458
Arşivlenen Tez
5
DOI Atanmış
1%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Fotodinamik terapide fotoduyarlaştırıcı olarak kullanılabilecek yeni ftalosiyanin türevlerinin hazırlanması ve uygulama çalışmaları
Günümüzde kanser hastalıkları, hücrelerin kontrolsüz bölünüp çoğalmasından ileri gelen, hatta insan yaşamı üzerinde ölümcül sonuçlara yol açan en büyük sağlık sorunlarının başında gelmektedir. Kanser hastalığının tedavi yöntemleri arasında klasik tedavi yöntemleri çeşitli yan etkilere sahiptirler. Klasik tedavi yöntemlerine alternatif olan fotodinamik terapi yöntemi (PDT) zararlı etkileri olmadığı gibi çeşitli avantajlara da sahip bir anti-kanser tedavi yöntemidir. Fotodinamik terapi yöntemi tek başına uygulanabildiği gibi, kemoterapi ve radyoterapi gibi çeşitli tedavi yöntemleriyle birlikte de kullanılabilir. Fotodinamik terapinin avantajlarından en önemlisi uygulamanın sağlıklı doku ve hücrelere zarar vermeden tedavi için tekrarlanabilir olmasıdır. Fotodinamik terapide en çok kullanılan ve en etkili fotosensörler porfirin, klorin ve ftalosiyanin bileşikleridir. Ftalosiyaninler, kimyasal ve fiziksel yapıları, termal kararlılıkları ve uygun dalga boyundaki ışık absorbsorlama vb. özelliklerinden dolayı ideal fotosensör özelliğini taşımaktadır. Bunun yanı sıra ftalosiyaninlerin çözünürlük ve agregasyon sorunları bu fotosensörlerin uygulamalarını sınırlamaktadır. Bu yüzden ftalosiyanin temelli PDT uygulamalarının etkisini artırmak için yeni ftalosiyanin türevlerinin sentezine ihtiyaç vardır. Bu açıdan, bu tez çalışmasında farklı imidazol grupları içeren ve suda çözünen yeni ftalosiyanin türevleri sentezlenmiş ve hem imidazol gruplarının hem de merkez metal atomu magnezyum olan ftalosiyaninlerin fotodinamik kanser terapi uygulamalarına etkisi araştırılmıştır. Yeni suda çözünen magnezyum ftalosiyanin türevlerinin fotodinamik terapi potansiyeli akciğer kanseri üzerinde incelenmiştir
Grafitik karbon nitrür ve bor nitrür içeren kompozit yapıların hazırlanması; çevre ve enerji uygulamaları
Yarı iletken nanokompozit malzemeler son yıllarda çevresel iyileştirme ve enerji uygulamaları için yoğun ilgi görmektedir. Bu tez çalışması kapsamında nanamalzeme katkılı membranlar ve süperkapasitörler üretilmiştir. Yüksek termal stabilitesi ve iyi dağılabilirlik, kimyasal kararlılık, elektriksel yalıtım özellikleri ve toksik olmamaları sebebiyle grafitik karbon nitrür (g-C3N4) ve bor nitrür kuantum noktalar (BNKN) bu uygulamalarda nanokompozit malzemelerin esas bileşenleri olarak kullanılmıştır. g-C3N4 ve BNKN üretimi sırasıyla sinterleme ve hidrotermal işlem ile gerçekleştirilmiştir. Nanomalzemelerin çevresel uygulamalarında, ağırlıkça % 0.5, % 1.0 ve % 2.0 g-C3N4 veya BNKN içeren polietersülfon (PES) membranlar (g-C3N4@PES, BNKN@PES) bir döküm ünitesinde üretilmiştir. Membranların saf su akı geçirgenlik performansı ile birlikte membran tıkanıklığını önleme ve kirlilik çalışmaları da araştırılmıştır. Hibrit membranların, saf PES membrandan daha iyi temizleme özelliği sergilediği görülmüştür. Enerji uygulamalarında kullanılmak üzere, g-C3N4 veya BNKN içeren grafen elektrotlar hazırlanmıştır. Bu kapsamda, farklı miktarlarda alınan g-C3N4 veya BNKN (15 mg / 30 mg / 60 mg), indirgenmiş grafen oksit (rGO) (30 mg) ile hidrotermal işleme tabii tutularak, süperkapasitör uygulamalarında kullanılabilecek elektrotlar (g-C3N4@rGOH ve BNKN@rGOH) hazırlanmış ve uygun tekniklerle (XRD, SEM, CV, BET, ZETA) karakterize edilmiştir. Bu hibrit yapılardan üretilen elektrotların spesifik kapasitans değerleri, empedans eğrileri ve şarj/deşarj performansları elektrokimyasal teknikler ile analiz edilmiştir. g-C3N4@rGOH (30 mg/15 mg oranlarında) hazırlanan elektrotun 157.4 F g-1 spesifik kapasitans değeri ile en yüksek performansa sahip olduğu bulunmuştur. Eşit oranlarda hazırlanan BNKN@rGOH (30 mg/30 mg oranlarında) hibrit yapısından ise 207.25 F g-1 spesifik kapasitans değeri ile en yüksek performansa sahip olduğu bulunmuştur. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre; üretilen hibrit yapıların, çevre ve enerji uygulamalarında gelecek vaad ettiği görülmektedir.
Boya temelli güneş hücreleri için bor içeren makro halkalı yeni bileşiklerin sentezlenmesi
Subftalosiyaninler (SubPc), merkezinde bor atomu bulunduran, sahip oldukları 3 izoindol ünitesinin ise merkezinde mevcut olan bor atomuna bağlı olmasıyla koni şeklini almış bileşiklerdir. SubPc'lerin yapısındaki 14π-elektron yapı içerisinde delokalize bir şekilde bulunur. SubPc'lerin merkezinde bulunan bor atomu yapının moleküler eksenini belirlediğinden dolayı diğer makro halkalı aromatik bileşiklerden farklı olarak düzlemsel değil koni şeklini almıştır. Yaygın düzlemsel aromatik bileşiklerden farklı olarak SubPc'lerin konik yapıları organik çözgenlerde kümeleşme (agregasyon) eğilimini engelemektedir. SubPc'lerin ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) spektrumunda, karakteristik iki şiddetli absorbsiyon bandı olan, Q (500-700 nm) ve Soret-B (300 nm) görülmektedir. SubPc'lerin absorbsiyon pikleri yapının periferal konumuna bağlanacak donör veya akseptör gruplar ile daha uzun dalga boyuna kaydırılabilir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında yeni SubPc türevleri sentezlenmiş, fotofiziksel ve elektrokimyasal karakterizasyonları yapılarak, boya temelli güneş hücrelerinde güneş ışığından elektrik enerjisi üretim potansiyelleri incelenmiştir. Ayrıca, SubPc'lerin periferal konumuna bağlanan farklı grupların molekülün çözünürlüğüne, absorbsiyonuna ve HOMO-LUMO enerji seviyelerine etkileri araştırılmıştır.
Ozmosolar dehidrasyon yöntemi ile kurutulan kivi halkalarının kurutma koşullarının optimizasyonu
Ozmosolar dehidrasyon, ozmotik dehidrasyon ve güneş enerjili kurutma yöntemlerinin bir arada kullanıldığı hibrit bir kurutma yöntemidir. Bu çalışmada, kivi meyvesi halka şeklinde dilimlenerek ozmotik dehidrasyon, doğal konvektif çok raflı güneş enerjili kurutucuda ve ozmosolar dehidrasyon ile kurutulmuştur. Ozmosolar dehidrasyon işleminde önce kivi halkaları sakkaroz çözeltilerine daldırılmış ve daha sonra güneş enerjili kurutucuda kurutulmuştur. Nem kaybı, kurutma hızı, çapsal büzülme oranı ve a* renk parametresindeki değişim üzerine kurutma yönteminin kurutma süresi boyunca etkisi belirlenmiştir. Kivi halkalarının çok raflı güneş enerjili sistemler ile kurutulmasında, ozmotik dehidrasyon işleminin etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca kurutma koşullarının kurutma performansına etkisini belirlemek ve yanıtlar için en uygun kurutma koşulları seviyesini bulmak için yanıt yüzey yöntemi kullanılmıştır. Kurutma koşulları kivi dilim kalınlığı, sakkaroz çözeltisi derişimi, ozmotik dehidrasyon süresi ve güneş enerjili kurutucuda kurutma süresi olarak seçilmiştir. Optimize edilecek yanıtlar nem kaybı, çapsal büzülme oranı ve yeşil renk değişimidir. Yanıt yüzey yöntemi ile başarılı bir matematiksel model kurulmuştur. Nem kaybı için kuadratik model, renk değişimi ve büzülme oranı için ikili etkileşim modeli seçilmiştir. Model R2 değerleri nem kaybı için 0.952, renk değişimi için 0.737 ve büzülme oranı için 0.856 dır. Optimum kurutma koşulları seviyesi sakkaroz çözelti derişimi için %12.7, dilim kalınlığı için 4.06 mm, güneş enerjili kurutma süresi için 125 dakika ve ozmotik dehidrasyon süresi için 70.9 dakika belirlenmiştir.
Sıcak presleme yöntemiyle hazırlanan Bi-2212 süperiletken malzemelerin elektriksel ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Katı hal tepkime yöntemiyle hazırlanan Bi2Sr2Ca1Cu1.75Na0.25Oy seramiklere birbirinden farklı sıcaklık ve basınç (22 ve 33 MPa 750 °C'de; 22 MPa 800 °C'de) altında sıcak pres işlemi uygulanmıştır. Süperiletken özellikler X-ışını kırınım (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), dc elektriksel özdirenç (R-T) ve manyetik histerezis (M-H) ölçümleri vasıtasıyla araştırılmıştır. X-ray kırınım ölçümlerinde tüm örneklerde Bi2CaO4 ve Bi3Sr4CaCu3O4 gibi ikincil safsızlık fazlarının oluşmasının yanında temel fazın Bi2Sr2Ca1Cu2Oy (Bi-2212) olduğu görülmektedir. En iyi tane yönelimi 750 °C'de 33 MPa basınç uygulanan örnekte elde edilmiştir. Örneklerin Tcoffset değerleri A, B, C örnekleri için sırasıyla 87.5, 85, 65 K olarak ölçülerek en yüksek Tcoffset değeri B örneğinde elde edilmiştir. Mikro yapısal özelliklerin gelişmesine bağlı olarak en geniş M-H eğrilerine B örneğinde ulaşılmıştır. Bu çalışma kapsamında en yüksek kritik akım yoğunluğu değeri, katı hal yöntemi ile hazırlanan benzer bileşime sahip örnekler için literatürde bildirilen değerlerden çok daha yüksek seviyede 750 °C'de 33 MPa uygulanarak hazırlanan B örneğinde (1.9 T ve 15 K'de 201.5 × 104 A / cm2) elde edilmiştir.
Fotovoltaik panellerde farklı tasarımların verime etkisinin değerlendirilmesi
Mevcut enerji kaynakları içerisinde hem yenilenebilir hem de çevreci olduğundan dolayı güneş enerjisi tercih sebeplerindendir. Halihazırda kullanılan panellerde ise tek tip bağlantı uygulanmaktadır. Panellerde uygulanan bağlantı hücreler arası seri bağlantı şeklindedir. Panelin içerisinde hücrelerin arasındaki tüm bağlantının seri olması bazı olumsuz durumları da yanında getirmektedir. Bu tez çalışmasında her hücresi diğerlerinden bağımsız bir güneş paneli tasarlanmış ve imal edilmiştir. Her hücrenin birbirinden bağımsız olması hücreler arası bağlantının farklı şekillerde yapılabilmesi için kullanılacak bir opsiyondur. Panelde bulunan hücrelerle birbirinden farklı seri ve paralel hücre bağlantıları oluşturulmuştur. Oluşturulan bu bağlantılardan flaş test ile ölçümler yapılmıştır. Ölçümlerden elde edilen değerler karşılaştırıldığında % 10' a varan artış elde edilmiştir.
Düşük peletizasyon basıncı altında farklı bekleme sürelerinde Bi-2212 süperiletkenlerin sentez ve karakterizasyonu
Bu tezde BiSrCaCuO (BSCCO) süperiletken ailesinde Bi-2212 fazının, düşük peletizasyon basıncı altında farklı bekleme sürelerinin uygulanmasıyla değişen süperiletkenlik özellikleri incelenmiştir. Bu çalışma için en kararlı termodinamiksel yapıya sahip olduğundan dolayı BSCCO ailesinin Bi-2212 fazı tercih edilmiştir. Bu çalışmada Bi-2212 seramikler geleneksel katı hal reaksiyonu yöntemi kullanılarak hazırlanmış ve presleme aşamasında ise 114 MPa sabit peletizasyon basıncın da 12 saat ila 72 saat arasında değişen farklı bekleme süreleri uygulanmıştır. XRD grafiklerinden tüm örneklerin yüksek oranda Bi-2212 fazına sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca ikincil faz olarak sadece Bi2CaO4 fazı tespitedilmiştir. Bu uygulanan peletizasyon basıncı literatüre göre düşük seçilmiş olsa bile yüksek termodinamik kararlılığı nedeniyle yüksek oranda Bi-2212 fazının oluşumu tüm örnekler de gerçekleşmiştir. SEM sonuçları, tüm örneklerin farklı tane boyutlarına sahip olmaları dışında, rastgele tane yönelimleri ve homojen faz oluşumu ile benzer tane morfolojisine sahip olduklarını göstermiştir. Tüm örnekler için M-T (manyetizasyon-sıcaklık) eğrisinden elde edilen Tc değerleri 77-82 K aralığında olup Bi-2212 fazının ideal oranlarda oluştuğunu göstermektedir. Hazırlanan örneklerin manyetik özellikleri M-H (Manyetik histerezis) ve manyetik Jc eğrileri (Bean modeli çerçevesinde hesaplanan kritik akım taşıma yoğunluğu) 15 K'de incelenmiştir. Bu çalışmada, 114 MPa sabit peletizasyon basıncı altında 12 saatlik bekletme süresinin, Bi-2212 fazı için en iyi süperiletkenlik özelliklerini ve en yüksek Jc değerlerini (T=15 K ve H=1.5 T'de 1.605 x 104 A/cm2) sağladığı bulunmuştur. Ayrıca örneklerin akı çivileme özelliklerini daha iyi incelemek için Jc ve B değerlerinden çivileme kuvvet yoğunluğu (Fp) hesaplanmıştır. Maksimum çivileme kuvveti (3.929 Oe A/cm2, T= 15 K ve H= 1.95 T), 114 MPa altında 12 saatlik bekleme süresine tabi olan örnekte elde edilmiştir.
