lİsans bİtİrme projesİ rÜzgar enerjİ sİstemİ · araştırmalara göre elektrik...

52
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ 228529 Oğuz GÜNDÜZ 228549 Muzaffer MANGIR 228555 Oğuzhan NİŞANCI 228563 Rasim Berk AKTAŞ Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP Mayıs, 2013 TRABZON

Upload: trinhnhan

Post on 29-Aug-2019

225 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

LİSANS BİTİRME PROJESİ

RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ

228529 Oğuz GÜNDÜZ

228549 Muzaffer MANGIR

228555 Oğuzhan NİŞANCI

228563 Rasim Berk AKTAŞ

Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP

Mayıs, 2013

TRABZON

Page 2: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve
Page 3: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

LİSANS BİTİRME PROJESİ

RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ

228529 Oğuz GÜNDÜZ

228549 Muzaffer MANGIR

228555 Oğuzhan NİŞANCI

228563 Rasim Berk AKTAŞ

Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP

Mayıs, 2013

TRABZON

Page 4: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve
Page 5: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Oğuz GÜNDÜZ, Muzaffer MANGIR, Oğuzhan NİŞANCI ve Rasim Berk AKTAŞ

tarafından Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP yönetiminde hazırlanan “Rüzgar Enerji Sistemi”

başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans

Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir.

Danışman : Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Prof. Dr. Cemil Gürünlü ………………………………

Jüri Üyesi 2 : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ ………………………………

Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ ………………………………

Page 6: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve
Page 7: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

v

ÖNSÖZ

Günümüzde kullanımı artan elektronik aletler ve tüketilen enerji miktarları göz önüne

alındığında enerji üretimi ile tüketimi arasındaki fark gün geçtikçe artmaktadır. Bu enerji

açığını kapatmak için farklı enerji üretim yolları üzerinde durulmaktadır. Bu yollardan birisi

de yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar enerjisidir. Hem çevre üzerinde olumsuz

etkisi olmaması hem de üretilen enerji baz alındığında kullanımı dünya genelinde

yaygınlaşmaktadır. Rüzgar gücünden elde edilen elektrik enerjisi kullandığımız enterkonnekte

sistemde zayıf şebekelere destek sağladığı gibi nakil ve dağıtım kayıplarını azaltarak

bağlanabilmektedir.

Enerji açığının insanları farklı kaynaklara yöneltmesi sonucu bu derece gelişen rüzgar

enerjisi artık bir alternatif enerji değil ana enerji üretim kaynağı haline gelmektedir. Enerji

açığının bir ürünü olan bu enerji doğal kaynak masrafı olmadığından tüketilen enerjinin

maliyetini de düşürmektedir.

Bu tasarım projesinin hazırlanmasında yardımı olan herkese ve bu proje süresince fikir ve

önerilerini aldığımız Öğr. Gör. Dr. Emre ÖZKOP'a teşekkürlerimizi sunarız.

Ayrıca maddi ve manevi konularda her türlü desteğini bizden esirgemeyen anne ve

babalarımıza bu projeyi armağan ediyoruz.

Oğuz GÜNDÜZ Muzaffer MANGIR Oğuzhan NİŞANCI Rasim Berk AKTAŞ

TRABZON, 2013

Page 8: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

vi

Page 9: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

vii

İÇİNDEKİLER

Lisans Bitirme Projesi Onay Formu iii

Önsöz v

İçindekiler vii

Özet ix

Semboller ve Kısaltmalar xi

Şekiller Dizini xii

Tablolar Dizini xiii

1. GİRİŞ 1

1.1. Tarihsel Gelişim 1

1.2. Dünya Ülkelerinde Rüzgar Enerjisi 2

1.2.1. Türkiye'de Rüzgar Enerjisi 3

1.3. Rüzgar Enerjisi Üzerinde Çalışmalar 3

1.4. Rüzgar Enerjisinin Avantajları 3

1.5. Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları 4

2. TEORİK ALTYAPI 5

2.1. DA/DA Yükselten Çevirici 5

2.2. PIC Mikrokontrolör 7

2.3. Evirici 8

2.4. Rüzgârdan Elektrik Enerjisi Elde Edilmesi 9

3. TASARIM 10

3.1. Yükselten (Boost) DA-DA Çeviricinin Tasarımı ve Malzeme Seçimi 10

Page 10: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

viii

3.2. Rüzgâr Enerjisinden Elektrik Enerjisinin Elde Edilmesi 11

3.3. Sistemin Gerçekleştirilmesi ve Kurulması 11

4. BENZETİM ÇALIŞMALARI 13

4.1. Yükselten (Boost) DA–DA Çeviricinin MATLAB/Simulink Simülasyonu 13

4.2. DA/DA Yükselten Çevirici Devre Simülasyonu 15

4.3. Yükselten (Boost) Çevirici Devrenin Kontrol Elemanıyla Simülasyonu 16

4.4. Evirici Devresinin MATLAB/Simulink Simülasyonu 18

5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 21

5.1. DA/DA Yükselten Çevirici Devre 21

5.2. Evirici Devre 22

6. SONUÇLAR 25

7. DEĞERLENDİRME 26

KAYNAKLAR 27

EKLER 28

EK.1 Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyeli Atlası 29

EK.2 Maliyet Tablosu 30

EK.3 Çalışma Takvimi 32

EK.4 Standartlar ve Kısıtlar Formu 33

ÖZGEÇMİŞ 36

Page 11: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

ix

ÖZET

Rüzgar enerjisinin kullanımı son dönemlerde önemsenecek bir artış göstermektedir. Dünya

ülkelerinde rüzgar enerjisi kullanımına teşvik gün geçtikçe artmaktadır. Türkiye'de de bir çok

özel kuruluş bu konuda araştırma yapmakta ve rüzgar enerjisini kullanmayı teşvik etmektedir.

