük ölçekli uygun bir enerji santrali için gerekli alanı ve ilgili maliyeti tahmin etmiştir. Tahmin edilen sonuçlar, FV elektrik üretim sisteminin, seçilen bölgelerin ters ozmos tuzsuzlaştırma sistemlerine güç vermek için ihtiyaç duyduğu elektrik ihtiyacını karşılama potansiyeline sahip olduğunu açıkça göstermektedir. Ayrıca, FV ve rüzgâr enerjisini kullanan tahmini spesifik su maliyeti literatür sonuçlarına da uymaktadır. Ancak sonuçlar, tuzsuzlaştırma sistemine güç veren FV, dizel jeneratör ve rüzgâr enerjisi pompasının maddi açıdan kıyaslanabilir olduğunu göstermekterdir. Fakat dizel yakıtın düşük maliyeti ve düşük başlangıç sermayesi maliyetine rağmen öngörülen karbondioksit salınımı çevreye zararlı olmaya devam etmektedir. FV ve rüzgâr teknolojilerinin sunduğu diğer avantajlar dışında, bu teknolojiler Cibuti'deki su arıtma ve pompalama sistemlerine oldukça rekabetçi teknik ve ekonomik uygulamalar da sunmaktadır.
P-tipi boya duyarlaştırıcılı güneş hücrelerinde kullanılabilecek triarilamin türevi boyaların sentezi, spektroskopik ve elektrokimyasal karakterizasyonları
Bu doktora tezi kapsamında NiO bazlı p tipli güneş hücreleri ve tandem DSSC üretiminde kullanılabilecek 4 tane donör-akseptör (D-A) tipi organik yarıiletken boyar madde sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen organik yarıiletken boyar maddelerin yapısal karakterizasyonları 1H-NMR spektroskopisi, 13C-NMR spektroskopisi, optik ve elektrokimyasal özellikleri ise UV-Vis absorpsiyon spektroskopisi, fluoresans spektroskopisi ve döngüsel voltammetri (CV) teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca, temel hal ve uyarılmış hallerde bu organik yarıiletken boyar maddeler hesapsal kimya yöntemleriyle incelenmiştir. Özellikle tüm geometriler DFT-B3LYP yöntemi kullanılarak optimize ve karakterize edilmiştir. Sentezlenen NiO bazlı p-tipli güneş pilleri uygulamalarında kullanılacak olan organik yarıiletken boyaların isimleri; [4,4'-((4-(10-(tert-butil)-7-okso-7H- benzo[de]benzo[4,5]imidazo[2,1-a]izokuinolin-4il)fenil)azanediil)dibenzoic acid (PG09), 4,4'-((4-(1,3-diokso-2-(pentadekan-8-il)-2,3-dihidro-1H- benzo[de] izokuinolin -6-il)fenil)azanediil)dibenzoik asit (PG11), 4',4''-[(4'- siyanobifenil-4-il)imino]dibifenil-4-karboksilik asit (PG19) ve 4',4''-[(4'- nitrobifenil-4-il)imino]dibifenil-4-karboksilik asit] (PG15) olarak isimlendirilmişlerdir. Bu D-A boyalar trifenilamin donör ve naftilimidazol (NMI), naftilimid (NIM), nitrobenzen (NB) ve benzonitril (BN) akseptör gruplarını içermektedir. Bu organik boyar maddeler NiO yüzeyine bağlanmalarında önemli rol oynayan iki adet karboksilik asit grubuna sahiptir. Anahtar sözcükler: p-tip DSSC, trifenilamin (TPA), DFT, donör-akseptör
Kyoto Protokolü'nün dünya ve Türkiye açısından rüzgar kurulu gücüne etkilerinin analizi
Bu tez çalışmasının amacı, Kyoto Protokolü'nün rüzgar ve diğer yenilenebilir enerji kaynakları üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde ele alınmasıdır. Bu çalışmada ulusal ve yabancı enerji kuruluşlarının yayınlamış oldukları istatistiklerden yararlanılarak, Dünya ve Türkiye'nin enerji üretim ve tüketim değerleri ile kullanılan enerji kaynaklarının sınıfları ve karbon emisyon değerleri karşılaştırmalı olarak ele alınmış, küresel ısınmanın sebepleri ve çözüm önerileri üzerinde durulmuştur. Kyoto Protokolü öncesi ve sonrasında yenilenebilir enerji kaynaklarının durumları ve değişimleri dönemler halinde incelenmiştir. Küresel ısınmaya çözüm olarak ortaya çıkan yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgarın 2050 yılı gelişim senaryoları ve elektrik üretim pastasından alacağı paya değinilerek mevcut durum ve gelecek senaryolarındaki gelişim sürecine rağmen fosil kaynaklı enerjilere alternatif olup olmayacağının cevabı aranmıştır. Sonuç olarak Kyoto Protokolü ile yenilenebilir enerji kaynaklarına verilen teşvikler bu dönemle başlamış ve artmıştır. Bu artıştan tüm yenilenebilir enerji kaynakları içinde en büyük payı rüzgar enerjisinin aldığı istatistiki verilerle ortaya konmuştur.