Fotokatalitik hidrojen üretimi için subftalosiyanin temelli fotokatalizörler
Fotokatalitik su ayırma sistemleri üç ana bileşenden oluşur: suyu H2'ye dönüştürmek için güneş enerjisini kullanan belirli bir fotokatalizör (tipik olarak metal oksit bazlı bir yarı iletken) ve aktif katalitik merkezler olarak hizmet veren genellikle asil metal nanopartiküllerden oluşan bir yardımcı katalizör vardır. Ek olarak bir elektron verici malzeme (SED), fotokatalizörleri yenileyerek yalnızca suyun H2'ye indirgeme reaksiyonunu optimize etmek için kullanılır. Fotokatalitik su ayırma sistemlerinde çok sayıda inorganik veya organik yarı iletken bazlı fotokatalizör kullanılmış ve umut verici sonuçlar elde edilmiş olsa da bunların çoğu, yüksek ışık toplama kapasitesi, verimli yük ayrımı gibi fotokatalitik sistemler için önemli kriterleri karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Bu tür zorlukların üstesinden gelmek için hem ışık hasadı yeteneğini geliştirmek hem de bant yapısını optimize etmek için heteroeklem tabanlı sistem (p-n bağlantısı), Z şeması konfigürasyonu ve yarı iletkenlerin boya ile duyarlılaştırılması gibi çeşitli stratejiler geliştirilmiştir. Boyaya duyarlı güneş pillerinden ilham alan boyaya duyarlı fotokatalizörlerin geliştirilmesi, görünür ışık ışıması altında fotokatalitik su ayırmayı gerçekleştirmek için en umut verici yaklaşımlardan biri olarak kabul edilmektedir. Bugüne kadar birçok boya metal oksit temelli yarıiletkenlere entegre edilerek katalitik uygulamalarda kullanılmıştır. Öte yandan boya duyarlı sistemlerin en büyük dezavantajı kullanılan boyaların düzlemsel konjuge yapılarından ileri gelmektedir. Zira, ışık absorblama kapasitesi organik boyalarda konjugasyon ile ilişkili olup, düzlemsel π konjuge sistemleri güneş emisyonunun uzun dalga boyunda absorbsiyon yaparken, moleküller arasında π-π etkileşimlere sebep olarak agregasyon sorununu da beraberinde getirir. Agregasyon özellikle elektron transfer mekanizmalarında ışık ile oluşan yüklerin rekombinasyonuna sebep olarak sistemin verimini düşür. Bu anlamda fotokatalitik sistemlerde katalizörün katalitik performansı artırmak için kullanılacak boyaların hem uzun dalga boyunda absorbsiyon yapması, uygun HOMO-LUMO enerji seviyesine sahip olması hem de agregasyon yapmaması gerekir. Subftalosiyaninler (SubPc), merkezinde bor atomu bulunan üç izoindol üniteden oluşan yapılardır. Konik yapıya sahip bu aromatik bileşikler, sahip oldukları geometriden dolayı genel aromatik bileşiklerin aksine organik çözgenlerde agregasyon göstermezler. Subftalosiyaninlerin UV-Vis spektrumlarında, Q (500-700 nm) ve Soret (300 nm) bant olmak üzere karakteristik iki şiddetli bant gözlenir. SubPc'nin absorbsiyon aralıkları periferal konumuna bağlanan donör veya akseptör gruplar ile istenilen uygulama alanına göre daha uzun dalga boyuna kaydırılabilir. Bu özelliklerinden dolayı SubPc'ler ışık absorblayıcı molekül olarak ışık yayan diyotlar, fotodinamik terapi ve fotovoltaik başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Öte yandan SubPc bileşiklerinin fotokatalitik H2 üretimine kullanıldığı literatürde oldukça sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, aksiyal ve periferal konumda bağlı farklı grupların yer aldığı SubPc molekülleri sentezlenmiştir. Yeni subftalosiyanin bileşikleri içerdikleri karboksil grubu ile yarı iletken olarak kullanılan TiO2'ye bağlanarak SubPc-TiO2 fotokatalizörleri elde edilmiştir. SubPc-TiO2 fotokatalizörlerinin sudan hidrojen üretim performansı elektron verici olarak trietanol amin içeren fotokatalitik sistemlerde test edilmiştir.
Katalizör katkılı polimerik membran sentezi ve kullanımının enerji verimliliği açısından değerlendirilmesi
Yeryüzündeki yaşamın devamlılığı tüketilebilir özellikteki suyun varlığı ile mümkündür. Ancak nüfusun hızla artması ve iklim değişikliği gibi nedenlerle su kıtlığı kaçınılmaz bir noktaya doğru ilerlemektedir. Bu nedenle evsel ve endüstriyel olarak meydana gelen atık suların arıtılması ve geri kazanılması gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Su geri kazanımında en verimli yöntemlerden biri membran teknolojileridir. Membran teknolojilerinde nanobilimden faydalanılarak membran verimlerinin arttırılması için yapılan araştırmaların sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Atıksuların içeriğine bağlı olarak membranların yüzeyinde birikim ve tıkanma problemleri meydana gelmekte ve bu nedenle filtrasyon akısında düşüş gerçekleşmektedir. Proses için tasarlanan akı değerine tekrardan ulaşabilmek için basınç değerinin yükseltilmesi gerekmekte ve bu doğrultuda ihtiyaç duyulan enerji miktarı artmaktadır. Bu nedenle son yıllarda membranların kirlenmesine karşı nanomalzeme katkılı membranlarla ilgili çalışmalar hız kazanmıştır. Bu tez çalışmasında, rutenyumdioksit (RuO2) nanopartikül katkılı polimerik membranlar hazırlanmış ve sığır serum albümini (BSA) giderimi sırasında membran tıkanma direnci üzerine etkisi ve enerji verimliliğine katkısı incelenmiştir. Rutenyumdioksit katkısı için ağırlıkça üç farklı oran belirlenerek % 0.5 RuO2, % 0.75 RuO2 ve % 1 RuO2 içeren membranlar faz dönüşüm metodu ile sentezlenmiştir. Hazırlanan membranların karakterizasyonu Taramalı Elektron Mikroskopisi/Enerji Dağıtıcı X-Işını Spektroskopisi (SEM/EDS), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), gözenek yapısı temas açısı ve ortalama gözenek boyutları ölçümleri yapılarak belirlenmiştir. Ölü sonlu filtrasyon sistemi kullanılarak, farklı basınçlar altında saf su akısı ve kirlenmeye karşı membranların performansları gözlemlenmiştir. Katkılı membranların gözenek sayısında artış gözlemlenirken, gözenek boyutlarında küçülme meydana geldiği, membranların hidrofilik özelliğinde artış olduğu ve saf su akısında iyileşmeler meydana geldiği tespit edilmiştir. Membranlarda nanopartiküller ağırlıkça %0'dan %1.00'e yükseldiğinde gözenekliliğin %56.83'ten %68.94'e arttığı, gözenek boyutunun 16.47 nm'den 6.05 nm'ye kadar küçüldüğü belirlenmiştir. Saf su akış oranının saf membranda 439.7 L/m2/sa iken ağırlıkça %1 RuO2 katkılı membranda 379L/m2/sa düştüğü gözlemlenmiştir. Ağırlıkça %1 RuO2 katkılı membranda BSA reddetme verimliliğinin %45.5'ten %92.6'ya yükseldiği tespit edilmiştir. RuO2 katkılı membranların, BSA filtrasyonu sırasında membran kirliliğinin azalmasında önemli rol oynadığı ve enerji verimliliği açısından uygun özellikler gösterdiği elde edilen veriler doğrultusunda belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Nanomalzeme Katkılı Polietersülfon (PES) Membran Membran, Sığır Serum Albümin (BSA), Rutenyumdioksit (RuO2), Polimerik Membranlarda Enerji Verimliliği
Atık araç lastiklerinin kimyasal yöntemle geri kazanımında, ürünlerin enerji potansiyellerinin değerlendirilmesi
Bu tez çalışmasının amacı, atık lastiklerin geri kazanım ürünlerinin enerji potansiyelleri açısından değerlendirilmesidir. Çalışmada toz haline getirilen atık taşıt lastiklerine mikrodalga devulkanizasyonu uygulanarak, lastik içeriğindeki sülfürün geri kazanımı sağlanmaya çalışılmış, ayrıca özellikleri iyileştirilmiş ürünün enerji potansiyeli değerlendirilmiştir. Bir diğer çalışmada, toz haline getirilen atık taşıt lastiklerine piroliz işlemi uygulanarak, piroliz sonrası elde edilen ürünlerin enerji potansiyelleri değerlendirilmiştir. Mikrodalga devulkanizasyonuyla, yapıdaki kükürt çapraz bağları koparılabilmektedir. Bunun yanı sıra zincir yapısındaki diğer ürünler bu ayrışmadan minimum oranda etkilenmektedir ve tüm bu süreç kısa süreli analizle gerçekleştiğinden, kükürt geri kazanımında, yöntemin seçimini attırmaktadır. Çalışmada, devulkanizasyon işlemi, sabit bir sürede farklı mikrodalga güçleri uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Piroliz işlemi ise sabit sıcaklıkta belirli sürede inert ortamda gerçekleştirilmiştir. Bu iki ön işlem sonrası elde edilen ürünlerin enerji potansiyelleri çeşitli analiz yöntemleri ile incelenmiştir. Çalışma sonunda, işlem görmemiş atık lastik ürünleri ile piroliz ve mikrodalga devulkanizasyonu sonrası işlem görmüş ürünlerin enerji potansiyelleri çeşitli yöntemlerle analiz edilmiş ve verimlilikleri değerlendirilmiştir. Tez sonunda atık lastiklerden sülfürün geri kazanılması sonrası, elde edilen ürünlerin yakıt olarak kullanımı, enerji potansiyeli açısından değerlendirilmiş olup, hem lastiklerin geri dönüşüm problemine çözüm sağlanmış, hem de artan enerji ihtiyacına alternatif bir kaynak sunulmuştur.
Ergimiş tuz reaktörlerinde kullanılabilecek yakıtların enerji verimliliğinin hesaplanması
Ülkemizde enerjiye duyulan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bununla birlikte enerji üretiminde büyük oranda fosil yakıtlar kullanıldığı için enerjide dışa bağlılığımızda artmaktadır. Bu husus dikkate alındığında kaynak çeşitlemesi yapılarak enerjide dışa bağımlı kalmamayı, hem fosil yakıt kullanımını hem de enerji üretiminde olabildiğince yerli teknikler ve kaynakların kullanılmasını sağlayacak politikalar geliştirilmelidir. Bu nedenle toryum ve toryum yakıtlı reaktörler üzerine çalışmalar artırılarak, kendi kaynağımız olan toryumu kullanan, kendi teknoloji ve bilgi birikimimizle yapabileceğimiz IV. Nesil pasif güvenlik önlemleri bulunan ve güvenilir bir teknoloji olan ergimiş tuz reaktörünün kurulumu enerji üretimi konusunda dışa bağımlılığımızı azaltacaktır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, yukarıda da bahsedildiği gibi toryum yakıtlı reaktörlerden birisi olan ergimiş tuz reaktöründe kullanılabilecek yakıtların enerji verimliliği, Geant4 simülasyon programı kullanılarak incelenmiştir. Reaktör modeli oluşturulurken Geant4 programı içerisindeki kütüphaneler kullanılmıştır. Battaniye örtüsü olarak LiF - ThF4 (77,5-22,5 % mol) bileşikleri kullanılmıştır. Yakıt tuzu olarak LiF - ThF4 – UF4 bileşikleri kullanılmıştır. Yakıt tuzu bileşiklerinin farklı karışım oranlarında gerçekleştirilen reaksiyon simülasyonları sonucunda ortalama enerji akışı ve ortalama depolanan enerji değerleri hesaplanmıştır. Nötronun 10 keV, 100 keV, 1 MeV ve 10 MeV enerjili değerleri için ortalama enerji akışı ve ortalama depolanan enerji değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca yakıt tuzunda LiF yerine BCl4 kullanılarak ortalama enerji akışı ve ortalama depolanan enerji değerleri hesaplanmıştır.
Fotovoltaik panellerin güç parametrelerinin nesnelerin interneti tabanlı izlenmesi ve performans analiz için soğutma sistemi tasarımı
Fotovoltaik (PV) panellerden enerji üretiminin düşük düzeyde desteklendiği, sürdürülebilir ve zararların depolanabildiğinden gelecek vaat eden bir teknolojidir. Güneş enerjisi, elektrik üretimi en fazla tercih edilen enerjinin bulunduğu enerjidir. Fotovoltaik piller güneş enerjisini kolayca elektrik enerjisine dönüştürebilir. Bunun yanında, fotovoltaik verimlilik, güneş pillerinin ışık enerjisinden en yüksek oranda elektrik üretilebilmesi olarak kullanılabilir. Günümüzde mevcut elektrik enerjisi üretiminin enerji kaynaklarına dönüştürülmesinde en önemli sorun PV panellerinin performansının düşük olmasıdır. Panel üretiminde kullanılan malzeme iç dinamikleri ve faktörlü fotovoltaik çıkış verimi birçok parametre bulunmaktadır. Özellikle yaz aylarında yüksek sıcaklıkta panel sıcaklıklarının artması panellerin verimi azalabilmektedir. Nesnelerin interneti(IoT), internete bağlı cihazların sensörler vasıtasıyla birbirine bağlanarak iletişim sağlayabilmesidir. IoT, cihazların internete gerçek zamanlı olarak bağlandığı sistemi veya ekosistemi ifade eder. PV sistemlerindeki en büyük zorluk, çeşitli parametrelere ve çalışan sistem bileşenlerine göre değişen performansını incelemektir. Fotovoltaik panellerin performansı akım, gerilim ve güç değerlerinin uygun seviyelerde olmasına bağlıdır. Ancak bu performans değerlerine ulaşmayı sıcaklık değerleri engellemektedir. Bu nedenle, performansını değerlendirmek için gerçek zamanlı izleme sistemine ihtiyaç vardır. IoT tabanlı bir uygulama, güneş panelinin sıcaklığını ve güç parametrelerini her zaman ve her yerde takip edebilir. Bu sayede cihazlardan alınan verilerin anlık olarak izleme ve kaydedilmesini sağlar. Bu sayede panellerin uzaktan bakımları planlanabilir, arızaları görülebilir. Bu teknoloji ile verileri ağ üzerinden alınarak analizi yapılıp sistemin kontrolü sağlanabilir. Bu tez kapsamında fotovoltaik panellerde akım, gerilim ve güç parametrelerini anlık olarak uzaktan internete bağlı cihazdan izlemek için nesnelerin internetini kullanılacaktır. PV panelden alınan veriler anlık olarak bulutta değerlendirilecek ve hazırlanan donanım literatürden tespit edilen optimum performans sağlayan panel sıcaklığını sağlayabilmek için soğutma fanını çalıştıracaktır. Böylece, panelin optimum değerlere soğutulmasıyla verimlilik artışı sağlanması hedeflenmektedir. Sunulan tezin amacı PV panelde oluşan akım, gerilim ve güç değerlerini anlık olarak izlemek ve sıcaklık artışıyla paneli soğutarak PV panelin en yüksek performansta çalışmasını sağlamaktır. Çalışmada, sensörlerden alınan PV panelin verileri IoT uygulamasına kaydedildi. PV panellerin soğutmasız ve aktif soğutma verileri bulut uygulamasından alınmıştır. Alınan veriler analiz edilerek performansları incelendi. Elde edilen bulgularda soğutma yapılan ve soğutma yapılmayan sistem karşılaştırıldığına, soğutma yapılan sistemde %4,7 performans artışı tespit edildi.