Rüzgar enerjisi üretiminde sadece zayıf şebekeleri beslemek ve küçük çaplı ihtiyaçları

karşılamak değil, ana enerji kaynağı olması istenmektedir. Bunu gerçekleştirebilmek için

üzerinde daha çok araştırma ve geliştirme yapılması gerekmektedir.Bu amaçla projemizde

kullanıldığımız motor ve generatör, çevirici devresi ve evirici devresi konuları incelenip

üzerinde araştırma ve geliştirme yapılmıştır. Yükselten çevirici devresi ve evirici devresi

açıklanmıştır ve bu devreler gerçeklenmiştir.

Büyük emekler vererek hazırladığımız projenin konuya ilgisi olan ve ya bu konuya hakim

olmak isteyenlere katkısı olacağını düşünmekteyiz.

Page 12: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

x

Page 13: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

xi

SEMBOLLER ve KISALTMALAR

: Endüktans Gerilimi

: Kaynak Gerilimi

İ Endüktans Akımı [A]

ıkış gerilimi

D: Doluluk oranı

: Frekans

: Direnç

: Kapasite

Page 14: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

xii

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1.1.1. İzmir/Alaçatı'da Bulunan Türkiye'nin İlk Rüzgar Santrali 1

Şekil 2.1. Rüzgar Enerji Sistemi Blok Şeması 5

Şekil 2.1.1 DA/DA Yükselten Çevirici Devre Şeması 6

Şekil 2.3.1. Yarım Köprü Evirici Devre Şeması 8

Şekil 4.1.1. MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Simülasyonu 13

Şekil 4.1.2. MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Çıkış Gerilimi 14

Şekil 4.1.3. MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Çıkış Akımı 14

Şekil 4.2.1 MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Devre Şeması 16

Şekil 4.3.1. Yükselten Çevirici Devrenin Denetleyici ISIS Simülasyonu 17

Şekil 4.3.2. Akış Diyagramı 18

Şekil 4.4.1. Evirici Devrenin MATLAB/Simulink Benzetimi 19

Şekil 4.4.2. Evirici Devrenin Çıkış Akımı 20

Şekil 4.4.3. Evirici Devrenin Çıkış Gerilimi 20

Şekil 5.2.1. Evirici Devre Çıkışı Osiloskop Görüntüsü 23

Şekil 5.2.2. f=5kHz İçin MOSFET Çıkışı Osiloskop Görüntüsü 24

Page 15: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

xiii

TABLOLAR DİZİNİ

Tablo 1.2.1. Kurulu Rüzgar Gücü Bakımından İlk Beş Ülke 2

Tablo 4.2.1. Yükselten Çevirici Devre Parametreleri 15

Tablo 5.1.1 Yükselten Çevirici Giriş Gerilimi Sabitken Elde Edilen Veriler 22

Tablo 5.1.2. Yükselten Çevirici %75 Doluluk Oranı Sabitken Elde Edilen Veriler 22

Tablo 5.2.1. f=5kHz ve V=12V sabitken Frekans, Gerilim, Akım Değerleri 23

Page 16: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

xiv

Page 17: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

1

1.GİRİŞ

1.1. Tarihsel Gelişim

Tarihte rüzgar enerjisinin kullanımı yelkenli gemilerle başlamıştır. Buradaki kullanım

elektrik enerjisi üretimi olmasa da rüzgarın önemli bir doğal kaynak olduğu anlaşılmıştır.

M.Ö. 2800'lü yıllara dayanan bu enerji ilk başlarda sulama amaçlı kullanılırken, 1890

yılında rüzgar türbini ilk olarak Danimarka'da üretilmiştir.İlk rüzgar türbinlerinin ürettikleri

güç miktarları az olsa da günümüzde gelişen teknolojiyle birlikte ürettikleri güç miktarları

bir hayli artmıştır ve bu artış rüzgarı önemli bir enerji kaynağı haline getirmiştir.

Türkiye'de rüzgar enerjisinin gelişimi 1992 yılında Rüzgar Enerji Birliği kurulmasıyla

başlamıştır. Türkiye'deki ilk rüzgar santrali 1998 yılında İzmir-Alaçatı'da kurulmuştur. Bu

rüzgar santrali toplam 7.2 MW'lık güç üreten türbinlerle enerji üretimine başlamıştır.

İlerleyen yıllar içerisinde ülkemizde rüzgar santrallerine verilen önem artmış ve günümüzde

bu konuda çalışmalar hız kazanmıştır [1].

Şekil 1.1.1 İzmir/Alaçatı'da Bulunan Türkiye'nin İlk Rüzgar Santrali

Page 18: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

2

1.2. Dünya Ülkelerinde Rüzgar Enerjisi

Dünya ülkelerinde 1996 yılından itibaren rüzgar enerjisiyle elektrik enerjisi üretimi

logaritmik olarak artmaktadır. Bunun en büyük sebebi küresel iklim değişiklerinin insanlar

üzerindeki etkisi ve artan enerji ihtiyacıdır. Son yıllarda rüzgar enerjisindeki faal güç artışı

%29 gibi yüksek bir değerdedir. Bu artış göstermektedir ki rüzgar enerjisinden elektrik

enerjisi üretimi son dönemlerin en önemli enerji üretim yollarından birisidir. Aşağıda bazı

dünya ülkelerindeki kurulu rüzgar gücü tablosu verilmektedir.

