Embed Size (px)
Citation preview
T.C.
KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Rüzgar Enerjisi Deney Seti
243412 Gökay DOĞAN
243400 Bilge Kaan KEY
243404 Dursun Gökhan KAHVECĠ
Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ
Mayıs, 2014
TRABZON
T.C.
KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Rüzgar Enerjisi Deney Seti
243412 Gökay DOĞAN
243400 Bilge Kaan KEY
243404 Dursun Gökhan KAHVECĠ
Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ
Bu proje Trabzon Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi tarafından desteklenmektedir.
Mayıs, 2014
TRABZON
iii
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU
Gökay DOĞAN, Bilge Kaan KEY ve Dursun Gökhan KAHVECĠ tarafından Prof. Dr.
Ġsmail H. ALTAġ yönetiminde hazırlanan “Rüzgar Enerjisi Deney Seti” baĢlıklı lisans
bitirme projesi tarafımızdan incelenmiĢ, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme
Projesi olarak kabul edilmiĢtir.
DanıĢman : Prof. Dr. Ġsmail H. ALTAġ ………………………………
Jüri Üyesi 1 : ………………………………
Jüri Üyesi 2 : ………………………………
Bölüm BaĢkanı : Prof. Dr. Ġsmail H. ALTAġ ………………………………
iv
ÖNSÖZ
Bitirme projemizin tamamlanmasına, derslerinde vermiĢ olduğu bilgiler ve ders
dıĢındaki tavsiyeleriyle katkıda bulunan sayın hocamız Prof. Dr. Ġsmail H. ALTAġ’ a
ayrıca bu çalıĢmayı destekleyen Trabzon Teknik ve Endüstri Meslek lisesine, okul
müdürü Orhan GENÇ' e ve Yenilenebilir Enerji Teknolojileri bölümü öğretmenlerinden
Suat ÇELĠK' e teĢekkürlerimizi sunarız. Her Ģeyden öte, eğitimimiz süresince bize her
konuda tam destek veren ailelerimize ve bize örnek olan tüm hocalarımıza saygı ve
sevgilerimizi sunarız.
Mayıs, 2014
Bilge Kaan KEY
Gökay DOĞAN
Dursun Gökhan KAHVECĠ
v
İÇİNDEKİLER
Lisans Bitirme Projesi Onay Formu.................................................................................iii
Önsöz................................................................................................................................iv
Ġçindekiler..........................................................................................................................v
Özet..................................................................................................................................vii
Semboller ve Kısaltmalar Listesi....................................................................................viii
ġekiller Listesi..................................................................................................................ix
Çizelgeler Listesi..............................................................................................................xi
1. Giriş...............................................................................................................................1
1.1. Rüzgar Enerjisi Tarihçesi................................................................................2
1.2. Dünyada Rüzgar Enerjisi Kullanımı...............................................................3
1.3. Rüzgar Enerjisinin Türkiye'deki Durumu.......................................................5
1.4. Rüzgar Enerjisinin Avantajları........................................................................6
1.5. Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları................................................................6
2. Teorik Alt Yapı ve Tasarım........................................................................................8
2.1. Genel Bilgi......................................................................................................8
2.1.1. AA Sürücü Devre...........................................................................11
2.1.2. Sincap Kafes Tür Asenkron Motor................................................12
2.1.3. Rotoru Sargılı Senkron Generatör..................................................13
2.1.4. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucu(AA/DA)..................15
2.1.5. DA ve AA Bara..............................................................................17
2.1.6. ġarj Kontrol Cihazı........................................................................17
2.1.7. Evirici(DA/AA).............................................................................18
2.1.8. Ġzolasyon Trafosu..........................................................................20
2.1.9. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu(AA/DA)..................21
2.2. Yenilenebilir Enerji Deney Seti....................................................................22
2.2.1. Rüzgar Enerjisi Seti ve GüneĢ Paneli............................................22
2.2.2. Deney Masası.................................................................................23
2.2.3. Ölçü Panosu...................................................................................23
vi
3. Yenilenebilir Enerji Deney Seti Simülasyonu.........................................................24
3.1. Rüzgar Türbinin ÇıkıĢındaki AA Gerilim ve DoğrultulmuĢ DA Gerilim...24
3.2. ġarj Kontrol Cihazı ve Doğrultucu ÇıkıĢındaki DA Gerilimler...................24
3.3. Sistemin Trafolu ve Trafosuz ÇıkıĢ Gerilimleri...........................................26
4. Deneysel Çalışmalar ve Sonuçlar.............................................................................27
4.1. Rüzgar Enerjisi Üretimine Ait Deneysel Sonuçlar.......................................27
4.2. Hibrit ÇalıĢma Durumuna Ait Deneysel Sonuçlar.......................................28
4.2.1. Yüksüz Durum Deneyleri..............................................................28
4.2.2. Yüklü Durum Deneyleri................................................................30
5. Yorumlar ve Değerlendirme.....................................................................................34
KAYNAKLAR...............................................................................................................35
EKLER...........................................................................................................................36
EK-1 IEEE Etik Kuralları..............................................................................................36
EK-2 Disiplinler Arası ÇalıĢma.....................................................................................39
EK-3 Yenilenebilir Enerji Deney Seti Föyü..................................................................40
EK-4 Yenilenebilir Enerji Deney Seti Teknik Çizimi...................................................55
EK-5 ÇalıĢma Takvimi.................................................................................................56
EK-6 Maliyet Hesabı....................................................................................................58
EK-7 Standartlar ve Kısıtlar Formu..............................................................................59
vii
ÖZET
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgi artmaktadır. Artan bu ilgiyle beraber
yenilenebilir enerji alanında çalıĢabilecek teorik ve pratik bilgiye sahip çalıĢanlara
ihtiyaç duyulmaktadır. Yenilenebilir enerjinin, eğitim kurumlarında ders olarak
anlatılmaya baĢlanmasıyla beraber bu alanda deney seti ihtiyacı doğmuĢtur. Amacımız
yenilenebilir deney seti tasarlayarak öğrencilerin derslerde öğrendikleri teorik bilgileri
uygulamada görmelerini sağlamaktır.
GerçekleĢtirilen yenilenebilir enerji deney seti ile, güneĢ ve rüzgar enerjisinden
yararlanarak üretilecek elektriğin Ģebekeye ulaĢıncaya kadar ne gibi aĢamalardan geçtiği
görülecektir. OluĢturulan deney seti modüler ve taĢınabilir bir yapıya sahiptir.
Yenilenebilir enerji deney setinde güneĢ ve rüzgar grubu olmak üzere iki grup görev
almıĢtır. Rüzgar enerjisine ait detaylı bilgi bu çalıĢmada yer almaktadır.
Bu proje tamamlandıktan sonra Trabzon Endüstri ve Teknik Meslek Lisesinde,
Yenilenebilir Enerji Teknolojileri bölümünde deney seti olarak kullanılacaktır.
viii
Semboller ve Kısaltmalar Listesi
𝐶𝑂2 : Karbondioksit
km : Kilometre
m : Metre
kW : Kilowatt
DA : Doğru gerilim
AA : Alternatif gerilim
MW : Megawatt
V : Volt
Hz : Hertz
M.Ö. : Milattan önce
M.S. : Milattan sonra
DMĠ : Devlet Meteoroloji Genel Müdürlüğü
RES : Rüzgar elektrik santrali
TÜREB : Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği
EMO : Elektrik Mühendisleri Odası
RSSG : Rotoru sargılı senkron generatör
DGM : Darbe GeniĢlik Modülasyonu
ix
Şekiller Listesi
Şekil 1.1. Dünya RES' lerinin Kurulu Güç Bakımından Kümülatif Dağılımı.................4
Şekil 1.2. Türkiye RES' lerinin Kurulu Güç Bakımından Kümülatif Dağılımı...............5
Şekil 2.1. Yenilenebilir Enerji Deney Seti........................................................................9
Şekil 2.2. Rüzgar Enerjisi Deney Seti.............................................................................10
Şekil 2.3. AA Sürücü Devre............................................................................................11
Şekil 2.4. Sincap Kafes Tür Asenkron Motorun Bir Faz EĢdeğer Devresi.....................12
Şekil 2.5. Sincap Kafes Tür Asenkron Motorun Hız-Moment Karakteristiği.................12
Şekil 2.6. Senkron Generatör ile Asenkron Motor Millerinin Bağlantısı.......................13
Şekil 2.7. Rotoru Sargılı Senkron Generatörün Bir Faz EĢdeğer Devresi......................14
Şekil 2.8. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucunun EĢdeğer Devresi.................15
Şekil 2.9. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucunun GiriĢ ve ÇıkıĢ ĠĢaretleri......16
Şekil 2.10. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucu ve Bağlantısı..........................16
Şekil 2.11. ġarj Kontrol Cihazı.......................................................................................18
Şekil 2.12. Bir Fazlı DGM Kontrollü Eviricinin EĢdeğer Devresi.................................18
Şekil 2.13. Bir Fazlı DGM Kontrollü Eviricinin GiriĢ ve ÇıkıĢ ĠĢareti..........................19
Şekil 2.14. Bir Fazlı Evirici ve ÇıkıĢı.............................................................................19
Şekil 2.15. Ġzolasyon Trafosu.........................................................................................20
Şekil 2.16. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucunun EĢdeğer Devresi...............21
Şekil 2.17. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu.................................................21
Şekil 2.18. Rüzgar Enerjisi Seti.......................................................................................22
Şekil 2.19. Yenilenebilir Enerji Deney Seti....................................................................23
x
Şekil 3.1. Rüzgar Türbini ÇıkıĢındaki AA Gerilim ve DoğrultulmuĢ DA Gerilimi.......24
Şekil 3.2. Yenilenebilir Enerji Deney Seti Simülasyonu................................................25
Şekil 3.3. ġarj Kontrol Cihazı ve Doğrultucu ÇıkıĢındaki DA Gerilimler......................26
Şekil 3.4. Sistemin Trafolu ve Trafosuz ÇıkıĢ Gerilim Dalga ĠĢaretleri.........................26
Şekil 4.1. Rüzgar Türbini Doğrultucu ÇıkıĢı Açık Devre Gerilimi................................28
Şekil 4.2. GüneĢ Paneli ÇıkıĢı Açık Devre Gerilimi.......................................................29
Şekil 4.3. DA Bara Gerilimi............................................................................................29
Şekil 4.4. Sistemin Ġzolasyon Trafosuz AA ÇıkıĢ Gerilimi............................................32
Şekil 4.5. Sistemin Ġzolasyon Trafolu AA ÇıkıĢ Gerilimi..............................................32
Şekil 4.6. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu ÇıkıĢı........................................33
xi
Çizelgeler Listesi
Çizelge 1.1. Enerji Üretim Sistemlerinin Çevresel Etkileri Açısından KarĢılaĢtırılması..7
Çizelge 4.1. Rüzgar Enerjisi Üretimine Ait Deneysel.....................................................27
Çizelge 4.2. GüneĢ paneli ve rüzgar türbin doğrultucu çıkıĢı açık devre gerilimleri......28
Çizelge 4.3. Farklı Güç Değerlerindeki Ampullerin Beslenmesi Durumuna Ait Deney
Sonuçları......................................................................................................30
Çizelge 4.4. Farklı Güç Değerlerindeki Fanların Beslenmesi Durumuna Ait Deney
Sonuçları......................................................................................................31
1
1.Giriş
GeliĢen teknolojiyle beraber günümüz insanının enerjiye olan ihtiyacı her geçen gün
artmaktadır. Enerji sosyal ve ekonomik hayatın vazgeçilmezi haline gelmiĢtir. Dünyada
enerji ihtiyacının büyük bir kısmının fosil yakıtlardan elde edildiği düĢünüldüğünde ve
1970 yılında ortaya çıkan petrol krizi nedeniyle çoğu devlet enerji ihtiyacını
karĢılamakta sıkıntı çekmiĢtir. Bunun yanında fosil yakıtların enerji üretiminde
kullanılmasıyla çevreye salınan zararlı gazlar nedeniyle ekolojik dengeye önemli
zararlar verildi. Bunun önüne geçebilmek için nükleer enerjiye baĢvuruldu ancak bu
konuda da önemli sorunlar ortaya çıktı. Özellikle radyoaktif sızıntı tehlikesi ve uranyum
zenginleĢtirilmesi devletler arasında gerilimler yaĢanmasına neden oldu. Tüm bu
ekonomik ve çevresel faktörler yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi arttırmıĢ ve
yapılacak yeni yatırımların bu yönde olmasına neden olmuĢtur.