İzmir ili için güneş-rüzgar hibrit enerjili elektrikli araç şarj istasyonu tasarımı
Otomobiller Dünya'daki en çok kullanılan ulaşım araçlarıdır. Bu araçlar yıllardır içten yanmalı bir motor ile çalışmaktadır. Bu motor CO2 gazı salınımı yapmakta, çevreyi kirletmekte ve küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Bu zararı azaltmak için tüm ülkelerde elektrikli otomobil kullanımı ile ilgili çalışmalar bulunmaktadır ve gelişmiş ülkeler elektrikli otomobil kullanmaya başlamıştır. Türkiye'de elektrikli ve hibrit otomobillerin artışı şarj istasyonlarına ihtiyaç doğuracaktır. Ülkemizde az da olsa şarj istasyonu bulunmaktadır. Fakat bu istasyonlar yeterli değildir ve gelecekte artacak olan elektrikli otomobiller için yetersiz kalacaktır. Elektrikli otomobillerin artışıyla şebekede ortaya çıkan talep artışı güneş ve rüzgâr enerjisi ile çalışan hibrit enerjili şarj istasyonları kurularak karşılanabilir. Bu tezde, İzmir ili içinde belirlenen bir bölgede güneş ve rüzgâr verileri ile güneş-rüzgâr hibrit enerjili şarj istasyonunun tasarımı ve boyutlandırması yapılmıştır. Yapılan optimizasyonlar sonucunda seçilen bölgeye 2 adet 200 kW rüzgâr türbini ve 1103 adet 210 W fotovoltaik panel içeren bir istasyon kurulmasına karar verilmiştir. Bu istasyon günde 14 saat çalışarak saatte 5 elektrikli otomobil şarj edebilecektir. Rüzgârdan yılda 396280,5 kWh, güneşten ise yılda 446869,5 kWh enerji elde edilecektir. Şarj istasyonunun amortisman süresi 15 yıl olarak hesaplanmıştır. Bu tez yardımıyla ileride yenilenebilir enerjili elektrikli otomobil şarj istasyonlarının farklı tasarımları üzerinde çalışmalar yapılabilir. Anahtar sözcükler: elektrikli otomobil, hibrit otomobil, şarj istasyonu, güneş enerjisi, fotovoltaik panel, rüzgâr enerjisi, rüzgâr türbini, yenilenebilir hibrit enerjili şarj istasyonu
Stirling motor-PV hibrid güç sisteminin tasarımı ve uygulaması
Bu tez çalışmasında katı yakıtlı bir merkezi ısıtma sistemine elektrik üretmek amacıyla bir Stirling motor-PV hibrid güç düzeneği eklenmiş ve oluşan sistemin performansı deneysel olarak incelenmiştir. Bu çalışmada ısıtma sisteminin asli görevini sorunsuz olarak yürütmesi ve küçük ölçekli elektrik üretmesi amaçlanmaktadır. Sistemde Stirling motorunun sağlamış olduğu hareket enerjisi bir alternatör ile elektrik enerjisine dönüştürülmekte ve PV panellerden gelen enerji ile birlikte bir bataryaya depolanarak kullanıma hazır hale getirilmektedir. Böylece hibrid bir sistemin işleyişinin, ısıtma sistemi ile birlikte iki farklı enerji kaynağının etkileşiminin ve zamanla performanstaki değişimlerin anlaşılması sağlanmıştır. Sistem üzerinde 3 ay boyunca (1 Ocak - 31 Mart 2018) 10 dakika aralıklar ile ölçümler yapılmış, elde edilen veriler kullanılarak sistemin performansı, ölçüm verilerinin zamansal değişimi, termal güç, termal performans, verim, elektrik gücü, maliyet ve maliyet tasarrufu gibi parametreler ile değerlendirilmiştir. Tez çalışmasının sonuçları göstermiştir ki; kurulan sistem, seçilen binanın ısı isteğini tamamen karşılamıştır. Ayrıca Stirling motor-PV hibrid güç sistemi 3 ay boyunca ortalama saatlik 130W'lık elektrik üretmiştir. Bu gücün %82'si Stirling motorlu mikro-kojenerasyon sistemi tarafından, %18'i ise PV panellerden sağlanmıştır. Isıtma sisteminin Stirling motor ile çalışmasında kazanın termal gücünde 1,29kW'lık bir düşüş meydana gelmiştir. Ayrıca Stirling motorunun kesikli çalıştırılması ve gece saatlerinde güneş enerjisinden yararlanılamaması sebebiyle hibrid sistemin elektrik üretiminde düşüşler gözlemlenmiştir. Bu çalışmada bina ısıtma sistemine eklenmiş Stirling motor-PV hibrid güç sisteminin performansı test edilmiş, enerji ve ekonomik analizler ile değerlendirilmiş ve sonraki çalışmalar için bir referans çalışma oluşturulmuştur.
Hibrit sistemle ısı ve elektrik enerjisi üretimi
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının hibrit uygulamaları üzerinde önemle durulmaktadır. Bunun içindir ki bu çalışma kapsamında gerektiğinde şebeke elektriğine ve doğalgaza ihtiyaç duymadan, gerekli bütün elektrik ve ısı enerjisi ihtiyacının yenilenebilir kaynakların hibrit kullanımıyla sağlandığı bir ev sistemi tasarlanmıştır. Evin ihtiyacı olan elektrik enerjisi, fotovoltaik güneş panelleri ve önemli bir biyokütle kaynağı olan talaşın gazlaştırılmasıyla karşılanmıştır. Bu doğrultuda kurulumu gerçekleştirilen fotovoltaik-biyokütle hibrit sistemiyle anlık olarak üretilen elektrik enerjisi hiçbir zaman aküye depolanmamış, akünün yerine talaşın gazlaştırılması sonucu üretilen gaz, gazometre içerisine depolanmıştır. Fotovoltaik panelden üretilen elektrik, sadece evin içerisinde klimanın çalıştığı dönemde enerji gereksinimini karşılamak için, geri kalan süreçte ise tamamen talaşın gazlaştırılması amacıyla kullanılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, gazlaştırma ünitesi kesintisiz olarak çalıştığında üretilen gazın 12MJ/kg ile 13MJ/kg aralığında net kalorifik değere sahip olduğu görülmüştür. Klimanın çalıştığı dönemlerde kesikli olarak gazlaştırma prosesi yapıldığında ise net kalorifik değer 11MJ/kg ile 12MJ/kg aralığında bulunmuştur. Farklı reaktör hacimleriyle yapılan denemelerde, en yüksek termal dönüşüm veriminin prosesden harcanan enerjiye kıyasla 5,3551 kat fazla olduğu görülmüştür. 2017 yılı İzmir Bornova iklim verileri kullanılarak Gama tipi ev için yapılan modellemede hibrit sistem ile bir yılda üretilen gaz miktarının 6.152,634m3 (21462,67kWht); FV panellerden üretilen elektrik enerjisinin ise 5.156,94kWhe olduğu görülmüştür.