Investigation of the thermoelectric material added innovative composite lithium-ion battery cathode materials
The investigation of high-performance cathode materials that use thermoelectric material to make temperature fluctuations advantageous is the focus of this thesis. The ability of thermoelectric materials to remove waste heat that degrades performance and to supply more free electrons to boost current density are tested for this purpose by doping them into cathode materials. The solution has been to make the heating issue, which is one of the most significant issues with lithium-ion batteries and occurs during chemical reactions, into an advantage. For this reason, several substitution procedures were used to examine the electrical and crystal structural characteristics of the LiFeO2 material, which is known to have poor cathode properties. In order to use LiFeO2 in battery structures, to more clearly show how performance values respond to the effect of temperature, and to better understand how thermal effects on the material can lead to. Studies have demonstrated that the thermoelectric CrFe2O4 material addition, which has qualities over 400 K, have a favorable impact on the cathode material. Particularly at the thermoelectric materials' working temperatures, the doped thermoelectric material displayed superior ionic conductivity values. The results show that suitable amounts of thermoelectric materials can be added to the cathode materials to increase performance during active charging or discharging and lower the heat emitted during the intercalation operations.
NASICON tipi seramik LATP/Polimer esnek kompozit katı elektrolitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Elektrikli araçlara ve esnek elektronik cihazlara yönelik artan talep, gelişmiş güvenlik, daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha uzun çevrim ömrüne sahip yeni nesil pillere yönelik kapsamlı araştırmalara yol açmıştır. Geleneksel sıvı elektrolit sistemlerine göre daha fazla güvenlik sunan katı hal lityum piller, bu gelişmelerin ön saflarında yer almaktadır. Bu tez, şarj edilebilir katı hal lityum pillerde kullanılmak üzere yüksek iletkenliğe sahip ve esnek katı elektrolitlerin geliştirilmesine odaklanmaktadır. NASICON tipi lityum alüminyum titanyum fosfat (LATP) ve bor katkılı LATP seramik katı elektrolitler katı hal reaksiyon yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. LATP ve bor katkılı LATP elektrolitlerinin kristal yapısı, yüzey morfolojisi ve iyonik iletkenliği sistematik olarak incelenmiştir. Elde edilen en yüksek iyonik iletkenlik oda sıcaklığında 1.3×10-3 S.cm-1 olup sıvı elektrolitlerle karşılaştırılabilir, bu da onu tamamen katı hal pil uygulamaları için umut verici bir aday haline getirmektedir. Ayrıca, esnekliği ve performansı artırmak için LATP seramik elektrolit, Lityum Triflorometansülfonat (LiTf), Lityum Perklorat (LiClO₄) ve Lityum Bis(triflorometansülfonil)imid (LiTFSI) gibi lityum tuzları ile çözünmüş polietilen oksitten (PEO) oluşan bir polimer elektrolit matrisi ile birleştirilmiştir. Kompozit çözelti döküm (Solution Casting) yöntemi kullanılarak hazırlanmış ve iyonik iletkenliği daha da iyileştirmek için plastikleştirici olarak süksinonitril (SN) eklenmiştir. Bu kompozit elektrolit sistemi, yüksek performanslı, esnek ve güvenli katı hal lityum-iyon piller için uygun bir çözüm sunmaktadır.
Enerji depolamaya yönelik gelişmiş elektrokimyasal özelliklerdeki yenilikçi malzemelerin üretimi ve uygulamaları
Enerji dönüşümü ve depolanması, çevresel sürdürülebilirlik ve ekonomik kalkınma hedefleri doğrultusunda modern toplumların öncelikli gereksinimleri arasında yer almaktadır. Elektrokimyasal süperkapasitörler (ESC'ler), yüksek güç yoğunluğu, hızlı şarj/deşarj özellikleri ve uzun döngü ömrü gibi avantajları sayesinde enerji depolama teknolojileri arasında öne çıkmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, süperkapasitörlerde karşılaşılan düşük özgül kapasitans ve sınırlı elektrokimyasal kararlılık problemlerinin giderilmesine yönelik olarak gelişmiş elektrot malzemelerinin tasarımı hedeflenmiştir. Bu amaçla, üç boyutlu (3D) tiyospinel metal sülfür yapılarının, indirgenmiş grafen hidrojel (RGH) ile kaplanmış nikel köpük (NF) yüzeyinde bağlayıcı kullanılmaksızın doğrudan büyütülmesi planlanmıştır. Yüksek gözenekliliğe sahip RGH yapıların NF'nin makro gözenekli matrisi içinde sentezlenmesiyle elektrot-elektrolit temas yüzey alanının artırılması sağlanmıştır. İkinci aşamada ise, çekirdek–kabuk morfolojisinde MCo2S4/A3S4 (M: Ni, Cu, Fe, Mn, Zn; A: Ni, Co) bileşiklerinden oluşan tiyospinel sülfür yapıların RGH/NF yüzeyine doğrudan büyütülmesiyle yüksek etkin yüzey alanına sahip elektrotlar elde edilmiştir. Ayrıca, kabuk bölgesinde yüksek özgül yüzey alanına sahip Ni/Co-tabanlı katmanlı çift hidroksit (LDH) yapıların kullanılmasıyla elektrolit difüzyonunun ve elektrokimyasal reaksiyon kinetiğinin iyileştirilmesi hedeflenmiş, bu doğrultuda kapsamlı deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Elde edilen elektrot yapılarının ≥1500 F/g özgül kapasitans ve ≥50 Wh kg⁻¹ enerji yoğunluğu gibi yüksek performans değerlerine ulaşabildiği belirlenmiştir.
Elektrot materyali olarak ikili ve dörtlü tiyospinal yapıların süperkapasitör uygulamaları
Bu tez çalışmasında, yüksek performanslı süperkapasitör uygulamaları için ikili (A3S4) ve dörtlü (ABCS4) geçiş metal tiyospineller geliştirilmiş ve bu yapılar indirgenmiş grafen hidrojel/nikel köpük (RGH/NF) akım toplayıcılar üzerinde bağlayıcı kullanılmadan hidrotermal yöntemle sentezlenmiştir. Sentezlenen elektrotların yapısal özellikleri XRD, SEM, TEM, XPS, BET ve EDS analizleriyle karakterize edilmiştir. Elektrokimyasal performans ise CV, GCD ve EIS ölçümleriyle değerlendirilmiştir. RGH/NF tabanlı elektrotların gözenekli yapısı ve yüksek iletkenliği sayesinde tiyospinel kaplamaların hızlı iyon difüzyonu ve etkin yük transferi sağladığı görülmüştür. Özellikle çok bileşenli tiyospineller (ZnMnCoS4, FeNiCoS4, MnNiCoS4), yüksek aktif yüzey alanı ve redoks özellikleri nedeniyle üstün özgül kapasitans ve enerji yoğunluğu sunmuştur. Elde edilen bulgular, geçiş metal sülfürlerinin maliyet etkin, kararlı ve yüksek performanslı elektrot malzemeleri olarak yeni nesil süperkapasitörler için güçlü bir aday olduğunu göstermektedir.
Mezo gözenekli grafitik karbon nitrür içeren nanokompozit yapılarının sentezi ve fotokatalitik uygulamalarının incelenmesi
Küresel enerji ve çevre sorunlarına çözüm sunan fotokatalitik uygulamalarda, grafitik karbon nitrür (g-C3N4) umut vadeden bir malzemedir. Standart yapının sınırlarını aşmak için geliştirilen mezo-gözenekli g-C3N4, geniş yüzey alanı, üstün difüzyon özellikleri ve görünür bölgedeki yüksek ışık soğurma yeteneği ile fotokatalitik verimliliği maksimize eden kritik bir stratejidir. Bu tez çalışmasında, mezo-gözenekli g-C3N4'ün fotokatalitik aktivitesini daha da ileriye taşımak amacıyla, görünür ışık hassasiyeti yüksek olan bizmut vanadat (BiVO4) ve çoklu redoks seviyelerine sahip V2O5 türleri ile heteroeklem nanokompozit yapılar tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında, farklı stokiyometrik oranlarda BiVO4 ve V2O5 katkılanarak, yük taşıyıcıların ayrışmasını teşvik eden ve elektron-deşik (e--h+) rekombinasyonunu engelleyen optimize edilmiş hibrit yapılar sentezlenmiştir. Sentezlenen bu ileri nanokompozitlerin performansı üç ana eksende kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bunlar fotokatalitik boya giderimi endüstriyel atık suların arıtımını simüle etmek amacıyla Safranin ve RBBR gibi boyaların parçalanma verimleri test edilmiş ve kompozitlerin çevresel iyileştirme potansiyeli ortaya konmuştur, fotorejenerasyon performansı malzemenin ekonomik ve pratik uygulanabilirliği açısından hayati önem taşıyan tekrar kullanılabilirlik (kararlılık) testleri gerçekleştirilmiştir. Fotokatalitik hidrojen üretimi temiz enerji çerçevesinde, suyun ayrıştırılması yoluyla güneş enerjisini kullanarak hidrojen üretim kapasiteleri ölçülmüş ve enerji taşıyıcısı olarak potansiyelleri değerlendirilmiştir. Bu sayede enerji krizi ve çevre kirliliği ile mücadelede, görünür ışık altında yüksek performans sergileyen, kararlı ve çok fonksiyonlu yeni nesil fotokatalizörlerin geliştirilmesine önemli bir katkı sunmaktadır.
Yarı iletken siyah fosfor tabanlı kompozit malzemelerin fotokatalitik ve basınçlı membran proses uygulamaları
Bu tez çalışmasında, dikkat çekici fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip siyah fosfor (SF), solvotermal yöntemle sentezlenmiş ve membran filtrasyon ile fotokatalitik arıtım sistemlerindeki potansiyeli araştırılmıştır. SF'nin sudan kolay ayrılması ve su/oksijen ortamında bozunmasının önlenmesi amacıyla poliviniliden florür (PVDF) içeren kompozit bir yapı (SF@PVDF) geliştirilmiştir. Fotokatalitik deneylerde, SF@PVDF'nin görünür ışık altında, pH 7'de, 10 ppm Metilen Mavisi için 1 saat sonunda %93,49 arıtım verimi sağladığı ve 10 kez tekrar kullanım sonrası dahi %50'nin üzerinde performans gösterdiği belirlenmiştir. Ayrıca, SF'nin polietersülfon (PES) membranlara farklı oranlarda (%0,5, %1,0 ve %2,0) eklenmesiyle üretilen kompozit membranların (SF@PES), protein (BSA) ve bakteri (E. coli) giderim performansları incelenmiştir. Saf PES membrana kıyasla, SF içeren membranların BSA reddi ve antibakteriyel etkinliğinin önemli ölçüde arttığı, %2,0 SF@PES membran için %100 BSA reddi elde edildiği görülmüştür. SF'nin ayrıca yüksek antioksidan, antimikrobiyal ve biyofilm inhibisyon özellikleri sergilediği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, tez kapsamında geliştirilen SF@PVDF fotokatalitik sistemlerde yüksek performans ve yeniden kullanılabilirlik sunarken, SF@PES membranlar membran arıtım uygulamalarında geliştirilmiş arıtım ve antibakteriyel özellikler sağlamıştır. Bu bulgular, SF içeren kompozitlerin su arıtım teknolojilerinde umut verici bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Azobenzen ve kumarin alt birimleri ile tiyofen içeren alternatif kopolimerlerin sentezi, elektrokromik karakterizasyonu ve güneş pili uygulamaları
Bu tez çalışmasında Azobenzen ve Kumarin ile Tiyofen içeren alternatif kopolimerler (PT-co-Kve PT-co-A) Stille birleşme tepkimeleri kullanılarak kimyasal yöntemlerle sentezlenmiştir. Elde edilen kromofor grubu içeren ara ürünlerin ve kopolimerlerin yapısal tanımlanması FTIR ve 1H-NMR analizleri ile yapılmıştır. CV çalışmaları ile kopolimerlere ait özellikler belirlenmiştir. Sentezlenen kopolimerlerin elektrokromik özelliklerinin belirlenmesi için spektroelektrokimyasal, kinetik ve optik çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların sonucunda kopolimerlerin birden fazla renk değişimine sahip yapıda oldukları kanıtlanmıştır. Yapılan tüm çalışmalarda Azobenzen içeren kopolimerin sahip olduğu yüksek elektron yoğunluğundan ve işlevselgrupların uzunluğundan dolayı daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.Ayrıca elde edilen bu iletken polimerlerin güneş pili uygulamalarını incelemek için polimerlerin elektron verici grup olarak kullanıldığıITO/PEDOT:PSS/Polimer(PT-co-K/PT-co-A):PC60BM/LiF/Al yapısında güneş pili tasarlanmıştır. Polimerler için çözelti oranı ve tavlama işleminin performansa olan etkisini incelemek amacıyla çalışmalar yapılmıştır.Elde edilen verim değerlerini arttırmak için laboratuvarımızda çalışmalarımız devam etmektedir. Burada verilen sonuçlar yapılan ön çalışmalardan elde edilen verilerdir.