Yenilenebilir enerji; doğal süreçlerden elde edilen ve kaynağı sonsuz olan bir
enerjidir. GüneĢ, rüzgar, nehirler, dalga hareketleri, biyokütle, jeotermal baĢlıca
yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Yenilenebilir kaynaklardan güneĢ enerjisinde
güneĢten gelen fotonlardan, hidrolikte suyun potansiyel enerjisinden, jeotermal enerjide
yer altındaki doğal sıcak su kaynaklarından, biyokütle enerjisinde bitkilerden ve
atıklardan, rüzgar enerjisinde de güneĢin yeryüzünde sebep olduğu ısıl değiĢimin,
basıncın ve nemin etkisiyle oluĢan rüzgarlardan yararlanılarak elektrik enerjisi elde
edilir.
Yenilenebilir enerji kaynakları arasında son yıllarda en çok ilgiyi güneĢ enerjisiyle
beraber rüzgar enerjisi görmüĢtür. Rüzgar endüstrisi , ortalama %40'lara yaklaĢan yıllık
büyümeyle dünyanın en hızlı büyüyen enerji kaynağı konumundadır. Bu büyümenin
nedenleri rüzgar enerjisinin üretiminde kaynak sıkıntısının olmaması, üretim sonrası
çevreye zararlı gazlar bırakmaması, enerjide dıĢa bağımlılığı azatlaması ve enerji
temininin güvenli olmasıdır. Ancak rüzgar enerjisi sektörünün önündeki en büyük engel
kurulum masraflarının yüksek olması ve istenilen rüzgar Ģiddetinin sürekli olarak
sağlanabileceği alanları kısıtlı olmasıdır.
2
Dünyada birçok ülke rüzgar enerjisinin önemini anlamıĢ orta ve uzun vadede enerji
ihtiyacının belli bir yüzdesini rüzgardan karĢılamaya yönelik adımlar atmıĢtır. GeliĢmiĢ
ülkeler bu alanda verimliliği arttırmak amacıyla yapılan akademik çalıĢmaları
desteklemiĢlerdir.
Bu çalıĢmayla yenilenebilir enerji sektöründe çalıĢacak ara elemanları yenilenebilir
enerjinin önemini, enerjisi üretiminde kullanılan sistemin genel yapısını, kullanılan
ekipmanların seçiminde dikkat edilmesi gerekenleri, bu ekipmanlar ile ilgili
hesaplamaları ve bağlantılarının nasıl yapılacağını öğrenmesi amaçlanmıĢtır.
1.1 Rüzgar Enerjisi Tarihçesi
Rüzgar enerjisi tarih boyunca insanoğlunun çeĢitli yollar ile yararlanmıĢ olduğu
önemli bir enerji kaynağıdır. Ġnsanoğlu ilk olarak rüzgar enerjisini M.Ö 5000 yıllarında
Nil nehrinde deniz ulaĢımı için kullanmıĢtır. Medeniyet seviyesi ilerledikçe rüzgardan
yararlanma biçimleri de değiĢmiĢtir. Örneğin önceleri deniz ulaĢımında kullanılan
rüzgar enerjisi, tahıl öğütme iĢleminde kullanılmaya baĢlanmıĢtır. M.Ö 200 yılında
Babylon’ da inĢa edilen ilk tam rüzgar değirmeni ile tahıl öğütme iĢlemi
gerçekleĢtirilmiĢtir. M.S Türkler tarafından kullanılan yel değirmenleri, yapılan haçlı
seferleriyle Avrupalılara geçmiĢtir. Avrupalı devletler öğrenmiĢ oldukları düĢey eksenli
rüzgar türbinlerini geliĢtirerek yatay eksenli rüzgar türbinleri oluĢturmuĢlardır. Yatay
eksenli ilk yel değirmeni Hormandiya krallığı zamanına aittir. Kaynak [1] de verildiği
gibi aĢağıda yatay eksenli yel değirmenleri çeĢitleri görülmektedir.
Yatay eksenli yel değirmenleri çeĢitleri :
1. Ayaklı yel değirmenleri (Almanya)
2. Kule tipi yel değirmeni (Akdeniz)
3. Döner çatılı yel değirmeni (Hollanda)
4. Çok kanatlı yel değirmeni (Amerika)
3
Rüzgar enerjisi belli zamana kadar mekanik enerjiye çevrilerek ulaĢımda, su
pompalamada, tahıl öğütmede kullanılmıĢtır. Rüzgar enerjisi, elektriğe ilk defa Paul La
Cour tarafından yapılan 23m çapındaki rüzgar türbini tarafından çevrilmiĢtir. Elektroliz
yoluyla hidrojen gazı elde etmiĢ bu yolla da rüzgar enerjisinin depolanmasını
sağlamıĢtır. Aynı yıllarda Amerika'da Brush firması tarafından 12kW’lık DC türbin
kurulmuĢtur. Bu geliĢmelerden sonra rüzgar türbini üzerindeki çalıĢmalar hızlanmıĢtır.
1910 yılında Danimarka'da ülke genelinde güçleri 5-25kW arasından değiĢen 100
rüzgar enerjisi türbini bulunmaktaydı. 1925 yılında Amerika'da iki ve üç kanatlı rüzgar
türbinleri ortaya çıktı ve bunlar o yıllarda Ģehir merkezinden uzakta kırsal bölgelerde
düĢük güçler isteyen aydınlatma sistemlerinin, radyoların, küçük güçlü motorların
çalıĢması için kullanıldı. En çok bulunan modeller kaynak [2] de verildiği gibi
Wincharger, 200 – 1200kW ve Jacobs 1.5 – 3kW aralığındaki güçle çalıĢan türbinlerdi.
Bu geliĢmeler meydana gelirken dünya ülkeleri rüzgar türbinlerinin verimlerini
arttırarak daha fazla güç üretebilen türbinler oluĢturmaya çalıĢıyorlardı. Rusya 1931
yılında 100kW gücünde rüzgar türbini oluĢturdu.
1941 yılında Amerika’da Rutland yakınlarında Putnam rüzgar türbini kuruldu,
1250kW gücü ile dönemin en büyük rüzgar türbini oldu. 28.7 devir / dakika’lık bir
dönüĢ hızına sahipti. Dönemin teknolojisi bu kadar büyük bir türbinin ihtiyaçlarını
karĢılamakta yetersiz kaldı ve 1945 yılında rüzgar türbinin kanatlarından biri koptu.
Özellikle endüstri devriminin gerçekleĢtiği zamanlarda fosil yakıtların enerji üretiminde
kullanılmaları ve bu yakıtların fiyatlarının çok ucuz olması rüzgar türbinlerinin bir
kenara itilmesine neden olmuĢtur. 1970 yıllarda meydana gelen petrol krizinden sonra
enerji teminin güvenliği konusu meydana önemli bir problem olarak çıkmıĢtır. Bunun
yanında fosil yakıtlarındaki fiyat artıĢı enerjinin elde edilmesini çok pahalı hale
getirmiĢtir. Bu dönemden sonra özellikle Avrupa ülkeleri ve Kuzey Amerika ülkeleri
yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar enerjisine çok önem vermiĢlerdir[1,2].
4
1.2 Dünyada Rüzgar Enerjisi Kullanımı
Avrupa Birliği Ülkeleri ve diğer bölgelerdeki ülkeler yenilenebilir enerji
kaynaklarının kullanımını teĢvik etmek amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarıyla
çalıĢan santrallere vergi indirimi yapılması, üretilen enerji baĢına prim ödenmesi ve
enerji üreticilerinin enerji taleplerinin belirli bir yüzdesini yenilenebilir kaynaklardan
elde etmesini zorunlu tutmak gibi piyasayı destekleyici çalıĢmalar yapmıĢtır[3].
Bu teĢviklerin çıkıĢ noktası Dünya ülkeleri arasında imzalanan Kyoto Protokolüne
dayanmaktadır. Kyoto Protokolü , BirleĢmiĢ Milletler Ġklim DeğiĢikliği Çerçeve
SözleĢmesi bünyesinde yenilenebilir enerji kullanımını zorunlu hale getirecek bir belge
olması amacıyla 1997 yılında hazırlanmıĢtır. Protokolün ana hedefi 2000 yılındaki sera
gazı emisyonlarını 1990 yılı seviyesinde tutmaktır. Kaynak [4] de verildiği gibi protokol
1997 yılında hazırlanmasına rağmen sera gazı salınımı azaltma sorumluluğuna sahip
olan ülkelerin tamamının protokolü onaylaması gerekliliği nedeniyle Kyoto Protokolü
ancak 2005 yılında yürürlüğe girmiĢtir[4].
ġekil 1.1.'de Global olarak 1996-2011 yılları arasındaki kümülatif artıĢ
görülmektedir. Özellikle 2005 yılıyla yürürlüğe giren Kyoto Protokolünün
etkisiyle dünyada rüzgar enerjisi kurulu gücünde ciddi bir artıĢ görülmektedir.
