elektrİk uygulamalareng.harran.edu.tr/~hbulut/guneselektrik.pdfgüneş bacaları ile elektrik...

TEMİZ ENERJİ TEKNOLOJİLERİ KURSU

GÜNE≈ ENERJİSİ ≈

ELEKTRİK UYGULAMALAR

Doç. Dr. Hüsamettin BULUTDoç. Dr. Hüsamettin BULUTHarran Üniversitesi

Mühendislik FakültesiMakina Mühendisliği Bölümü

Osmanbey Kampüsü, ŞanlıurfaOsmanbey Kampüsü, Şanlıurfa

Temiz Enerji Teknolojileri Kursu, 9-13 Şubat 2009, Gaziantep

KISA ÖZGEÇMİŞDoç. Dr. Hüsamettin BULUT

EĞİTİMİlk, Orta, Lise : Batman, 1989.

i Ç Ü i i i i i iği 1993

Doç. Dr. Hüsamettin BULUT

Lisans : Çukurova Üniversitesi, Makina Mühendisliği Bölümü, 1993.Yüksek Lisans : Çukurova Üniversitesi, Makina Müh. Anabilim Dalı, 1996.Doktora : Çukurova Üniversitesi, Makina Müh. Anabilim Dalı, 2001.

AKADEMİK ÜNVAN ve GÖREVLERAraştırma Görevlisi: Harran Üniversitesi Makina Müh. Böl. (1993-1998, 2001-2003)

Çukurova Üniversitesi Makina Müh Böl (1998-2001)Çukurova Üniversitesi Makina Müh. Böl. (1998 2001)Yardımcı Doçent : Harran Üniversitesi Makina Müh. Böl. (2003-2005)Doçent : Harran Üniversitesi Makina Müh. Böl. (2005- )Bölüm Başkanlığı : Harran Üniversitesi Makina Müh. Böl. (2003-2004)ş ğ ( )

Harran Üniversitesi Endüstri Müh. Böl. (2004-2007)Enerji Anabilim Dalı Başkanlığı (2003- )


GİRİŞGÜNEŞ ENERJİSİ-ELEKTRİK UYGULAMALAR

Güneş enerjisinden iki yolla elektrik enerjisi elde edilmektedir.1- Güneş enerjisinden elde edilen ısı enerjisiyle güç üreten ısıl

GİRİŞ

sistemler2- Güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren

fotovoltaik sistemler (PV-Güneş pilleri)’dir.( ş p )

Güneş enerjisinden elektrik üretimiIsıl SistemlerIsıl Sistemler

Güneş BacalarıGüneş ısıl güç santralleri1- Parabolik oluk kollektörlü güç santralleri2- Parabolik çanak kollektörlü3- Merkezi alıcılı güç santralleri


Güneş Bacaları ile Elektrik ÜretimiGÜNEŞ ENERJİSİ-ELEKTRİK UYGULAMALAR

• Güneş bacası, üzerine gelen güneş ışınımını, sera etkisiprensibiyle hareket enerjisine, daha sonra da elektrik enerjisine

Güneş Bacaları ile Elektrik Üretimi

dönüştürür.• Güneş bacası basit olarak hidroelektrik bir güç tesisi gibi çalışır

ancak su yerine yükselen sıcak havayı kullanılırancak, su yerine yükselen sıcak havayı kullanılır.Geniş bir cam sera

(kollektör) altındaki havaısıtılarak bu cam seranınısıtılarak, bu cam seranıntavan merkezine yerleştirilmişolan ve yukarıya doğruhareketi sağlayan bir düşeyhareketi sağlayan bir düşeyboruya (bacaya) girer veborunun içerisinde elektrikjeneratörlerine bağlı olan birjeneratörlerine bağlı olan birrüzgar türbinini döndürür. Burüzgar türbini vasıtasıylaelektrik üretilir.Gü b l ibi


Güneş bacasının çalışma prensibi

Güneş Bacaları ile Elektrik Üretimi

İ5 MW’lık Stuttgart, Almanya

50 kW’lık İspanyadaki protitip ilk güneş bacası

200 MW’lık güneş bacası santrali Avusturalyasantrali, Avusturalya

Büyük güçte elektrik üretmek için, cam sera çap olarakçok geniş ve kullanılan boru (baca) mümkün olduğuncayüksek olmalıdıryüksek olmalıdır.

