7
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Matlab simulink ile farklı işletme şartlarında PV ve PV/T sistemlerinin performans analizi
Teknolojinin hızla geliştiği ve yaygın olarak kullanıldığı günümüz dünyasında enerji tüketimi artmaktadır. Enerji ihtiyacının ucuz ve çevreci bir şekilde karşılanabilmesi için yenilenebilir enerji kaynakları ve özellikle güneş enerjisinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, Matlab/Simulink yazılımı kullanılarak fotovoltaik (PV) sistemi ve fotovoltaik ısıl (PV/T) sistemi için bir simülasyon programı yapılmıştır. Bu amaçla, elektrik enerji üretimi ve sıcak su karşılama için uygun olan tek diyotlu eşdeğer devresi ve sıvı tip düzlemsel PV/T kollektör sistemleri tercih edilmiştir. Tek diyotlu eşdeğer devresi ve sıvı tip düzlemsel PV/T kolektör sistemi tarafından üretilen enerjiyi belirlemek için Matlab/Simulink ile yapılan bilgisayar programında Hottel-Whillier denklemleri kullanılmıştır. Burada akım ve gerilim hesaplanmış ayrıca sıvı tip düzlemsel PV/T kolektör sisteminin ısıl verimi ve elektriksel verimi hesaplanmıştır. PV sistemi için, kollektör alanı, açık devre gerilimi, kısa devre akımı, maksimum gerilim, maksimum akım, güneş radyasyonu, kısa devre akımı sıcaklık katsayısı, açık devre gerilimi sıcaklık katsayısı, seri ve paralel direnci değişkenleriyle, sistemin her bir parçasını karakterize eden matematiksel modeller incelenmiş ve bağımsız sistemdeki tüm bileşenlerin uygun tahmini değeri hesaplanmıştır. Ayrıca PV/T sistemi için, akışkan hızı, kollektör alanı, rüzgâr hızı, güneş radyasyonu, montaj açısı, sızdırmazlık faktörü, camlı/camsız yüzey, emicilik katsayısı ve kapak sayısı değişken parametrelerinin ısıl ve elektriksel verimleri elde edilmiştir. PV sistemin, güneş radyasyonuna bağlı olarak; kollektör akımı, kollektör gerilimi, doldurma faktörü ve elektriksel verimi hesaplanmıştır. Camlı PV/T ve camsız PV/T sistemlere sahip düzlemsel sıvı tip kollektörün ısıl ve elektriksel verim analizi yapılmış ve teorik olarak Hottel-Whillier modeli kullanılarak (G/Ti-Ta) ve ısıl iletkenlik katsayısı hesaplanmıştır. Simülasyon sonuçlara göre, PV sistemi için kollektör akımı 4,3A, kollektör gerilimi 9,26V, kollektör doldurma faktörü 0,66 ve elektriksel verimi ise %14,37 olarak hesaplanmıştır. Camlı PV/T sistemlerde ısıl verim değeri %76,86, elektriksel verim değeri ise %20,13 olarak hesaplanmıştır. Camsız PV/T sistemlerde ise ısıl verim değeri %72,34, elektrik verimi ise %21,11 olduğu belirlenmiştir.
Makro kapsüllenmiş bir tarafından ısıtılan dirençlerde erime katılaşma davranışının sayısal incelenmesi
Faz değişimli ısı transferi, mühendislik uygulamalarında giderek artan eğilimde yer bulmaktadır. Güneş enerjisi sistemleri, bu uygulamalardan birisidir. Günün zamanı içerisinde gün ışığının kesikli olması özellikle ısıl enerjinin depolanması hususunda alternatif yöntemlerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu çalışmada, makro FDM kapsüllenmiş farklı geometrilerin kanal içerisindeki zorlanmış taşınım ısı transferine ve ısı depolama performansına etkisi incelenmiştir. Çalışma kapsamında kanal açısı, akışkan giriş sıcaklığı, Reynold sayısı, yüzey ısı akısı ile birlikte makro FDM kapsüllenmiş dirençler, sayısal olarak analiz edilmiştir. Isıl depolamalı dirençlerin uzunluk oranı, görüş oranı olarak belirlenmiş, görüş oranına bağlı olarak T şeklinde (AR=0.34, AR=0.67) ve dikdörtgen şeklinde (AR=1) olarak tasarlanmıştır. Reynold sayısının 4.000 ile 15.000 aralığında, türbülanslı akış rejiminde inceleme gerçekleştirilmiştir. Ayrıca hava giriş sıcaklığı 12°C ile 20°C aralığında, yüzey ısı akısı ise 500 W/m² ile 1200 W/m² arasında değiştirilmiştir. Direnç açısı ise 30°,60° ve 90° olacak şekilde gözönüne alınmıştır. Isı depolama malzemesi olarak kalsiyumklorürhekzahidrat (CaCl₂6H₂O) kullanılmıştır. Sayısal modelleme deneysel çalışmalardan elde edilen verilere göre doğrulanmıştır. Sayısal modelleme sonuçlarına göre, kanal ısı transferinin yüzey ısı akısı, kanal açısı, Reynold sayısı ve hava giriş sıcaklığı ile doğru orantılı, makro FDM kapsüllenmiş direnç görüş oranı ile ters orantılı olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen bulguların nitelik ve özgünlük açısından literatüre önemli katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir. Elde edilen verilere göre kanal ısı transferinin artması depolanan ısı miktarının azalmasıyla sonuçlanmaktadır. Ayrıca direnç yüzey alanının artması, erime-katılaşma hızını önemli oranda etkilemekte özellikle katılaşmayı büyük oranda hızlandırmaktadır.