Organik yarıiletkenlerin katkılanması ve fotovoltaik uygulamaları
Bu tez çalışmasında polimer ve küçük molekül olmak üzere iki farklı organik molekülün, 2,3,5,6-Tetrafloro-7,7,8,8-tetrasiyaniqinolidimetan (F4TCNQ) katkı malzemesi ile p tipi katkılanması sonucu yük hareketliliği ve hücre performanslarındaki değişim incelenmiştir. Polimer olarak organik güneş hücrelerinde en çok kullanılan p tipi materyal olan, poli(3-hekziltiyofen-2,5-diil) (P3HT), küçük molekül olarak ise 4,4′,4′′-Tri[fenil (m-toli) amino] tri fenil amin (m-MTDATA) molekülü kullanılmıştır. P3HT molekülünün katkılanması sonucu elde edilen güneş hücresinde standart şartlarda %3.42 verim elde edilmiştir. Bu değer katkılanmamış hücrede %3.2 'dir. MTDATA molekülü ise katkılanarak perovskit yapısında HTM olarak kullanılmış ve %0.97 verim değerine sahip olduğu görülmüştür. Katkılanmamış hücrede ise bu değer %0.08 değerindedir. Katkılanan moleküllerdeki optik değişimler soğurma ve ışıma spektrumlarıyla incelenmiştir. Organik yarıiletkenlerin yük hareketliliğinin düşük olması sebebiyle verimlerinde meydana gelen düşmenin önüne geçilerek, optimum katkılama oranında katkı maddesiyle katkılandırılıp yük hareketliliği değerleri hesaplanmıştır. Katkılanan güneş hücrelerinin performans ölçümleri akım-gerilim (I-V) ölçümleri ve monokromatik foton-akım dönüşüm verimi (IPCE) ölçümleri kullanılarak yapılmıştır. Anahtar sözcükler: Organik yarıiletken, organik güneş hücresi (OGH), p tipi katkılama, yük hareketliliği, F4TCNQ.
Biyokömürleştirme için parabolik güneş yoğunlaştırıcılı sistem tasarımı, kurulumu ve farklı biyokütle kaynakları için optimum işletme koşullarının belirlenmesi
Biyokütle enerjisi termokimyasal dönüşüm teknolojileri ülkemiz için öncelikli destek alanları arasında yer almaktadır. Bu teknolojiler enerji, çevre ve kimya gibi farklı alanlarda kullanılabilmektedir. En önemli avantajı ise, ihtiyaç duyulan formda (katı, sıvı veya gaz) ürün elde edilebilmesidir. Ürünler, ısıtma ve elektrik üretiminde yakıt olarak değerlendirilebilmekte veya kimyasal madde olarak satılabilmektedir. Katı ürün olan biyokömür "Torrefaction" olarak bilinen termal bir proses sonucu elde edilmektedir. Günümüzde toprak şartlandırıcı, linyit ile birlikte yakılabilecek alternatif bir yakıt veya diğer proseslere destek verebilecek önişlem ürünü olarak kullanılabilmektedir. Biyokütle karakteristiğine bağlı olarak 200°C – 300°C sıcaklık aralığında ve oksijensiz ortamda gerçekleştirilen bu proses pirolizin alt basamağıdır. Sadece hidrojen bağlarını kopararak yapısal bozunmanın sağlanması, nemin uzaklaştırılması ve en az düzeyde uçucu kaybı amaçlanır. Güneş enerjisi ise günümüzde hem ısıtma hem de elektrik üretiminde kullanılabilen yenilenebilir enerji kaynaklarındandır. Fotovoltaik sektörünün hız kazanması ve maliyetlerin düşürülmesi ile güneş yoğunlaştırıcılı sistemlerin, elektrik üretiminden ziyade kızgın buhar üretimi amacıyla kullanımı ekonomik olarak tercih edilmektedir. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi, su ve yağ gibi akışkanlara aktarılabildiği gibi katı maddeye de aktarılabilmektedir. Mevcut tez çalışmasında ise, biyokömürleştirme ile yüksek sıcaklığa ulaşabilen parabolik oluk tipi güneş yoğunlaştırıcı sistem birlikte kullanılmıştır. Böylece, laboratuvar ölçekli biyokömürleştirme sisteminin yatırım ve işletme maliyetlerini düşürmek hedeflenmiş, büyük ölçekli sistemler için altyapı oluşturmak amaçlanmıştır. "Concentrated Solar Power" (CSP) tesislerinden farklı olarak tasarlanan sistemde, parabolik yoğunlaştırıcıyla biyokömür üretim sistemi için gerekli enerjinin doğrudan temini gerçekleştirilmiştir. Bu yaklaşımla, doğrusal odak noktasına biyokömürleştirme reaktörü yerleştirilmiş ve laboratuvar ölçekli üretim sistemi prototipi kurulmuştur. Sistemin optik verimi yaklaşık 0,73 olarak hesaplanmış, tasarlanan borosilikat cam örtülü, arası vakumsuz, bakır selektif yüzey kaplı çelik alıcı boru ile toplam ısı transfer katsayısı 1,04W/m2K olarak bulunmuştur. Bunun yanında, elektrikli biyokömürleştirme sisteminde pamuk sapı, çam cipsi ve tavuk atığı gibi biyokütle kaynakları kömürleştirilmiştir. Sıcaklık, parçacık boyutu, yoğunluk ve bekletme süresi gibi performans parametrelerinin etkisi her biyokütle kaynağı için değerlendirilmiş ve optimum koşullar saptanmıştır. Elde edilen optimum proses koşulları tasarlanan ve kurulan güneş yoğunlaştırıcılı biyokömürleştirme sisteminde tekrarlanarak, biyokömür üretim verimleri karşılaştırılmıştır. Denemelerde elde edilen tüm biyokömürler literatürde verilen değerlerle uyumlu bulunmuştur. Prosesin kütle kaybı ve enerji verimiyle, biyokömürlerin karbon yüzdeleri, üst ısıl değerleri (HHV), H/C ve O/C atomik oranlarından yararlanılarak ANOVA istatistiki analizi yapılmıştır. Sıcaklığın bu sonuç değişkenleri üzerinde en önemli parametre olduğu saptanmıştır. Pamuk sapı biyokömürü için optimum üretim koşulları 318°C'de 60 dakika bekletme süresi ve 155 kg/m3 yığın yoğunluğu şeklinde elde edilmiştir. Çam cipsi biyokömürü için 5mm parçacık boyutlu hammaddeden 350°C'de 10 dakika bekletme süresi, tavuk atığı biyokömürü içinse 300°C'de 60 dakika bekletme süresi ile 200kg/m3 yığın yoğunluğu değerleri optimum koşullar olarak belirlenmiştir. Tasarlanan güneş yoğunlaştırıcılı biyokömürleştirme sisteminde, bakır selektif yüzeyli metal reaktörün en verimli alıcı olduğu saptanmıştır. Bu reaktörle optimum koşullarda gerçekleştirilen denemeler ile laboratuvar (lab.) ölçekli elektrikli biyokömürleştirme sistemi denemeleri karşılaştırılmış ve sonuç değişkenleri arasında ortalama %5,1 yüzdesel fark olduğu belirlenmiştir.