Tablo 1.2.1 : Kurulu Rüzgar Gücü Bakımından İlk Beş Ülke

Ülke

Toplam Kurulu

Rüzgar Gücü(MW) kW/ W/kişi

Almanya 16628,8 46,5 199,7

İspanya 8263,0 16,4 206,2

ABD 6740,0 0,70 24,0

Danimarka 3117,0 72,3 580,6

Hindistan 2985,0 0,91 2,85

Görüldüğü gibi kurulu rüzgar gücü bakımından en yüksek değere sahip ülke

Almanya'dır. Fakat kişi başına düşen en yüksek değer Danimarka'ya aittir. 2003 yılı yapılan

araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır.

Almanya %6, İspanya %5 ve Amerika %1'den az oranda enerjisini rüzgardan

sağlamaktadır. Kıtalar arasında, kurulu rüzgar enerjisi sistemleri karşılaştırıldığında ise

Avrupa %73 ile ilk sırayı almaktadır. Bu oranı %15 ile Amerika, %10 ile Asya ve %1 ile

Avustralya- Afrika izlemektedir [2].

Page 19: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

3

1.2.1. Türkiye'de Rüzgar Enerjisi

Ülkemiz bulunduğu jeopolitik konum itibariyle farklı coğrafi bölgelerinde rüzgar

enerjisi kullanılmaktadır. Uzaydan alınan meteorolojik verilere göre Türkiye yüksek rüzgar

potansiyeline sahiptir. Ek.1’de Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyeli atlasını görmekteyiz.

Ülkemizin sahip olduğu teknik rüzgar potansiyeli 88000 MW' dır fakat kullandığı kurulu

rüzgar enerji sistemiyle 20,6 MW enerji üretmektedir [3]. Son yıllarda revaçta olan rüzgar

enerji sistemleri ile ilgili Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu (EPDK) tarafından onay alan

243 projenin 36' sı rüzgar enerji sistemleri ile ilgilidir. Bu bilgiler ışığında ülkemizde rüzgar

enerjisi kullanımının yaygınlaşacağını görmekteyiz [4].

1.3. Rüzgar Enerjisi Üzerinde Çalışmalar

Rüzgar enerjisi teknolojisinin gelişmesiyle birlikte yapılan çalışmalarda da büyük bir artış

olmuştur. Amaç rüzgar çiftlikleri kurarak üretilen enerjiyi enterkonnekte sisteme bağlamaktır.

Çalışmalar sonucunda en uygun büyüklükler belirlenmiştir. Bu belirlemelerde kule yüksekliği

70-126 m çapında 1,5-5 MVA olarak belirlenmiştir. Türbin güçleri de teknolojinin

gelişmesiyle artmaktadır. 1990' lı yılların başında 100 kW ile 500 kW arasında olan bu türbin

güçleri günümüzde 3,5 MW' lara kadar çıkmıştır. Ulaşılan büyük güçler rüzgar enerjisinin

halen küçük işletmelerde ve su pompalama işlemlerinde kullanılmasını engellememiştir. Öyle

ki dünya üzerinde halen küçük güçlü rüzgar türbinleri ile su pompalama ve güvenilir enerji

üretimi yapılmaktadır [1].

1.4. Rüzgar Enerjisinin Avantajları

Rüzgar enerjisinin yenilenebilir olması.

Herhangi bir yakıt kullanılmadığı için çevreye zarar vermez.

Çoğu enerji üretiminde ham madde kullanılırken, rüzgar enerjisinde ham madde

kullanılmamaktadır. Dolayısıyla ucuzdur.

Rüzgar türbini arazileri genellikle yüksek ve kırsal bölgelere kurulduğu için yer masrafı azdır.

Rüzgar türbinleri çiftliklere kurulabilir bu sayede kırsal bölgelerde istihdam alanı oluşturur.

Rüzgar türbinleri ömürlerini tamamlamasından sonra türbinlerin kurulduğu bölge kısa sürede

eski haline döner.

Page 20: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

4

Rüzgar türbinlerinin söküm maliyeti, hurda maliyetiyle karşılandığı için söküm maliyeti

yoktur.

Rüzgar enerjisi yerli enerji kaynağıdır.

Rüzgar enerji sisteminin kurulum aşaması kısadır dolayısıyla kısa sürede aktif hale gelir.

1.5. Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları

Kurulum masrafları çoktur.

Üretilen enerji sabit olmadığı için yıllık belirli bir enerji miktarını garanti etmez bu yüzden

depolanması zorunludur.

Rüzgarın genellikle yüksek ve kırsal bölgelerde fazla oluşu, enerji gereksinimi fazla olan

yerleşim merkezlerine uzak kalmasına neden olur.

Elektromanyetik alan etkisiyle haberleşme sistemlerinde bozulmalara sebebiyet verirler.

Kuş ölümlerine sebep olurlar.

Page 21: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

5

2. TEORİK ALTYAPI

Rüzgar enerjisi çıkışında aldığımız değişken gerilim sebebiyle enerjiyi doğrudan yüke

verememekteyiz. Üretilen enerjinin sabit bir değerde yüke iletilmesi için yükselten çevirici

çıkışında enerjiyi aküde depolayarak gerektiğinde kullanmak üzere bekletilir.

Generatörden elde edilen AC gerilim Şekil 2.1'de görüldüğü gibi doğrultucu üzerinden

DC gerilime dönüştürülerek yükselten çeviriciye iletilir. Yükselten çevirici çıkışındaki

gerilim aküde depolanmaktadır. Generatörden gelen gerilimin istenilen gerilim değerinin

altında olması durumunda mikrokontrolör vasıtasıyla istenilen değere çekilir. Şekil 2.1'de

sistemin blok diyagramı incelenebilir.