Şekil 1.1. Dünya RES' lerinin Kurulu Güç Bakımından Kümülatif Dağılımı[4]
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
1996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011 YIL
MW
5
1.3 Rüzgar Enerjisinin Türkiye'de ki Durumu
Türkiye enerjisi potansiyeli olarak Avrupa ve Dünya ülkeleri arasında önemli bir
yere sahiptir. Ülkemizde rüzgar enerjisinin elektrik enerjisine dönüĢtürülebilir seviyede
olup olmadığını belirleyen merkezler bulunmaktadır. Türkiye'de genel amaçlı rüzgar
ölçümleri Devlet Meteoroloji Genel Müdürlüğü(DMĠ) tarafından yapılmaktadır.
Elektrik ĠĢleri Etüt Dairesi 1970-1980'li yıllarda DMĠ' den aldığı verileri kullanarak
rüzgar enerjisi dağılımını genel olarak belirlemiĢtir. Ancak bu bilgiler yatırım için çok
sağlıklı veriler olmadığından rüzgar enerjisi gözlem istasyonları kurulmuĢtur. Bu
istasyonlar ölçümlerini 10m yükseklikte birer saatlik aralar ile periyodik olarak
gerçekleĢtirmektedir.
Elektrik iĢleri etüt merkezi tarafından hazırlanan rüzgar enerjisi potansiyeline göre
ülkemizde rüzgar enerjisi potansiyeli 48.000 MW' tır. Elektrik ağına bağlanabilir
durumda olan 10.000 MW potansiyel bulunmaktadır. Kaynak [5] de verildiği üzere
Ģekil 1.2' de 2005 yılında 20 MW olan kurulu güç 2012'nin sonunda 230 MW' a
ulaĢmıĢtır. Ülkemizde artan rüzgar enerjisi santralleriyle birlikte 𝐶𝑂2 salınımı azalmıĢ,
istihdam oranı artmıĢtır. Örnek vermek gerekirse 2000 MW' lık rüzgar enerjisi yatırımı
26 milyon ton 𝐶𝑂2 salınımı engellemekte ve enerji talebinin %25' ini karĢılamaktadır.
2000 MW' lık hedefe ulaĢıldığında 240.000 kiĢiye iĢ imkanı doğacaktır[5].
Şekil 1.2. Türkiye RES' lerinin Kurulu Güç Bakımından Kümülatif Dağılımı[5]
0
500
1000
1500
2000
2500
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 YIL
MW
6
1.4 Rüzgar Enerjisinin Avantajları
Elektrik enerjisi üretiminde rüzgar enerjisi kullanımının çizelge 1.1.' de görüldüğü
gibi diğer kaynakların kullanımına göre bazı avantajları bulunmaktadır. Bunlar;
1. RES’ lerde rüzgarın gücünden yararlanıldığından fosil yakıtlara ihtiyaç duyulmaz
bu durum enerji üretiminde yakıt masrafını ortadan kaldırdığı gibi çevreye
zararlı gazların salınmasını engeller.
2. Rüzgar enerjisi temiz bir enerji olduğundan çevreyi kirletmez.
3. RES' lerin kullanımı sera gazı emisyonlarını azaltacağından asit yağmurlarının
azalmasını sağlar.
4. Rüzgar santrali çalıĢırken arazide tarım yapılmasını ve ağaçlandırmayı
engellemediğinden hem ekonomiye hem de ormanların korunmasına katkı
sağlar.
5. Kaynağı doğal olduğu için yerli bir enerji kaynağıdır.
6. Çok yüksek veya ulaĢılması zor yerleri enterkonnekte sisteme bağlamak yerine
bu bölgelerde rüzgar enerjisinden faydalanmak çok daha ekonomiktir.
7. Santraller ömürlerini doldurduklarında santralin bulunduğu alan eski haline
kolayca gelebilmektedir.
8. Söküm maliyetleri yoktur. Çünkü sökülen türbinlerin hurda değeri söküm
masraflarını karĢılamaktadır.
1.5 Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları
Enerji üretim sistemlerinin her birinde olduğu gibi rüzgar enerjisinden de elektrik
üretiminin bazı dezavantajları vardır;
1. En büyük dezavantajı kurulum maliyetlerinin yüksek oluĢudur.
2. Rüzgar santralleri Ģehir merkezlerinden uzakta bulunurlar. Bunun nedeni rüzgar
verimliliğin yüksek olduğu arazilerin Ģehir merkezinden uzak yerlerde olmasıdır.
3. RES’ ler gürültülüdürler ancak geliĢen teknoloji ile gürültü miktarı azalmaktadır.
4. RES' ler kurulu güçleriyle orantılı olarak 2-3km çapındaki bir alanda radyo ve tv
alıcılarında parazite sebep olurlar.
5. Rüzgar santrallerinde büyük pervaneler kullanıldığından kuĢ ölümlerine neden
olur.
7
Çizelge 1.1. Enerji Üretim Sistemlerinin Çevresel Etkileri Açısından KarĢılaĢtırılması
Enerji
Üretim
Sistemleri
Enerji
Ġklim
DeğiĢikliği
Asit
Yağmuru
Su
Kirliliği
Toprak
Kirliliği
Gürültü
Radyasyon
Petrol
X
X
X
X
X -
Kömür
X
X
X
X
X
X
Doğal Gaz
X
X
X -
X -
Nükleer -
-
X
X -
X
Hidrolik
X -
-
-
-
-
Rüzgar -
-
-
-
X -
GüneĢ
-
-
-
-
-
-
8
2. Teorik Alt Yapı ve Tasarım
2.1. Genel Bilgi
Yenilenebilir enerji deney setinde Ģekil 2.2.'de görüldüğü gibi rüzgar generatöründen
elde edilen üç fazlı AA gerilim doğrultucu tarafından doğrultuldu ve Ģarj regülatörü
aracılığıyla 12V DA gerilim değerine sabitlendi. GüneĢ panelinden elden edilen DA
gerilim de aynı Ģekilde Ģarj regülatörü aracılığıyla 12V DA gerilim değerine sabitlendi
ve sabitlenen bu gerilimler DA barasında toplandı. DA barasındaki 12V DA gerilim
evirici aracılığıyla 220V AA gerilimine çevrildi ve 220V AA gerilimin harmoniklerini
azaltmak amacıyla bire bir trafo kullanıldı. Trafo çıkıĢı AA baraya bağlandı ve bu
baradan AA yükler beslendi. DA yükleri beslemek amacıyla AA baraya AA/DA
dönüĢtürücü bağlandı. AA ve DA yük olarak farklı güç değerlerine sahip lambalar ve
fanlar kullanıldı.
Yenilenebilir enerji deney setinin tasarımı Ģekil 2.1.' de görülmektedir. Yenilenebilir
enerji deney setinde rüzgar ve güneĢ grubu olmak üzere iki grup görev aldı.
Yenilenebilir enerji deney setinde rüzgar enerjisi kısmına ait detaylı bilgi bu çalıĢmada
yer almaktadır. GüneĢ enerjisiyle ilgili detaylı bilgi güneĢ grubunun çalıĢmasında yer
almaktadır. Kullanılan Elemanlar;
1. AA Sürücü Devre
2. SKAM; Sincap Kafes Asenkron Motor
3. RSSG; Rotoru Sargılı Senkron Generatör
4. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucu(AA/DA)
5. DA ve AA Bara
6. ġarj Kontrol Cihazı
7. Evirici(DA/AA)
8. Ġzolasyon Trafosu
9. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu(AA/DA)
9
Şekil 2.1. Yenilenebilir Enerji Deney Seti
10
Şekil 2.2. Rüzgar Enerjisi Deney Seti
11
2.1.1. AA Sürücü Devre
Rüzgar enerjisi deney setiyle kapalı alanlarda deney yapılacağından senkron
generatöre, rüzgar türbini yerine sincap kafes tür asenkron motor bağlandı. Burada
sincap kafes tür asenkron motoru kontrol edebilmek için Delta VFD-L serisi AA sürücü
devresi kullanıldı. Sürücü devresiyle motorun kolay yol alması ve motorun dönme
hızının değiĢtirilebilir olması sağlandı. Böylece rüzgar Ģiddetinde meydana gelen
değiĢiklerin enerji üretimine olan etkisi gösterilmiĢ oldu.
Sürücü devre 220V Ģebeke gerilimiyle çalıĢmakta ve çıkıĢından sincap kafes tür
asenkron motoru beslemektedir. Bu bağlantılar cihazın kullanma kılavuzundan
yararlanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. ġekil 2.3.' de AA sürücü devre görülmektedir.
Şekil 2.3. AA Sürücü Devre
Sürücü devrenin kurulumu gerçekleĢtirilirken program data kısmından kullanma
kılavuzunda belirtilen kodlar cihaza girildi ve mode düğmesi ile cihazın
programlanması tamamlandı. Kodlar girildikten sonra hız ayar düğmesinin çalıĢma
aralığının yetersiz olduğu görüldü, bu yüzden motor istenen hızlara ulaĢamadı.
Kullanma kılavuzundan gerekli kodlar yardımıyla hız ayar aralığı yeterli seviyeye
getirilerek motorun istenen hızlarda çalıĢması sağlandı.
12
2.1.2. Sincap Kafes Tür Asenkron Motor
Sincap kafes tür asenkron motor fırçasız, güvenilir, ekonomik olması ve bunun
yanında devir sayısının yükten etkilenmemesinden dolayı tercih edilmiĢtir. Kaynak [6]
da verildiği gibi sincap kafes tür asenkron motorun kayma miktarı denklem (2.1)' de ve
çıkıĢ gücü denklem (2.2)' de verilmiĢtir. ġekil 2.4.' de sincap kafes tür asenkron motorun
bir faz eĢdeğer devresi ve Ģekil 2.5.'de hız-moment karakteristiği görülmektedir[6].
Şekil 2.4. Sincap Kafes Tür Asenkron Motorun Bir Faz EĢdeğer Devresi[6]
s =ns−n
ns (2.1)
PçıkıĢ = 3I22R2
1−s
s (2.2)
Şekil 2.5. Sincap Kafes Tür Asenkron Motorun Hız-Moment Karakteristiği[6]
13
Deney setiyle kapalı alanlarda deney yapılacağından senkron generatöre türbin
yerine sincap kafes tür asenkron motor bağlanmıĢtır. ġekil 2.6.' da senkron generatör ile
asenkron motorun mil bağlantısı görülmektedir. Burada senkron generatörün rotoru ile
asenkron motorun rotoru kullanılan özel plastik malzeme ile birbirine sabitlenmiĢtir.
Böylece asenkron motorun milinde oluĢan moment senkron generatörün miline
aktarılmıĢtır. Kullanılan plastik malzeme yüksek hızlarda parçalanarak asenkron
motorun milini, senkron generatörün milinden ayırarak generatörün rotorunun zarar
görmesini önlemektedir. Kullandığımız senkron generatörün çıkıĢ gerilimi 12-24 V
olmak üzere iki kademelidir ve 600 W gücündedir.