Grafen oksit/TiO2 nanokompozitlerinin sentezi ve temsili, doğrudan ve yoğunlaştırılmış gün ışığı altında, fotokatalitik aktivitelerinin tespiti
Grafen oksit (GO), grafit tozlarından modifiyeHummers yöntemi ile azot katkılı titanyum dioksit (N-TiO2) ve katkılanmamış titanyum dioksit (TiO2) ise sol-gel yöntemi ile sentezlenmiştir. GO ve NTiO2 ile TiO2 maddeleri arasında kompozit oluşumu düşük sıcaklık hidrotermal yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen malzemelerinin karakterizasyonu X-ışınımı kırınımı yöntemi, X-ışınıfotoelektron spektroskopisi, fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi, UV-Visdifuzreflektans spektroskopisi ve BET analizi teknikleri kullanılarak yapılmıştır. GO, TiO2, N-TiO2, GO-TiO2 ve GO:N-TiO2 katalizörleri ile Rhodamine B boyasının degradasyonu çalışmaları ksenon lamba, doğrudan ve yoğunlaştırılmış güneş ışığı altında gerçekleştirilmiştir. Yoğunlaştırılmış güneş ışığı şiddeti, doğrudan ve yapay ışık kaynaklarının şiddetlerine göre sırasıyla, 10 ve 390 katyüksektir. İncelenen fotokatalizörler içinde GO:N-TiO2, uyarım kaynağından bağımsız olarak daha iyi fotokatalitik aktivite göstermiştir. Bu durum, TiO2'nin azot ile katkılanması ve GO ile kompozit oluşumu sonrası oluşan Ti-O-C bağının etkisiyle soğurma bölgesinin görünür alana kaymasına bağlanmıştır.
İki-eksenli güneş takip mekanizmasına sahip 1 kW'lık fotovoltaik güç sisteminin modellenmesi ve analizi
Fotovoltaik sistemlerin performansları güneş ışınımı, ortam sıcaklığı ve rüzgar hızı gibi değerlere göre değişim göstermektedir. Sistemin verimini en çok etkileyen unsur ise güneşin o anki konumuna göre oluşan güneş ışınımı değeridir. Güneşin bulunduğu konum, zamana bağlı olarak değişmektedir. Dolayısıyla sabit olarak duran fotovoltaik paneller güneşten yeterince faydalanamamaktadır. Güneş takip sistemleri, güneşin konumuna göre fotovoltaik panelin eğimini ve yönünü ayarlayabilen sistemlerdir. Tek-eksenli güneş takip sistemlerinin yanı sıra iki-eksenli güneş takip sistemleri de kullanılmaktadır. Tek- eksenli sistemlerde fotovoltaik panelin sadece eğimi veya sadece yönü ayarlanabilirken iki-eksenli sistemlerde eğim ve yön değişkenlerinin ikisi de ayarlanabilmektedir. Bu takip işlemi sonucunda fotovoltaik sistemin performansı %57'lere kadar çıkabilmektedir. Bu tezde, iki-eksenli güneş takip mekanizmasına sahip 1 kW'lık fotovoltaik güç sistemi bilgisayar ortamında modellenmiş ve İzmir ili koşulları için MATLAB/SIMULINK ortamında simüle edilmiştir. Daha sonra elde edilen veriler halihazırda kurulu olan eş bir sistemle karşılaştırılmış ve sonuçlar incelenmiştir. Anahtar sözcükler: Güneş takip sistemi, fotovoltaik modül, şarj regülatörü, akü, lineer motor, mikrodenetleyici.
Anaerobik fermantasyon yöntemi ile tar giderimi
Gazlaştırma ve piroliz gibi termokimyasal dönüşüm sistemlerinin en temel sorunlarından biri olan tar, sistemde büyük zararlara sebep olan hidrokarbonların karışımından oluşan aromatik kirleticiler olarak bilinmektedir. Tar sisteme yerleşmekte ve sistemde ısı kayıplarına, korozyona, yanma sırasında is oluşumuna, sistemdeki katalizörlerin zehirlenmesine, boru ve kanallarda tıkanıklığa sebep olmaktadır. Bu tez çalışmasında, piroliz esnasında oluşan tar kirleticilerinin arıtılması için mevcut çalışmalar incelenerek biyogaz sistemleri ile piroliz sisteminin hibrit çalıştırılması ile oluşacak yeni bir tar arıtım prosesi tasarlanmıştır. İlk aşamada piroliz için uygun materyal; sığır atığı, tavuk atığı, okaliptüs ve odun talaşı içerisinden odun talaşı olarak belirlenmiştir. Deneylerin ikinci aşamasında çıkan gaz içeriğindeki tarın gravimetrik ölçümünün belirlenmesi için çözücü kimyasal aseton ve izopropil alkol içeren gaz yıkama serisi (diğer bir adı ile Cold-Trapping yöntemi) piroliz reaktöründen sonra sisteme eklenmiştir. Bu gaz yıkama serisinde aseton ile tar tutumu üç parelel deney sonucunda sırasıyla 0.158, 0.194, 0.165 g/l olarak hesaplanarak ideal çözücü olarak aseton belirlenmiştir. Gravimetrik ölçüm sonrasında gaz yıkama şişelerindeki tar emilim miktarlarının belirlenmesi için 285 nm dalga boyunda 1. gaz yıkama şişesinden 5. şişeye kadar absorbans değerleri Lambert-beer yasasına göre sırasıyla 0.3514, 0.1545, 0.1195, 0.0976 ve 0.025 olarak belirlenmiştir. Deneylerin 3. aşamasında 25 m 3' lük Torbalı tesisinden temin edilen fermente atık piroliz reaktöründen sonra sisteme eklenmiştir ve fermente atıktan sırası ile 10, 20 ve 30 L gaz geçişi sağlanmıştır ve elde edilen tar miktarları sırası ile 0.159, 0.089 ve 0.075 g/L olarak tespit edilmiştir. Tar arıtım verimi %56.09 olarak bulunmuştur. Gravimetrik ölçümden sonra dalga boyu analizi 285 nm'de gerçekleştirilmiş ve absorbans değerleri 1.şişeden 5.şişeye kadar 0.3068, 0.2741, 0.2449, 0.1701 ve 0.1249 olarak belirlenmiştir. Gaz geçirilerek tar tutumu gerçekleştirilen fermente atık şişeleri 35˚C sıcak odada 12 gün bekletilmiştir. Gaz çıkış miktarı gözlemlenmemiştir. Fermente atığa uygulanan pH ve alkalinite analizlerinin etkisi yorumlanmıştır. Anahtar sözcükler: piroliz, fermente atık, tar, biyogaz, sentez gazı, hibrit sistem