50 ile 400 MW’a kadar güç çıkışı sağlayabilen genişölçekli güneş bacaları kurulabilir


ölçekli güneş bacaları kurulabilir.

Parabolik Oluk Kollektörlü Güç SantralleriTemel teknolojisi, bir akışkanın güneş ışınımı ile ısıtılarak buharlaştırılması

ve buharın bir turbo-jeneratör çevrimi yardımıyla elektrik enerjisi elde edilmesikuralına dayanır.

Günümüzde teknolojisi ispatlanmış, güneş enerjisinden elektrik eldeetmenin en yaygın ısıl uygulamasıdır.


Parabolik Oluk Kollektörlü Güç Santrali Çalışma Prensibi

Parabolik Oluk Kollektörlü Güç SantralleriBu sistemlerde, silindirik doğrusal odaklıkollektörler kullanılmaktadır. Kolektörün içkısmındaki yansıtıcı yüzeyler, güneş

ji i i k ll ktö ü d ğ d lenerjisini, kollektörün odağında yer alan veboydan boya uzanan siyah bir absorbanboruya odaklarlar. Kollektörler genellikle,güneşin doğudan batıya hareketini izleyengüneşin doğudan batıya hareketini izleyentek eksenli bir izleme sistemi üzerineyerleştirilirler. Enerjiyi toplamak için absorbanboruda bir sıvı dolaştırılır Toplanan ısıboruda bir sıvı dolaştırılır. Toplanan ısı,elektrik üretimi için enerji santralinegönderilir.

Bu sistemler yoğunlaştırmayaptıkları için 350-400°Csıcaklığa ulaşabilmektedir.


Parabolik Oluk Kollektörlü Güç Santralleri

Doğrusal yoğunlaştırıcı termal sistemler ticari ortama girmiş olup, busistemlerin en büyük ve en tanınmış olanı 350 MW gücündeki şimdikiKaliforniya’daki Kramer&Junction eski Luz International santrallaridir.


Parabolik Çanaklı Güneş Güç Santralleri

İki eksende güneşi takip ederek,sürekli olarak güneşi odaklamaböl i ğ l t lbölgesine yoğunlaştırırlar.

Isıl enerji, odaklama bölgesindenuygun bir çalışma sıvısı ile alınarak,yg ç ş ,termodinamik bir dolaşımagönderilebilir ya da odak bölgesinemonte edilen bir Stirling motoruyardımı ile elektrik enerjisineçevrilebilir.

Çanak-Stirling bileşimiyle güneşÇanak-Stirling bileşimiyle güneşenerjisinin elektriğedönüştürülmesinde % 30 civarındaverim elde edilmiştir.verim elde edilmiştir.



Parabolik çanaklı-stirling motorlu güneş güç santralleri

25 kW’lık modüller başarıyla yapılmış olup şebeke şeklinde 50 MWlık santrallerin yapılması üzerine çalışmalar sürmektedir.



Parabolik çanaklı-stirling motorlu güneş güç santralleri


Merkezi Alıcılı Güneş Güç Santralleri

Tek tek odaklama yapan ve heliostat adıverilen aynalardan oluşan bir alan, güneşenerjisini, alıcı denen bir kule üzerinemonte edilmiş ısı değiştiricisine yansıtır veyoğunlaştırır. Alıcıda bulunan ve içindenakışkan geçen boru yumağı, güneşenerjisini üç boyutta hacimsel olarakabsorbe eder. Bu sıvı, Rankinemakinesinde (buhar güç santralinde)

l kt ik ji i ü ti i d k ll lelektrik enerjisi üretiminde kullanılır.