Değişken pilot püskürtmeli bir dizel motorda alternatif gaz yakıtlı zenginleştirmenin motor performans ve emisyonlara etkisi
Giderek kısıtlanan emisyon normları ve enerji verimliliği üzerine yenilenen yaklaşımlar, içten yanmalı motorlar için alternatif yakıtlar ve yanma stratejileri geliştirilmesi hususunda yeni çalışmaların yapılmasını sağlamıştır. Hidrojen ve doğalgazın motorlarda alternatif yakıt olarak kullanımı, motor performansı ve egzoz gaz emisyonlarının iyileştirmesinde tercih edinilebilen bir yakıt karışımı olarak ele alınmaktadır. Alternatif gaz yakıtların dizel motorlarda kullanımında hem maliyetli olan hem de tekrar dizel prensibinde çalışılama ile sonuçlanan modifikasyonlar yerine bu çalışmada da kullanılan, pilot dizel püskürtme yöntemi ile çift-yakıt sistemine göre çalıştırılması tercih sebebidir. Bu projenin amacı, yapısal değişiklik yapılmamış ve pilot dizel püskürtmeli dizel motorda, hidroksi gaz -sıkıştırılmış doğalgaz yakıt karışımlarının performans ve emisyonlara etkilerinin detaylı biçimde incelenmesidir. %25 hacimsel oranlara sahip HHO-CNG yakıt karışımlarının etkileri incelenerek HHOCNG farklılıkları karşılaştırılmalı olarak grafiklendirilmiştir. Çalışma parametresi olarak, HHOCNG karışımı biodizel yakıtlarla da ön çalışma olarak denenerek sonuçlar kısmına eklenmiştir. Ayrıca mikro-maliyet analizi yapılmış ve açıklanmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada, yapısal değişiklik yapılmamış bir dizel motorda, pilot dizel püskürtme metodu ile HHO-CNG yakıt karışımlarının kullanılabilirliği test edilmiş ve sonuçlar bu yakıt karışımlarının motor performansını artırıp, egzoz emisyonlarının azaltılmasında kullanılabileceğini ortaya koymuştur.
Türkiye'deki iklim değişikliği ve yağış dağılışının hidroelektrik enerji kazanımı üzerindeki etkileri
Gün geçtikçe artan Dünya nüfusu ve ardından gelen tüketim isteğine bağlı üretim, iklim değişikliğini beraberinde getirmektedir. Alışılagelmiş Türkiye iklimindeki değişimlerle son yıllarda atmosferde oluşan tahribatın yansımasını açıkça görmek mümkündür. Bu çalışmada artan nüfusun enerji talebine karşılık hidrolojik enerji kaynaklarının iklim değişikliğinden ne ölçüde muzdarip olduğu konusunda analizler gerçekleştirilmiştir. 1979-2019 yılları arasında Türkiye'nin ortalama yağış ve sıcaklık miktarları ERA5 uydu verileri kullanılarak analiz edilmiştir. Türkiye'nin 30 yıllık veri analizine göre, ortalama alansal yağış miktarı 527,61 mm ortalama sıcaklık değeri ise 13,34°C bulunmuştur. Son 30 yıllık sürede sıcaklık ve yağış parametrelerinde ciddi değişiklikler saptanmıştır. 1979-2019 yılları arasında ortalama sıcaklık değerinde 0,87°C artış, yağış miktarında ise 45,89 mm'lik azalış değeri tespit edilmiştir. Bu parametrelerin etkilerini değerlendirebilmek adına DSİ Akım ve Gözlem Yıllıklarından belirlediğimiz 5 istasyonun kayıt altına alınan yıllardaki debi miktarları temin edilmiştir ve bu istasyonların topoğrafik özellikleri incelenmiştir. Artan sıcaklık ve azalan yağış miktarlarına göre beş istasyonun dördünde tutarlı sonuçlar elde edilmiştir. 1979-2019 yılları arasında ortalama alansal yağışın arttığı yıllarda istasyonlardaki debi miktarlarında artış gözlenmiştir. Türkiye'nin bu süre zarfında ortalama sıcaklık değerinin üstünde gerçekleşen yıllarda ise istasyonlardan dördünün kurak aylar geçirdiği saptanmıştır.
Türkiye yenilenebilir enerji dirençliliğinin incelenmesi
Bu çalışmada Enerji Bakanlığı Enerji Atlasları verileri vasıtası ile Türkiye'de il bazında her bir yenilenebilir enerji kaynağının potansiyel miktarı belirlenmeye çalışılmış ve her bir enerji tipi için Türkiye enerji potansiyelleri haritası oluşturulmuştur. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu (EPDK)'nun Ocak 2021 enerji tüketim verileri ışığında bu potansiyellere karşılık her bir enerji tipi için enerji dirençliliği hesaplanmıştır. Hesaplanan dirençliliklerin alt ve üst sınırları arasında yapılan korelasyon ile yeni ve özgün bir endeks olan Türkiye Enerji Dirençlilik Endeksi (EDE) oluşturulmuş ve kentlere göre 1-7 değerleri arasında puanlanmıştır. Yapılan çalışma ile ülkenin var olan enerji dinamiklerinin olumsuz bir koşulda ya da yenilenebilir enerji kaynaklarının küresel ısınma, mevsimsel değişimler ile ne ölçüde etkilenebileceği ve bu değişimler karşısında hayatta kalma olanakları da ortaya çıkacaktır. Nüfus ve sanayide yayılma dürtüsü, %64'lük bir oranla çalışmanın sonuçlarından görülmektedir. Türkiye'deki şehirler dirençlilik endeksine 1 ila 3 arasında enerji direncine sahipken, şehirlerin sadece %3.7'si EDE'nin 7. seviyesindedir. Türkiye'de karşılaşılan entegrasyon sorunlarının bir sonucu olarak yenilenebilir enerji değişkenlerinin mevcut payına göre ülke genelinde yenilenebilir enerjiye bağımlılık ve dirençlilik faktörü düzeyi ikinci sırada yer almaktadır.
WRF ve yapay zeka ile rüzgar enerjisi santrali optimizasyonu
Dünya genelinde yenilebilir enerjiye olan yönelim, fosil yakıtların kullanımına bağlı olarak sera gazları yayılımı sonucu artan yüzey sıcaklığı, buzulların erimesi ile dünya ve ekosistemdeki canlılar için daha da önem kazanmaktadır. Enerji piyasasında rüzgar enerjisinin payı ise yıllar içinde artmakta ve daha yaygın bir hale gelmektedir. Rüzgar enerjisi santrali kurulumları için en az bir yıllık rüzgar verileri gereklidir. Bu verilerin ölçüm ile elde edilmesinde ekonomik ve coğrafi bazı engeller vardır. Deniz ve okyanus üzeri kurulumlarında ise doğru verilerin sağlanması ve ilk kurulumun planlanması, iletim ve üretim verimliliği için kritik öneme sahiptir. Rüzgar bileşenlerinin kısa vadeli ve hızlı bir şekilde tahmin edilebilmesi oluşabilecek sorunların önüne geçilmesi, bakım ve onarımların planlanmasına imkan sağlar. Günümüzde atmosfer koşullarının fizik denklemleriyle temsil edildiği hava tahmin modelleri ve yapay zeka ile rüzgar verileri güvenilir şekilde tahmin edilebilmektedir. Bu çalışmanın amacı, WRF sayısal tahmin modelinin uygun değişkenler ile çalıştırılması, uygun rüzgar hızı ve gücü potansiyeli tahminlerini yapay zeka yardımıyla doğru ve hızlı tahmin edilmesini sağlamaktır. Bu çalışmada 0,25 derece çözünürlüğe sahip Küresel Tahmin Sistemi (GFS) ve saatlik ölçüm verileri ile, bir yıllık zaman dilimi için hava tahmin modeli verileri ve çok değişkenli özyinelemeli sinir ağı kullanarak bir hibrit model oluşturulmuştur. Türkiye'de Hava Araştırma ve Tahmin Modeli (WRF) modeliyle atmosferik parametreler ve tarihsel veriler ile yapılan tahminlerimiz, Uzun-Kısa Vadeli Bellek (LSTM) modeli ile geliştirilmiş ve 0,04 ortalama mutlak hata (MAE) tahmin başarısı elde edilmiştir. Kısa ve uzun vadeli yapılan bu tahminler ile Türkiye enerji piyasasında ve olası gelecek yatırımlarda daha düşük maliyetli projeler geliştirilebilir ve daha verimli rüzgar enerjisi üretimleri ile Türkiye'nin rüzgar enerjisi potansiyeli kapsamlı bir şekilde ele alınarak kullanılabilir.
Sodyumborhidrür (NaBH4) bileşiğinin insansız hava araçlarında (İHA) yakıt olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
Bu tez çalışmasında, sodyumborhidrür (NaBH4) bileşiğinin insansız hava araçlarında (İHA) yakıt depolayıcısı olarak kullanılabilirliği incelenmiştir. NaBH4, hidrojen depolama kapasitesi ve taşınması kolay olması nedeniyle yakıt hücresi teknolojilerinde genişçe kullanılmaktadır. Çalışmanın amacı, NaBH4'nin İHA'lar için bir alternatif yakıt olarak kullanılabilirliğini belirlemektir. Çalışma kapsamında, NaBH4'nin sentez mekanizması, kimyasal özellikleri, yakıt hücrelerindeki performansı ve enerji yoğunluğu gibi temel özellikleri incelenmiştir. Çalışmada ayrıca, NaBH4'nin depolanması, taşınması ve yeniden doldurulması gibi pratik kullanım açısından önemli faktörler de değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmelerde, hidrojen gazı, diğer geleneksel yakıtlara kıyasla daha temiz bir enerji kaynağı olması nedeniyle NaBH4'ün potansiyel olarak İHA'lar için yakıt olarak kullanılabildiği ve ayrıca hidrojenin, yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması nedeniyle İHA'lar için daha uzun uçuş süreleri ve daha geniş menziller sağlayabileceği sonucuna varılmıştır. Fakat NaBH4, saf formda reaktif olduğundan ve havayla temas ettiğinde hızla ayrışabildiği için uygun depolama ve taşıma önlemlerinin alınması gerektiği değerlendirilmiştir. Alınan sonuçlar, NaBH4'nin yeniden doldurulmasının kolay olduğu ve güvenli bir şekilde depolanabildiği ve ayrıca NaBH4'nin İHA'lar için potansiyel bir yakıt olduğunu göstermektedir. NaBH4, yüksek hidrojen depolama kapasitesine sahiptir ve bu da İHA'ların uzun süre uçuş yapabilmesini sağlayabilir. Ancak pratik uygulama açısından bazı zorlukları bulunmaktadır. Bu nedenle, konuyla ilgili daha fazla araştırma ve geliştirme çalışmaları gerekmektedir. NaBH4'nin depolama ve taşıma yöntemlerinin geliştirilmesi ve enerji yoğunluğunun artırılması, potansiyelini tam anlamıyla ortaya çıkarmak için önemli adımlar olacağı düşünülmektedir.
Yakıt hücresi tabanlı hibrit elektrikli araçta hata önleme ile yeni bir enerji yönetimi ve ekserjik performans iyileştirmesi
Günümüzde yeşil enerjinin kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Bu nedenle, düşük CO2 salınımına sahip çevre dostu hibrit elektrikli araçlar tercih edilmektedir. Bataryalı elektrikli araçların düşük menzil problemi, hibrit araçların emisyon salımının istenilen seviyede olmaması yakıt hücreli araçların popülerliğini artırmıştır. Birincil enerji kaynağı yakıt hücresi olan bu araçlar sistem performansını artırmak amacıyla bataryalar ve süperkapasitörlerle birlikte kullanılmaktadır. Yakıt hücresi+batarya, yakıt hücresi+süperkapasitör ve üç enerji depolama birlikte kullanılması en popüler topolojiler olarak sınıflandırılmaktadır. Bu enerji depolama sistemlerinin birlikte kullanımı ile güç dağılımının doğru ve verimli olması için enerji yönetim sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Enerjinin verimli kullanımı ise ekserji yönetimi ile sağlanmaktadır. Aynı zamanda, yakıt hücreli araçların güvenirliliğini ve sürekliliğini sağlamak amacıyla hataya toleranslı sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında yakıt hücresi+batarya, yakıt hücresi+süperkapasitör ve yakıt hücresi+batarya+süperkapasitör topolojileri oluşturulmuştur. Bu topolojilere ve UDDS, HWFET, WLTP ve FTP sürüş çevrimleri uygulanmıştır. Enerji yönetim stratejilerinden olan güç takipçisi kontrol stratejisi ile bulanık mantık kontrol stratejileri her topolojiye uygulanmış ve yakıt tüketimi, güç performansı, enerji verimliliği karşılaştırılması her sürüş çevrimi için yapılmıştır. Ekserji analizi ile enerji analizinde tespit edilemeyen kayıplar belirlenmektedir. Bu nedenle, bu tez çalışmasında hem enerji hem de ekserji analizleri yapılmıştır. Bulanık mantık kontrol stratejisi ve güç takipçisi kontrol stratejisi altında üç topolojide ekserji verimlilikleri ve kayıpları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Aynı zamanda, yakıt hücreli araçlarda güvenilir ve kesintisiz çalışma oldukça önemlidir. Sistemin karmaşıklığı sebebiyle olası hatalarda sistemin sürekliliğini bozmamak ve aracın çalışmasına devam etmesi için hata toleransı önemlidir. Bu sebeple bu tez çalışmasında hata senaryolarına göre sistemin tepkileri incelenmiştir. Bu tez, yakıt hücreli araç teknolojisinin daha geniş uygulama alanlarına sahip olmasına, sürdürülebilir ve verimli araçların geliştirilmesine katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
Nar ve siyah havuç atıklarından karbon temelli malzemelerin üretimleri ve süperkapasitör cihaz performanslarının araştırılması
Bu tez çalışmasında, nar kabuğu, nar çekirdeği ve siyah havuç posası enerji depolama sistemlerinden biri olan süperkapasitörlerde ve sodyum iyon bataryalarda anot malzeme olarak kullanılmak üzere araştırılmıştır. Tüm atıklar için başlangıç ham örnekler 400-800 oC'de 100 ml/dk N2 inert ortamında 10 oC/dk ısıtma hızında silindirik fırında karbonize edilmiş, daha sonra 1/3 ve 1/4 oranında KOH ile emprenye edilmiştir. Sonrasında ise, 100 ml/dk N2 inert ortamında 800 oC'de aktivasyon işlemi yapılarak aktif karbonlar elde edilmiştir. Diğer taraftan numuneler ev tipi modifiye edilmiş mikrodalga fırında tüm atıklar için başlangıç ham örnekleri 600 ve 700 W gücünde 100 ml/dk N2 inert ortamında 10 dk boyunca karbonize edilmiş, daha sonra 1/4 oranında KOH ile muamele edilmiştir. Son olarak, 100 ml/dk N2 inert ortamında 700 W'da 15 dk da aktivasyon işlemi yapılarak aktif karbonlar elde edilmiştir. Elde edilen aktif karbon (AC) numuneleri BET, XRD, FTIR, Raman spektroskopisi, SEM ve elemental analizler ile karakterize edilmiş ve daha sonra süperkapasitör ölçümleri yapılmıştır. BET analiz sonuçlarına göre en yüksek yüzey alanına sahip numunenin 1195 m2/g olarak silindirik fırında elde edilen nar çekirdeğine ait olduğu belirlenmiştir. Elementel analiz sonuçlarına göre ise en yüksek karbon oranının %71.34 ile 700 W gücündeki mikrodalga fırında elde edildiği saptanmıştır. XRD, FTIR ve raman analiz sonuçlarının ise elde edilen aktif karbonların yapısal doğasını desteklediği, SEM görüntülerine göre ise tüm aktifleştirilmiş numunelerde başlangıç ham örneklerine göre gözenekli yapıların elde edildiği belirlenmiştir. Karakterizasyon işleminden sonra ise üretilen aktif karbonların süperkapasitörlerde kullanılmak üzere elektrokimyasal testleri (CV, EIS, GCD) gerçekleştirilmiştir. Buna göre 4 000 çevrim sayısında en yüksek kapasitans değeri 0,1 A/g'da 177 F/g ile siyah havuç posası (AKH64) örneğinde elde edilmiştir. Ayrıca ham örnekler, 200 ve 250 oC'de 2, 3 ve 4 saat sürelerinde hidrotermal karbonizasyon yapılarak hidroçarlar elde edilmiştir. Elde edilen hidroçarlar hard karbon elde edilmek için 3 oC/dk ısıtma hızında 1200 oC'de 1 saat boyunca termal işleme tabi tutularak hard karbonlar elde edilmiştir. Elde edilen hard karbon örnekler BET, XRD, FTIR, Raman spektroskopisi, SEM ve elemental analizler ile karakterize edilmiştir. Elementel analiz sonuçlarına göre ise en yüksek karbon oranının %75,83 olarak nar kabuğunda elde edildiği saptanmıştır. Hard karbon (HC) malzemelerin sodyum iyon bataryalarda anot malzeme olarak kullanılabilirliği karakterizasyon işlemleri ile araştırılmıştır.