Şekil 2.1. Rüzgar Enerji Sistemi Blok Şeması

2.1 DA/DA Yükselten Çevirici

Rüzgar, sabit bir kaynak olmadığından üretilen enerji de sabit olmaz. Yani giriş gerilimi

değişkendir. Enerjinin aküde depolanması için regüle edilmesi gerekir. Bu durumda AA

Generatör çıkışının 24V’dan düşük değerleri için aküde depolama işlemini gerçekleştirmek

üzere yükselten çevirici (boost converter) tasarlanmıştır.

Yükselten çevirici devrelerinde çıkış geriliminin giriş geriliminden yüksek olması

hedeflenmektedir. Temel yükselten çevirici devresi Şekil 2.1.1'de verilmiştir. Yükselten

çeviriciler çıkış gerilimi ayarlı DA güç kaynakları ya da DA motorlarının frenlenmesinde

sıkça kullanılırlar [5].

Page 22: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

6

Şekil 2.1.1 DA/DA Yükselten Çevirici Devre Şeması

Şekildeki devrede kontrollü anahtar iletime geçtiğinde diyot ters kutuplanır ve çıkış

katı girişten izole edilmiş olur. Bu sırada girişten endüktansa doğru enerji akışı olur. Anahtarın

kesime geçmesiyle endüktans ve diyot üzerinden enerji akışı olur. VL gerilimi kondansatörü

şark ederek çıkış katını yükseltmiş olur. Kapasitenin çıkışa paralel bağlanması çıkış gerilimini

sabitler.

Endüktans akımının sürekli olması durumu:

Anahtar iletimdeyken;

VL = VS =

(1)

(ΔiL)kapalı =

(2)

Anahtar kesimdeyken;

VL = VS – V0 =

(3)

(ΔiL)açık =

( (4)

Sürekli durum için endüktans’daki net akım değişimi sıfır olur. Buradan hareketle şu

denklem elde edilir:

(5)

Page 23: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

7

IL = IS ‘den hareketle endüktans akımı şu şekilde bulunur:

IL =

( (6)

ILmin olması gerektiğinden endüktans akımının sürekli olup olmaması endüktansın

bağıntısına bağlıdır.

(

ise IL endüktans akımı süreklidir. (7)

(

ise IL endüktans akımı sürekli değildir. (8)

Endüktans akımının sürekli olması durumunda;

(9)

Çıkış geriliminin dalgalanması;

(10)

2.2. PIC Mikrokontrolör

Sistemimizin istenilen değerlerde çalışmasını ve denetimini sağlamak için mikrokontrolör

kullandık. Bu mikrokontrolör istenilen gerilim değeri ile çıkış gerilimi arasındaki farkı

denetler ve hatayı minimize eder.

Sistemimizde mikrokontrolör olarak uygulama alanı çok geniş olan PİC mikrokontrolör

kullandık. Bu kontrolör çıkış ve giriş gerilimlerini okuyarak, okuduğu değerleri karşılaştırır.

Karşılaştırma sonucu yükselten çevirici devremizdeki dalga genişlik modülasyonunu(DGM)

ayarlamaktadır.

Page 24: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

8

2.3 Evirici

Eviriciler, DA elektrik enerjisini AA elektrik enerjisine dönüştüren devrelerdir. AA çıkışı

anahtarlama işlemleri ile elde edilir ve oluşan dalga şekli gerilim parçacıklarından oluşur.

Yarım köprü ve tam köprü gibi türleri vardır. Projemizde giriş değerleri 24V, 10A (DA), çıkış

değerleri 220V, 5A (AA) olan yarım köprü evirici tasarlanmıştır.

Yarım Köprü Evirici: Şekil 2.3.1'deki devre yüke AA gerilim sağlamak için kullanılmıştır.

DA gerilim kaynağı iki bölümden oluşmaktadır. Yarım köprüde iki tane anahtar kullanılır.

Anahtarlama elamanı olarak IGBT, MOSFET gibi yarıiletken elemanlar kullanılır. Periyodun

%50'si için anahtarların biri açıkken diğeri kapalıdır. Burada önemli olan yarıiletken elemanın

kesime geçmesi iletime geçmesinden genellikle yavaş olmasıdır. Bundan dolayı yarıiletkenin

iletimi diğer yarıiletkenin işlemini tamamlayıncaya kadar geciktirilir.

Şekil 2.3.1. Yarım Köprü Evirici Devre Şeması

Yük üzerinden akan akımın davranışı aşağıdaki eşitliklerden bulunabilir.

S1A anahtarı kapalıyken;

(

S2A anahtarı kapalıyken;

(

Page 25: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

9

2.4. Rüzgârdan Elektrik Elde Edilmesi

Rüzgârdan elektrik enerjisi üretimi için milleri birbirine akuple edilmiş 3 fazlı asenkron

motor ile 3 fazlı DA Generatör kullanmaya karar verdik. Bu kararı almamızdaki sebep, rüzgar

gülleri ile bağlantılı generatörlerin fiyatlarının çok pahalı olmasıydı. Kurduğumuz sistemde

rüzgar gülleri yerine, generatör milimizi çevirmek için 3 fazlı asenkron motor o görevi

üstlenmiştir.

Page 26: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

10

3.TASARIM

Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar enerjisi ülkemizde ve dünyada son yıllarda

hızla gelişen ve üzerinde birçok araştırma yapılan bir alandır. Kurulum masrafları fazla

olmasına rağmen hızla kendini amorti etmesi ve söküm masraflarının olmaması bu alana olan

ilgiyi artırmaktadır. Ülkemizde yapılan geliştirme çalışmalarının artması ve hali hazırda onay

bekleyen birçok rüzgar enerjisi projesinin olması sebebiyle kurulum fiyatlarında da düşme

olması beklenmektedir.