Bu sistemlerde ısı aktarım akışkanı olarak hava da kullanılabilir, bu durumdasıcaklık 800°C'ye çıkar Heliostatlar bilgisayar tarafından sürekli kontrolsıcaklık 800°C'ye çıkar. Heliostatlar bilgisayar tarafından sürekli kontroledilerek, alıcının sürekli güneş alması sağlanır. Bu sistemlerin kapasite vesıcaklıkları, sanayi ile kıyaslanabilir düzeyde olup Ar-Ge çalışmaları devametmektedir Ticari santraller 50 200 MW elektrik üretim kapasitelerietmektedir. Ticari santraller 50-200 MW elektrik üretim kapasiteleriarasındadırlar. Teknoloji ve gelişim olarak paraboliklere göre ortadüzeydedir. İspanya, Japonya, Amerika, Rusya, İtalya ve Fransa’da örnektesisler kurulmuşturtesisler kurulmuştur.



İspanya, SevilleAmerika, Nevada

M k i Al Gü Gü S t ll i


Merkezi Alıcı Güneş Güç Santralleri

Fotovoltaik Sistemler (PV- Güneş Pilleri)

Güneş pillerinin çalışma ilkesi, Fotovoltaik olayınadayanır. Fotovoltaik etki ilkesine göre üzerine ışıkdüşen malzemelerde elektron hareketi olayıgözlemlenirgözlemlenir.

Güneş pilleri (fotovoltaikler) üzerine güneş ışığıdüştüğünde, güneş enerjisini doğrudan elektrikenerjisine çeviren yarıiletken malzemelerdenenerjisine çeviren yarıiletken malzemelerdenoluşan düzeneklerdir.

Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklindebiçimlendirilen güneş pillerinin alanları genelliklebiçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0.2-0.4 mmarasındadır



•Güneş pilleri (fotovoltaikler) ikili yarıiletken katmanlardan oluşurlar (p-nkatmanları) Bu katmanların bir aradakatmanları). Bu katmanların bir aradakullanılmaları ışık etkisiyle katmanlardanbirinden elektron koparılmasını sağlar.Kopan elektron pozitif olan diğer katmantarafından çekilir. Elektronların bu şekildehareket etmeleri hareket etmeleri birelektrik akımını oluşturur.Oluşan elektrikakımı çeşitli iletkenler yardımıylaakımı çeşitli iletkenler yardımıylakullanılacağı bölgelere taşınır.

•Güneş pillerinde oluşan elektrik akımınınşiddeti yüzeyin soğurduğu güneş ışığışiddeti yüzeyin soğurduğu güneş ışığışiddetiyle doğru orantılıdır. Güneş pilleritek tek kullanılabileceği gibi birleştirilippanel halinde de kullanımasunulabilmektedir.



Güneş pili yapımında yarı iletken malzemeler kullanılmaktadır. Silisyumkullanılan en yaygın malzeme olmaya devam etmektedir. Güneş pili, tek/çokkristal blok veya tabakadan elde edilerek dilimlenmiş kalın kristalkristal blok veya tabakadan elde edilerek dilimlenmiş kalın kristalmalzemeden veya bir taşıyıcı üzerinde oluşturulmuş çok kristal veya amorfince film tabakalardan üretilmektedir.

Kullanılan Malzemeler:

1-Kristal Malzeme: Kristal Silisyum,Galyum Arsenit (GaAs)2- İnce Film Malzeme: Amorf Silisyum, Kadmiyum Tellürid (CdTe), Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2) 3- Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler

Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.



Optik YoğunlaştırıcılıHücreler: Gelen ışığı 10-500kat oranlarda yoğunlaştıranmercekli veya yansıtıcılı

Tek Kristal Çok Kristal Kristal Silisyum Verim: % 14-25

Galyum Arsenit (GaAs) Verim: %25-30

y yaraçlarla modül verimi %17'nin,pil verimi ise %30'un üzerineçıkılabilmektedir.Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuzğ şplastik malzemedenyapılmaktadır.

