Fatih MehmetÖzkal, MesutKüçük · 2018-04-03 · Bu çalışmada ise güneş enerjisi panellerine yönelik bir yapısal eniyileme yaklaşımı sunulmuştur.Topoloji eniyilemesi

270 Uluslararası Katılımlı 7. Çelik Yapılar Sempozyumu

Güneş Enerjisi Panellerinin Taşıyıcı Sistem Tasarımı içinYapısalEniyilemeYaklaşımı

Fatih Mehmet Özkal, Mesut Küçük

İnşaat Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Erzincan Üniversitesi, Erzincan

[email protected], [email protected]

Öz

Gerek teknolojinin gelişimi ve gerekse mühendislik bilimlerinin en iyiyi en ekonomikbiçimde insanlığa sunma arayışındaki yoğunlaşma, eniyileme yöntemlerinin gördüğürağbeti ve talebi artırmıştır. Eniyileme, imkânlar dâhilinde tanımlanan kısıtlar ihlâledilmeden ihtiyaç doğrultusunda belirlenen bir amaca yönelik çözüm arama işlemi olaraktanımlanabilir. Bahsedilen kısıtlar için en basit şekliyle, eldeki kaynak miktarı veyamalzeme özellikleri örnek gösterilebilirken; amaç ise üretim veya kullanımmaliyetlerinin düşürülmesi olarak ifade edilebilir.

Güneş enerjisi kullanım oranını hızlı bir şekilde arttırmaya yönelik fikirler de güngeçtikçe ön plâna çıkmaktadır. Güneş enerjisi santrallerinin yatırımcılara daha cazip vekullanılabilir hale getirilmesi amacıyla enerji dışındaki diğer mühendislik alanlarının dailgili araştırmalara katkı sağlamaları gerekmektedir. Bu araştırmalar kapsamında ihtiyaçve imkânlar bilimsel yönden irdelenerek, üretim sürecinin günün koşullarına veekonomik duruma elverişli hale getirilebilmesi için çalışmalar gerçekleştirilmelidir.

Bu çalışmada ise güneş enerjisi panellerine yönelik bir yapısal eniyileme yaklaşımısunulmuştur. Topoloji eniyilemesi temelinde çoklu yükleme durumlarını dikkate alarakgüneş enerjisi panellerinin taşıyıcı kısımları için yapısal başarımı en yüksek tasarımçözümlerinin elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, yaygın biçimde kullanılantaşıyıcı sistem tiplerine uyumlu başlangıç tasarımları ele alınarak eniyileme sürecinetabi tutulmuş; rüzgâr, kar ve modal yükleme altında en uygun taşıyıcı sistem tasarımı üçboyutlu olarak aranmıştır. Sergilenen yaklaşım sayesinde, özellikle yerel tabanlı ihtiyaçve imkânlar dâhilinde, en uygun panel taşıyıcı sistemi tasarımının daha kolay ve hızlıbiçimde belirlenebileceği görülmüştür. Son zamanlarda güneş enerjisi santrallerininsayıca arttığı ve devlet destekli hibe projeleriyle daha da yaygınlaştığı düşünüldüğünde,bu çalışmanın üretime dönük ilgi çekici niteliği de ön plâna çıkmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Güneş enerjisi panelleri, Yapısal eniyileme, Topolojik tasarım,Çoklu yükleme durumu, Sonlu elemanlar yöntemi.