Farklı nano yapılar kullanılarak üretilen organik güneş hücrelerinin fotofiziksel karakterizasyonu ve fotovoltaik performans analizleri
Organik moleküllerin elektronik özellikleri ilk 20. yüzyılın başlarında çalışılmış olmasına rağmen (Brütting, 2006) , organik güneş hücrelerinde yaygın olarak kullanılmaları 1980'li yılların ortalarını bulmuştur (Tang, 1986). Organik malzemeler çözelti bazında çalışılabilmesi, onların mürekkep püskürtmeli yazıcı, dönü kaplama gibi düşük maliyetli üretimler için avantaj sağlar (Ã et al., 2013). Ayrıca katı fazında moleküller arası Van der Waals etkileşimi sayesinde anorganik malzemelere kıyasla daha esnektirler (Shi et al., 2008) ve molekül/polimerlerin modifikasyonu ile arzu edilen bölgede foton-soğurma elde edilebilmektedir (Chehata et al., 2014). Organik güneş hücre çalışmalarında, poli (3-hekziltiyofen-2,5-diyl) (P3HT), diğer polimerlere kıyasla kararlı ve yüksek yük hareketliliğine sahip olmasından dolayı tercih edilen bir donor malzeme olmuştur. Ancak P3HT'nin kısa eksiton difüzyon uzunluğuna sahip olması sebebiyle organik fotovoltaiklerde cihaz performasını kısıtlmaktadır. Bu dezavantajın önüne geçebilmek için hacimsel yapı yerine, komşu polimerlerin elektronik π orbitallerinin çakışması ile oluşan 1-D organik nanoteller tercih edilmektedir. Bu tez çalışmasında da gösterileceği üzere, nanoteller sayesinde hem eksiton ayrışması verimli olmakta hem de yükler düzenli polimerler üzerinden, daha az tuzak hallere yakalanarak elektrotlara ulaşabilmektedir. Farklı çevresel şartlarda ve değişik metodlarda, çok çeşitli boyutlara sahip düzenli P3HT nanoyapılar elde etmek mümkündür. Ancak güneş hücre verimi göz önünde bulundurulduğunda, donor/akseptör arayüz alanının fazla olması, yük transportunun kesintisiz olarak elektrotlara ulaşabilmesi ve eksitonun rekombinasyona uğramadan donor/akseptör arayüzeyine ulaşabilmesi arzu edilir. Bu ihtiyaçlardan dolayı, düzenli P3HT nanoyapıların kalınlığının nanometre mertebesinde, uzunluklarının mikrometre mertebesinde olması ve P3HT nanoyapıların akseptör malzeme ile iyi karışabilmesi gerekir. Bu sebeple düzenli yapıların morfolojik optimizasyonu, cihaz üretiminde önemli bir rol oynar. Bu amaç doğrultusunda, bu tez çalışmasında ilk önce kontrollü P3HT nanotel oluşumu atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak incelenmiş, daha sonra da elde edilen nanotellerin organik güneş hücresi'nde (OGH) aktif tabaka malzemesi olarak cihaz performansı incelenmiştir. Tez çalışmasının 3.1.1 bölümünde, nanotellerin oluşumu ve gelişimi yavaş soğutma tekniği kullanılarak incelenmiştir. Yavaş soğutma tekniğinin tercih edilmesindeki amaç, nanotel oluşumu ve gelişiminin yavaş olmasıdır. Böylece ana çözeltiden farklı zamanlarda alınan örneklerdeki nanotel oluşumu AFM ile rahat incelenebilmiştir. Nanotellerin elde edildiği diğer bir yöntem ise zayıf çözücü tekniğidir. Bu teknikte nanoteller oda sıcaklığında (<30ᵒC), mikro saniye mertebesindeki bir zaman aralığı içerisinde oluşabilir. Bu sebeple bu yöntem ile nanotellerin sadece gelişimi incelenebilmektedir. Bölüm 3.1.2'de iyi çözücü:zayıf çözücü oranları değiştirilerek nanoteller oluşturulmuşve farklı sürelerdeki gelişimleri AFM ile incelenmiştir. Böylece cihaz üretiminde kullanılacak ideal morfoloji için gerekli koşullar tespit edilmiştir. Bölüm 3.5.1'de ise üretilen nanotellerin yük hareketliliği ve cihaz performansı incelenmiştir. Boşluk hareketliliği için "Uzay Yüküyle Sınırlı Akım" (SCLC) yöntemi kullanılarak hesaplanmış, donor:akseptör film morfolojisinin cihaz verimine etkisi incelenmiştir. Cihaz performansının yüksek olması için gerekli şartlardan biri de, daha önce belirttiğimiz gibi, donor/akseptör arayüzey alanının mümkün olduğunca fazla olmasıdır. Bu sebeple nanotel ile akseptörün homojen karışması istenir. Bu bağlamda, bölüm 3.5.3'de morfolojiyi iyileştirme amacıyla 1,8- diiodooktan (DIO) katkı maddesi kullanılarak cihaz optimizasyonu yapılmıştır. Böylece morfolojik kusurlardan kaynaklanan tuzak halleri, katkı maddesi ile azaltılmaya çalışılmış ve katkı maddesinden kaynaklanan tuzak hallerinin de minimum konsantrasyonda olması hedeflenmiştir. Tuzak hallerinin cinsi ve cihaz performansına etkisi empedans spektroskopisi yardımı ile tespit edilmiştir.