Kompozit yarı iletken fotoanotların boya duyarlı hibrit güneş pili performansına etkisi
Bu tez çalışmasında, hidrotermal yöntemi ile üretilen TiO2 ve ZnO tozlarının boya duyarlı güneş pillerinin (BDGP) performansını nasıl etkilediği araştırılmıştır. Üretilen tozlardan, saf TiO2, ağırlıkça 3:1 TiO2/ZnO, 1:1 TiO2/ZnO, 1:3 TiO2/ZnO ve saf ZnO olmak üzere 5 farklı boya duyarlı hibrit güneş pili üretilmiştir. İletken cam olarak florin katkılı kalay oksit (FTO), karşıt elektrot olarak platin (Pt) ve boya olarak rutenyum (Ru) tercih edilmiştir. FTO üzerine farklı oranlardaki ZnO:TiO2 fotoanotları serigrafi yöntemi ile kaplanmıştır. Üretilen fotoanotların morfolojik ve minerolojik analizleri SEM, XRD ve EDX ile belirlenmiştir. XRD analizleri ise hedeflenen kristal fazlarının yapıda oluştuğunu doğrulamıştır. TiO2 ve ZnO taneciklerinin morfolojisi incelendiğinde taneciklerin sıkıca paketlendiklerini ve TiO2 miktarı arttıkça daha pürüzsüz bir yapı oluştuğu SEM görüntüleri ile gözlemlenmiştir. Üretilen boya duyarlı güneş pillerinin fotovoltaik parametreleri solar simülatör cihazı ile analiz edilmiştir. TiO2:ZnO oranı değiştikçe pil verimlerinin (% 0,0013-2,3613 aralığında) değiştiği saptanmıştır. En yüksek verimi (ƞ) saf TiO2 fotoanoduna sahip boya duyarlı güneş pilinin sergilediği gözlemlenmiş ve TiO2 oranı arttıkça pil verimlerinde bariz bir artış olduğu tespit edilmiştir. Oransal olarak TiO2 miktarı artıkça verimin yükselmesi TiO2'nin daha kararlı bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir.
Tio2 mesoporous/zno nanotel tabanlı tandem (katmanlı) nano yarıiletkenlerin üretilerek optoelektronik özelliklerinin incelenmesi ve boya ile duyarlı fotovoltaik hücrelerin üretilmesi
Boya ile Duyarlı Hale getirilmiş Fotovoltaik Hücreler (DSSC); yeni bir dizayn ve metotla grafen tabanlı altlık üzerine TiO2 mesoporous (mesogözenekli) yapılar içerisine bir boyutlu (1D) ZnO nanowires'ların büyütülmesi ile üretilmiştir. FTO (Fluorine-doped Tin Oxide) taban malzeme üzerine tek tabaka grafen nano tabakaların sentezlenmesi ile DSSC'lerde foto-elektron dönüşüm verimini sınırlayan standart TCO(saydam iletken oksit) taban malzeme problemi ortadan kaldırılmıştır. Grafen kaplı taban malzemesi üzerine standart DSSC'lerden farklı olarak TiO2 mesoporous/ZnO nanowire tandem nano-yarıiletkenleri büyütülerek fotovoltaik hücre verimi incelenmiş ve standart FTO tabanlı (grafensiz) DSSC ile verim kıyaslaması yapılmıştır. Yapısal, optiksel ve termal karakterizasyon SEM, XRD, EDAX, DTG, TG, PL ve UV-Vis soğurma spektroskopileri ile gerçekleştirilmiştir. J-V ve IPCE ile de fotovoltaik hücre verimi ve kuantum verimleri (QE) incelenmiştir. XRD karakterizasyonu, grafen tabanlı TiO2/ZnO tandem nano-yarıiletkeninin tüm difraksiyon (kırınım) piklerinin hekzagonal wurtzite ZnO ve TiO2 anatase yapıda olduğu ve yüksek kristal kalitesinde olduğu net bir şekilde gösterilmiştir. UV-Vis soğurma spektroskopoisi ile tandam nanoyapıların bant aralığı 3.13 eV olarak gösterilmiştir. Grafen/TiO2/ZnO hibrit yarıiletkenlerinin fotovoltaik performansı; FTO/TiO2/ZnO hibrit yarıiletkeni ile ve standart DSSC uygulamalarındaki FTO/TiO2 mesoporous ve FTO/ZnO nanowire yarıiletkenleri ile ayrı ayrı kıyaslanarak hem taban malzeme hem de fotoanot malzemesi için en uygun ve en yüksek hücre verimi