271Uluslararası Katılımlı 7. Çelik Yapılar Sempozyumu

Giriş

Nüfusun artması, ekonomik kalkınma plânları, teknolojinin gelişmesi gibi temeletkenlere bağlı olarak toplumlar gün geçtikçe daha fazla enerji ihtiyacı duymakta ve sarfetmektedir. Artan enerji tüketiminin fosil kaynaklarıyla karşılanması sonucu dikkatedeğer nitelikte çevresel sorunların ortaya çıktığı ve bu fosil kaynakların sınırlı olup, geridönüşümünün çok uzun bir süreç gerektirdiği aşikârdır. Dolayısıyla, tüketildikçeyeryüzünde muhtelif türlerde kirlenmeye yol açan enerji kaynak ve teknolojilerininyerini çevresel dengeye katkı yapan ve tükenmeyen-yenilenebilir enerji kaynaklarınınve teknolojilerinin alması gerekmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları, bu sebeptenötürü son zamanlarda daha fazla önem kazanmıştır. Bu kaynaklardan güneş enerjisi;potansiyeli, kullanım kolaylığı, temizliği ve çevre dostu olması gibi üstünlüklerindendolayı diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına kıyasla en fazla tercih edilen kaynak olarakön plâna çıkmaktadır. Güneş enerjisinden etkili biçimde faydalanabilmek için isegünümüzde geniş alanlar üzerinde güneş enerjisi santralleri (GES) kurulmakta ve belirlisayıda güneş enerjisi paneli her iki yönde yan yana dizilmek suretiyle güneş ışınlarınıntoplanması ve elektrik enerjisine dönüştürülmesi hedeflenmektedir. Santrallere mekanikaçıdan bakıldığında ise bu panellerin taşıyıcı sistemlerinin ömürleri boyunca maruzkalacağı statik ve dinamik etkilere karşı mukavim bir biçimde tasarlanmasının önemigöze çarpmaktadır.

Bir yapı elemanının tasarımında yapısal ve finansal verimlilik gibi gereksinimlerikarşılayacak birçok model belirlenebilir. Ancak bu gereksinimlere cevap verirken eniyisini ortaya çıkarmak için uygun yaklaşımların tercih edilmesi gerekir (Özkal et al.,2016). Eniyileme olarak isimlendirilen kavram, imkânlara bağlı olarak tanımlanankısıtlar ihlâl edilmeden, ihtiyaç doğrultusunda belirlenen bir amaca yönelik çözüm aramaişlemi olarak tanımlanabilir. Bahsedilen kısıtlar için en basit şekliyle, eldeki kaynakmiktarı veya malzeme özellikleri örnek gösterilebilirken, amaç ise üretim veya kullanımmaliyetlerinin düşürülmesi olarak ifade edilebilir. Yapısal eniyileme kavramını ise yapıbütünlüğünü tehlikeye atmadan ve sınır koşullarını karşılamak suretiyle yapı ağırlığınıazaltma veya yapı davranışındaki verimliliği yani başarımını artırmak şeklinde özetlemek mümkündür.

Özellikle ülkemizdeki GES projeleri incelendiğinde, güneş enerjisi panellerinin taşıyıcısistemleri için birkaç sabit model üzerinde durulduğu ve mühendislerin bu modellerinsadece boyutlandırılmasına dönük olarak sonuç aradığı görülmektedir. Bu çalışmada,topoloji eniyilemesi yöntemi temelinde taşıyıcı sistemlerin tasarlanması amaçlanmıştır.En uygun tasarımı ararken ise çoklu yükleme durumu üzerinden gidilmiş; panellerüzerindeki kar ve rüzgâr etkisiyle birlikte modal yükleme dikkate alınmıştır.

Güneş Enerjisi Üretim Sistemleri

Güneş enerjisi, kullanılan en eski enerji kaynağı olup insanoğlunun ve canlılığınvarlığını sürdürebilmesinde en önemli rolü üstlenmektedir. En temel şekilde örnekverilecek olursa; fotosentez ve su döngüsü gibi hayati olaylar güneş enerjisi etkisiyleoluşmaktadır. Eski medeniyetler güneşi bir tanrı olarak algılamışlardır. Güneş enerjisininilk kullanımı, besinlerin kurutularak muhafaza edilmesi olarak bilinmektedir (Kalagirou,2004). Bunu takiben insanoğlu tarih boyunca güneş enerjisinden nasıl faydalanacağınıaraştırarak öğrenmiş ve bu bilgisini geliştirmiştir. Söz konusu gelişimler; güneşenerjisinin sıcak su üretimi, ısıtma, soğutma, kurutma, arıtma ve elektrik üretimi şeklindesıralanabilir.


Eski çağlardan günümüze çok uzun bir süreçte ısıtma ve mekanik uygulamalarındakullanılan güneş enerjisinden faydalanma yönünde, M.Ö. 212 yıllarında ilk defaArşimet’in güneş ışınlarının belli bir noktada toplayan sistemi oluşturduğu ve buçalışmanın sonraki çalışmalara ışık tuttuğu ifade edilmektedir (Delyannis, 1967).Modern anlamda ilk gelişmeler ise 18. ve 19. yüzyıllarda görülmüştür. Güneş enerjisisistemiyle çalışan ilk solar fırın 1774 yılında modern kimya üzerinde çalışan Lavoisier(1782) tarafından yapılmıştır (Şekil 1).