Su sümbülü ve diğer lignoselülozik atıkların kullanımıyla ikinci nesil biyoetanol üretimi
Bu tez çalışmasında, farklı lignoselülozik kaynaklardan; fiziksel, kimyasal, enzimatik/mikrobiyolojik ön işlemler ve kombinasyonları ile farklı mikroorganizmalar aracılığıyla biyoetanol üretimi incelenmiştir. Kullanılan kaynaklar; özel yetiştirilen sucul bitkiler ve farklı bitkilerin artıkları olarak seçilmiş,hammaddelere ön işlemler ve kombinasyonları uygulanarak, biyoetanol üretimi için gerekli karbohidrat kaynaklarının açığa çıkma dereceleri analiz edilmiştir. Farklı mikroorganizmaların (Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis ve Clostridium thermocellum) kullanıldığı deney setleri ile elde edilen karbohidrat kaynaklarının etanole dönüşüm verimleri karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışmalarda en düşük karbohidrat konsantrasyonu, sadece kimyasal ön işlem uygulanan C reaktörlerinden,en yüksek karbohidrat konsantrasyonu ise fiziksel ön işlem ardından kimyasal (NaOH) ve enzimatik (selülaz) enzimi uygulanan K reaktörlerinden elde edilmiştir. K grubu reaktörlerin veriminin C grubuna oranla yaklaşık 4 kat daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Deney setleri içinde, en çok karbohidrat kaynağı tüketimi 8,33 mg/ml değeri ile Kbuğday reaktöründe gözlenmiş, en çok biyoetanol de yine aynı reaktörden elde edilmiştir (3,36 mg/ml). Set III'de ise hammaddelere herhangi bir ön işlem uygulanmamış, sadece C. thermocellum'unhammaddelerden etanol dönüşüm verimi saf selülozdan etanole dönüşüm verimiyle kıyaslanmıştır. Set III'de en yüksek etanol üretimi 0,25 mg/ml ile mısır silajının kullanıldığı reaktörden elde edilmiştir. Tüketilen karbohidrat konsantrasyonunun üretilen biyoetanol konsantrasyonu oranına bakıldığında en yüksek verim Set I'de % 49,77 ile Esümbül, Set II'de ise % 50,40 ile Esilaj reaktörlerinden elde edilmiştir.
Organik fotonik sistemlerde kullanılabilecek bipolar konak malzeme sentez ve karakterizasyonları
Bu doktora tezi kapsamında, fosforesant OLED uygulamalarında kullanılmaya yönelik dört adet p-tipi konak materyal ve dört adet bipolar konak materyal sentezlenmiştir. Sentezlenen moleküllerin yapısal karakterizasyonları FTIR, 1H-NMR ve 13C-NMR spektroskopileri ile yapılmıştır. Sentezlenen p-tipi konak moleküllerde, elektron verici karbazol (donör, D) grupları ve hacimli tetrafenilsilan gruplarının bir arada kullanılması ile yüksek camsı geçiş sıcaklığına (Tg ≥ 120 °C) sahip, boşluk transfer edici konak moleküller elde edilmiştir. Bipolar konak moleküllerde ise elektron verici karbazol grupları ile elektron çekici triazin grupları arasına, konjugasyonu kesici tetrafenilsilan gruplarının bağlanması sonucunda yüksek triplet enerjisine (ET ≥ 2.9 eV) sahip moleküller elde edilmiştir. Sentezlenen moleküllerde, karbazol gruplarının 3,6 poziyonlarına tert-bütil gruplarının bağlanması sonucunda organik çözgenlerde (kloroform, tolüen, EtOAc vb) çözünebilir yapıya sahip konak materyaller elde edilmiştir. Sentezlenen moleküllerin fotofiziksel özellikleri UV-Vis absorpsiyon ve fotolüminesans (PL) spektroskopisi, elektrokimyasal özellikleri döngüsel voltammetri tekniği ile incelenmiştir.
Ege bölgesindeki düşük entalpili jeotermal kaynakların değerlendirilmesi için toprak sıcaklıklarının tahminlenmesi
Bu tezde, düşük entalpili jeotermal kaynaklar için, toprak sıcaklıkları, zamanın ve derinliğin fonksiyonu olarak tahminlenmiştir. Tahminler özellikle toprak kaynaklı ısı pompaları ve toprak hava ısı eşanjörlerine yöneliktir. Toprağın termal davranışı,mevsimsel değişimler, nem oranı gibi pek çok etmene bağlıdır. Ek olarak eksiksiz sıcaklık verilerine ulaşmak oldukça zordur. Bu durum ise doğru tasarım parametrelerinin belirlenmesini güçleştirmektedir.Bu sebeplerden dolayı, matematiksel bir tahminleme modeli geliştirildi. Tahminler İzmir Meteoroloji İstasyonu'ndan alınan Ege Bölge'si illeri için 1960-2014 yılları arasındaki 5-10-20-50-100cm derinliklerdeki sıcaklık değerleriyle karşılaştırıldı. Hata yüzdeleri Afyonkarahisar %19, %17.5, %16.8, %18, %19, Aydın %14.5, %13.9, %12.5, %12.5, 10.5%, Denizli %11, %10.6, %8, %7.7, %5.9, İzmir %11.33, %12.26, %8.54, %11.14, %10.96, Kütahya %20, %14.1, %12.6, %16, %15.7, Manisa %13.43, %12.03, %8.5, %9.4, %8.7, Muğla %15, %15.3, %11.9, %12.2,%12.2 ve Uşak %17.5, %16, %13.95, %14.86, %15 olarak belirlendi.Özetle bu tezde hava ve toprak sıcaklığı arasındaki bağ incelenmiştir. Anahtar sözcükler:Toprak sıcaklığı, sıcaklık çeşitliliği, enerji verimliliği, jeotermal enerji, ısı değiştiriciler.