belirlenmeye çalışılmıştır. Grafen/TiO2/ZnO hibrit yapılar ile elde edilen DSSC'lerde hücre verimi ƞ= %8.7, Jsc= 21.3 mA/cm3, Voc=0.78V ve FF=0.53 olarak elde edilmiş ve FTO/TiO2/ZnO hibrit yapılarla kıyaslandığında verimin %30 daha fazla olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar açıkça göstermiştir ki taban malzemenin yüzeyinin grafenle kaplanmasıyla taban malzeme üzerinden karşıt elektrota yüksek elektron transferi sağlanmış, fotoanot malzemesinin TiO2/ZnO hibrit yapılar ile oluşturulmasıyla da numune yüzeyinde yüksek yüzey hacim alanı elde edilmiş ve elektron transferi direkt ve rekombine olmadan sağlanmıştır.
Metro İstanbul enerji yönetim sisteminin oluşturulması, modellenmesi ve değerlendirilmesi
Enerji, küresel ısınma ve enerji arz güvenliği hususları sebebi ile hem ulusal hem de uluslararası platformda günümüzün en önemli konularından biri olmuştur. Enerji kaynaklarının temini hususunda dışarıya bağımlı ülkelerde temel hedef enerjiyi etkin biçimde kullanmak ve bölgesel enerji kaynaklarına öncelik vermek olmuştur. Sürüdürülebilir bir gelişme sağlamak amacı ile günümüz enerji kaynakları yaşamsal aktiviteler için kullanılmalı gelecek nesillerin de enerji ihtiyacı dikkate alınıp enerji planlaması yapılmalı ve aynı zamanda çevre korumasıda sağlanmalıdır. Sürdürülebilir gelişmenin önemli faktörlerinden olan taşımacılık sektörü ve enerji politikası insan yaşamını etkileyen iki önemli husustur. Kent yaşamının bilhassa metropollerde en önemli unsurları arasında ulaşım gelmektedir. Özellikle nüfus yoğunluğunun fazla olduğu kentlerde taşıma kapasiteleri, hızlı ulaşım ve konfor gibi üstünlükleri ile elektrikli raylı ulaşım sistemleri tercih edilmektedir. Ülkemizde de başta İstanbul, Ankara ve İzmir olmak üzere diğer büyükşehirlerde ulaşım sistemi olarak elektrikli raylı ulaşım sistemleri tercih edilmiştir. Nüfus yoğunluğu, günlük taşıma kapasitesi, ulaşım ağı uzunluğu ve diğer hususlar değerlendirildiğinde İstanbul kent içi elektrikli raylı ulaşım sistemleri işletmecesi olan İstanbul Ulaşım AŞ Türkiye'nin en büyük kent içi raylı ulaşım sistemleri işletmecisi konumundadır. Enerji tüketimi Türkiyenin elektrik tüketiminin yaklaşık 1/1000'i olan Metro İstanbul AŞ hatlarında enerji verimliliği ve stratejileri için bugüne kadar bazı çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların başında verimli sürüş teknikleri, sinyalizasyon sisteminin optimize edilmesi, faydalı frenleme teknolojisi ve sabit tesisler olarak anılan istasyonlardaki aydınlatmalarda enerji verimliliği gibi hususlar gelmektedir. Ancak taşıma kapasitesinin zamanla artması, teknolojinin gelişmesi, mevcut sistemlerin bakım-onarım maliyetlernin artması, enerji talebinin yükselmesi hizmet kalitesinin sürdürülebilirliği için tüm sistemin enerji yönetiminin yapılması gerekliliğini doğurmuştur. Bu tez çalışmasında, Metro İstanbul AŞ hatlarına ait enerji miktarının ölçülmesi, izlenmesi ve ISO 50001 enerji yönetim standardı çerçevesinde enerji yönetiminin oluşturulması için bir enerji ölçme, izleme ve yönetimi sistemi tasarlanmış, tasarlanan sistem kurulup devreye alınmış ve 2016-2017 yılları enerji verileri incelenmiştir. Veriler enerji yönetim sistemi doğrultusunda değerlendirilmiş olup ISO 50001 standardı referans alınarak enerji yönetim sistemi çalışması yapılmıştır.