Makine öğrenimi yöntemleri ile güneş paneli enerji üretim tahmini ve ömrünün sürdürülebilirliğe katkısı
Atmosferi ve çevreyi koruma mücadelesi tüm dünyada hızla artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji üretimini sürdürülebilir kılmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Enerjinin makine öğrenimiyle entegrasyonu sayısız avantaj sağlamaktadır. Bu çalışmada başlıca yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi sistemi ele alınmıştır. Destek vektör makinesi (SVM), K-en yakın komşu (KNN), Rastgele orman (RF), Yapay sinir ağları (ANN), Naive Bayes (NB), Lojistik regresyon, Karar ağacı (DT), Gradyan artırma (Gradient Boosting), Adaptive Boosting (AdaBoost), Stochastic Gradient Descent (SGD), enerji üretimini tahmin etmek için kullanılmıştır. Tahmin deneyleri, yüksek güneş radyasyonu ve yüksek sıcaklığa sahip bir bölgede gerçekleştirilmiştir. Böylece aşırı ısınmış güneş panellerini de inceleme imkânı bulunmuştur. Güneş panelinin hemen yanına küçük ölçekli ama yeterli bir meteoroloji istasyonu kurulmuştur. Sensörler ile atmosferden elde edilen sıcaklık, basınç, nem ve güneş radyasyonu gibi girdiler kullanılmıştır. Elde edilen veriler Arduino mikrodenetleyici kullanılarak işlenmiş, veriler C# yazılımı ile kayıt altına alınmış ve Python programlama dili kullanılarak makine öğrenmesi eğitimi gerçekleştirilmiştir. Kısa süreli veriler ile SVM algoritması, uzun süreli veriler ile ANN algoritması başarılı sonuçlar sergilemiştir. Bu çalışma, ilgili bölgede güneş enerjisi sistemleri yatırımlarının uygun olup olmadığı konusunda yol gösterici niteliktedir.
Manuel temizleme ve toz önleyici silika tabanlı kaplamaların fotovoltaik güç sistemlerinin çalışma verimine etkilerinin incelenmesi
Enerji, canlı yaşamının devamı için bir ihtiyaçtır. Toplumların kalkınması, gelişmesi, refah ve yaşam kalitesinin yükselmesi için enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. İnsanlar, enerji ihtiyacını büyük oranda fosil yakıtlardan sağlamıştır. Fosil yakıtların rezervlerinin bir gün tükenebileceği öngörülerek fosil yakıtların kullanılmasıyla çıkan gazların çevre üzerinde olumsuz etki bıraktığı bilinmektedir. " Dünyada nüfusun hızla artması, teknolojinin hızla gelişmesi, şehirleşme ve sanayinin büyümesiyle beraber enerji tüketimi ve enerjiye olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Petrolün 2050 yılında, doğalgazın 2070 yılında, kömürün 2150 yılında rezervinin azalacağı veya tükenebileceği öngörülmektedir. Bunun yanında bu enerji kaynakların çevreye verdikleri zararlarda göz önüne alındığında insanları yenilenebilir enerji kaynaklarına daha fazla yönelmesine neden olmaktadır. Bu tezde ise yenilenebilir enerji kaynaklarından, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik (PV) sistemlerin silika esaslı kimyasal madde ile dış camı yüzeyini kaplanmasıyla, toz ve kirden korunmasını sağlayıp, bu maddenin fotovoltaik paneller üzerinde çıkış verimi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bunun için üç adet TYPE SLX 36 P40 model PV panel (675x480x20 mm) ile 7 ay boyunca acık alanda çalışma yürütülmüştür. Çalışmada 3. Panel haftada bir silika esaslı madde ile cam yüzeyine püskürtülerek cam yüzey bu madde ile kaplanmış, 2. Panel ise haftada bir bezle manuel temizlenmiş, 1. Panel ise yağmur dışında hiçbir temizleme işlemi yapılmamıştır. Her gün sabah, öğle ve akşam belirli saatlerde panellerin her birinin açık devre gerilimleri ve kısa devre akımları ölçülerek güç hesaplamaları yapılarak, değerler kayıt altına alınmıştır. Silika esaslı madde ile kaplanan panelin kısa devre akımı ve güç parametresinin diğer iki panele göre yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca büyük güneş santrallerinde elektrik üretimini önemli ölçüde artırabileceği öngörülmüştür.
Alüminyum alaşımlarından güneş enerjisi destekli elektrokimyasal reaksiyon sistemi kullanılarak yeşil mikro hidrojen üretimi
Sanayi devrimi ve teknolojik gelişmeler enerji tüketim hızında artışı ve dolayısıyla sera gazı salınımında artışları gündeme getirmektedir. Ülkemizin enerjide dışa bağımlılığı da göz önüne alındığında, hem küresel iklim değişimi hem de enerji hammaddesi arayışı için yeni çözümlerin geliştirilmesi gerekmektedir. Bunun yanı sıra karşılaşılması muhtemel bir diğer sorun ise gelecekte atıkların nasıl değerlendirilmesi gerektiği ile ilgilidir. Metallerden elektrokimyasal tepkimeler aracılığıyla hidrojen üretilebilmesi mümkündür ve aynı zamanda uygulanan DC gerilim yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanırsa ucuz, pratik ve sıfır emisyonlu bir yöntemdir. Tepkime sonrası oluşan yan ürün ise pek çok alanda uygulama kapasitesine sahiptir. Çalışma kapsamında hem alüminyum alaşımlarının hidrojen üretiminde değerlendirilmesi hem de üretimin sıfır emisyonlu olması hedeflenmiştir. Laboratuvar çatı katına kurulu 340 WP gücünde kurulu off-grid sistem kullanılarak hidrojen üretimi için kurulan deneysel sistemden elde edilen veriler farklı alüminyum alaşımları için kaydedilmiştir. Saf suyun elektrolizinden elde edilen hidrojen üretim hızına göre daha fazla hidrojen üretimi sağlayan katalizör olarak kullanılan alüminyumun su ile teması sonucu dış yüzeyinde oksitli bir tabaka oluşmaktadır. Oluşan bu oksitli yüzey hidrojen üretimini engellemekte olup Alkali çözelti kullanılarak oksitli tabakanın üstesinden gelinmektedir. NaOH ve KOH kullanılarak 1N alkali çözeltiler hazırlanmış, 65°C sıcaklıkta ve 5V'luk DC gerilim uygulanarak farklı alüminyum alaşımlarından üretilen hidrojen üretim miktarları kullanılarak hidrojen verimi ve hidrojen üretim oranı hesaplanmıştır. Hidrojen üretimi sonrası alüminyum alaşımlarından elde edilen yan ürünler ile tepkimeden önceki alaşımların yapı analizleri için SEM görüntüleri alınmıştır. Ayrıca hidrojen üretim oranları ve hidrojen verimlerinin farklı alaşımlar ve farklı alkali çözeltiler için zamana bağlı grafiği çizilerek hidrojen üretiminin alkali çözelti türü ve alaşımların farklı element içeriğine bağlı olarak değiştiği gözlenmiştir. Ayrıca alaşımların parçacık büyülüklerinin de hidrojen üretim hızında önemli değişikliklere yol açtığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler : Alüminyum alaşımları, hidrojen üretimi, fotovoltaik sistemler
Kayısı çekirdeği kabuğu temelli selüloz sentezi, sürdürülebilir enerji depolamada kullanılmak üzere sert karbon üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin araştırılması
Yenilenebilir kaynaklara dayalı sürdürülebilir enerji sistemlerinin geliştirilmesi, enerji depolama teknolojilerinde çevre dostu ve maliyet etkin çözümlerin önemini artırmaktadır. Bu çalışmada, biyokütle tabanlı kayısı çekirdeği kabuğu kullanılarak, sodyum-iyon bataryalarda anot elektrot olarak değerlendirilebilecek sert karbon malzemelerinin üretimi ve performansı araştırıldı. Karbon öncülü olarak kayısı çekirdeği kabuğu (KÇK), bu biyokütleden izole edilen selüloz (S) ve nanoselüloz (NS) olmak üzere üç farklı malzeme seçildi. Her bir malzeme üzerinde üç farklı işleme yaklaşımı uygulandı: i) temel karbonizasyon süreci, ii) sodyum karbonat ile kimyasal aktivasyon sonrası karbonizasyon ve iii) hidrotermal işlem ile Mn katkılama işlemini takiben karbonizasyon. Elde edilen karbon bazlı malzemeler; X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), yüzey alanı ve gözenek boyutu analizi (BET) ile Raman spektroskopisi kullanılarak detaylı biçimde karakterize edildi. Elde edilen ve yapıları aydınlatılan karbon bazlı malzemelerin Na-iyon batarya testleri, yarım hücre tipi CR2032 bataryalarda gerçekleştirildi. Elektrokimyasal karakterizasyonlar; döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS), galvanostatik çevrim testleri ve farklı akım yoğunluklarında C-rate performans analizleri yapıldı. Düşük akım yoğunluğunda (0,05 A/g) en yüksek ilk deşarj kapasitesi, 451,99 mAh/g ile alkali işlem görmüş nanoselüloz tabanlı örnekte elde edildi. C-rate testleri sonucunda, düşük akımda en yüksek kapasiteyi kayısı çekirdeği kabuğu esaslı ve alkali aktivasyon uygulanmış örnek gösterirken; yüksek akımda kapasitesini en iyi koruyan örneklerin Mn katkılı versiyonlar olduğu belirlendi. Elde edilen bulgular hem aktivasyon hem de Mn katkılama işlemlerinin elde edilen karbon bazlı malzemelerin elektrokimyasal performans üzerinde önemli etkiler yarattığını ortaya koymakta, özellikle alkali işlem görmüş karbonların yapısal dayanımını ve çevrim kararlılığını artırdığını göstermektedir. Bu sonuçlar, kayısı çekirdeği kabuğu ve türevi karbon malzemelerin sodyum-iyon bataryalar için potansiyel anot malzemeleri olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir.
Farklı biyokütle kaynaklarından hard karbon eldesi ile enerji depolamada uygulanabilirliği
Bu tez çalışması kapsamında doğada hazır şekilde bulunan biyokütle kaynakları olarak nar kabuğu ve nar çekirdeği ile birlikte doğada doğal, hazır olarak bulunmayan sentetik biyokütle kaynağı olarak atık itfaiye elbisesi baz alınarak iki farklı kategoride olan ilgili biyokütle kaynaklarının enerji depolama uygulamalarında kullanımı çalışılmıştır. Bu kapsamda nar kabuğu, nar çekirdeği ve atık itfaiye elbisesinden öncelikle son yıllarda oldukça güncel olan ve araştırmacıların yoğun ilgisini çeken bir konu olan hard karbon direkt karbonizasyon, çift aşamalı karbonizasyon ve hidrotermal karbonizasyon metodları ile sentezlenmiş ve karakterizasyonları yapılmıştır. Akabinde nar çekirdeği ve nar kabuğundan ürtilen hard karbonlar süper kapasitörde uygulanır iken atık itfaiye elbisesinden üretilen hard karbonlar ise ve Na-iyon bataryada elektrot malzemesi olarak çalışılarak elektrokimyasal performansları incelenmiştir. Üretilen hard karbonların uygulanan fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), X-ışını difraksiyonu (XRD), raman spektropisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Enerji Dağıtıcı X-Işını Analizi (EDX) ve Brunauer-Emmett-Teller (BET) karakterizasyon işlemleri neticesinde sentezlenen ürünlerin karbon temelli, düzensiz bir yapıya sahip olduğu görülmekle birlikte sentezlenen ürünlerin hard karbon olduğu teyit edilmiştir. Nar kabuğu ve nar çekirdeğinden üretilen hard karbonların süper kapasitör uygulamasında CV sonuçları üretilen elektrotların şarj ve deşarj kabiliyetinin olduğunu göstermekle birlikte en yüksek spesifik kapasite nar çekirdeğinden 5 mV/s tarama hızında 5,8 F/g, nar kabuğundan da yine 5 mV/s tarama hızında 11,4 F/g olarak elde edilmiştir. Na-iyon batarya uygulamasında ise öncelikle üretilen hard karbonların anot olarak kullanıldığı yarım hücre batarya oluşturulmuştur. Bu uygulamada birinci ve ikinci döngüde sırasıyla 410 ve 233 mAh g-1 kapasite değerleri edinen en yüksek kapasiteler olmuştur. Farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilen galvonastatik döngü testleri sıcaklığın yarım hücre batarya kapasitesine doğrudan etki ettiğini göstermiştir. Ayrıca yarım hücre batarya işleminde katı elektrolit ara yüzü (SEI)'nün oluşması esnasında büyük miktarda sodyum iyonunun tüketildiği gözlenmiştir. Bu sodyum iyon kaybını telafi etmek için yarım hücre sonuçlarından en iyi performans gösteren iki hard karbon numunesi seçilerek elektrokimyasal işlemle ön sodyumlama tekniği uygulandıktan sonra Na0.67Mn0.5Fe0.45Ti0.07O2 katot olmak ve ön-sodyumlaştırılmış hard karbon numuneleri birleştirilerek tam hücreler üretilmiştir. Tam hücre testleri sonucunda en yüksek kapasite 2–4 V voltaj aralığı ve C/10 koşulları altında 114,9 mAh g-1 olarak elde edilmiştir.