Projemiz birbirinden yapı olarak farklı alt kısımlara sahiptir. Sistemimizin çalışmasını daha

iyi anlamak için ayrıntılı incelemelerden bu bölümde bahsedilmiştir. Bu kısım sistemin

tasarım aşamasıdır. Sistemimizde kullanılan malzemelerin türleri, miktarları ve maliyetleri

Ek.2’de sunulmuştur.

3.1. Yükselten (Boost) DA-DA Çeviricinin Tasarımı ve Malzeme Seçimi

Yükselten çevirici üretilen DA gerilimi istediğimiz değere çıkaran kısımdır. Ürettiğimiz

gerilimi istediğimiz değere sabitlemek için darbe genişlik modülasyonunun(DGM) ayarlandığı

kısımdır.

Sistemimizi oluştururken kullandığımız elemanlar aşağıda verilmiştir. Bu elemanlar

seçilirken devrenin sağlıklı çalışması ve ısınma durumları göz önüne alınmıştır.

Mosfet

Diyot

Endüktans

Kapasite

Direnç

Anahtarlama frekansını mikroişlemciden darbe genişlik modülasyonunu(DGM) kullanarak

seçtik. Giriş gerilimi rüzgârının sabit bir hızda esmediğinden mikroişlemciden

çıkış değerini 24V olarak girdik. Doluluk-Boşluk oranını anlık okuyup, istenilen değeri elde

etmeyi sağladık. Devremizdeki anahtarlama kayıpları, iletim kayıpları ve omik kayıplardan

dolayı çıkış değerini 27V olarak mikroişlemci içerisinde ayarladık.

Page 27: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

11

3.2. Rüzgâr Enerjisinden Elektrik Enerjisinin Elde Edilmesi

Rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretimi için 3 fazlı asenkron motorun milini 3 fazlı

DA generatörün miline akuple ettik. Bu akuple işlemi ile asenkron motorla generatörü sürdük.

Generatör çıkışındaki alternatif gerilimi doğrultucu kullanarak doğru gerilime çevirdik.

Doğrultucu çıkışındaki doğru gerilimi yükselten çeviricimizin girişine uyguladık.

3.3. Sistemin Gerçekleştirilmesi ve Kurulması

Projemizde birbirinden bağımsız tasarladığımız sistemlerin devre elemanlarını temin

ettikten sonra standartlara uygun tasarımları yapılmış ve uygulamaları tamamlanmıştır.

DA yükselten çevirici devresini bilgisayar ortamında hazırladığımız simülasyonların

ışığında kurduk. Devre bağlantılarını bölümlere ayırıp her bölümü kendi içinde test ettik. Her

bölüm içerisinde devremizden akacak akım değerlerine kullanılan elemanların davranışlarını

gözlemledik. Devremizi parça parça bir araya getirdik. Darbe genişlik modülasyonunu

ayarlamak için mikroişlemciye gerekli yazılımı yükledikten sonra sistemi çalıştırdık.

Yükselten çevirici sonundaki gerilim değerini LCD ekranda yazdırdık. Mikroişlemci ile darbe

genişlik modülasyonunun ayarlanabilmesi için analog-sayısal dönüşümünün hatasız yapılması

gerekmektedir aksi halde darbe genişlik modülasyonu gerçekleşmeyecektir. Mikrokontrolör

kullanmamızdaki amaç sisteme dışarıdan bir etki yapmadan sistemin kendi kendisini otomatik

olarak denetlemesidir. İstenilen çıkış gerilim değeri sağlandığında akülerin şarj edilmesi

hedeflenmiştir.

Evirici devresinde daha önceden ürettiğimiz 24V DA gerilim, TL494 entegresi kullanılarak

DGM üretimi sağlanmıştır. TL494'ün beşinci ve altıncı ayaklarındaki kapasite ve direnç

değerleri ile darbenin genliğini ayarladık. Darbe genliğini aşağıdaki formülden hesapladık.

TL494'ün üç ve ondört bacakları arasına 10k'lık potansiyometre bağlayarak doluluk boşluk

oranını ayarladık.

(13)

TL494'de üretilen DGM, birisi tersleyen entegre ile MIC4451 sürücüden MOSFET'e diğeri

ise MIC4451 sürücüsünden MOSFET'e gelir. Devrenin girişinden verilen kare dalga

Page 28: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

12

harmonikli şekilde çıkıştan tam kare dalga elde edilir. 24V DA gerilim 24V AA gerilime

dönüştürüldükten sonra tek fazlı trafo bağlanarak 220V AA gerilime yükseltilir. Harmonikler

T süzgeç devresinde giderilerek 220V AA gerilim yüke verilecek hale gelir.

Page 29: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

13

4. BENZETİM ÇALIŞMALARI

Yapacağımız benzetimler üç ana başlık üzerinden açıklanmıştır. Bu başlıklar; Yükselten

çevirici devresi, denetleyici devresi ve evirici devresidir.

4.1. Yükselten (Boost) DA–DA Çeviricinin MATLAB/Simulink Simülasyonu

Yükselten çevirici devresi giriş gerilimini darbe genişlik modülasyonuna göre yükselterek

çıkış gerilimini arzulanan değere çıkarmaya yarar. Yükselten çevirici devresinde kullanılan

elemanların görevlerinden temek olarak bahsedersek, MOSFET anarlama yapmak, kapasite ve

endüktans enerjinin depolanmasını sağlamak ve diyot ise devrenin girişine akım akmasını

önlemek için kullanılmıştır. MATLAB/Simulink’te oluşturduğumuz Yükselten çevirici

devremiz Şekil 4.1.1’de gösterilmektedir.