Şekil 2.6. Senkron Generatör ile Asenkron Motor Millerinin Bağlantısı
2.1.3. Rotoru Sargılı Senkron Generatör
Rotoru sargılı senkron generatörde, stator sargılarında indüklenen gerilim sayesinde
sargılardan akan akımın tamamı elektromanyetik tork üretiminde kullanılabildiği için
rotoru sargılı senkron generatörün verimi yüksektir. ÇalıĢması için reaktif güce ihtiyaç
duymaz böylece reaktif güç kontrolüne de ihtiyaç duymaz. Bu konuda asenkron
generatörlere göre daha avantajlıdır. Herhangi bir diĢli parçası kullanılmaksızın
doğrudan sürüĢ uygulamalarında kullanılabilmektedir[7]. Kaymak [7] de verildiği gibi
Ģekil 2.7.' de rotoru sargılı senkron generatörün bir faz eĢdeğer devresi görülmektedir.
14
Rotoru sargılı senkron generatörde indüklenen gerilim ifadesi denklem (2.3)' de, güç
ile moment arasındaki iliĢkiyi gösteren eden denklem (2.4)' de, çıkıĢ güç ifadeleri (2.5)
ve (2.6)' da, frekans ile devir sayısı arasındaki iliĢki denklem (2.7)' de verilmiĢtir.
Şekil 2.7. Rotoru Sargılı Senkron Generatörün Bir Faz EĢdeğer Devresi[7]
𝐸𝐴 = 𝐾∅𝑊 (2.3)
𝑃𝑚 = 𝜏𝑔𝑖𝑟𝑖 ş𝑊𝑚 (2.4)
𝑃çı𝑘ış = 3 𝑉𝑇𝐼𝐿 cos 𝜃 (2.5)
𝑄çı𝑘ış = 3 𝑉𝑇𝐼𝐿 sin𝜃 (2.6)
𝑛𝑠 =120𝑥𝑓𝑠
𝑝 (2.7)
Rotoru sargılı senkron generatörün rotoru, asenkron motor tarafından kontrol
edilerek generatörün çıkıĢındaki gerilim ayarlanmaktadır. Generatörün çıkıĢından üç
fazlı AA gerilim elde edilmektedir. Elde edilen bu AA gerilim, doğrultucuya bağlanarak
DA gerilim elde edilmektedir. Generatör çıkıĢındaki üç faz AA gerilimin incelenmesi
için doğrultucu ucuna giden kablolardan ölçüm çıkıĢları alınmıĢtır.
15
2.1.4. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucu(AA/DA)
Üç fazlı tam köprü doğrultucular ile diğer doğrultucu türlerine göre daha az
harmonikli dalga biçimleri elde edilmekte ve daha yüksek güç üretimi sağlanmaktadır.
Doğrultucunun doğru akım tarafına bağlanmıĢ olan kapasite filtre görevi görmektedir.
Üç fazlı doğrultucuda yüksüz durumdan, tam yüklü duruma geçilirken gerilimdeki
maksimum regülasyon diğer doğrultucu tiplerine daha düĢüktür[8]. Üç fazlı kontrolsüz
tam dalga doğrultucunun ortalama çıkıĢ gerilimi denklem (2.8)' de, etkin çıkıĢ gerilimi
denklem (2.9)' da, ortalama güç ifadesi denklem (2.10)' da ve etkin güç ifadesi denklem
(2.11)' de verilmiĢtir. ġekil 2.8.' de üç fazlı kontrolsüz tam dalga doğrultucunun eĢdeğer
devresi ve Ģekil 2.9.' da üç fazlı kontrolsüz tam dalga doğrultucunun giriĢ ve çıkıĢ
iĢaretleri görülmektedir.
Şekil 2.8. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucunun EĢdeğer Devresi[8]
Vd(ortalama ) =3∗ 3
π∗ Vp(mak .) (2.8)
Vd etkin =1.6554 𝑥 VP(mak .) (2.9)
Pd(ortalama ) =Vd (ortalama )
2
R (2.10)
Pd(etkin ) =Vd (etkin )
2
R (2.11)
16
Şekil 2.9. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucunun GiriĢ ve ÇıkıĢ ĠĢaretleri[8]
ġekil 2.10.' da deney setinde kullandığımız üç fazlı kontrolsüz tam dalga doğrultucu
ve bağlantısı görülmektedir. Senkron generatörün çıkıĢından gelen AA gerilim, üç fazlı
tam doğrultucu ile DA gerilime dönüĢtürülmektedir. Doğrultucun bağlantısı yapılırken
üç fazlı kontrolsüz tam dalga doğrultucunun kullanma kılavuzunda belirtilmiĢ olan 1,2,3
numaralı giriĢlerine, senkron generatörün çıkıĢ uçları bağlanmıĢtır. Aynı noktadan
senkron generatörden elde edilen üç faz AA gerilimin osiloskop ile incelenmesi
amacıyla çıkıĢ uçları alınmıĢtır.
Şekil 2.10. Üç Fazlı Kontrolsüz Tam Dalga Doğrultucu ve Bağlantısı
17
2.1.5. DA ve AA Bara
Deney setinde, rüzgar ve güneĢ sistemlerinden gelen enerjinin toplanması ve
dağıtılması için baralar kullanılmıĢtır. GüneĢ sisteminden ve rüzgar sisteminden gelen
DA gerilimlerin barada toplanabilmesi için bu gerilim değerlerinin eĢit olması
gerekmektedir. Bu gerilim değerlerinin eĢit olmasını sağlamak için Ģarj kontrol cihazı
kullanılmaktadır. DA barada toplanan DA gerilim, evirici yardımıyla AA gerilime
çevrilir ve bu gerilim ikinci bir barada toplanır. Bu baradan da AA yükler beslenir.
Kullanılan bu iki baranın üzeride yalıtkan bir malzemeyle kapatılmıĢtır.
Sistemde herhangi bir arızdan dolayı oluĢabilecek geri beslemeleri önlemek için
rüzgar ve güneĢ enerjisi sistemlerinin çıkıĢına diyot elemanı bağlanmıĢtır. Böylece
rüzgar türbini ve güneĢ panelinin güvenliği sağlanmıĢtır.
2.1.6. Şarj Kontrol Cihazı ve Akü
GüneĢ ve rüzgar sistemlerinde elde edilen enerjinin akülerde depolanması için Ģarj
kontrol cihazları kullanılır. GüneĢ ve rüzgar sistemlerinden gelen enerji dıĢ koĢullara
bağlı olarak değiĢkenlik gösterir bu yüzden gelen enerjinin regüle edilmesi gerekir. ġarj
kontrol cihazı bu regülasyonu gerçekleĢtirdiği gibi aynı zamanda sistemin üretimine
göre en verimli Ģekilde akülerin Ģarj edilmesini sağlar. Bunu sahip olduğu yazılım
sayesinde voltaj-akım kontrolü yaparak gerçekleĢtirir. ġarj kontrol cihazının bir önemli
fonksiyonu da sistemde meydana gelebilecek yanlıĢ bağlantı yapılması, kısa devre
arızası ve düĢük akü voltajı durumunda sistemi denetler ve korur[9].
Rüzgar ve güneĢ enerjisinden gelen DA gerilimler Ģarj kontrol cihazının giriĢ
uçlarına bağlanmıĢtır. Enerji üretilemediğinde yüklerin ihtiyacını karĢılamak amacıyla
akü kullanılmıĢtır ve akünün bağlantısı da Ģarj kontrol cihazının akü giriĢine
bağlanmıĢtır. Bu bağlantıların deney setini kullanacak kiĢiler tarafından yapılabilmesi
için giriĢ, akü ve çıkıĢ uçları problar yardımıyla deney seti üzerine alınmıĢtır.
ġekil 2.10' da Ģarj kontrol cihazının giriĢ, akü ve çıkıĢ bağlantıları görülmektedir.
ġarj kontrol cihazının ekranından; güneĢ ve rüzgar sistemlerinden baraya, üretilen
enerjinin fazla olması durumunda aküye ve üretilen enerjinin yetersiz olması
durumunda da aküden baraya iletilen akım değerleri görülebilmektedir.
18
Şekil 2.11. ġarj Kontrol Cihazı
2.1.7. Evirici(AA/DA)
Darbe geniĢlik modülasyon kontrol yöntemi, evirici sistemlerinde en çok tercih
edilen kontrol yöntemidir. Darbe geniĢlik modülasyonu kontrol yönteminde ġekil 2.13.'
de görüldüğü gibi tekrarlı bir üçgen dalga ile kontrol iĢareti karĢılaĢtırılarak çıkıĢ
geriliminin sabit bir değerde tutulması sağlanır. Bir fazlı darbe geniĢlik modülasyon
kontrollü eviricinin, modülasyon genliği denklem (2.12)' de, frekans modülasyon oranı
(2.13)' de ve çıkıĢ gerilim ifadesi denklem (2.14)' de verilmiĢtir. Kaynak [8] de verildiği
gibi Ģekil 2.12.' de bir fazlı darbe geniĢlik modülasyon kontrollü eviricinin eĢdeğer
devresi görülmektedir[8].
Şekil 2.12. Bir Fazlı DGM Kontrollü Eviricinin EĢdeğer Devresi[8]
ma =Vkontrol
Vüçgen (2.12)
mf =fs
fı (2.13)
Vo =𝑚𝑎𝑥𝑉𝑑
2 (2.14)
19
Şekil 2.13. Bir Fazlı DGM Kontrollü Eviricinin GiriĢ ve ÇıkıĢ ĠĢareti[8]
Deney setinde DA barada toplanan DA gerilim, bir fazlı darbe geniĢlik modülasyon
kontrollü evirici tarafından 220 V, 50 Hz AA gerilime çevrilmiĢtir. Eviricinin giriĢ ve
çıkıĢ bağlantı uçları deney masası üzerine prob olarak çıkarılmıĢtır. Böylece deney
setini kullanacak kiĢilerin eviricinin giriĢ ve çıkıĢ bağlantılarını yapılabilmesi
sağlanmıĢtır.
Eviriciye ait ġekil 2.14.' de görüldüğü gibi iki adet sinyal lambası bulunmaktadır.
Bunlardan biri aĢırı yük sinyal lambası diğeri ise eviricinin çalıĢtığını gösteren sinyal
lambasıdır. Bu sinyal lambaları deney setinin ölçü panosuna aktarılmıĢtır. Eviriciden
üretilen gerilim AA barada toplanmaktadır ve baradan da AA yükler beslenmektedir.