Elektrikli araçların yol ile hava koşulları odaklı şarj maliyeti optimizasyonu ve karşılaştırmalı analizi
Elektrikli araçlar, trafikte petrol yakıtlı araçların yerini aldıkça beraberinde gelen birçok problemin de çözümü için çalışmalar yapılmaktadır. Şarj maliyeti optimizasyonu, bu problemler arasında farklı sorunların ortak çözümünü içeren önemli bir problemdir. Bu çalışmada, sadece elektrikli araç sahiplerinin değil tüm araç sahiplerinin önem verdiği yolculuk maliyetini en aza indirmek için gerekli şarj planlaması üzerine bir optimizasyon yöntemi önerilmiştir. Elektrikli araçların enerji tüketimini etkileyen, yol ve hava koşulları literatürde verilen ölçümler sonucu yayınlanan değerler ile örnek bir güzergâh üzerinde incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile İstanbul'dan İskenderun'a belirlenen bir güzergahta giden bir elektrikli araç için güzergahı üzerinde bulunan istasyonlar güncel fiyatları ile şarj optimizasyonunda değerlendirilmiştir. Beş farklı segmentten seçilen elektrikli araçlar farklı başlangıç şarj oranları ile optimize edilmiş ve en düşük maliyet için hangi istasyondan hangi miktarda enerji alması gerektiği bulunmuştur. Optimizasyonda araçların gerçek tüketim verileri ve şarj istasyonlarının güncel birim fiyatları kullanılmıştır. Son olarak, her bir elektrikli araç segmenti için birer benzinli ve dizel motorlu aracın aynı güzergahta şehirlerarası yakıt tüketimi maliyeti bulunmuş ve optimize edilmiş elektrikli aracın maliyeti karşılaştırılmalı analizi yapılmıştır.
Fırçasız motor sürücülerin enerji verimliliği
Yıllar geçtikçe hızla ilerleyen motor teknolojisi sektörü, içten yanmalı motor teknolojisinin yanı sıra, artık alternatif enerjiler ile çalışan motor yapım ve üretimi için Ar-Ge çalışmaları yapmaktadır. Bu alternatif enerjili motorların ilk sırasında elektrik motorları gelmektedir. Elektrik motorlarının içerisinde son yıllarda en çok tercih edilenler Fırçasız DA motorlardır. Bu motorların tercih sebebi verimli, yüksek performanslı ve bakım gerektirmemesidir. Fırçasız Motorlar, yüksek verimli ve güç yoğunluklu sabit mıknatıslı doğru akım motorlarıdır. Tez çalışmasında fırçasız DA motor üçgen bağlantılı, "outrunner" çalışan ve üzerinde 120˚ lik açılar ile yerleştirilmiş manyetik sensor olan bir motorda test aşamları yapılmıştır. Motor üzerindeki sensör yardımı ile gövdenin hareketi ve konum açısı hakkında bilgi alındı. Sensor yardımı ile konum bilgisi alınarak motor sürücüye hangi kanalı açması konusunda geri bildirim yapıldı. Yapılan geri bildirim ile komütasyon ayarı yapıldı ve kontrol sırasında yaşanabilecek olan enerji kayıpları en düşük seviyelere indirildi. Motor sürücü motor fazlarına enerji verirken mosfetleri açıp kapatmak için PWM tekniği kullanıldı. Hata denetimi için PID hata denetim algoritması yazıldı. Motor sürücü devresinde verimliliği artırmak için motorun fazlarının çektiği akım, üzerinden geçen gerilim, motorun devri, motorun ve sürücünün sıcaklık bilgileri hesaplandı. Elde edilen anlık bu bilgiler neticesinde kullanıcıya güç hesaplanarak kullanıcı bilgi sistemin bilgiler sunuldu. Motorun nominal değerlerine göre motor sürücünün vermesi gereken ideal güç referans alınarak kullanıcıya bildirildi. Kullanıcı bu bilgiler doğrultusunda bataryanın enerjisini verimli şekilde kullanması sağlandı. Bu bilgilerin hepsi aynı zamanda dışarıdan kablosuz haberleşme modülü ile alınarak kullanıcı bilgi sistemine aktarıldı.
Enerji etkin bina tasarım modeli
Enerji tüketiminin yarısına yakınının binalardan kaynaklanması ve küresel enerji darboğazı, yapı sektöründe enerji etkin tasarımı gittikçe önemli kılmaktadır. Buna yönelik, enerji analiz süreci, dünyanın her yerinde artan düzenlemelerle tasarım sürecinin erken aşamasına dâhil edilmektedir. Bina Bilgi Modellemesi-BIM araçları, tasarımcıların, nihai tasarım çözümlerini uygulamaya başlamadan; enerji etkin binaların elde edilmesine, projenin farklı tasarım alternatiflerinin deneyimlenmesine, zamanın ve maliyetin etkin kullanılmasına olanak sağlayan dijital süreçlerdir. Yapılarda enerji tüketiminin denetlenebilmesi için bu süreçlerin kullanımının yaygınlaşması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında; erken tasarım aşamasında binanın belirlenen enerji etkin tasarım parametreleri doğrultusunda tasarlanması ve bu aşamada binaya enerji etkin sistemlerin entegre edilmesiyle, enerji tüketim miktarında sağlanacak tasarruf oranının ortaya konulması amaçlanmıştır. Aynı zamanda BIM ve Bina Enerji Modellemesi-BEM süreçlerinin tasarıma dâhil edilmesinin sağladığı faydalar belirtilmiştir. Enerji etkin tasarım parametreleri; kullanıcıya, dış çevreye ve binaya ilişkin parametreler olmak üzere üçe ayrılarak incelenmiştir. Pasif ve aktif sistemler olmak üzere enerji etkin sistemler belirtilerek yapılarda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı değerlendirilmiştir. Bu doğrultuda, belirlenen enerji etkin tasarım parametreleri ve enerji etkin sistemler ışığında sıcak-nemli iklim tipi için bir uygulama örneği üzerinden enerji etkin bina tasarımı modellenmiştir. Model kapsamında, enerji etkin tasarlanan alternatifi ile enerji tüketim miktarlarının karşılaştırılması için bir referans bina oluşturulmuştur. Referans bina üzerinden, binanın enerji performansını etkileyecek parametrelerin farklı alternatifleri değerlendirilmiştir. Bu alternatifler arasından enerji tüketimini minimuma indirecek kombinasyon oluşturularak enerji etkin bina oluşturulmuştur. Modellemede pek çok parametreden sadece en çok etki edenler incelenmiş ve program kısıtlamalarıyla hareket ederek çalışılmak zorunda kalınmıştır. Modelleme süreci oluşturulmasında BIM yazılımı Autodesk Revit kullanılmıştır. Model, enerji performans analizlerinin yapılması ve tasarım alternatiflerinin değerlendirilmesi için Green Building Studio-GBS'ye aktarılmıştır. Bu şekilde, modelin BEM süreci tamamlanmıştır. GBS, Revitle entegre bir şekilde çalışan ve kullanımı gittikçe yaygınlaşan web tabanlı bir enerji modelleme yazılımıdır. Aynı zamanda enerji etkin bina özelinde, uygun tasarım kararlarının alınmasında yol gösterici olarak Autodesk Insight yazılımından da yararlanılmıştır. Yapılan enerji performans analizleri sonucu, enerji etkin tasarım kararlarının uygulanması ile referans binaya göre; elektrik tüketiminde %56,7, yakıt tüketiminde ise %89 oranında iyileşme sağlanmıştır. Bu sonuçlar, iklim tipine uygun olacak şekilde tasarlanmış enerji etkin binanın, enerji tüketim miktarında yaşam döngüsü boyunca önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlayabileceğini göstermektedir.
Metal katkılı TiO2 öncülleri kullanılarak boya duyarlaştırılmış güneş hücresi üretimi ve analizi
Bu tez çalışmasında, boyaya duyarlaştırılmış güneş hücrelerinin (DSSC) verimini artırmaya yönelik, DSSC ana bileşenlerinden yarıiletken malzeme ele alınmıştır. Yarıiletken malzeme olarak titanyum dioksit (TiO2) seçilmiştir. Alttaş olarak flor katkılı kalay oksit (FTO) camlar üzerine Niyobyum (Nb) katkılı ve katkısız TiO2 kaplanmış ve elde edilen camlar DSSC'nin çalışma elektrodu olarak kullanılmıştır. FTO camlara kaplama yapmak için ultrasonik sprey piroliz (USP) ince film kaplama tekniğinden yararlanılmıştır. Öncül solüsyon titanyum (IV) izopropoksit öncül malzemenin 1-propanol (%99.9) içerisinde 0.5 M konsantrasyonda çözdürülmesi ile hazırlandı. Reaksiyonun tamamlanmasını sağlamak ve boya adsorpsiyonunu artırmak için az miktarda glasial asetik asit eklendi. Hazırlanan başlangıç çözeltisi 275 °C' deki FTO camlar üzerine ince film formunda biriktirildi. Nozül frekansı 120 kHz, basınç 2.5 psi ve akış oranı 0.2 ml/dk olarak ayarlandı. Üretilen Nb katkılı ve katkısız TiO2 kaplı FTO camlar 500 °C' de 40 dakika boyunca tavlandı. Tavlama sonrasında kristal yapılarının değişimi X-ışını kırınım cihazı (XRD), yüzey morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elementel özellikleri ise EDS analizi ile incelenmiştir. XRD sonuçlarından, tavlamanın pik şiddetini artırdığı ve kristal yapıyı geliştirdiği sonucuna varılmaktadır. Buna ek olarak katkılanan Nb'nin de olumsuz bir etki oluşturmadığı sonucuna varılmıştır. EDS analizi ile kaplamanın başarılı bir şekilde gerçekleştiği desteklenmiştir. Nb katkılanarak üretilen hücrenin verimliliği katkısız TiO2 ile karşılaştırıldığında Nb katkısının bulunduğu hücrelerde daha yüksek verimlilik sergilendiğini göstermiştir. Katkısız TiO2 kaplı çalışma elektroduna sahip DSSC'nin verimi %0,03 ve FF ise %10,22 elde edilmiştir. Nb katkılı TiO2 çalışma elektroduna sahip DSSC'nin verimi ise %0.13, FF ise %10.89 elde edilmiştir.
R 410a akışkanlı soğutma sistemlerinde flaş gaz by-pass uygulaması
Klima cihazı üretici firmaları son yıllarda birbirleriyle rekabet edebilmek amacıyla her geçen gün teknolojik alanda yeni arayışlar içerisine girdiklerinden farklı donanımlara ve özelliklere sahip cihaz üretme yoluna gitmişlerdir. Bunun neticesinde; enerji tüketimi az olan ve yaşadığımız dünyamıza, ozon tabakasına en az zarar verebilecek cihazlar üretmişler ve halen üretme arayışına devam etmektedirler. Bu gelişmeler sonucunda eski üretilen klima cihazlarında R22 gazı kullanılmaktayken yeni üretilen klima cihazlarında R410A gazı kullanılmaya başlanmış ve ozon tabakasına zarar vermeyen ozonla dost diye tabir ettiğimiz yeni soğutucu akışkanlar kullanılmaya başlanmıştır. Ayrıca üretici firmaların sera etkisi olmayan alternatif soğutucu akışkan kullanma arayışları da devam etmektedir. Sıvı hattında akan sıvı soğutkanın basıncı hattın her hangi bir yerinde, buradaki sıcaklığı doyma sıcaklığı haline getirecek bir basınç değerine düştüğünde ani-buharlaşma ortaya çıkar. Bu olguya flaş-gaz adı verilir ve flaş-gaz oluşumu, sistem kapasitesi üzerinde olumsuz etkileri nedeniyle önlenmesi gereken bir olgudur. Yaptığımız tez çalışmasında R410A soğutucu akışkanıyla çalışan bir Soğutma sisteminde, genleşme elemanı sonrasına yerleştirilen Flaş gaz tankı(sıvı ayırıcısı) sayesinde soğutma sisteminde meydana gelebilecek olan flaş gaz etkisinin azaltılması ve by-pass yapılarak flaş gazın emme hattına verilmesi suretiyle ortaya çıkan sonuçlar incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: R410A, tek kademeli buhar sıkıştırmalı çevrim, flaş gaz, by-pass hattı, sıvı ayrıcı(flaş gaz tankı), akümülatör.