Şekil 1 Fransız kimyacı Lavoisier’in metallerin eriyik bir şekilde özellikleri üzerindeçalışma yapmak için kurmuş olduğu güneş enerjisi sistemi.

19. yüzyılda, buhar makinelerinde kullanmak amacıyla güneş enerjisinin düşük basınçdeğerinde buhara dönüşümü için çalışmalar başlamıştır. Fransız mühendis AgustMouchod, 1864 ve 1878 yılları arasında Avrupa ve Kuzey Afrika’da birkaç güneşenerjili yapı sisteminin kurulması ve işletilmesine öncülük etmiştir. Bunlardan biriParis’te düzenlenen uluslararası gösterimde sunulmuştur (Şekil 2) (Kalogirou, 2004).Güneş enerjisi 1960’lı yıllarda ise evlerde sıcak su üretimi ve ısıtma amaçlıkullanılmaya başlanmış; dünyada birçok ülkede hızlı bir şekilde kullanımıyaygınlaşmıştır. Tipik olarak bu sistem, 2 adet 3 ila 4 m2 alana sahip güneş kolektörü ve150 ile 180 lt su depolama kapasitesinde tankların bir metal çerçeve üzerindesabitlenmesi şeklinde tarif edilebilir.


Şekil 2 Fransız mühendis Mouchot’un güneş enerjisi toplama sistemi.

Güneş elektrik santralleri, PV (fotovoltaik) tipi ve termik elektrik tipi olarak ikiyeayrılmaktadır. 1970’lerin sonlarında güneş termik santralleri kurulmaya başlanmıştır.Bunlardan ilki 1979 yılında New Mexico, Albuquerque’de kurulan güneş enerjisisantralidir. Bu santral 220 helystat’tan oluşmakta ve 5MW’lıktır. Güneş termik elektriksantralleri ise heliostat (yansıtıcı düz ayna) tarlalı ve merkezi güneş kuleli; uzunlamasınasilindirikal odaklı kolektör tarlalı ve dağınık çanak kolektör tarlalı tiplerde olmaktadır.Örnek olarak bir güneş enerjisi santrali tarlası Şekil 3’te görülmektedir. Muhtelifsayıda güneş enerjisi panelinin her iki yönde yan yana yerleştirilmesiyle santrallerkurulmaktadır. Uluslararası firmalardan ve yurtiçi santral projelerinden temin edilenpanel taşıyıcı sistemlerine ait bazı örnek tasarımlar ise Şekil 4’te sunulmuştur.

Şekil 3 Tarlalı tip güneş enerjisi santrali.


Şekil 4 Güneş enerjisi panellerinin taşıyıcı sistemlerine ait bazı örnek tasarımlar.Taşıyıcı Sistem Tasarımı için Yapısal Eniyileme

Günümüzde güneş enerjisi kullanımını hızlı bir şekilde arttırmaya yönelik birçok fikiröne sürülürken; bunun da güneş enerji santrallerini yatırımcılara daha cazip vekullanılabilir hale getirebilmesiyle sağlanabileceği düşünüldüğünde, enerji dışındakidiğer mühendislik dallarının da bu alanda katkı sağlamaları gerekmektedir. İhtiyaç veimkânlar, farklı disiplinler tarafından bilimsel yönde irdelenerek en elverişli niteliktesantral projeleri oluşturulmalıdır. Geniş düzlükler üzerinde tarla şeklinde yerleştirilengüneş enerjisi panelleri, metal taşıyıcı sistemler tarafından taşınmaktadır. Bu taşıyıcısistemler, yatırım amaçlı kurulan ve en az 25 yıl kullanım gerektiren tesisin devamlılığıaçısından hayati önem arz etmektedir. Bu yüzdendir ki, taşıyıcı sistemlerin tasarımı vekurulumunda yoğun dikkat sarf edilmelidir. Zemin sınıfı, özellikleri ve kimyasal içeriğiile kar, rüzgâr, deprem gibi değişken yükleme durumları, taşıyıcı yapıların tasarımındadikkate alınması gereken etkenlerdir.