Organik boya ile duyarlaştırılmış güneş hücresi performanslarının elektrokimyasal empedans spektroskopisi yöntemi ile incelenmesi
Bu çalışmada, iyonik sıvı kullanarak boya duyarlaştırıcılı güneş hücrelerinin elektrokimyasal karakteristiği çalışıldı ve solvent içeren elektrolitli pille karşılaştırma yapıldı. Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS), boya duyarlaştırıcılı güneş hücreleri için difüzyon parametreleri, kimyasal kapasitans ve rekombinasyon direnci gibi önemli pil parametrelerini tanımlamada faydalı bir tekniktir. Solventlerin uçuculuğu uzun dönem alet performansı için önemli bir sorun oluşturmaktadır. Katı veya uçucu olamayan faz elektrolit organik solvent içeren elektrolitler için alternatiftir. Oda Sıcaklığı İyonik Sıvıları (RTIL) yüksek termal kararlığı ve yüksek iyonik iletkenliğe sahiptirler. Bu özellikleri boya duyarlaştırıcılı güneş pili uygulamaları için iyonik sıvıları avantajlı kılar. Öncelikle, ölçümler için 0.6 M Iodide iyonik sıvı, 0.1 M LiI (Lithium iodide), 0.05 M I2 ve 0.5 M TBP (4-tert-butylpyridine) solvent elektrolit olarak MPN (3-methoxypropionitrile) kullanılarak hücreler hazırlanmıştır. Oda Sıcaklığı İyonik Sıvılar (RTIL) AMEII, AMII ve referans olarak PMII ile AEII kullanıldı. Difüzyon parametrelerini tanımlamak için, iki elektrotlu sandöviç hücresi hazırlandı. Daha sonar boya duyarlaştırıcılı güneş hücrelerinin elektron ömrü ve iyonik sıvıların difüzyon katsayısı karakterize edildi. Deneysel verilerimizle Modellememizin verilerini uyarlamak için empedans analiz sistemi kullanılmıştır. Uygun modelle empedans eğrileri uyarlanmıştır. Çalışmada kullandığımız modelleme Warburg difüzyon parametreleri ve çift tabaka kapasitansı içermektedir. Sonuç olarak, referans olarak kullanılan PMII 2.0572E-7 cm2s-1 ve AEII 1.7538E-7 cm2s-1 difüzyon katsayısına sahipken AMEII iyonik sıvısı 0.8621E-7 cm2s-1'tir. Empedans eğrilerinin fit edilmesiyle elde edilen difüzyon katsayıları benzer sonuçlar vermektedir. Difüzyon parametrelerinden olan difüzyon direnci Rd incelendiğinde AMEII referans elektrolit olan PMII'ya benzer değerlere ulaşmaktadır ve bu sonuçlar AMEII'ün elektrolit olarak iyonik sıvı içeren boya duyarlaştırıcılı güneş hücreleri için alternatif olabileceğini göstermiştir. Tezin son kısmında ise, farklı sıcaklıklardaki DSSC'lerin empedans analizleri incelendi. Sıcaklığın artışına bağlı olarak elektron yoğunluğunun artmasına bağlı olarak rekombinasyon pillerde baskın hale gelmektedir. DSSC'lerin pil verimini geliştirmede çok önemli kontrol mekanizması olan rekombinasyon mekanizmasının kontrolüyle sağlandığı gözlemlenmiştir. DSSC verimini geliştirmek için rekombinasyon mekanizmasının kontrol edilmesinin büyük önem taşıdığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, farklı sıcaklıklarda DSSC'ler için çok önemli parametreler olan difüzyon katsayısı, elektron ömrü, kimyasal kapasitans, yük-transfer direnci EIS kullanılarak hesaplanmıştır.
Yenilenebilir enerji kooperatiflerinin kırsal kalkınmadaki önemi: Tunceli Pertek ilçesi örneği
Bu tezde kırsal kalkınmada yenilenebilir enerji kooperatiflerinin önemi incelenmiştir. Kırsal bir bölge olarak Tunceli Pertek ilçesi, yenilenebilir enerji kooperatifleri açısından incelenmiştir. İlçenin bütün yerleşim alanları hem biyogaz hem de güneş enerjisi potansiyeli açısından ele alınmıştır. Yerleşim yerlerinde anket çalışması uygulanarak büyükbaş hayvan sayısı ve ısı tüketimleri belirlenmiştir. Ayrıca ilçeye elektrik tedarik eden şirket vasıtasıyla yerleşim yerlerinin elektrik tüketimleri elde edilmiştir. Böylece yerleşim yerlerinin elektrik ve ısıl ihtiyaçları yenilebilir enerji teknolojileri ile karşılanması durumunda gerekli sistem boyutları ve maliyetler belirlenmiştir. Bunlara ilaveten elde edilen potansiyel verileri ışığında bir köy, örnek yenilenebilir enerji kooperatifinin uygulanması noktasında belirlenmiştir. Kırsal bir yerleşim alanında yenilenebilir enerji kooperatifinin kurulması durumunda meydana gelecek sosyal etkiler incelenmiştir. Ayrıca ilk yatırım maliyetleri yüksek olan bu teknolojilerin uygulanabilmesi için gerekli teşvik ve destek programlarına vurgu yapılmıştır.
Kurutulmuş arıtma çamurunu biyokömürleştirerek kullanım olanaklarının araştırılması
Atıksu arıtımı sonucunda büyük miktarlarda oluşan arıtma çamuru organik içeriğe sahip olması ve sürdürülebilir bir atık olmasından dolayı, yenilenebilir enerji üretimi için büyük bir potansiyele sahiptir. Biyokömürleştirme gibi termokimyasal dönüşüm yöntemleri ile arıtma çamuru, karbon içeriği yüksek bir yakıta dönüştürülebilmektedir. Biyokömürleştirme, oksijensiz ortamda, 200-300 °C sıcaklık aralığında gerçekleştirilen, kömüre benzer özellikler gösteren katı yakıt olan biyokömürün üretildiği prosestir. Arıtma çamuru yüksek kül ve kükürt içeriğine sahip olmasının yanı sıra düşük karbon içeriği ve kalorifik değere sahiptir. Yapılan denemelerde, toplam ham maddeye %75, %50 ve %25 oranında arıtma çamuru karıştırılarak geri kalan kısmı çam cipsi ile tamamlanmıştır. Denemeler 20, 40, 60 dakikalık bekletme sürelerinde ve 250 oC, 280 oC, 310 oC sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Bu tez kapsamında; en fazla arıtma çamuru karışım oranı ile yüksek kalorifik değere, düşük kül ve kükürt içeriğine sahip biyokömür elde edilmesi amaçlanmaktadır. Arıtma çamuru ve çam cipsinin birlikte biyokömürleştirilmesi denemelerinde; sıcaklığın, bekletme süresinin ve karıştırma oranının, kalorifik değer, kül ve kükürt içeriğine olan etkileri Box-Behnken deneysel tasarımı ile araştırılmıştır. Optimizasyon sonucuna göre; 298,5 oC / 33,15 dakika / %30 karışım oranı optimum nokta olarak seçilmiştir. Biyokömürleştirme prosesinin bu koşullar altında gerçekleşmesi durumunda; elde edilecek biyokömürün kalorifik değeri 4942,1 kal/g, kül içeriği %25 ve kükürt içeriği %0,23 olarak belirlenmiştir.