Son Yıllarda Üzerinde

Amorf Silisyum Verim %5-10

Kadmiyum Tellürid (CdTe) Verim: %7-16

Çalışılan Güneş Pilleri:Bunlar; fotoelektrokimyasal çokkristalli Titanyum Dioksit piller,polimer yapılı Plastik piller ve

Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2)

p y p pgüneş spektrumunun çeşitlidalgaboylarına uyumsağlayacak şekilde üretilebilenenerji band aralığına sahipBakır İndiyum Diselenid (CuInSe2)

Verim %10-17

j ğ pKuantum güneş pilleri gibi yeniteknolojilerdir.

Güneş pilleri yapımında kullanılan malzemeler



Güç çıkışını artırmak amacıyla çoksayıda güneş pili birbirine paralel ya daseri bağlanarak bir yüzey üzerine monteedilir bu yapıya güneş pili modülü ya daedilir, bu yapıya güneş pili modülü ya dafotovoltaik modül adı verilir.

Güç talebine bağlı olarak modüllerbirbirlerine seri ya da paralel bağlanarakbirbirlerine seri ya da paralel bağlanarakbir kaç Watt'tan MegaWatt'lara kadarsistem oluşturulur.

Fotovoltaik Hücre

Si t

Temiz Enerji Teknolojileri Kursu, 9-13 Şubat 2009, GaziantepModülPanel Sistem

Fotovoltaik Sistemler (PV- Güneş Pilleri) Kullanım Alanları

T id l k ik ji i ih i ld ğ h l d f l ik l k ik k ll l biliTeoride elektrik enerjisi ihtiyacının olduğu her uygulamada fotovoltaik elektrik kullanılabilir.Uygulamada fotovoltaik elektriğin klasik kullanımı, elektrik dağıtım sisteminin, yani şebekenin,erişemediği yerler ile sınırlıdır.

Güneş pili sistemi uygulamaları iki ana gruba ayrılabilir:Güneş pili sistemi uygulamaları iki ana gruba ayrılabilir:- Şebeke bağlantılı sistemler- Şebekeden bağımsız sistemler

Güneş pili modülü uygulamaya bağlı olarak, akümülatör, inverterler, akü şarj kontrol cihazları ve çeşitli l kt ik d t k d l i il bi likt k ll l k bi ü ili i t i (FV i t ) l t l Belektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pili sistemi (FV sistem) oluştururlar. Bu

sistemler, özellikle yerleşim yerlerinden uzak, elektrik şebekesi olmayan yörelerde, jeneratöre yakıt taşımanın zor ve pahalı olduğu durumlarda kullanılırlar. Ayrıca başka güç sistemleri ile birlikte karma olarak kullanılmaları da mümkündür.


Fotovoltaik Sistemler (PV- Güneş Pilleri) Kullanım AlanlarıŞ b k d b ğ PV i t i Y t li dŞebekeden bağımsız PV sistemi: Yeterli sayıdagüneş pili paneli, enerji kaynağı olarak kullanılır.Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya daözellikle gece süresince kullanılmak üzeresistemde akü (batarya) bulundurulur Güneşsistemde akü (batarya) bulundurulur. Güneşpilleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterekbunu aküde depolar, yüke gerekli olan enerjiaküden alınır.

Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zararAkünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarargörmesini engellemek için kullanılan denetimbirimi ise akünün durumuna göre, ya güneşpillerinden gelen akımı ya da yükün çektiği akımıkeser.keser.

Şebeke uyumlu alternatif akım elektriğiningerekli olduğu uygulamalarda, sisteme birinvertör eklenerek akümülatördeki DC gerilim,220 V 50 Hz lik sinüs dalgasına dönüştürülür220 V, 50 Hz.lik sinüs dalgasına dönüştürülür.

Benzer şekilde, uygulamanın şekline göre çeşitlidestek elektronik devreler sisteme katılabilir.Bazı sistemlerde, güneş pillerinin maksimumgüç noktas nda çal şmas n sağla an maksim m

Şebekeden bağımsız PV sistemigüç noktasında çalışmasını sağlayan maksimumgüç noktası izleyici cihazı bulunur.