Eniyileme çalışmaları doğada karşılaşılan olaylardan sağlanan tecrübenin muhtelifdeneme sonuçlarıyla birleştirilmesi şeklinde başlamış, günümüze gelene kadar kullanımalanları ve tercih edilen yöntemler sürekli geliştirilmiştir (Özkal, 2012). Bu çalışmakapsamında panel taşıyıcı sistemlerinin en uygun tasarımı için kullanılan yapısaleniyileme yaklaşımı, tasarım alanındaki sonlu elemanlar arasında etkisiz olanlarınbulunup yapıdan ihraç edilmesi mantığı üzerine kurulmuştur. Gerçekleştirilen sonluelemanlar çözümlemesi sonucunda gerilme değeri düşük olan sonlu elemanların yapısaldavranışa sunduğu katkının da düşük olduğu fikrinden hareketle, bu elemanlarınkaldırılması halinde geriye kalan elemanların daha etkin bir katkıya sahip olacağı veyapısal başarımın artırılacağı düşünülmüştür. Söz konusu yönteme has muhtelifeniyileme değişkenleri de kullanılarak döngüsel biçimde etkisiz elemanlar yapıdan ihraçedilerek nihayetinde hem malzeme miktarı azaltılmakta hem de kullanılan bütünmalzemenin birbirine yakın miktarda katkı sağladığı, azami rijitliğe sahip, kafes benzeritopolojiler elde edilmektedir. Oluşturulan topoloji temelli eniyileme algoritması, sonluelemanlar çözümü yapabilen paket programlar ile kolayca uygulanabilmekte ve diğeryöntemlere kıyasla daha az bir zamanda çözüme ulaşmaktadır.


Xie ve Steven (1993) tarafından “evrimsel yapı eniyilemesi (ESO)” adıyla bilimselliteratüre dâhil edilen bu yöntem üzerinde bugüne dek birçok çalışmagerçekleştirilmiştir (Özkal and Uysal, 2009). Yöntem basit bir fikir üzerine kurulmuşolmasına karşın eniyileme algoritmasının oluşturulması ve kullanılan değişkenlerinbelirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Optimizasyon işlemine başlamadan önce ilkolarak nihai tasarımı içine alabilecek şekilde yeterince büyük bir tasarım alanıbelirlenmektedir. Yükleme ve mesnet koşulları uygulanmakta ve bir sonlu elemanprogramı kullanılarak gerilme analizi gerçekleştirilmektedir. ESO yönteminin gerilmetabanlı ilk biçimi, eleman kaldırma işlemini düzenlemek için genellikle von Misesgerilmelerini kullanmaktadır (Steven et al., 2001).. Her bir noktadaki gerilme düzeyi,bütün gerilme bileşenlerinin bir çeşit ortalaması alınarak hesaplanabilmektedir. Buyönden izotropik malzemeler için en çok kullanılan kıstaslardan birisi von Misesgerilmeleridir (Xie ve Steven, 1997). Elemana ait gerilme değerinin tüm yapıdaki azamigerilmeye oranlanması ile elemanların gerilme düzeyi belirlenmektedir. Her bir sonluelemanlar analizinin ardından, mevcut ret oranına (RR) bağlı olarak etkili olarakkullanılmayan elemanlar, eleman kaldırma oranı (ERR) sayısınca her döngüde sistemdenihraç edilmektedir. RR değeri sabit kalmak suretiyle kısmi uygun duruma ulaşıncayadek sonlu elemanlar analizi ve eleman kaldırma işlemi tekrarlanmakta ve ardından retoranı (RR) yeni tanımlanan evrimsel oran (ER) değerince artırılmaktadır.Bu çalışmada taşıyıcı sistem çözümü için güneş enerjisi panellerinin 3x3 şeklindeyerleştirildiği bir bölüm üzerinden eniyileme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Mevcutprojelerde genel olarak sistemin her iki yanında taşıyıcı ayaklar tasarlanırken, eniyilemeişleminin başlangıç tasarımları için üç ayrı model seçilmiştir (Şekil 5). İlk modeldetaşıyıcı ayakların sadece yanlarda bulunmasına izin verecek şekilde bir başlangıçtasarımı teşkil edilirken, diğer iki modelde ise yanlardaki ayakların ara bölgelerindebağlantı elemanı şeklinde ilave parçalara ihtiyaç olup olmadığını görmek adına ortadave uçlarda başlangıç tasarımı genişletilerek çözüm aranmıştır.

Şekil 5 Yapısal eniyileme işlemi için başlangıç tasarımları.