Bir doğalgaz kombine çevrim güç santralinde enerji ve ekserji analizi
Sürekli artan nüfus ile sanayileşme oranı ve buna bağlı olarak artan enerji ihtiyacı enerjinin daha verimli kullanılmasını ve tasarruf edilmesini gerekli kılmaktadır. Özellikle, ülkemiz açısından değerlendirildiğinde giderek artan enerji talebinin karşılanmasında ithal kaynakların ön planda olduğu görülmektedir. Bununla birlikte, halizhazırda ülkemizde elektrik ihtiyacının yaklaşık %32'si doğalgaz yakıtlı kombine çevrim güç santrallerinden sağlanmaktadır. Ülkemizin sürdürülebilir kalkınma hedeflerine ulaşabilmesi için enerji verimliliği önemli bir konudur. Bu bakımdan, güç santrallerinde enerjinin verimli kullanılması ile elde edilecek tasarruf, ülkemizin geleceği ve güvenliği için büyük önem arz etmektedir. Türkiye kurulu gücünde 25 bin MW'lık bir paya sahip olan doğalgaz kombine çevrimli güç santralleri (DKÇGS'ler) düşünüldüğünde santraller bazındaki çok küçük bir verim artışı dahi ülkede milyonlarca liralık tasarruf sağlayabilir. Böylece, kaynaklar daha etkin ve verimli kullanılabilir. Bu çalışmada, 770 MW kurulu güce sahip bir doğalgaz kombine çevrim santralinin enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Bu amaçla, santralden çalışma şartları ile ilgili veriler toplanarak belirlenen kısımlar için Aspen paket programı ile tesis benzetimi yapılmış, elde edilen sonuçlar mevcut proses verileri ile karşılaştırılmıştır. Bununla beraber; kütle, enerji ve ekserji denklikleri kurularak, sisteme ait her bir birimin ayrı ayrı enerji ve ekserji analizleri yapılmış, ikinci yasa verimleri hesaplanmıştır. Alınan sonuçlar doğrultusunda, santral proseslerinden kazanılabilecek enerji miktarı hesaplanarak ekserjetik geliştirme potansiyelleri ortaya konulmuştur. Son olarak, elde edilen bulgular temelinde, kompresör giriş havasının soğutulmasıyla sağlanabilecek iyileştirme ve bu işlemin sistem performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır.
Pnömatik sistemlerde verim arttırma parametrelerinin analizi ve otomotiv sanayinde uygulanması
Pnömatik sistemler, sanayinin pek çok alanında kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında; otomotiv sanayinde pnömatik sistemlerin uygulanabilir tasarruf yöntemleri araştırılmıştır. Bu amaçla, basınçlı hava hatlarında kaçakların verimlilik üzerine etkileri ile merkez kompresör dairesinden gelen basıncın minimum kayıp ile üretim hatlarına gitmesi ve üretimin olmadığı dönemlerde hava basıncının düşürülerek kayıpların azaltılması sonucu enerji verimliliği ve kazançlar değerlendirilmiştir. Analizlerin yapıldığı otomotiv tesisinde yapılan ölçümlere bağlı olarak somut iyileştirme değerleri belirlenmiştir. Bu doğrultuda tesisin basınçlı hava hatlarında enerji etüdü yapılarak, kaçak oranlarının ve ihtiyaç dışı enerji tüketim değerlerinin tespit edilerek, alınması gerekli önlemler belirlenmiştir. Yapılan bu deneysel çalışmada metodik olarak hesaplamalarda ve tespit edilen uygunsuzluklarda altı sigma (ileri) problem çözme teknikleri ile ileri matematik modelleme metodu kullanılmıştır. Sonuç olarak, kompresör çıkış basıncı 8.0 bar'dan 7,7 bar'a düşürülmüş, oransal vanaların eklenmesi ile hatlara giden hava basıncının ilgili üretim birimi bazlı düşürülerek basınçlı hava tüketim miktarında %20 düşüş sağlanmıştır. Tüketilen elektrik enerjisinde ise %16 oranında tasarruf sağlanarak enerji verimliliği arttırılmıştır. Ek olarak bağlantı elemanlarında ve hava filtrelerinde yapılan iyileştirmeler ve ihtiyaç fazlası bağlantı elemanlarının sistemden çıkartılması, filtre tasarımlarının değiştirilmesi ve bakım periyotlarının güncellenmesi ile enerji verimliliğine katkı sağlanmıştır.