Şebeke bağlantılı güneş pili sistemleri yüksek güçte

Şebekeye bağlı fotovoltaik sistem

Şebeke bağlantılı güneş pili sistemleri yüksek güçte-santral boyutunda sistemler şeklinde olabileceği gibidaha çok görülen uygulaması binalarda küçük güçlükullanım şeklindedir. Bu sistemlerde örneğin birş ğkonutun elektrik gereksinimi karşılanırken, üretilenfazla enerji elektrik şebekesine satılır, yeterlienerjinin üretilmediği durumlarda ise şebekedenenerji alınır Böyle bir sistemde enerji depolamasıÇatıya konulmuş şebeke enerji alınır. Böyle bir sistemde enerji depolamasıyapmaya gerek yoktur, yalnızca üretilen DCelektriğin, AC elektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumluolması yeterlidir.

Çatıya konulmuş şebeke bağlantılı PV sistem


y


Güneş pili sistemlerinin şebekeden bağımsız (stand-alone) olarak kullanıldığı tipik bazı uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır.

- Haberleşme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri - Meteoroloji, deprem ve hava gözlem istasyonlarında

Bina içi ya da dışı aydınlatma- Bina içi ya da dışı aydınlatma - Dağevleri ya da yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıştırılması

Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı- Tarımsal sulama ya da ev kullanımı amacıyla su pompajı - Orman gözetleme kuleleri - Deniz fenerleri - İlkyardım alarm ve güvenlik sistemleriİlkyardım, alarm ve güvenlik sistemleri - Küçük cihazlar için güç kaynağı




PV kaplı çatı ve konutlarda kullanımı


Bahçe ve kapı aydınlatmasında kullanılan PV’li lambalar

Sokak, bahçe ve durak aydınlatması PV uygulamasıTemiz Enerji Teknolojileri Kursu, 9-13 Şubat 2009, Gaziantep


PV Paneller Gece sensörü, şarj kontrol B t l Projektör Lambalarve Bataryalar Projektör Lambalar

Bina Cephe AydınlatmaBina Cephe Aydınlatma



Fotovoltaik sistemlerin sulamada ve su pompalamada kullanılması

27Temiz Enerji Teknolojileri Kursu, 9-13 Şubat 2009, Gaziantep400 Euro’luk set


Güneş enerjili jeneratör (600W)

Güneş enerjili şarj cihazlarıTemiz Enerji Teknolojileri Kursu, 9-13 Şubat 2009, Gaziantep



Fotovoltaik panellerle beslenen meteoroloji ölçüm cihazları ve GSM baz istasyonu


Güneş pillerinin karayollarında ve trafik ışıklarında kullanımı

Işıklı yol işaretleme ve uyarma



PV t t l lPV taşıt uygulamalarıTemiz Enerji Teknolojileri Kursu, 9-13 Şubat 2009, Gaziantep


Güneş pilli deniz taşıtları



Güneş enerjili pervaneli şapkaPV şarjlı taşınabilir lamba ve radyo

Şarj için PV AnahtarlıkŞarj için katlanabilir PV panel

PV’li sırt çantasıŞarj için katlanabilir PV panel

PV şarjlı el feneri


PV’li Değişik Ürünler


•PV panelle çalışan dondurucu ve buzdolabılar ilaç ve aşıların saklanmasında kullanılmaktadır.

• Buzdolapların kompresörleri DC (Doğru akım) ile çalışmaktadır.

PV panellerle soğutma


PV panellerle soğutma

TEŞEKKÜRLERDoç. Dr. Hüsamettin BULUTDoç. Dr. Hüsamettin BULUT

ÜHarran ÜniversitesiMühendislik FakültesiMakina Mühendisliği BölümüO b K ü ü Ş l fOsmanbey Kampüsü, Şanlıurfa

[email protected]://eng.harran.edu.tr/~hbulut/

elektrİk uygulamalareng.harran.edu.tr/~hbulut/guneselektrik.pdfgüneş bacaları ile elektrik...

Documents