Şekil 2.14. Bir Fazlı Evirici ve ÇıkıĢı
20
2.1.8. İzolasyon Trafosu
Trafolar manyetik alan etkisiyle elektriksel bir bağlantı olmadan AA gerilimi farklı
değerdeki AA gerilime dönüĢtüren aletlerdir. Trafolar, gerilimin seviyesinin yükseltilip
düĢürülmesinin yanında izolasyonu sağlamak içinde kullanırlar.
Ġzolasyon trafosu güvenlik açısından hassasiyetin yüksek olduğu yerlerde insanların
zarar görmesini önlemek amacıyla kullanılır. Ġzolasyon trafolarında sarım oranı 1/1’dir.
Bu trafolar giriĢte meydana gelebilecek gerilim sıçramalarının ve elektriksel
gürültülerin çıkıĢ tarafına geçmesi önlerler[6].
Deney setinde evirici çıkıĢındaki AA gerilim, izolasyon trafosu ile filtrelenmiĢ ve
bu filtrelenmiĢ gerilim AA barada toplanmıĢtır. Ġzolasyon trafosunun giriĢ ve çıkıĢ
uçları deney masasına prob olarak çıkarılarak, deneyi gerçekleĢtirecek kiĢilerin trafonun
giriĢ ve çıkıĢ bağlantılarını yapabilmeleri sağlanmıĢtır. Böylece sistem hem trafolu hem
de trafosuz çalıĢtırılarak izolasyon trafosunun harmoniklere etkisini inceleme imkanı
verilmiĢtir. Ġzolasyon trafosu deneyi gerçekleĢtirecek kiĢilerin güvenliği için deney
masasının alt bölümüne konulmuĢtur. Deney masasının alt bölümü deneyi
gerçekleĢtirecek kiĢilerin temasını engellemek için etrafı kapatılmıĢtır. ġekil 2.15' de
deney setinde kullanılan izolasyon trafosu görülmektedir.
Şekil 2.15. Ġzolasyon Trafosu
21
2.1.9. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu(AA/DA)
Kaynak [8] de verildiği üzere tek fazlı tam dalga kontrollü doğrultucuda Ģekil
2.16.'da görüldüğü gibi dört adet tristör kullanılmaktadır. Bu tristörler yardımıyla
değiĢken AA gerilimden, sabit DA gerilim elde edilir. Tek fazlı tam dalga kontrollü
doğrultucunun ortalama çıkıĢ gerilimi denklem (2.15)' de verilmiĢtir. Elde edilen bu
sabit DA gerilim tristörlerin ateĢleme açısı değiĢtirilerek gerçekleĢtirilir[8].
Şekil 2.16. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucunun EĢdeğer Devresi[8]
𝑉𝑜𝑟𝑡 =2𝑥𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑥 cos 𝜃
𝜋 (2.15)
Deney setinde AA barada toplanan filtrelenmiĢ 220 V, 50 Hz AA gerilim, tek fazlı
tam dalga kontrollü doğrultucu tarafından 24 V DA gerilime çevrilir ve çıkıĢından DA
yükler beslenir. Yüklerin, DA baradan beslenmemesinin nedeni barada toplanan
gerilimin düzgün olmamasıdır. Doğrultucunun giriĢ ve çıkıĢ uçları deney masasına prob
olarak çıkarılarak, deneyi gerçekleĢtirecek kiĢilerin doğrultucunun giriĢ ve çıkıĢ
bağlantılarını yapabilmeleri sağlanmıĢtır. ġekil 2.17.'de deney setinden kullanılan
doğrultucu görülmektedir.
Şekil 2.17. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu
22
2.2. Yenilenebilir Enerji Deney Seti
Yenilenebilir enerji deney seti; yenilenebilir enerji kaynakları(rüzgar ve güneĢ),
deney masası ve ölçü panosundan oluĢmaktadır.
2.2.1. Rüzgar Enerjisi Seti ve Güneş Paneli
Yenilenebilir enerji deney setinde, rüzgar enerjisinden DA gerilim elde edilinceye
kadar ki kullanılan elemanlar bir set haline getirilmiĢtir. ġekil 2.18.' de rüzgar enerjisi
seti görülmektedir. Rüzgar seti; senkron generatör, asenkron motor, sürücü sistemi ve üç
faz tam dalga kontrolsüz doğrultucudan oluĢmaktadır. Senkron generatörün çıkıĢ
gerilimi 12-24 V olmak üzere iki kademelidir ve 600 W gücündedir. Senkron
generatörün çıkıĢından elde edilen AA gerilim, set üzerindeki doğrultucu tarafından DA
gerilime dönüĢtürülmektedir.
Yenilenebilir enerji deney setinde kullanılan güneĢ panelinin gücü 130 W olup, 20°
açı ile demir bir konsol üzerinde bulunmaktadır. Yenilenebilir enerji deney setiyle
kapalı alanlarda deney yapılabilmesi için panellere paralel olacak Ģekilde lambalar
yerleĢtirilmiĢtir.
Şekil 2.18. Rüzgar Enerjisi Seti
23
2.2.2. Deney Masası
Deney masasında güneĢ ve rüzgar enerjisine ait Ģarj kontrol cihazları, DA ve AA
baraları , evirici elemanları bulunmaktadır ve bu elemanlara ait giriĢ çıkıĢ bağlantı uçları
bulunmaktadır. Masanın alt kısmında tek fazlı tam dalga kontrollü doğrultucu ve
izolasyon trafosu bulunmaktadır. Bu elemanlarında bağlantı uçları prob masa üzerine
çıkarılmıĢtır. Böylece deneyi gerçekleĢtirecek kiĢilere elemanların birbirleriyle olan
bağlantılarını yapma imkanı sağlanmıĢtır. ġekil 2.19.' da yenilenebilir enerji deney seti
görülmektedir. Deney masasının topraklaması yapılırken, masadaki topraklanacak
bölümlerin uçları bir prizin toprak ucunda birleĢtirilerek bina topraklamasına bağlantı
yapılmıĢtır. Deney setine ait maliyet tablosu 8. bölümde verilmiĢtir.
Şekil 2.19. Yenilenebilir Enerji Deney Seti
2.2.3. Ölçü Panosu
Yenilenebilir enerji deney seti ölçüm panosunda sigorta kutusu, DA voltmetre, DA
ampermetre, yük modülü, AA voltmetre, 220 V 50 Hz priz ve eviriciye ait sinyal
lambaları bulunmaktadır. Sigortalar AA ve DA baraların giriĢ ve çıkıĢ noktalarında
kullanılmıĢtır. Böylece AA bara ve DA bara tarafında meydana gelebilecek herhangi bir
arıza durumunda elemanların korunması sağlanacaktır. ġekil 2.19' da deney setinin ölçü
panosu görülmektedir.
24
3. Yenilenebilir Enerji Deney Seti Simülasyonu
3.1. Rüzgar Türbininin Çıkışındaki AA Gerilim ve Doğrultulmuş DA gerilim
Matlab Simulink ortamında Ģekil 3.2.' de görüldüğü gibi yenilenebilir enerji deney
setnin simülasyonu gerçekleĢtirildi. Rüzgar türbininin çıkıĢından elde edilen AA gerilim
ve bu AA gerilimin doğrultulması ile elde edilen DA gerilim simülasyon ortamında
incelendi. ġekil 3.1.' de görüldüğü gibi rüzgar türbininin çıkıĢından elde edilen AA
gerilim yük beslemek için ideal bir sinüs iĢareti değildir. Rüzgar türbininin çıkıĢından
elde edilen bu AA gerilimin doğrultulması sonucu elde edilen DA gerilim de ġekil 3.1.'
de görülmektedir. ġekil incelendiğinde doğrultucu çıkıĢındaki bu DA gerilimin çok
gürültülüdür ve yük beslemek için ideal bir DA iĢaret değildir.
Şekil 3.1. Rüzgar Türbini ÇıkıĢındaki AA Gerilim ve DoğrultulmuĢ DA Gerilim
3.2. DA Bara ve Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu Çıkışındaki DA Gerilimler
Deney setinde kullanılan DA bara ve tam dalga kontrollü doğrultucu çıkıĢındaki DA
gerilimler simülasyon ortamında incelendi. ġekil 3.3.’de DA gerilimler görünmektedir.
DA bara çıkıĢındaki gerilimin düzgün bir DA gerilim olmadığı görülmektedir ve
doğrultucu çıkıĢından elde edilen DA gerilim, Ģekilde görüldüğü gibi DA bara
çıkıĢından elde edilen gerilimine göre daha düzgün ve gürültüsüzdür.
25
Şekil 3.1. Yenilenebilir Enerji Deney Seti Simülasyonu
26
Şekil 3.3. DA Bara ve Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu ÇıkıĢındaki DA Gerilimler
3.3. Sistemin Trafolu ve Trafosuz Çıkış Gerilimleri
Yenilenebilir enerji deney setinde bulunan izolasyon trafosunun etkisi simülasyon
ortamında incelendi. Buna göre trafodan önceki AA gerilimin harmoniklerinin fazla
olduğu, trafo kullanıldıktan sonra ise AA gerilimdeki harmoniklerin azaldığı ve çıkıĢ
geriliminin sinüzoidal iĢarete daha yakın bir iĢaret olduğu görüldü. ġekil 3.4.’de
simulasyon ortamında alınan sistemin trafolu ve trafosuz AA çıkıĢ gerilimi
görülmektedir.
Şekil 3.4. Sistemin Trafolu ve Trafosuz ÇıkıĢ Gerilim Dalga ĠĢaretleri
27
4. Deneysel Çalışmalar ve Sonuçlar
4.1. Rüzgar Enerjisi Üretimine Ait Deneysel Sonuçlar
Senkron generatörün frekansı sürücü devre yardımıyla değiĢtirilerek çıkıĢındaki AA
gerilim incelenmiĢtir. Denklem (4.1)' den anlaĢıldığı gibi frekans arttığında rotor hızı
artmakta ve (4.2) denkleminden de anlaĢıldığı gibi rotor hızı arttıkça çıkıĢ geriliminin
arttığı görülmektedir. Ayrıca farklı frekans değerlerindeki AA gerilim için doğrultucu
çıkıĢındaki DA gerilim incelenmiĢtir. Denklem (4.3) ile tek fazlı tam dalga kontrolsüz
doğrultucu çıkıĢındaki gerilim değeri elde edilir. Çizelge 4.1.'de görüldüğü gibi ölçülen
ve hesaplanan gerilim değerlerin birbirine yakın olduğu görülmektedir.