Organik alan etkili transistörlerin üretimi ve performans karakteristiklerinin incelenmesi
Bu tezde oksit ara yüzey tabakaların organik alan etkili transistörlerin performansına etkileri araştırılarak sistematik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Oksidasyon için farklı derecelerde duyarlı olan P3HT (Poly(3-hexylthiophene–2,5-diyl)) ve TIPS PENTACENE (6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)) iki organik yarıiletkenler ile çalışılmıştır. Dahası aktif tabakalardaki etkilerinin karşılaştırmak amacıyla WO3 ( tungsten trioxide) ve MoO3 gibi farklı iki oksit ara tabaka olarak uygulanmıştır. Optimum kalınları bulmak için oksitlerin kalınlıkları değiştirilmiştir. Her iki oksit ara yüzeyin özellikle mobilite ve threshold gerilimlerinde P3HT ve TİPS PENTACENE temelli OFET'lerin (organik alan etkili transistörler) performansını arttırdığı gözlemlenmiştir. 10 nm oksit tabakası optimum kalınlıktır. Kalınlığa olan bağımlılık en yüksek mobiliteyi ve en düşük eşik gerilimini veren 10nm oksit tabaka kalınlığının optimum kalınlık olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte iki oksitin film oluşumu ve aktif tabakanın oksidasyonunda farklı davranışları olduğu bulunmuştur. Oksijene duyarlı olan P3HT MoO3 tarafından kuvvetli bir şekilde doplanırken WO3'te böyle bir durum söz konusu değildir. Oksijene karşı yüksek dirençli olduğu halde TIPS PENTACENE böyle bir fark göstermemektedir. Bununla birlikte, hem P3HT hem de TIPS PENTACENE aygıtları için transistör karakteristikleri karşılaştırıldığında WO3 ve MoO3 histerisis bakımından oldukça farklı davranış göstermektedir. WO3 kalınlığının artırılması histerisisi sürekli genişletmektedir hâlbuki MoO3'ün ara tabaka olarak dâhil edilmesi histerisisi ortadan kaldırmaktadır. Bu da aktif tabaka üzerindeki farklı film oluşum özelliklerine dayanmaktadır.
İzmir iklim şartları için fotovoltaik evirici ağırlıklı verim modeli
Bir fotovoltaik güç sisteminin (FVGS) yıllık enerji hasadı, yalnızca eviricinin elektriksel dönüşüm verimine değil aynı zamanda FV sistemin kurulu olduğu coğrafyaya ve iklim şartlarına da bağlıdır. Bu çalışma kapsamında İzmir iklim koşullarında FV eviricilerin yıllık hasat tahminlemesinde kullanılabilecek bir ağırlıklı verim modeli geliştirilmiştir. Modelin geliştirilmesi öncelikle yüksek çözünürlüklü ve kesintisiz iklim verisi gerektirmektedir. Türkiye'de bu nitelikteki veriler hazır biçimde bulunmadığı için mevcut verilerin işlenmesiyle uygun nitelikte veri takımları elde edilmesi gerekmiştir. Elde edilen veri setleri üzerinde kristal silisyum (c-Si) FV hücrelerin en yüksek güç noktasındaki (MPP) üretimleri hesaplanarak yıllık dağılımlarına göre güç aralıklarının üretime katkı ağırlıkları belirlenmiştir. Belirlenen bu değerler, Avusturya Teknoloji Enstitüsü – AIT FV Evirici Test Laboratuvarlarında yapılan denemeler ile diğer ağırlıklı verim modelleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, ülkenin orta enleminde yer aldığı için Türkiye ışınımını temsil edebilecek İzmir şartları için geliştirilen bir ağırlıklı verim modeli elde edilmiştir. Elde edilen model, İzmir şartlarında diğer modellere göre daha gerçekçi bir hasat tahminlemesi yapmaktadır. Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik evirici, ağırlıklı verim, hasat, güneş ışınımı, bölgesel iklim şartları.
Enerji bitkilerinin ön işlem uygulamaları ile biyometan potansiyelinin artırılması
Bu çalışmada, dallı darı (Panicum virgatum L) ve tatlı sorgum (Sorghum bicolar var. saccharatum) enerji bitkilerinden fiziksel/buhar ile patlatma ve kimyasal/alkali ön işlem uygulamalarının biyometan verimi üzerindeki pozitif etkisi ve anaerobik fermentasyon prosesi için optimizasyon koşulları araştırılmıştır. Ön işlem parametreleri belirlenirken ekonomik ve sürdürülebilir olma kriterleri göz önünde bulundurulmuştur. Alkali ön işlem uygulanan dallı darı ve tatlı sorgum hammaddelerinin anaerobik fermentasyon prosesi sonucunda sırası ile 614 ile 615 ve 378 ile 367 IN kg-1 UK maksimim biyogaz verimi ve biyometan potansiyeli elde edilmiştir. Tatlı sorgum hammaddesinde, en yüksek biyogaz verimi 70 0C, 6 saat, % 2,5 NaOH ön işlem parametresinde ölçülmüştür ve ön işlem uygulanmayan tatlı sorgum hammaddesi ile karşılaştırıldığında, iki kat daha fazla biyogaz verimi elde edilmiştir. Benzer şekilde dallı darı hammaddesinden, en yüksek biyogaz verimi 55 0C, 12 saat, % 2,5 NaOH ön işlem parametresinde ölçülmüştür. Buna göre, ön işlem uygulanmayan dallı darı ile karşılaştırıldığında iki kat daha fazla biyogaz verimi görülmektedir. En yüksek spesifik biyogaz verimi ile metan verimi (458 IN kg-1 UK) 220 0C, 5 dakika buharla patlatma ön işlemi uygulanan dallı darıdan elde edilmiştir. En yüksek spesifik metan verimi (250 IN kg-1 UK) 200 0C, 10 dakika ön işlem parametresinde ölçülmüştür. Ön işlem uygulanmayan örnekler ile karşılaştırıldığında, % 42 daha fazla biyogaz; % 40 oranında daha fazla metan verimi elde edilmiştir.
Fotovoltaik teknolojilerin Türkiye açısından yatırım değerlendirmesi Tire Organize Sanayi Bölgesi örneği
Bu tez çalışması kapsamında fotovoltaik teknolojinin Türkiye açısından değerlendirilmesi bir uygulama örneği üzerinden incelenmiştir. Uygulama örneği olarak İzmir Tire'de kurulmuş olan 500 kW'lık Fotovoltaik Sistem Güneş Santrali ele alınmış olup bu sistemin fizibilite değerlendirmesi yapılmıştır. Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının yaygınlaştırılması kadar doğru yöntemler ile analiz ve kurulum yapılması çok önemlidir. Bu sayede yatırımcı için hayati önem taşıyan beklenen ve gerçekleşen üretim değerleri arasındaki fark yapılan hesaplamalarla ortaya konulabilmektedir. Sonuç olarak, bu tez çalışması kapsamında, güneş enerjisi ile elektrik üretimi amaçlı tesis kurmayı isteyen kurum ve kişilerin yatırımlarını yaparken referans olarak kullanabileceği bir fizibilite çalışması gerçekleştirilmiştir.