Şekil 4.1.1 MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Simülasyonu

Yükselten çevirici girişine gelen gerilimin doluluk boşluk oranı %82 seçilerek çıkış

gerilimin değeri Şekil 4.1.2’de gösterilmektedir.

Page 30: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

14

Şekil 4.1.2 MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Çıkış Gerilimi

Yükselten çevirici çıkış gerilimi ç

denkleminden hesaplanmıştır. Şekil 4.1.2

Yükselten çevirici devresinin çıkış gerilimini geçici ve sürekli haldeki değerlerini

göstermektedir. Sürekli haldeki çıkış gerilimi 24V değerinden aşağıdadır. Yükselten çevirici

devresindeki anahtarlama ve kullanılan elemanların kayıplarından dolayı sürekli halde 24V

değeri yakalanamaz. Yükselten çevirici devresinin çıkış akımı Şekil 4.1.3'de gösterilmiştir.

Şekil 4.1.3 MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Çıkış Akımı

Page 31: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

15

4.2. DA/DA Yükselten Çevirici Devre Simülasyonu

Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi elde edildikten sonra bu enerjinin depolanması

gerekmektedir. Rüzgâr hızının üretilecek enerji için her daim sabit gerilim üretmemesi

nedeniyle yükselten çevirici çıkışında gerilimin depolanması gerekmektedir. Bu nedenle

üretilen enerji akülerde depolanmaktadır. Simülasyonu yapılan devremizde kullanılan

malzemeler Tablo 1'de, oluşturulan simülasyon ise Şekil 4.2.1'de verilmiştir. MOSFET

elemanıyla ayarlanan anahtarla için doluluk boşluk oranı mikroişlemci ile ayarlanmaktadır.

Akülerin çıkışından 10A 24V elde edilecektir.

Tablo 4.2.1. Yükselten Çevirici Devre Parametreleri

Direnç

R1=100 Ω

R2=0,33 Ω

Kapasitör

C1=680 nF

C2=1000 uF

Endüktans

L=5 mH

Diyot I = 10 A

Vdc = 100 V

MOSFET

Low side

I = 75 A

V = 80 V

Page 32: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

16

Şekil 4.2.1. MATLAB/Simulink DA/DA Yükselten Çevirici Devre Şeması

Aküleri şarj edecek yükselten çevirici devresinin MATLAB simülasyonu yukarıdaki gibi

yapılmıştır. Akü olarak yazılmış direnç yük direncidir. Devrenin elemanlarından MOSFET

anahtarlama elemanı, D1 ve D2 diyotu, L endüktansı, C1 ve C2 kapasitesidir. MOSFET

elemanına bağlı R1 ve C1 elemanları susturucu elemanlardır. D2 ters akım akmasını

önlemektedir.

4.3. Yükselten (Boost) Çevirici Devrenin Kontrol Elemanıyla Simülasyonu

Yükselten çevirici devremizi mikrokontrolör kullanarak yaptığımız simülasyon Şekil

4.3.1'de görüldüğü gibidir. Bu simülasyon projemizde kullandığımız modellemenin en yakın

gösterimidir. Mikro denetleyicinin yazılımsal kısmı bilgisayar ortamında test edilmiştir.

Mikrokontrolörün 17 numaralı pininden darbe geniş modülasyonu yükselten çeviricimize

verilmektedir. 2 ve 3 numaralı pinler vasıtasıyla mikrokontrolöre gelen gerilim bilgisi yazılım

içerisinde hata giderilerek düzeltilir. Ayrıca gerilim bilgisi LCD ekranda yazdırılmaktadır.

Yazılım yapılırken Şekil 4.3.2'deki akış diyagramı işlem basamakları sırasıyla işleme

alınmıştır.

Page 33: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

17

Şekil 4.3.1 Yükselten Çevirici Devrenin Denetleyici ISIS Simülasyonu

Page 34: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

18

Şekil 4.3.2. Akış diyagramı

4.4. Evirici Devrenin MATLAB/Simulink Simülasyonu

Evirici devrenin Matlab/Simulink kullanılarak oluşturulan simülasyonu yapılmıştır.

Matlab/Simulink benzetimi Şekil 4.4.1’de görüldüğü gibidir. Eviricinin akım ve gerilim

değerlerinin zamanla değişimi de sırasıyla Şekil 4.4.2 ve Şekil 4.4.3'de gösterilmiştir.

BAŞLANGIÇ

ADC DÖNÜŞÜMÜ

BİLGİ

KARŞILAŞTIRMA

DOLULUK-BOŞLUK

AYARI

SON

Page 35: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

19

Şekil 4.4.1. Evirici Devrenin MATLAB/Simulink Benzetimi

Page 36: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

20

Şekil 4.4.2 Evirici Devrenin Çıkış Akımı

Şekil 4.4.3 Evirici Devrenin Çıkış Gerilimi

Page 37: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

21

5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Bu kısımda Ek.3’de verilen çalışma takvimine göre yaptığımız deneysel çalışmalar ve bu

çalışmalar sonucunda elde ettiğimiz sonuçlar başlıklar halinde sıralanmıştır.

5.1. DA/DA Yükselten Çevirici Devre

Yükselten çevirici devremizin mikroişlemci kontrollü olacağından daha önceki bölümlerde

bahsetmiştik. Mikro işlemci ile kontrol ayarlanan zaman dilimlerinde geri besleme ile referans

gerilimi ve çıkış gerilimi karşılaştırılarak doluluk boşluk oranı ayarlanmaktadır.