𝑛𝑠 =120𝑥𝑓𝑠
𝑝 (4.1)
𝐸𝐴 = 𝐾∅𝑊 (4.2)
VDA (ortalama ) = 2.34 𝑥 VAA (etkin ) (4.3)
Çizelge 4.1. Rüzgar Enerjisi Üretimine Ait Deneysel
Frekans 5 10 15 20 25 30
𝑉𝐷𝐴 (Ölçülen) 6V 12.7 18 25 31.1 37
𝑉𝐴𝐴 (Ölçülen) 2.82 6.05 7.98 11.32 13.86 16.34
𝑉𝐴𝐴 (Hesaplanan) 2.56 5.47 7.69 10.68 13.24 15.81
28
4.2. Hibrit Çalışma Durumuna Ait Deneysel Sonuçlar
4.2.1. Yüksüz Durum Deneyleri
Yüksüz durum deneyinde, rüzgar türbini doğrultucu çıkıĢı açık devre gerilimi ve
güneĢ panelinin açık devre gerilimleri ölçüldü. Bu değerler Çizelge 4.2.' görülmektedir.
Elde edilen bu açık devre gerilim değerleri osiloskop ile incelenmiĢtir. ġekil 4.1.'de
rüzgar türbini doğrultucu çıkıĢı açık devre gerilimi ve Ģekil 4.2. de güneĢ paneli açık
devre gerilimi görülmektedir. ġekillerden de anlaĢılacağı gibi rüzgar türbini doğrultucu
çıkıĢından ve güneĢ panelinden elde edilen DA gerilimlerin, düzgün birer DA gerilim
olmadığı ve bu çıkıĢlardan direkt olarak DA yüklerin sağlıklı olarak beslenemeyeceği
görüldü.
Çizelge 4.2. GüneĢ paneli ve rüzgar türbin doğrultucu çıkıĢı açık devre gerilimleri
Açık Devre Gerilim(V)
GüneĢ Paneli 20.81
Rüzgar Türbin Doğrultucu ÇıkıĢı 36.5
Şekil 4.1. Rüzgar Türbini Doğrultucu ÇıkıĢı Açık Devre Gerilimi
29
Şekil 4.2. GüneĢ Paneli ÇıkıĢı Açık Devre Gerilimi
GüneĢ paneli ve rüzgar türbini doğrultucu çıkıĢındaki DA gerilim değerleri Ģarj
kontrol cihazı kullanılarak 12 V DA gerilim değerine sabitlenmiĢtir ve DA barada
toplanmıĢtır. DA baradaki gerilim değeri ölçülmüĢtür ve osiloskop ile incelenmiĢtir.
Osiloskopla incelenmiĢ olan DA bara gerilimi Ģekil 4.3.'da görülmektedir.
Şekil 4.3. DA Bara Gerilimi
30
ġekil 4.3.'den anlaĢılacağı gibi DA barada toplanan gerilim değerinin, güneĢ paneli
ve rüzgar türbini doğrultucu çıkıĢı açık devre gerilimlerine göre daha az salınımlı ve
daha düzgün bir DA gerilim olduğu görülmektedir. Ancak DA yükleri beslemek için
yeterli düzgünlükte bir gerilim değeri olmadığı görülmektedir. Ölçümler sonucunda DA
baranın gerilimi 12.5 olarak ölçülmüĢtür.
4.2.2. Yüklü Durum Deneyleri
Yüklü durum deneylerinde farklı güçteki AA fanlar ve ampuller beslenmektedir.
Çizelge 4.3.' de farklı güç değerlerindeki ampullerin, çizelge 4.4.' de farklı güç
değerlerlerindeki fanların beslenmesi durumuna ait deney sonuçları verilmiĢtir.
Çizelge 4.3. Farklı Güç Değerlerindeki Ampullerin Beslenmesi Durumuna Ait Deney
Sonuçları
Ampul Güç
Değerleri(Watt)
30
60
90
AA Bara ÇıkıĢ(V)
210
212
213
Rüzgar Türbininden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
7.8
8.3
7.3
GüneĢ Panelinden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
1.7
2.2
5.5
Rüzgar Türbininden
Aküye Aktarılan Akım(A)
4.4
3.2
2
GüneĢ Panelinden Aküye
Aktarılan Akım(A)
1.6
0.6
0.5
Rüzgar Türbinine ait ġarj
Kontrol Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
3.4
4.7
5.6
GüneĢ Paneli ġarj Kontrol
Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
0
1.7
3.4
Yükün Çektiği Toplam
DA Akım(A)
3.4
6.4
9
31
Çizelge 4.4. Farklı Güç Değerlerindeki Fanların Beslenmesi Durumuna Ait Deney
Sonuçları
Fan Güç Değerleri(Watt)
14
28
42
AA Bara ÇıkıĢ(V)
177
187
196
Rüzgar Türbininden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
3.1
3.4
3.3
GüneĢ Panelinden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
2.2
2.3
2.2
Rüzgar Türbininden
Aküye Aktarılan Akım(A)
1.9
1
0.3
GüneĢ Panelinden Aküye
Aktarılan Akım(A)
1.1
0.5
0
Rüzgar Türbinine ait ġarj
Kontrol Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
1.5
2.3
3
GüneĢ Paneli ġarj Kontrol
Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
1.1
1.8
2.2
Yükün Çektiği Toplam
DA Akım(A)
2.6
4.1
5.2
Yükün Çektiği Toplam AA
Akım(A)
0.11
0.22
0.33
Yüklü durum deneylerinde Çizelge 4.3. ve 4.4.' de anlaĢılacağı üzere yük miktarı
arttıkça rüzgar türbini ve güneĢ panelinden çekilen akım miktarının arttığı, aküye
aktarılan akım miktarının azaldığı ve AA baradaki gerilim seviyesinin arttığı
görülmüĢtür.
32
Yüklü deneyleri gerçekleĢtirilirken izolasyon trafosunun da sistemdeki etkisi
gözlenmiĢtir. ġekil 4.4.' de sistemin izolasyon trafosuz AA çıkıĢ gerilimi, Ģekil 4.5.'de
de sistemin izolasyon trafolu AA çıkıĢ gerilimi görülmektedir. ġekiller incelendiğinde
sistemde izolasyon trafosu kullanıldığında AA çıkıĢ geriliminin daha az harmonikli
olduğu görülmüĢtür.
Şekil 4.4. Sistemin Ġzolasyon Trafosuz AA ÇıkıĢ Gerilimi
Şekil 4.5. Sistemin Ġzolasyon Trafolu AA ÇıkıĢ Gerilimi
33
Yüklü durum deneylerinde ayrıca DA bir fan beslenmiĢtir. Tek fazlı tam dalga
kontrollü doğrultucu çıkıĢındaki gerilim osiloskop ile incelenmiĢtir. ġekil 4.6.' da tek
fazlı tam dalga kontrollü doğrultucu çıkıĢındaki gerilim görülmektedir. Buradan
anlaĢılacağı üzere doğrultucu çıkıĢındaki 24 V DA gerilim, Ģekil 4.3.' deki DA bara
çıkıĢ gerilimine göre daha düzgün ve gürültüsüz bir DA gerilimdir. Yük beslemek için
daha uygun bir DA gerilimdir.
Şekil 4.6. Tek Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu ÇıkıĢı
34
5. Yorumlar ve Değerlendirme
Yenilenebilir enerji deney setinde farklı güçlerde AA yükler ve DA yükler
beslenerek incelemelerde bulunulmuĢtur. Bu incelemelerde bulunurken deney setinde
kullanılan yük miktarları değiĢtirilerek yüklerin sisteme meydana getirdiği değiĢiklikler
ve kullanılan elemanların sisteme olan etkileri gözlemlenmiĢtir. Etkiler öncelikle teorik
olarak incelenmiĢtir. Daha sonra deney seti üzerinde uygulamalarda bulunularak
elemanların sistemde meydana getirdiği etkileri osiloskop ve ölçü aletleri ile
ölçülmüĢtür. Son olarak da deney setimizin simülasyonu Matlab simulink ortamında
oluĢturulmuĢ ve simülasyon üzerinde gözlemlerde bulunulmuĢtur.
GerçekleĢtirilen bu incelemeler sonucunda teorik olarak elde edilen bilgilerle
uygulamada elde ettiğimiz sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüĢtür.
Simülasyon ortamında elde edilen sonuçlar ile uygulamada elde edilen sonuçların
birebir aynı olmadığı ancak birbirine çok yakın olduğu gözlemlenmiĢtir.
35
Kaynaklar
[1]. C. Ünsalsever, “Rüzgar Enerji Sistemlerinin Ġncelenmesi ve Bir Uygulama
Devresinin GerçekleĢtirilmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi,
Ġstanbul, Türkiye, 2008.
[2]. S. Gültutan, “Rüzgar Enerjisi ve Gaziantep KoĢullarında(500kW Altı) Evsel
Ġhtiyaçları Giderecek Rüzgar Türbin Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi,
Mustafa Kemal Üniversitesi, Hatay, Türkiye, 2013.
[3]. M. Durak, “2009 Yılı Sonu Ġtibari Ġle Dünya'da ve Ülkemizde Rüzgar Elektrik
Santral(RES) Projelerinin Son Durumu”, TÜREB, Ankara, 2009.
[4]. Kyoto Protokolü.(1997), wikipedia, güncel eriĢim tarihi 19.05.2014,
http://tr.wikipedia.org/wiki/Kyoto_Protokol%C3%BC
[5]. TÜREB, M.S. Ataseven, 2013, Türkiye Rüzgar Enerjisi Ġstatistik Raporu, Ġstanbul
[6]. S. J. Chapman, Elektrik Makinalarının Temelleri, Ġstanbul, Türkiye: Çağlayan
Kitap Evi, 2007.
[7]. T. Ackermann, Güç Sistemlerinde Rüzgar, Ankara, Türkiye: EMO Yayın Evi,
2009.
[8]. N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, Güç Elektroniği, Ġstanbul,
Türkiye:Literatür Yayıncılık, 2003
36
EKLER
EK-1 IEEE Etik Kuralları
IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karĢı Ģahsi
sorumluluğumuzu kabul ederek, hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik
ve mesleki davranıĢta bulunmayı söz verdiğimizi ve aĢağıdaki etik kuralları kabul
ettiğimizi ifade ederiz.
1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul
etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak;
2. Mümkün olabilecek çıkar çatıĢması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı
olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatıĢması olması durumunda, etkilenen taraflara
durumu bildirmek;
3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak;
4. Her türlü rüĢveti reddetmek;
5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayıĢını
geliĢtirmek;
6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliĢtirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması
veya iĢin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak baĢkaları için teknolojik
sorumlulukları üstlenmek;
7. Teknik bir çalıĢma hakkında yansız bir eleĢtiri için uğraĢmak, eleĢtiriyi kabul etmek ve
eleĢtiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini
ifade etmek;
8. Bütün kiĢilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaĢ, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet
kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna giriĢmemek;
9. YanlıĢ veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar
görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluĢmasından
kaçınmak;
10. MeslektaĢlara ve yardımcı personele mesleki geliĢimlerinde yardımcı olmak ve onları
desteklemek.