Borulardaki akışta ısı transferinin artırılması amacıyla spiral tel kullanımının deneysel incelenmesi
Bu çalışmada borulardaki akışta ısı transferinin artırılması amacıyla boru içerisinde spiral tel kullanımı deneysel olarak incelenmiştir. İlk olarak borulardaki akışta ısı transferinin artırılması amacıyla spiral tel kullanımında 5 farklı adım aralığı ve 3 farklı tel çapı incelenmiştir. Deneyler Re sayısının 500 ile 14000 aralığında yapılmıştır. İkinci olarak, düzlemsel güneş kollektörlerinde ısı transferinin artırılması amacıyla, çalışmanın ilk kısmındaki deneyimlerden daha uygun olduğu görülen spiral tel konfigürasyonunun kollektör verimine ve basınç düşümüne etkisi incelenmiştir. Borularda yapılan deneysel çalışmada, boru içine uygulanan spiral tellerin ısı transferini artırmakla birlikte önemli ölçüde basınç düşümüne de neden olduğu görülmüştür. Isı transferindeki artışla basınç düşümündeki artışın birlikte değerlendirildiği iyileşme oranı değerlendirme kriteri olarak kullanılmıştır. En iyi iyileşme oranı; Ø0.8 mm ve Ø1.2 mm'lik Wire coil için 10 ve 15mm adım aralıklarının, Ø1.34 mm double spiral wire coil için de 5 ile 10 mm adım aralıklarında gözlenmiştir. Düzlemsel güneş kollektöründe, kollektör boruları içerisine yerleştirilen 10 mm adım aralığındaki Ø0.8 ve Ø1.2 tel çapı spiral tel sargılar ve yine 10 mm adım aralığındaki Ø1.34 mm tel çapındaki çift spiral tel sargının, kollektör verimine etkisi ayrı ayrı deneysel olarak çalışılmıştır. Deneyler atölye ortamında güneş simülatöründe gerçekleştirilmiştir. Kollektördeki akışkanın kütlesel debisinin kollektör verimine etkisi de incelenmiştir. Bu amaçla kollektördeki akışkan debisi hem standartta belirtilen birim kollektör alanı için alınması gereken akışkan debisi, hem de gerekli akışkanın 1.5 katı ve 2.25 katı ile deneyler yapılmıştır. Akışkan debisinin artmasıyla kollektör verimindeki artışın yanında kollektördeki basınç düşümünü da arttığı görülmüştür. Çalışma sonuçlarının kollektör üreticileri için yararlı olacağı düşünülmektedir.
Farklı katman kalınlıklarına sahip ince film cdte/cds güneş hücrelerinin incelenmesi
Dünya nüfusunun hızla artması ile enerjiye olan talep her geçen gün artmaktadır. Tükenen kaynaklara alternatif olarak kullanılabilirliği, temizliği ve tükenmezliği göz önünde bulundurulduğunda güneş enerjisi ön plana çıkmaktadır. Birinci nesil silisyumun yapılı hücrelerin eldesi için, saflaştırılma sürecinde çok fazla enerji ve malzeme tüketilmesine karşılık ince film güneş hücreleri düşük maliyetle ve kolay yöntemler ile üretilebilir. Bu sebepten ikinci nesil ince film hücreler günümüzde birinci nesil hücrelere en iyi alternatiftir. Bu tez çalışmasında, CdS ve CdTe ince filmleri ultrasonik sprey piroliz (USP) yöntemi ile üretilmiştir. Elde edilen ince filmlerin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve UV-Vis spektrofotometresi ile araştırılmıştır. CdS ince film çözeltisi içerisnde, Cd kaynağı olarak kadmiyum klorür (CdCl2) ve S kaynağı olarak tiyoüre ((NH2)2CS) bileşikleri kullanılmıştır. Hazırlanan CdS çözeltisi ITO kaplı cam alttaşlar üzerine 380 °C alttaş sıcaklığında biriktirilmiştir. CdTe ince film solüsyonu içerisinde, kadmiyum klorür ve Te kaynağı olarak tellüryum dioksit (TeO2) bileşikleri kullanılmıştır. Hazırlanan CdTe çözeltisi iki adet CdS/ITO kaplı cam alttaş üzerine 350 °C alttaş sıcaklığında biriktirilmiştir. Elde edilen 10 ve 20 dakikalık üretim sürelerine sahip iki farklı CdS ince film kaplamasının ITO kaplı cam alttaşlar üzerinde 180 ve 400 nm kalınlık ile biriktiği SEM kesit görüntüleri ile tespit edilmiştir. CdS ince filmlerin X-ışını kırınım grafiği üzerinde farklı düzlemlere ait piklerin görülmesi elde edilen CdS filmlerin hegzagonal yapıda olduğunu göstermiştir. Her iki CdS ince filminin de ana pik değeri 2θ=28,20°'de görülmektedir ve bu CdS bileşiğinin (101) karakteristik pikidir. Elde edilen CdS ince filmlerin absorbans değerleri 350 - 1100 nm dalga boyu aralığında UV-Vis spektrofotometre ile ölçülmüş olup yasak bant aralıkları 180 nm kalınlığa sahip film için 2,45 eV, 400 nm kalınlığa sahip film için 2,42 eV olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar yorumlanmış olup ultrasonik sprey piroliz yöntemi ile daha verimli CdS ince filmlerin eldesi için önerilerde bulunulmuştur.
Çanak tipi güneş enerjisi sisteminden elektrik üretiminin bilgisayar yazılımı ile takibi
Artan elektrik enerji ihtiyacını karşılamak ve elektrik enerjisinin ulaştırılmasının mümkün olmadığı durumlarda alternatif olarak güneş enerjisinden elektrik üretimi kullanılmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynağı kullanılarak FV sistemden ve Stirling motordan elektrik üretimi sağlanmaktadır. Sistemde çanak tipi yansıtıcı, güneş paneli, Stirling motor, arduino uno mikrodenetleyicisi, gerilim ve akım sensörü, bluetooth modülu, internet modülu, sıcaklık nem sensörü, android studio editöründe geliştirilmiş android arayüz yazılımı, verilerin tutulduğu web sayfası ve arduino yazılımı kullanılmaktadır. Mikrodenetleyici sayesinde okunan güç değerleri, sıcaklık ve nem bilgisiweb sayfasında kayıt altına alınmaktadır. Ayrıca Visual Studio yardımıyla yazılan C# programıyla da verilerin analizi yapılmaktadır. Aynı şekilde mobil cihazdan da okunan bu değerler kullanılan veri tabanı sayesinde saatlik olarak saklanmaktadır. Elde edilen veriler incelendiğinde motordan en fazla güç 0,7 W, fotovoltaik pilden ise 0.9 W enerji üretimi gözlenmektedir. Prototip amaçla kurulan bu sistemde elde edilen güçler yeterli düzeydedir. Sistemin verimliliği acısından kıyaslama olanağı sunan bu tez kurulum yapacak kişilere yardımcı olmaktadır. Sistem çalışma prensibi çanak tipi yansıtıcı uygun şekilde odaklanarak Stirling motorun çalışmasını sağlanmaktadır. Uygun açıyla yerleştirilen fotovoltaik panelden de elektrik üretimi sağlanmaktadır. Elde edilen veriler sayesinde web sayfasında grafikler dinamik olarak çizilip, mobil cihaz tarafından da kıyaslama yapılmaktadır. Grafiklerin görüntülenmesi istenirse yakın mesafeden istenirse internet üzerinden anlık olarak takip edilebilmektedir. Sistem verimliliği hakkında bilgi veren bu tez çalışması yapılacak yatırımlara yön verecektir.
Dondurarak kurutma sistemi tasarımı ve tıbbi aromatik ürünlerin kurutma parametrelerinin araştırılması
Dondurularak kurutma işlemi, dondurulmuş ürünün dehidrasyon süblimasyonuna dayanır. Düşük sıcaklıklar ve işlem için gerekli olan basınç ve uzun kuruma süresi nedeniyle, dondurarak kurutma teknolojisi hassas ürünlerin işlemine uygundur. Dondurarak kurutmadaki uzun kuruma süreleri, yüksek enerji tüketimi ve yüksek maliyetlere yol açmaktadır. Bu çalışmada, nane yaprakları üç farklı sıcaklık (40, 50, 60oC) ve üç farklı basınçta (30, 50, 80 kPa) dondurularak kurutulmuştur. Kurutulan nane yapraklarının kuruma davranışları incelenmiştir. Ekserji analizi ile ekserji kayıplarını en aza indirmeyi ve ekserji verimliliğini en üst seviyeye çıkarmayı sağlayan çalışma koşulları belirlenmiştir. Enerji ve ekserji analizi yanısıra ürün görseli de değerlendirildiğinde, deneme yapılan değerler arasında nanenin dondurarak kurutulmasında 30 kPa kabin basıncı ve 50oC kurutma sıcaklığının en ideal çalışma şartları olduğu belirlenmiştir. İdeal kurutma şartlarında elde edilen sonuçlarla en iyi uyum sağlayan matematiksel modelin Wang and Singh modeli olduğu belirlenmiştir. Nane yaprakları için ısı ve kütle transfer analizleri yapılmıştır. Kurutulmuş nanenin ısı transfer katsayısı ortalama 0.33 W/m2K olarak belirlenmiştir. Ürünün kütle transfer hızı ise 3.33x10-10 ile 2.27x10-9 m/s arasında değişmiştir. Isı transfer katsayısı ve kütle transfer hızı sıcaklık artışıyla artmış, kabin basıncındaki artışla azalmıştır. Ayrıca, kurutma sıcaklığının nem difüzyonunu hızlandırdığı görülmüştür. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, dondurarak kurutma sisteminin optimizasyonunu ve çalışma parametrelerinin iyileştirmesine yardımcı olacak bilgiler sağlayacaktır.
Baz istasyonları enerji ihtiyacının yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılanması
Dünyamızda ana gündem maddesi olan ve uzun yıllar daha gündemde kalacak olan enerji, dünya için olduğu gibi ülkemiz için de çok önemli bir sorundur. Ülkemiz, enerjide büyük oranda dışa bağımlı olarak her yıl milyarlarca dolar harcayarak enerji ithal etmektedir. Ülkemizin fosil enerji kaynakları bakımından yetersiz olması ülkemizi yeni enerji kaynakları arayışına zorlamıştır. Fosil yakıtlar, karbon salınımı ve çevre kirliliği açısından doğa dostu olmadığı aşikârdır. Araştırmacılar, mevcut enerji kaynaklarının daha verimli kullanılması için çalışmalar yaparken bir yandan da yenilenebilir enerji kaynaklarında da çözüm arayışları için özveriyle çalışmaktadırlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi, ülkemiz için hidroelektrik ile birlikte en baskın enerji üretim kaynakları arasındadır. Ülkemiz, coğrafi konumu bakımından çok yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahiptir. Avrupa Birliği ülkelerinin büyük bir kısmı, tüketicileri güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde bilinçlendirme çalışmaları yaparak birçok teşvik mekanizmalarıyla çeşitli imkânlar sunmakta ve yaygınlaştırılmasını sağlamaktadır. Ülkemizde de bu tür teşvik ve bilgilendirme çalışmalarına son dönemde hız verilmiştir. Bu çalışmada güneş enerjisi ile beslenen örnek bir baz istasyonu sistemi tasarımı yapılmıştır. Isparta ili sınırları içinde Yalvaç/Tokmacık kırsal alanda kurulacak GSM baz istasyonunun güç ihtiyacını karşılanması için PV sistemi tasarımı yapılmıştır. Sistemin akü kapasitesi ve panel sayısı belirlenerek maliyet analizi yapılmıştır.
Faz değiştiren maddelerin ısıl konfor amaçlı kullanılabilirliğinin araştırılması
Faz değiştiren maddeler konutlarda ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarının en aza indirilmesi ve gün içerisinde konutta bulunan fazla ısı enerjisinin depolanmasında kullanılabilir. FDM'lerin konutların ısıtma ve soğutma ihtiyacının en aza indirilmesi amacıyla kullanımı fosil kaynakların tüketimini azaltırken aynı zamanda çevreye sera gazı salınımın önüne geçer. Bu bağlamda farklı tür FDM'lerin konutlarda ısıl konfor amacıyla kullanımının incelenmesi ve yaygınlaştırılması enerji verimliliği açısından faydalı olabilecektir. Yapılan bu tez çalışmasında ısıl konfor şartlarının sağlanmasında harcanan enerji miktarını azaltmak için faz değiştiren maddelerden faydalanılmıştır. Çalışmada inceleme amacıyla insanların ısıl konfor şartı sıcaklığı olarak kabul edilen yaklaşık 22 ℃'ye yakın sıcaklıklarda faz değiştiren maddeler Polyehtilene Gylocol-600 ve Calcium Cloride Hexahydrade (PEG-600 ve CCH) seçilmiştir. Tez çalışması kapsamında hazırlanan deney düzeneği, karton kaplı ve kalınlığı 15 mm olan alçıpan (2,3 W/m.K) birbirine eş dört küçük odadan oluşmaktadır Birbirine eş bu dört odadan bir tanesi piyasada yalıtım amaçlı yaygın olarak kullanılan Ekspande Polistiren köpük (ısıl iletkenliği 0,032 W/m.K) ile tamamen yalıtılmıştır. Diğer üç odanın ise sadece taban ve tavan yüzeyleri aynı yalıtım malzemesi ile kaplanmıştır. Sadece taban ve tavan yüzeyi yalıtılan üç odadan bir tanesi boş bırakılmış diğer kutulara, iç çapı 9 mm, dış çapı 12 mm olan silikon hortumların içerisine PEG-600 ve CCH olmak üzere iki farklı faz değiştiren malzeme konulmuştur. Başlangıçta deneyler için test odalarında birer kilogram sonrasında ise ikişer kilogram FDM yerleştirilmiştir ve Faz değiştiren maddelerin ısıl konfor üzerindeki etkilerini görebilmek adına FDM'ler boş oda ve yalıtımlı oda ile kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre FDM'ler ile boş oda kıyaslandığında gün içerisinde test odasında meydana sıcaklık değişimlerinin boş odaya göre FDM bulunan odada daha az olduğu ortaya koyulmuştur. Ayrıca Faz değişim sıcaklıklarının konfor şartlarına yakın sıcaklıklarda olması günün belirli saatlerinde (FDM'lerin faz değiştiridiği süreler içerisinde) ısıtma yada soğutma ihtiyacının olmadığı bu durumunda konfor şartlarının sağlanması için enerji harcanmasının önüne geçtiğini göstermektedir. 1 kg PEG-600'ün bulunduğu test odası ile boş oda kıyaslandığında ortalama gece sıcaklıklarının %4, PEG- 600 miktarı 2 kg çıkarıldığında ortalama gece sıcaklıkları farkı %7 olduğu gözlemlenmiştir. 1 kg CCH'nin bulunduğu test odası ile boş oda kıyaslandığında ortalama gece sıcaklıklarının %3, CCH miktarı 2 kg çıkarıldığında ortalama gece sıcaklıkları farkı %6 olduğu ortaya koyulmuştur. Ayrıca PEG-600 bulunan test odası ile yalıtımlı odanın kıyaslamasında ortalama gece sıcaklıkları açısından madde miktarının iki katına çıkarılması ile başlangıçta %10 olan ortalama gece sıcaklığı farkı %4'e gerilemiştir. Benzer şekilde CCH bulunan oda ile yalıtımlı oda için yapılan deney sonuçları incelendiğinde başlangıçta %10 olan ortalama gece sıcaklıkları farkının madde miktarının arttırılması ile %5'e kadar düştüğü gözlemlenmiştir. Böylelikle FDM'lerin test odası içerisindeki madde miktarlarının arttırılması ile yalıtımlı test odasının verilerine daha yakın veriler ortaya koyduğu gözlemlenmiştir.