Panel taşıyıcı sistemlerinin eniyilemesinde panellerin ve panel altındaki kiriş veaşıkların zati ağırlıklarıyla birlikte dikkate alınacak çoklu yükleme durumları için modalyüklemenin yanı sıra Gaziantep ilinin iklimsel özellikleri temelinde kar ve rüzgâryüklemeleri (TS 498, 1997) uygulanmıştır. Kar yüklemesi için Gaziantep ilinin III.bölgede bulunması ve denizden yüksekliğinin 850 m olması sebebiyle düşey doğrultuda1,25 kN/m2 yayılı yük uygulanmıştır. Rüzgâr yüklemesi için tüm sistemin 0-8 maralığında bir yüksekliğe sahip olmasıyla; panellerin normali doğrultusunda üst kısımda0,20 kN/m2 şiddetinde emme, alt kısmında ise 0,40 kN/m2 şiddetinde itme şeklinde


yayılı yük uygulanmıştır. 9 adet olarak yerleştirilen ve alüminyum olarak modellenenpanellerin boyutları 1,00 × 1,65 m ve ağırlığı ise 20 kg olacak şekilde modeleaktarılmıştır. Panellerin altında bulunan aşık ve kirişler için ST44 çeliği temelinde birimhacim ağırlık, elastisite modülü ve Poisson oranı değerleri belirlenmiştir (Tablo 1).Paneller yere 30° açı yapacak şekilde modellenmiş olup taşıyıcı sistemin kısa kenarı dayerden 1,25 m yüksekliğinde alınmıştır. Eniyilemeye tabi tutulan taşıyıcı kısımlarıntabandaki düğüm noktalarının tamamı her üç eksende de tutulacak şekilde mesnet şartlarıuygulanmıştır.

Tablo 1 Malzeme özellikleri.

Birim Hacim Ağırlık (kg/m3) Elastisite Modülü (N/mm2) Poisson Oranı

Alüminyum 3.000 150∙103 0,3Çelik 7.850 210∙103 0,3

Topoloji tabanlı eniyileme algoritması MATLAB yazılımında oluşturulmuş olup sonluelemanlar çözümlemesi ANSYS yazılımında gerçekleştirilmiştir. Eniyileme sürecininmümkün olduğunca eşit hacimde elemanlara ihtiyaç duyması sebebiyle yapının sonlueleman modellemesinde dörtyüzlü, 10 düğüm noktalı ve 3 serbestlik dereceli SOLID186elemanı tercih edilmiştir. Kar yükünün uygulanmasında ise panellerin üst kısmı biryüzey elemanı olan SURF154 ile kaplanmış ve yük bu elemanlar üzerindenaktarılmıştır.Eniyileme algoritması değişkenleri; ret oranı için RR=%1,0; evrimsel oran içinER=%0,5; eleman kaldırma oranı için ise ERR=%2,0 şeklinde belirlenmiştir. Budeğerler literatürdeki mevcut çalışmalarla uyumlu iken, farklı değerler üzerinden deeniyileme denemeleri gerçekleştirilmiş ancak bu değerlerle en uygun sonuçlaraulaşıldığı görülmüştür. Döngüler halinde uygulanan eniyileme işlemini de aşağıdakişekilde özetlemek mümkündür.

- Üç yükleme durumu için ayrı ayrı sonlu elemanlar çözümlemesi gerçekleştirilir.- Yapıdaki azami von Mises gerilmesi değeri ve belirlenen RR oranı

doğrultusunda en düşük gerilmeye sahip elemanlar tespit edilir.- Her yükleme durumu için ERR sayısınca tespit edilen bu elemanlardan ortak

olanlar sonlu elemanlar ağından ihraç edilir ve her döngüde bu işlem uygulanır.- Üç yükleme durumunda da ortak eleman bulunamadığı durumda RR değerinin

üzerine ER değeri eklenerek güncellenir.- Yapıda gerilme seviyesi çok fazla artış gösterdiği yani yapının taşıyıcılığı

kaybolduğu an süreç sona erdirilerek en uygun tasarım belirlenir.

Eniyileme Sonuçlarının Değerlendirilmesi

Uygulanan eniyileme süreci sonunda elde edilen en uygun tasarımlar her model için ayrıayrı olmak üzere Şekil 6-8’de sunulurken, bu modeller için başlangıç ve en uyguntasarımların sonlu elemanlar çözümünden elde edilen yapısal davranışa dair verilerTablo 2-4’te verilmiştir. Eniyileme işleminin verimliliğini daha açık bir şekildeirdeleyebilmek için söz konusu tablolarda tasarımların hacimleri, asgari ve azami vonMises gerilmeleri ile azami asal gerilmeler ve yer değiştirme değerleri tercih edilmiştir.