37
We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in
affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation
to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit
ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree:
1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety,
health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger
the public or the environment;
2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose
them to affected parties when they do exist;
3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data;
4. to reject bribery in all its forms;
5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential
consequences;
6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological
tasks for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of
pertinent limitations;
7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and
correct errors, and to credit properly the contributions of others;
8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender,
disability, age, or national origin;
9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or
mlicious action;
10. to assist colleagues and co‐workers in their professional development and to support
them in following this code of ethics.
Approved by the IEEE Board of Directors
August 1990
ieee‐ies.org/resources/media/about/history/ieee_codeofethics.pdf
38
Etik kuralları ile ilgili faydalı web adresleri
IEEE Code of Ethics
http://www.ieee.org/about/corporate/governance/p7‐8.html
NSPE Code of Ethics for Engineers
http://www.nspe.org/resources/ethics/code‐ethics
American Society of Civil Engineers, UC Berkeley Chapter
http://courses.cs.vt.edu/professionalism/WorldCodes/ASCE.html
Engineering Ethics BY DENISE NGUYEN
http://sites.tufts.edu/eeseniordesignhandbook/2013/engineering‐ethics‐2/
Code of Ethics of Professional Engineers Ontario
http://www.engineering.uottawa.ca/en/regulations
Bir kitap:
What Every Engineer Should Know about Ethics
Yazar: Kenneth K. Humphreys
CRC Press
EMO – Elektrik Mühendisleri Odası
Etik Kütüphanesi
http://www.emo.org.tr/genel/bizden_detay.php?kod=50871&tipi=46&sube=0#.U1QfyVV_tjs
39
EK-2 Disiplinler Arası Çalışma
Projemiz Trabzon Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi tarafından desteklenmektedir.
Deney masası oluĢturulurken Trabzon Teknik ve Endüstri Meslek Lisesinin mobilya ve iç
mekan tasarımı, metal teknolojisi ve elektrik elektronik teknolojisi alanları ile ortak
çalıĢmalar yapılmıĢtır. Mobilya ve iç mekan tasarımı alanından deney masasının tasarlanan
çiziminin ahĢap iĢleri yapılırken yardım alınmıĢtır. Metal teknolojisi alanından deney
masasının ölçekli olarak oluĢturulmuĢ çizimi metal iskeleti ve güneĢ panelinin taĢıyıcı
konsolu yapılırken yardım alınmıĢtır. Deney setinin elektriksel bağlantıları ve montajı
yapılırken elektrik elektronik teknolojisi alanından alan Ģefi Suat Çelik’ten yardım
alınmıĢtır.
Alanlar arası çalıĢmalar belirlenen plan çerçevesinde gerçekleĢtirildi. Buna plan
dahilinde öncelikle deney masasının tasarlanan çizimine uygun olarak mobilya ve iç
mekan tasarımı bölümünün yardımıyla gerçekleĢtirildi. Daha sonra metal teknolojisi
alanından yardım alınarak masayı taĢıyacak olan metal iskeleti oluĢturuldu. Son olarak da
deney masasının elektriksel bağlantıları gerçekleĢtirilirken elektrik ve elektronik
teknolojiler bölümünden yardım alınarak deney masası oluĢturuldu.
40
Trabzon Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi
Yenilenebilir Enerji Teknolojileri Bölümü
YENİLENEBİLİR ENERJİ
1. Amaç
1. Yenilenebilir enerjinin önemini, enerjisi üretiminde kullanılan sistemin genel yapısını
anlamak.
2. GüneĢ ve rüzgar enerjisi üretiminde kullanılan ekipmanları ve bu ekipmanların
kullanım amacını anlamak.
2. Deneye Hazırlık
1. Yenilebilir enerji nedir? ÇeĢitleri nelerdir?
2. GüneĢ enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için kullanılan elemanlar nelerdir?
Kullanım amaçlarını açıklayınız?
3. Rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için kullanılan elemanlar nelerdir?
Kullanım amaçlarını açıklayınız?
4. Fotovoltaik güneĢ pilinin I-V karakteristiğini çiziniz?
5. Rüzgar enerjisi elde edilirken hangi tip generatörler kullanılır? En yaygın kullanılan
generatör tipi hangisidir?
41
3. Giriş
GeliĢen teknolojiyle beraber günümüz insanının enerjiye olan ihtiyacı her geçen gün
artmaktadır. Enerji sosyal ve ekonomik hayatın vazgeçilmezi haline gelmiĢtir. Dünyada
enerji ihtiyacının büyük bir kısmının fosil yakıtlardan elde edildiği düĢünüldüğünde ve
1970 yılında ortaya çıkan petrol krizi nedeniyle çoğu devlet enerji ihtiyacını
karĢılamakta sıkıntı çekmiĢtir. Bunun yanında fosil yakıtların enerji üretiminde
kullanılmasıyla çevreye salınan zararlı gazlar nedeniyle ekolojik dengeye önemli
zararlar verildi. Bunun önüne geçebilmek için nükleer enerjiye baĢvuruldu ancak bu
konuda da önemli sorunlar ortaya çıktı. Özellikle radyoaktif sızıntı tehlikesi ve uranyum
zenginleĢtirilmesi devletler arasında gerilimler yaĢanmasına neden oldu. Tüm bu
ekonomik ve çevresel faktörler yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi arttırmıĢ ve
yapılacak yeni yatırımların bu yönde olmasına neden olmuĢtur.
Yenilenebilir enerji; doğal süreçlerden elde edilen ve kaynağı sonsuz olan bir
enerjidir. GüneĢ, rüzgar, nehirler, dalga hareketleri, biyokütle, jeotermal baĢlıca
yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Yenilenebilir kaynaklardan güneĢ enerjisinde
güneĢten gelen fotonlardan, hidrolikte suyun potansiyel enerjisinden, jeotermal enerjide
yer altındaki doğal sıcak su kaynaklarından, biyokütle enerjisinde bitkilerden ve
atıklardan, rüzgar enerjisinde de güneĢin yeryüzünde sebep olduğu ısıl değiĢimin,
basıncın ve nemin etkisiyle oluĢan rüzgarlardan yararlanılarak elektrik enerjisi elde
edilir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında son yıllarda en çok ilgiyi güneĢ
enerjisiyle beraber rüzgar enerjisi görmüĢtür.
4. Genel Bilgiler
Yenilenebilir enerji deney setinde Ģekil 4.1.' de görüldüğü gibi rüzgar
generatöründen elde edilen üç fazlı AA gerilim doğrultucu tarafından doğrultuldu ve
Ģarj regülatörü aracılığıyla 12V DA gerilim değerine sabitlendi. GüneĢ panelinden elden
edilen DA gerilim de aynı Ģekilde Ģarj regülatörü aracılığıyla 12V DA gerilim değerine
sabitlendi ve sabitlenen bu gerilimler DA barasında toplandı. DA barasındaki 12V DA
gerilim evirici aracılığıyla 220V AA gerilimine çevrildi ve 220V AA gerilimin
harmoniklerini azaltmak amacıyla bire bir trafo kullanıldı. Trafo çıkıĢı AA baraya
bağlandı ve bu baradan AA yükler beslendi. DA yükleri beslemek amacıyla AA baraya
AA/DA dönüĢtürücü bağlandı. AA ve DA yük olarak farklı güç değerlerine sahip
lambalar ve fanlar kullanıldı.
42
Şekil 4.1. Yenilenebilir Enerji Deney ġeması
43
5. Yenilenebilir Enerji Deneyleri
5.1. Yüksüz Durum Deneyi
Yüksüz durum deneyinde, rüzgar türbini doğrultucu çıkıĢı açık devre gerilimi ve
güneĢ panelinin açık devre gerilimleri ölçülecektir. Çizelge 5.1.' e kaydedilir. Elde
edilen bu açık devre gerilim değerleri osiloskop ile incelenecektir. ġekil 5.1.'e rüzgar
türbini doğrultucu çıkıĢı açık devre gerilimi ve Ģekil 5.2.' ye de güneĢ paneli açık devre
gerilimi çizilecektir.
Çizelge 5.1. GüneĢ Paneli ve Rüzgar Türbin Doğrultucu ÇıkıĢı Açık Devre Gerilimleri
Açık Devre Gerilim(V)
GüneĢ Paneli
Rüzgar Türbin Doğrultucu ÇıkıĢı
GüneĢ paneli ve rüzgar türbini doğrultucu çıkıĢındaki DA gerilim değerleri Ģarj
kontrol cihazı kullanılarak 12 V DA gerilim değerine sabitlenmiĢtir ve DA barada
toplanmıĢtır. ġekil 5.4. bağlantı Ģeması yapılarak DA baradaki gerilim değeri ölçülecek
ve osiloskop ile incelenecektir. Çizelge 5.2.' ye ölçülen gerilim değeri kaydedilecek ve
ġekil 5.3.' e de bu gerilimi çizilecektir.
Çizelge 5.2. DA Bara Gerilim değeri
DA Bara Gerilim Değeri(V)
44
Şekil 5.1. Rüzgar Türbini Doğrultucu ÇıkıĢı Açık Devre Gerilimi
Şekil 5.2. GüneĢ Paneli ÇıkıĢı Açık Devre Gerilimi
Şekil 5.3. DA Bara Gerilimi
45
Şekil 5.4. Yüksüz Durum Deney Bağlantı ġeması
46
5.2. Yüklü Durum Deneyleri
Yüklü durum deneylerinde farklı güçteki AA fanlar ve AA ampuller beslenecektir.
Birinci deneyde 14,28 ve 42 W değerlerindeki AA fanlar beslenecektir. Deney
gerçekleĢtirilirken ġekil 5.5.' deki bağlantı Ģemasından yararlanılarak deneyin bağlantısı
yapılacaktır. Bağlantı gerçekleĢtirildikten sonra Çizelge 5.3' de ki ölçülmesi gereken
değerler incelenecek ve yorumlanacaktır. Akım değerleri multimetre yardımıyla
ölçülecektir.
Çizelge 5.3. Farklı Güç Değerlerindeki Fanların Beslenmesi Durumuna Ait Deney
Sonuçları
Fan Güç Değerleri(Watt) 14 28 42
AA Bara ÇıkıĢ(V)
Rüzgar Türbininden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
GüneĢ Panelinden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
Rüzgar Türbininden
Aküye Aktarılan Akım(A)
GüneĢ Panelinden Aküye
Aktarılan Akım(A)
Rüzgar Türbinine ait ġarj
Kontrol Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
GüneĢ Paneli ġarj Kontrol
Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
Yükün Çektiği Toplam
DA Akım(A)
Yükün Çektiği Toplam AA
Akım(A)
Deneyin Yorumu:
47
Şekil 5.5. Yüklü Durum AA Fan Deney Bağlantı ġeması
48
Ġkinci deneyde 30,60 ve 90 W değerlerindeki AA ampuller beslenecektir. Deney
gerçekleĢtirilirken ġekil 5.6.' da ki bağlantı Ģemasından yararlanılarak deneyin
bağlantısı yapılacaktır. Bağlantı gerçekleĢtirildikten sonra Çizelge 5.4' de ki ölçülmesi
gereken değerler incelenecek ve yorumlanacaktır. Akım değerleri multimetre
yardımıyla ölçülecektir.