Devremizi test ederken doğru akım kaynağı kullanarak giriş gerilimini istediğimiz

değerlere ayarlayabildik. Devremizi oluştururken parça parça inceleyerek yaşanacak sorunları

minimize etmeyi amaçladık. Mikroişlemci ile kontrol yapmadan önce TL494 entegre devresi

ile anahtarlamaları doğrudan kendimiz ayarladık. TL494 entegresi ile oluşturduğumuz kare

dalga ile doluluk boşluk oranını elle değiştirerek devremizin farklı değerlerdeki

karakteristiklerine baktık. Devremizde kullanılan elemanların kayıplarından dolayı teorik

devre ile uygulama devresi arasındaki farkı gözlemleyip anahtarlamaların değişmesi

gerektiğine karar verdik. Devrenin sağlıklı çalışabilmesi için yapılan anahtarlamanın önemini

gördük. Yükselten çevirici devrenin referans gerilimi ile MOSFET kapı geriliminin ilişkisi

ayarlanamaz ise sonuçların hatalı olduğunu gözlemledik. Mikroişlemcinin ayarlayacağı darbe

genişlik modülasyonu deneyler esnasında potansiyometre ile ayarlanarak giriş gerilimi ve çıkış

gerilimi arasındaki ilişkiler Tablo 2 ve Tablo 3'de verilmiştir.

Page 38: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

22

Tablo 5.1.1. Yükselten Çevirici Giriş Gerilimi Sabitken Elde Edilen Veriler

Vin(V)

Vout(V)

Doluluk Oranı

1.5 24.88 %40

1.5 25.40 %50

1.5 26.31 %60

1.5 25.65 %70

1.5 24.14 %80

1.5 19 %90

1.5 8.10 %97

Tablo 5.1.2. Yükselten Çevirici %75 Doluluk Oranı Sabitken Elde Edilen Veriler

Doluluk Oranı

Vin(V)

Vout(V)

%75 1 18.1

%75 2 29.73

%75 3 37.04

%75 4 39.40

%75 5 40.20

%75 6 38

%75 7 37

5.2. Evirici Devre

Evirici devremizde doluluk boşluk oranını ayarlamak için TL494 entegresini kullandık.

TL494'ün besleme voltajı en az 7V en yüksek 42V'dur. İdeal besleme gerilimi 12-15V

değerleri arasındadır. TL494 iki adet çıkışı olan darbe genişlik modülasyonu(DGM) üretecidir.

Bu entegre, ürettiğimiz DGM ile çalışma frekansını ayarlayabilme imkanı sunmaktadır.

TL494'ün pin9 ucundan aldığımız DGM evirme işlemleri için MOSFET'lere verilmektedir.

Page 39: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

23

Evirici devrenin çıkışından aldığımız harmonikli AA gerilim Şekil 5.2.1'de verilmektedir.

Evirici devrenin sonuna harmonikleri gidermek için T süzgeç devresi bağlanmıştır ve sonuçlar

aşağıda kaydedilmiştir.

Şekil 5.2.1. Evirici Devre Çıkışı Osiloskop Görüntüsü

Tablo 5.2.1. f=5kHz ve V=12V Sabitken Frekans, Gerilim, Akım Değerleri

Yük I(mA) (V)

Yokken 130 215

7W 770 181

1.2k 940 215

1M 130 215

Devremizi kurarken simülasyon değerleri ile gerçek değerler birbirine benzememektedir.

Evirici devremizin TL494 kısmında bir problem yaşamamıza rağmen yük bağlı devrede

gerilim düşümleri gözlemledik. MOSFET'lerin çıkışında ise istediğimiz değerleri yakaladık.

Şekil 5.2.2'de MOSFET çıkışı gerilim değeri osiloskoptan kaydedilmiştir.

Page 40: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

24

Şekil 5.2.2. f=5kHz İçin MOSFET Çıkışı Osiloskop Görüntüsü

Page 41: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

25

6.SONUÇLAR

Rüzgar enerji sistemleri genel olarak düşük enerji ihtiyaçlarının karşılanmasında

kullanılmaktır. Günümüzde yapılan çalışmalar sonucunda büyük çaplı enerji ihtiyaçlarının

karşılanmasında da yaygınlaşmaya başlamıştır. Yaptığımız proje sonucunda aşağıdaki

sonuçlara varılmıştır.

3 Fazlı Asenkron Motorun miline 3 fazlı AA Genaratör bağlanarak alternatif gerilim

elde edilmesi.

AA gerilimin 3 fazlı doğrultucuyla doğrultulması.

Yükselten çevirici devresiyle gerilimin referans değere yükseltilmesi.

Mikroişlemci ile kontrol yapılması.

Akülerin şarj edilmesi.

DA gerilimin evirici devresiyle AA gerilime çevrilmesi.

AA gerilimin süzgeç devresi ile harmoniklerinin giderilmesi.

Projemizin bazı kısımları teorik sonuçlarla bire bir örtüşmese de sorunlara çözüm getirdik.

Aldığımız derslerle paralellik gösteren konularda bilgilerimizi pekiştirme imkanı sağladık.

Mühendislik bakış açısının sorunlarla baş etme kısmında tecrübe ve fikir sahibi olduk.

Page 42: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

26

7. DEĞERLENDİRME

Enerjinin büyük çoğunluğunu dış ülkelerden alan ülkemizde yenilenebilir enerji

kaynaklarından rüzgar enerjisiyle, hem dışa bağlı ekonomik sorumlulukların hem de pahalı

enerjinin önüne geçilmiş olunmaktadır. Ülkemizdeki enerji açlığı düşünüldüğünde rüzgar

potansiyeli bakımından jeopolitik konumumuzun zenginliğiyle yapılacak olan rüzgar

santrallerinin ülkenin enerji ihtiyaçlarına yardım edecek kapasitededir. Ülkemizde artan rüzgar

santralleri sayısı ve onay bekleyen projeler düşünüldüğünde rüzgar enerjisinin önemini bir kez

daha ortaya çıkacaktır. Rüzgar enerjisinin yenilebilir enerji kaynaklarından olması sebebiyle

maliyet, temiz enerji ve %100 yerli olması gibi konularda ön plana çıkmasını sağlamıştır.