Sonuçlar dâhilinde en çok dikkat çeken hususlardan biri, ikinci ve üçüncü modelde yanayaklar arasında tanımlanan bağlantı bölgelerindeki elemanların tümünün kaldırılmışolduğudur. Ayrıca şu hususa da değinmek gerekir ki, modellerin başlangıç ve en uyguntasarımlarındaki modal çözümleme sonuçlarında uyumsuzluklar görülmektedir. Bununiçin yapılan incelemelerde, eniyileme sürecinde tasarım değiştikçe bazı adımlardan sonramod şekillerinin de değiştiği tespit edilmiştir. Aynı durum, ara bölgelerdeki bütünelemanlar kaldırılmasına karşın üç modelin nihai tasarımlarının birbirinden farklıolmasına gerekçe olarak da sunulabilir.

Şekil 6 Model-1 için en uygun tasarım.Tablo 2 Model-1 için sonlu eleman çözümlemesi sonuçları.

BaşlangıçTasarımı

En UygunTasarım

Şekil 7 Model-2 için en uygun tasarım.

Tablo 3 Model-2 için sonlu eleman çözümlemesi sonuçları.

Hacim(m3)

YüklemeTipi

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(mm)

Kar 0,0076 15,059 3,393 -19,392 0,01860,922 Rüzgâr 0,0040 3,148 3,914 -0,719 0,0050

Modal 0,1157 30,551 24,116 -24,116 1,2995 Kar 0,0633 15,951 4,958 -20,346 0,04600,101 Rüzgâr 0,0137 3,786 3,711 -4,801 0,0296

Modal 0,0203 40,725 43,758 -43,758 2,0185


–


En UygunTasarım

Şekil 8 Model-3 için en uygun tasarım.Tablo 4 Model-3 için sonlu eleman çözümlemesi sonuçları.


En UygunTasarım

Eniyileme süreci sonunda elde edilen tasarımlar incelendiğinde; panel taşıyıcısistemlerinin hacimlerindeki düşüş dikkat çekicidir ve başlangıç ile nihai tasarımlararasındaki hacim farkı %90’lar civarındadır. Sonlu elemanlar çözümünden alınan verilertemelinde ise hedeflendiği ve beklendiği üzere asgari von Mises gerilmeleri yükselirkenazami von Mises ve asal gerilmelerde önemsiz sayılabilecek artışlar mevcuttur. Azami yerdeğiştirmelerdeki yükseliş daha fazla olsa da gerilme seviyelerinde elde edilen verimlilik,uygulanan eniyileme işleminin başarısına dair en önemli kıstas olarak kabul edilmelidir.

Üç ayrı başlangıç tasarımı üzerinden ulaşılan en uygun tasarımlar yüzeysel bir şekildedeğerlendirilirse, gerek tasarımın uygulanabilirliği gerekse sayısal sonuçlar bakımındanModel-2 sonucu daha tercih edilir bir görüntü arz etmektedir. Bundan hareketletasarımın üretime geçirilebilir hali için taslak çizimi Şekil 9’da sunulmuştur. Bu taslakçizimi nihai duruma ulaştırmak için taşıyıcı sistemin ayakları bir kafes sistem gibiçözülerek çubuk kuvvetleri bulunmalı ve ardından taşıyıcı sistemin detaylandırmasıyapılmalıdır.

Hacim(m3)

YüklemeTipi

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(mm)

Kar 0.0070 15.117 3.479 -19.490 0.01421,238 Rüzgâr 0.0004 3.176 3.936 -0.738 0.0038

Modal 0.0404 299.240 337.520 -211.530 0.2726 Kar 0.0844 15.689 5.220 -20.250 0.17450,090 Rüzgâr 0.0162 3.038 3.714 -3.060 0.0539

Modal 0.0081 51.668 66.834 - 66.834 1.3287

Hacim(m3)

YüklemeTipi

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(mm)

Kar 0.0011 13.593 2.008 -17.174 0.00611,554 Rüzgâr 0.0003 2.883 3.476 -0.394 0.0012

Modal 0.0127 253.650 282.510 -260.570 0.0407 Kar 0.0472 14.133 3.464 -17.810 0.04740,117 Rüzgâr 0.0189 2.780 3.424 -2.231 0.0188

Modal 0.0349 45.926 58.656 -58.656 1.3384


Şekil 9 En uygun taşıyıcı sistem tasarımı için oluşturulan taslak çizimi.