Çizelge 5.4. Farklı Güç Değerlerindeki Ampullerin Beslenmesi Durumuna Ait Deney
Sonuçları
Ampul Güç
Değerleri(Watt)
30
60
90
AA Bara ÇıkıĢ(V)
Rüzgar Türbininden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
GüneĢ Panelinden ġarj
Kontrol Cihazına
Aktarılan Akım(A)
Rüzgar Türbininden
Aküye Aktarılan Akım(A)
GüneĢ Panelinden Aküye
Aktarılan Akım(A)
Rüzgar Türbinine ait ġarj
Kontrol Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
GüneĢ Paneli ġarj Kontrol
Cihazından Yüke
Aktarılan DA Akım(A)
Yükün Çektiği Toplam
DA Akım(A)
Deneyin Yorumu:
49
Şekil 5.6. Yüklü Durum AA Ampul Deney Bağlantı ġeması
50
Deneyde izolasyon trafosunun sisteme olan etkisi incelenecektir. ġekil 5.9.' bağlantı
Ģemasından yararlanılarak sistem izolasyon trafolu ve trafosuz olarak çalıĢtırılarak
osiloskop yardımıyla incelecektir. Ġncelenen çıkıĢlar Ģekil 5.7. ve Ģekil 5.8.'e
kaydedilecektir.
Şekil 5.7. Ġzolasyon Trafolu ÇıkıĢ Gerilimi
Şekil 5.8. Ġzolasyon Trafosuz ÇıkıĢ Gerilim
Deneyin Yorumu:
51
Şekil 5.9. Ġzolasyon Trafosunun Ġncelenmesine Ait Bağlantı ġeması
52
Deneyde AA/DA dönüĢtürücünün sistemde kullanılmasının nedenini anlamak için
Ģekil 5.11.' deki bağlantı yapılacak ve çıkıĢ iĢareti Ģekil 5.10.' e kaydedilecektir. Bu
sonuç Ģekil 5.3.' deki DA bara çıkıĢ gerilimi iĢaretiyle karĢılaĢtırılacaktır.
Şekil 5.10. AA/DA DönüĢtürücün ÇıkıĢ Gerilim ĠĢareti
Deneyin Yorumu:
53
Şekil 5.11. DA/AA DönüĢtürücünün Ġncelenmesine Ait Bağlantı ġeması
54
Trabzon Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi
Yenilenebilir Enerji Teknolojileri Bölümü
Laboratuar da Uyulması Gereken Güvenlik Kuralları
1- Laboratuarda çalıĢılacağı zaman uygun kıyafetlerle gelinmelidir.
2- Laboratuarda kesinlikle tek baĢına çalıĢılmamalıdır.
3- Deney masaları üzerine sıvı içerin herhangi bir Ģey konulmamalıdır.
4- Deney esnasında devreleri kurarken enerji kesilmelidir.
5- Doğruluğundan emin olunmayan bağlantılar varsa deney sorumlusuna
gösterilmeden kesinlikle çalıĢtırılmamalıdır.
6- Deney sırasında elektrik çarpmasına karĢı tüm önlemleri aldığınızdan emin
olunuz. Topraklama fiĢi takılmadan deneye baĢlamayınız.
7- Kullanımını bilmediğiniz cihazları kullanılmamalıdır.
8- Enerji altında olup olmadığını bilmediğiniz makine aksamlarına
dokunulmamalıdır.
9- Laboratuardan çıkılırken tüm sigortalar kapatılmalıdır.
55
EK-4 Yenilenebilir Enerji Deney Seti Teknik Çizimi
Şekil 1.1. Yenilenebilir Enerji Deney Seti Teknik Çizimi
56
EK-5 Çalışma Takvimi
Çizelge 1.1. ÇalıĢma Takvimi
YAPILMASI
PLANLANAN
İŞ(*)
EYLÜL EKİM KASIM ARALIK OCAK ŞUBAT MART NİSAN MAYIS
1. İş Kısmı
2. İş Kısmı
3. İş Kısmı
4. İş Kısmı
5. İş Kısmı
6. İş Kısmı
7. İş Kısmı
8. İş Kısmı
9. İş Kısmı
10. İş Kısmı
11. İş Kısmı
12. İş Kısmı
13. İş Kısmı
14. İş Kısmı
15. İş Kısmı
16. İş Kısmı
17. İş Kısmı
18. İş Kısmı
57
Yapılacak olan iş kısımlarının ayrıntılı tanımı:
1. İş Kısmı: Kullanılacak olan yöntemlerin tespiti
2. İş Kısmı: Kullanılacak yöntemler hakkında bilgi toplanması
3. İş Kısmı: Rüzgar enerjisi kaynak araĢtırması
4. İş Kısmı: Rüzgar enerjisi hakkında literatür çalıĢması
5. İş kısmı: Rüzgar enerjisinde kullanılan elemanlar hakkında bilgi edinilmesi
6. İş kısmı: Deney setinin genel çizimi
7. İş kısmı: Deney setinde kullanılacak elemanların ayrıntılı tespiti
8. İş kısmı: Rüzgar enerjisi deney setinin Matlab-Simulink ortamında basit
modellenmesi
9. İş kısmı: Tasarım raporu yazılması ve teslimi
10. İş kısmı: Malzeme temini
11. İş kısmı: Malzemeler arasında bağlantı yapılabilmesi için bağlantı kablolarının
hazırlanması
12. İş kısmı: Deney setinin hazırlanması
13. İş kısmı: Rüzgar enerjisi deney setinin Matlab-Simulink ortamında detaylı
modellenmesi
14. İş kısmı: Deney düzeneklerinin test edilmesi
15. İş kısmı: Deney setiyle alınan ölçümlerin modellemedeki sonuçlarla
karĢılaĢtırılması
16. İş kısmı: Örnek deney föylerinin hazırlanması
17. İş kısmı: Örnek deneylerin test edilmesi
18. İş kısmı: Bitirme Proje teslimi
58
EK-6 Maliyet Hesabı
Deney seti gerçekleĢtirilirken kullanılan malzemelerin seçiminde kaliteli ve ekonomik
olmasına özen gösterilerek düĢük maliyette yüksek verim sağlanmıĢtır.
Çizelge 1.1. Yenilenebilir Enerji Deney Seti Maliyet Tablosu
Kullanılan Malzeme
Adı
Adet Adet Fiyatı(TL) Toplam(TL)
Panel 1 385 385
ġarj Kontrol Cihazı 2 350 700
Akü 1 935 935
Sigorta Kutusu 1 15 15
Sigorta 5 5 25
Ölçü Aletleri 3 50 150
Osiloskop 1 600 600
Kablo ve prob - - 50
Evirici 1 100 100
Çevirici 1 250 250
Trafo 1 100 100
Yükler(Fan,Ampul) - - 100
Generatör 1 250 250
Motor 1 150 150
Sürücü Devre 1 200 200
Doğrultucu 1 100 100
Kırtasiye - - 100
Diğer(AhĢap, demir) - - 200
Toplam(TL) 4410
59
Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü
STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU
Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları
cevaplayınız.
1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.
Yenilenebilir enerjisi deney seti bitirme projesiyle gelecekte yenilenebilir enerji sektöründe
görev alacak çalışanların teoride edindikleri bilgileri uygulamada gerçekleştirmeleri
sağlanacaktır. Bu deney seti piyasadaki birçok deney setinde farklı olarak modüler ve
taşınabilir bir yapıya sahiptir. Böylece öğrenciler ekipmanların bağlantıları kendileri
gerçekleştirecek ve deneylerdeki devreleri kendileri kuracaktır.
2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?
Yenilenebilir enerjisi deney seti bitirme projesi için Matlab- Simulink ortamında modelleme
hazırladık. Modelleme gerçekleştirirken kullandığımız elemanlarla ilgili karşılaştığımız
problemleri çözdük.
3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?
Projemizi tasarlarken lisans eğitiminde aldığımız Elektrik Makinaları, Güç Elektroniği
Devreleri, Alçak Gerilim Güç Sistemleri Tasarımı derslerinde edindiğimiz bilgi ve becerileri
kullandık. Motor ve generatör konusunda Elektrik makinaları, yenilenebilir enerji ve rüzgar
türbinleri konusunda Alçak Gerilim Güç Sistemleri Tasarımı, doğrultucular ve eviriciler
konusunda Güç Elektroniği Devreleri derslerinden yararlandık.
4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?
TS 3091 Alçak gerilimli motor yol vericiler – doğrudan (tam gerilimli) yol vericiler
TS 5018 Otomatik sigortalar – Anahtarlı ev ve benzeri yerlerde kullanılan
TS 6897 Döner elektrik makineleri – dengesiz gerilimlerin kafesli üç fazlı endüksiyon motor
performansları üzerindeki etkiler
TS 718 Gerilim transformatörleri
TS 2932 Direnç ve kondansatörler için işaretleme kodları
TS 7034 Doğru akım potansiyometreleri
TS 8499 Yarı iletken münferit elemanlar ve tümleşik devreler
TS 4787 Elektroteknikte kullanılan terimler ve tarifler (elektronik )
60
Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
STANDARTLAR VE KISITLAR FORMU
5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?
a) Ekonomi
Deney seti gerçekleştirilirken kullanılan malzemelerin seçiminde kaliteli ve ekonomik
olmasına özen gösterilerek düşük maliyette yüksek verim sağlanmıştır.
b) Çevre sorunları:
Deney setinde kullanılan malzemelerin çevreye zararı herhangi bir zararı yoktur.
c) Sürdürülebilirlik:
Gerçekleştirilen deney seti modüler olduğundan gelecekte gelişen teknolojiyle
beraber rüzgar enerjisinde kullanılacak yeni elemanlar deney setine eklenebilir.
d) Üretilebilirlik:
Ekonomik kriterler göz önüne alarak tasarlandığı için seri üretime uygundur.
e) Etik:
Tasarım yapılırken mühendislik etiğine uygun olarak çalışılmıştır ve daha önce bu
konuda ki araştırmalardan aşırma yapılmamıştır.
f) Güvenlik:
Deney yapanların zarar görmemesi için sisteme topraklama yapılmıştır ve sigorta
kullanılmıştır.
Projenin Adı Rüzgar Enerjisi Deney Seti
Projedeki Öğrencilerin adları Bilge Kaan KEY
Gökay DOĞAN
Dursun Gökhan KAHVECİ
Tarih ve İmzalar