Endüstriyel bir binanın doğal gaz ile radyant vekonvansiyonel sistemlerle ısıtılmasının ısıl vemaliyet analizi
Günümüzde endüstrinin hızlı gelişimi kontrolsüz bir enerji tüketiminin başlamasına neden olmaktadır. Doğal kaynaklarımızın hızla tükenmesi, ekolojik dengenin çevre kirliliği ile bozulması ve enerji üretiminin yüksek maliyeti bizi enerji tasarrufuna çok daha duyarlı hale getirmektedir. Ülkemizdeki enerjinin çoğu endüstriyel binalarda tüketilmekte ve tüketilen enerjinin çoğu da ısıtma amaçlı kullanılmaktadır. Enerji korunmasında ısı yalıtımı, etkili ve ekonomik önlemlerin ön saflarında yer almaktadır. Bu kapsamda tez çalışmasının amacı; endüstriyel bir binanın doğal gaz ile ısıl ve maliyet analizlerinin incelenmesidir. Tezin amacına uygun olarak endüstriyel bina seçilmiştir.
Güneş enerjisi destekli süperkritik co2 ile çalışan birleşik güç üretim sisteminin incelenmesi
Üzerinde yaşadığımız dünyada gün geçtikçe nüfus artmaktadır. Artan nüfusa bağlı olarak gelişen teknoloji ile sürekli yeni enerji tüketim sahaları açılmaktadır. Bu enerji tüketim sahaları, termal enerjinin yanı sıra güç enerjisi alanında da ihtiyacın artmasına sebep olmuştur. Güç üretiminin çoğunlukla fosil yakıtlı santrallerden sağlanması, çevre kirliliğini arttırmakta ve küresel ısınmayı hızlandırıcı etkenlere sebep olmaktadır. Ayrıca, yüksek sıcaklıklarda havaya bırakılan atık ısı küresel ısınmayı hızlandırıcı etkiye sahiptir. Bu sebeplerden ötürü alternatif güç üretim sistemleri üzerindeki çalışmalar büyük önem kazanmıştır. Özellikle atık ısı geri kazanımı, güneş enerjisi, jeotermal enerji gibi düşük sıcaklıkta enerji üretim sistemleri üzerine birçok araştırma yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında güneş enerjisi destekli birleşik güç üretimin sisteminin termodinamik incelemesi yapılmıştır. Sistemde iş akışkanı olarak süperkritik CO2 (R744) kullanılmaktadır. Birleşik güç üretim sistemi, parabolik oluk tipi kolektör sistemi, gaz çevrimi ve organik buhar çevriminden oluşmaktadır. Çalışmanın ilk aşamasında, parabolik kolektörün termal modellemesi yapılmış ve belirli dizayn parametreleri için güneş enerjisi hesaplamaları yapılmıştır. Yapılan hesaplamalardan elde edilen veriler ışığında gaz çevrimi ve organik buhar çevriminin termodinamik analizleri yapılmıştır. Thermodinamik analizlerde önce birinci kanun analizi yapılmış ve sistemin çalışma şartları hesaplanmıştır. Daha sonra ikinici kanun analizi yapılarak sistem elemanlarının ekserji kayıpları tespit edilmiş ve sistemin ekserji verimi hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular tablo ve grafikler halinde karşılaştırmalı olarak tezde verilmiştir.
Isparta ilinde pompaj depolama sisteminin uygulanabilirliğinin araştırılması
Bu tezin amacı enerjinin verimli kullanılması, enerji arz-talep dengesine katkıda bulunulması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının sürekliliğini sağlaması amacıyla, Isparta ilinde pompaj depolamalı enerji depolama sisteminin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Bu maksatla ilk olarak PHES sistemleri hakkında detaylı bir literatür çalışması yapılmıştır. Daha sonra dünyada PHES santrallerinin durumu incelenmiş ve ülkemizdeki PHES potansiyeli araştırılmıştır. Çalışmanın analiz kısımında, coğrafi bilgi sistemleri kullanılarak Isparta ili Eğirdir Gölü çevresinde, PHES santralleri için elverişli olabilecek yerler incelenmiş, yükseklik ve fiziki şartları uygun bir alan tespit edilmiştir. Tespit edilen alan için, belirli kabuller altında örnek bir PHES santrali hesabı teorik olarak yapılmıştır. Analizler için iki senaryo göz önüne alınmıştır. İlk senaryoda, depolanacak su pompalama işlemi için gerekli enerji, elektrik birim fiyatlarının düşük olduğu zaman diliminde şebeke hattından sağlanmıştır. İkinci senaryoda ise pompalama işlemi için gerekli enerji, teorik olarak hesaplanan güneş santralinden sağlanmıştır. Her iki senaryo için, enerji birim fiyatlarının en pahalı olduğu dönemde elektrik üretimi gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmanın sonucunda ise, birinci durumda amortisman süresinin 15 yıl, ikinci durum için ise 21.5 yıl olarak belirlenmiştir. Ayrıca, ülkemizin PHES potansiyelinin çok fazla olduğu tespit edilmiş ve Eğirdir gölü ve çevresinin bu tip santraller için elverişli olduğu anlaşılmıştır
Fotovoltaik güneş santrallerinin verimlerinin değişiminin incelenmesi
Bu tez çalışmasının amacı, fotovoltaik santralinin performansını etkileyen panellerin sistemsel ve çevresel faktörlerin etkisi incelenmek üzere hazırlanmıştır. Çalışmada, İstanbul ili çalışma koşullarında mevcut iki tesisin performans verileri incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda güneş panellerinin performansına etki eden parametrelerin neler olduğu araştırılmıştır. Ayrıca ölçümleri yapılan sistemin gölgelenme, hasar ve ısı kayıplarının etkisini incelemek için termal testleri ve akım gerilim parametreleri de incelenmiştir. Farklı güç ve teknolojide olan iki farklı panel için dizi bazında yapılan ölçümlerin üretici tarafından beyan edilen değerleri ile karşılaştırılması ve performans değerleri ele alınmıştır. Çalışma kapsamında, güneş panellerinin IEC standartlarına göre sistemin yerinde ölçümler yapılarak akım gerilim eğrileri incelenmiştir. Ölçülen değerler ve STC'deki verileri karşılaştırılarak panel performansını ne şekilde etkilediğini bu durumun fotovoltaik santrali nasıl etkilediği incelenerek oluşturulan grafikler yardımıyla performans değerlerinin değişimi gözlemlenmiştir. Çalışma sonucunda panellerin güneş enerji santrallerindeki verimliliğini arttırmaya yardımcı olacak ölçüm ve testlerin tesisin üretim verilerine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır.
Biyokütle olarak tatlı sorgum bitkisi kullanan 5mw elektrik kapasiteli biyokütle santralinin incelenmesi
Günümüzde artan nüfus ve üretimle birlikte artan enerji ihtiyacını karşılamak için birçok enerji santrali yatırımı hızla devam etmektedir. Ancak küresel ısınma ve hava kirliliği gibi nedenler fosil yakıtla çalışan konvansiyonel termik elektrik santrallerinin yerine doğaya daha az zararı olan sürdürülebilir ve alternatif yakıtlı santrallerin geliştirilmesini önemli kılmıştır. Projede geliştirilecek olan tasarım metodolojisi ile tatlı sorgum bitkisinin yakılması amaçlı kullanılacak bir yakma ve buhar kazanı geliştirilecek ve buna bağlı olarak da elektrik enerjisinin üretebileceği bir pilot enerji santrali faaliyete geçirilecektir. Biyokütlenin (tatlı sorgum) içindeki uçucuları gidermek optimizasyon çalışmaları yapılacak, yanma işleminin yapılacağı kazan ünitesi, eşanjörler, boru hatları, kurum tutucu ünite, ıslak filtre ünitesi, ekonomizer ünitesi, degazör ve kondens tank sistemleri geliştirilecektir. Proje genelinde yapılacak olan çalışmalarda üretim kapasitesine bağlı olmaksızın tatlı sorgum bitkisi ile enerji üretim tesisi üzerine metodoloji ve uygulama çalışmaları da gerçekleştirilecektir. Kızgın buhardaki ısı enerjisini önce mekanik enerjiye ardından da elektrik enerjisine çevirecek olan buhar türbini ise tedarik edilip sisteme entegre edilecektir. Geliştirilen buhar kazanı ile kurulacak olan tesisin çevreci bir yolla elektrik üretmenin yanı sıra tarım atıklarının bertarafı ile tarım sektörüne çevresel ve ekonomik katkıları da olacaktır. Ayrıca proje, ülkemize bu alanda önemli bir bilgi birikimi sağlayacaktır.
Endüstriyel bir tav fırının enerji, ekserji ve ekonomik analizi
Türkiyede en yüksek enerji girdisine sahip sektörlerin başında endüstri sektörü gelmektedir. Bu sektörler içerisine bakıldığında, demir çelik sektörünün ilk sıralarda olduğu görülmektedir. Yüksek enerji ihtiyacının olduğu bu demir çelik sektöründe enerjinin maksimum düzeyde verimli kullanılmasını sağlamak gerekmektedir. Enerjinin kullanılabilirliğini ifade eden ekserji terimi bu sektörde ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada yüksek enerji girdisine sahip olan, yanma havası fanı, havanın ön ısıtılmasını sağlayan reküpertör, kütüğün tavlandığı tav fırını, yakma havasının ortamdan uzaklaştırıldığı baca gazı fanı ve sistemdeki kütük taşıyıcı ve rolelerin ısıl deformasyonunun önlenmesini sağlayan gövde soğutma sistemi bileşenlerinden oluşan bir tav fırınının enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Yapılan analizlerde ideal baca gazı basıncının 40 kPa olduğu görülmüştür. Ayrıca en yüksek ekserji yıkımının % 63 ile tav fırınında gerçekleştiği görülmüştür. Tavlanan kütük başına 565 kj/kg'lık bir enerji ihtiyacının olduğu görülmüştür. Baca dan atılan yaklaşık 200 oC deki baca gazının ideal bir rankine çevrimi uygulamasıyla yaklaşık 3 MW' lık bir güç üretiminin sağlanabileceği önerilmiştir. Ayrıca bacadan atılan bu atık gazın fabrikanın ısınma ve sıcak su (kullanım suyu) ihtiyacını karşılamasında kullanılabileceği ifade edilmiştir.
Toprak kaynaklı ısı borularının deneysel olarak incelenmesi
Karayolları, havaalanı ve kaldırımlarda buzlanmanın olumsuz etkileri çoğunlukla kış mevsiminde yaygın olarak görülür. Buzlanmanın önlenmesi için klasik yöntemlere alternatif olarak, toprak kaynaklı ısı boruları araştırmacılar için ilgi çekicidir. Toprak kaynaklı ısı boruları, toprağı ısı kaynağı olarak kullanıp, taşıdığı ısı enerjisi ile yüzeydeki buzlanmayı önleyebilir. Bu çalışmanın amacı, toprak kaynaklı ısı borusunun taşıyabileceği ısı akısının kaynak sıcaklığını da dikkate alarak belirlemektir. Amaca yönelik olarak dört farklı dirsek tipi ısı borusu üretilmiştir. Bu ısı boruları üç farklı gurup çalışmada test edilmiştir. İlk olarak, dirsek tipi ısı borularının evaporatör bölgesinden ısı verilerek taşıyabildiği ısı akısı belirlenmiştir. İkinci olarak bu ısı boruları toprak kaynaklı olarak çalıştırılıp, ısı taşıma kapasiteleri belirlenmiştir. Son olarak, bu ısı boruları ile beton bir yüzeydeki buzlanmanın hangi ölçüde önlenebildiği gözlenmiştir. İlk grup deneylerde, ısı borusunun buharlaştırıcı bölümü dışından ısı verildiğinde ısı borusunun taşıdığı ısı akısının, ısı borusu çapı ve iç sıcaklığının artışı ile arttığı görülmüştür. Aynı çalışma şartlarında, farklı çaplardaki ısı borularının evaporatör bölgesi yüzey ısı akıları karşılaştırıldığında, en yüksek ısı akısı 18 mm çapındaki ısı borusunda gözlenmiştir. 28 ve 35 mm'lik ısı boruları için benzer sonuçlar alınmıştır. Bu ısı boruları düşük toprak sıcaklıklarında çalıştırıldığında, bir önceki deney sonuçlarına benzer sonuçlar alınmıştır. Isı borularının beton yüzeyde buzlanmayı önleyebileceği alanın belirlenmesi için kontrollü bir soğuk odada, toprak ve ortam sıcaklığı değiştirilerek yapılmış, beton yüzeyindeki sıcaklık dağılımı belirlenerek sonuçlar grafiklerle değerlendirilmiştir. Sonuç olarak dirsek tipi toprak kaynaklı ısı boruları için uygun iş akışkanı, boru çapı ve ısı borusu uzunluğu seçimi ile yüzeydeki buzlanmanın önlenebileceği görülmüştür. Bu çalışmanın toprak kaynaklı ısı borularının daha iyi bilinmesine ve uygulamalarının yaygınlaşmasına katkı sağlaması beklenmektedir.
Farklı alternatif akışkanların kullanıldığı iki kademeli soğutma sisteminin enerji ve ekserji analizi
Ozon delme potansiyeli (ODP) ve küresel ısınma potansiyeli (GWP) etkileri farklı soğutucu akışkanlar kullanılarak iki kademeli soğutma sisteminin enerji ve ekserji analizi EES (Engineering Equation Solver) programı yardımıyla yapılmıştır. Çalışmada soğutucu akışkan olarak ODP değerleri aynı, GWP değerleri farklı R32, R410A, R407C, R245fa, R290, R507A, R717, R1234yf ve R1234ze alternatif soğutucu akışkanlar kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan soğutucu akışkanlar arasında ODP ve GWP değeri en düşük ve en yüksek olan soğutucu akışkanlar sırası ile R717 ve R507A soğutucu akışkanlarıdır. Bu akışkanların soğutma performans katsayıları sırasıyla 5.358, 4.502 olarak, ekserji verimleri sırasıyla 0.7069, 0.594 olarak hesaplanmıştır. Analiz sonucunda, her bir soğutucu akışkan için sistemin farklı çalışma parametreleriyle çalışması durumunda soğutma performans katsayısı ve ekserji verimleri karşılaştırılmıştır. Soğutma sistemini oluşturan her bir elemanın ekserji kayıpları belirlenmiştir. En fazla ekserji kaybının evaporatörde olduğu tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Alternatif akışkan, İki kademe, Enerji, Ekserji, R1234yf, R1234ze