Sonuç

Bilgisayar teknolojisinin belirli bir çıtayı aşması ardından süregelen eniyileme çalışmalarıgünümüzde birçok alanda etkili bir biçimde kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamındakullanılan topoloji eniyilemesi yöntemi de kullanışlılığı, verimliliği ve üretilentasarımların uygulanabilirliği yönünden literatürde kendine önemli yer etmişyöntemlerden biridir. Ancak çoğu eniyileme yöntemi gibi uygulamaya dönükçalışmalardan ziyade kuramsal temelde kalan çalışmalarla sınırlı kalındığıgörülmektedir. Günümüzde güneş enerjisi santrallerinin de yaygınlığı düşünülerek buçalışmada güneş enerjisi panellerinin taşıyıcı sistemlerine yönelik bir eniyilemeyaklaşımı sergilenmiştir.Panel taşıyıcı sistemlerinin kar, rüzgâr ve modal yükleme şeklinde çoklu yüklemedurumlarına maruz kaldığı göz önünde bulundurularak bir topoloji eniyilemesialgoritması oluşturulmuş ve üç ayrı başlangıç tasarımı kullanılarak en uygun taşıyıcısistem tasarımı aranmıştır. Elde edilen en uygun tasarımlarda hedeflendiği ve beklendiğiüzere malzemenin daha verimli bir biçimde kullanılmasına dönük sonuçlara ulaşılmıştır.Söz konusu yaklaşımı daha da iyileştirme adına ise elde edilen tasarımların verimliliğinisayısal olarak niteleyebilecek bir formülasyon oluşturulması önerilebilir. Bu çalışma,hem topoloji eniyilemesi yönteminin üretime geçirilebilirlik yönünden üstünlüğünüortaya koyması hem de günümüzde yaygınlığıyla dikkat çeken güneş enerjisi santrallerinigündeme getirmesi yönünden akademisyenler ve ilgili alanda faaliyet gösterenmühendisler açısından ayrı bir önem kapsamında değerlendirilmelidir.

Kaynaklar

Delyannis, A. (1967) Solar stills provide island inhabitants with water. Sun at Work,Vol. 10, No. 1, pp. 6-8.

Kalogirou, S. (2004) Environmental benefits of domestic solar energy systems. EnergyConversion and Management, Vol. 45, No. 18-19, pp. 3075-3092.

Lavoisier, L. (1782) Premier essai du grand verre ardent (First experiment with burningglass). Memoire Academie Royale Sciences, Vol. 62, pp. 274-283.


Özkal, F.M. and Uysal, H. (2009) General aspects of evolutionary structuraloptimization: A review. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, Vol. 15, No.3, pp. 383–393.

Özkal, F.M. (2012) Design and experimental verification of the optimum reinforcementlayout for reinforced concrete members with the aid of topology optimization and strut-and-tie modeling methods. Ph.D. Thesis, Atatürk University, Turkey.

Özkal, F.M., Cakir, F. and Arkun, A.K. (2016) Finite element method for optimumdesign selection of carport structures under multiple load cases. Advances in ProductionEngineering & Management, Vol. 11, No. 4, pp. 287-298.

Steven, G.P., Li, Q. and Querin, O. (2001) Some thoughts on the physics and mechanicsof the evolutionary structural optimization process. 3rd ASMO UK-ISSMO Conferenceon Engineering Design Optimization.

TS 498 (1997) Design Loads for Buildings (ICS 91.040). Turkish Standards Institute,Ankara, Turkey.

Xie, Y.M. and Steven, G.P. (1993) A simple evolutionary procedure for structuraloptimization. Computers and Structures, Vol. 49, No. 5, pp. 885–896.

Xie, Y.M. and Steven, G.P. (1997) Evolutionary Structural Optimization. Springer-Verlag, London, UK.

Documents

Fatih MehmetÖzkal, MesutKüçük · 2018-04-03 · Bu çalışmada ise güneş enerjisi panellerine yönelik bir yapısal eniyileme yaklaşımı sunulmuştur.Topoloji eniyilemesi