Gün geçtikçe gelişen rüzgar enerjisi sektöründe elektrik mühendislerinin bu konuya olan

ilgisi ve eğilimi de artmaktadır. Özellikle büyük güçte elektrik üretimi, bu üretimin

enterkonnekte sisteme bağlanması konusunda elektrik mühendislerinin yoğun çabası ve

araştırması bulunmaktadır. Bu projeyi seçerek bizde bu alandaki AR-GE çalışmalarının bir

parçası olmak ve ileride bu konu üzerinde çalışmak istememizdir. Günümüzde her vatandaşın

teknolojiyle iç içe olması enerji ihtiyacının karşılanması konusuna itmiştir. Bu konuda rüzgar

enerjisinin elektrik hattı olmayan dağ evlerinde, elektronik aletlerin çalıştırılmasında, evlerin

kendi enerjisini üretmesinde yararlı bir sistemdir.

Ülkemizin rüzgar potansiyeli bakımından jeopolitik öneme sahip olduğunu söylemiştik.

Kurulacak rüzgar santrallerinde üretilen enerjinin verimi ise üstünde durulması gereken başka

bir konudur. Bu bakımdan Ek.1'de gösterilen rüzgar potansiyelleri haritasından potansiyel

bakımdan yüksek yerlere santrallerin kurulması gerekmektedir. Bu durumun gözetilmesi hem

enerji hem de maliyet bakımından büyük kazanç sağlayacaktır.

Tasarım Projesi kapsamında aldığımız bu sistem teorik ve pratik kısımlarda birbirinden

ayrılmıştır. Çünkü teorik olarak tasarladığımız sistem ile pratikte hazırladığımız sistemin

kayıplar bakımından büyük farkları vardır. Bu bakımdan sistemi oluştururken kayıpları

minimize edecek şekilde malzeme seçimleri ve devre yapıları üzerinde durulmuştur.

Page 43: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

27

KAYNAKLAR

[1]. Enver ŞİPAR - Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü - Rüzgar Enerjisi

Türbin Sistemleri İçin Gerçek Zamanlı Dinamik Analiz Simülatörü Gerçekleştirilmesi,

İstanbul 2011

[2]. Yrd. Doç. Dr. Önder GÜLER, Dünyada ve Türkiye' de Rüzgar Enerjisi, İstanbul Teknik

Üniversitesi, Enerji Enstitüsü

[3]. http://www.wwindea.org, pressrelease, 7 March 2005

[4]. http://www.epdk.gov.tr, Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu (EPDK).

[5]. Mohan, Undeland, Robbins: Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3rd

Edition

Page 44: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

28

EKLER

Page 45: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

29

EK.1

.

Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyeli Atlası (REPA)

Page 46: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

30

EK.2 Maliyet Tablosu

Malzeme Türü Birim

Fiyatı(€) 100 Adet(€) 1000 Adet(€)

Kullanım

Adedi

MIC 4451 3.09 2.51 2.10 3

TL 494 0.69 0.53 0.31 2

LM 741 Op-Amp 0.66 0.44 0.33 3

DSEI12-12 Diyot 2.02 1.56 0.96 6

1GIGTA Mosfet 0.59 0.59 0.36 3

15ETH06FP Diyot 1.37 1.14 0.99 2

680nF Kapasite 2.09 1.42 0.91 2

1000nF Kapasite 1.49 0.99 0.49 1

100nF Kapasite 1.76 1.41 1 2

1nF Kapasite 0.61 0.24 0.152 3

10nf Kapasite 0,78 0.39 0.174 2

0.1uF Kapasite 0.21 0.73 0.49 5

470uF Kapasite 0.66 0.52 0.43 2

10K Direnç 0.84 0.69 0.42 1

1K Direnç 1 0.78 0.62 4

LM7805 0.54 0.42 0.29 1

10K Direnç 0.84 0.69 0.42 1

230K Direnç 0.84 0.69 0.42 1

10K Direnç 0.84 0.69 0.42 1

100 0.84 0.69 0.42 1

LM7812 0.54 0.42 0.29 1

Bakır Plaka 1.3 - - 3

18F4620 PIC 7.79 4.52 4.52 1

PİC Deney Kartı 22 - - 1

10K Pot 0.25 0.13 0.13 2

Page 47: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

31

Sanayi Masrafları 130 - - 1

Toplam 443,87 TL 364,35 TL 349,01 TL

Page 48: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

32

EK.3 Çalışma Takvimi

İŞ – ZAMAN ÇİZELGESİ

Aylar İş Paketi Adı / Yapılacak İş Tanımı

Malzemelerin

Temin

Edilmesi

Sistemin

Gerçekleştirilmesi

Hedeflerin

Yapılan

Projede

Aranması

Deney Sonuçları Sisteme Son

Halinin

Verilmesi

1 Malzemenin

teslim

alınması

Sistemin

mühendislik

şartlarında

gerçeklenip

maksimum

güç

verilmesi ve

normal

şartlar

altında

optimum

sonuç elde

edilmesi

2 Malzemelerin

test edilmesi

Sistemin planlı bir

şekilde kurulması

Devre

parametrelerinin

elde edilmesi.

3 Arızalı parça

varsa,

değişim

yapılması

Sistemin Test

Edilmesi

Akünün

boşaltılarak

sistemin

değişken

şartlarda şarja

bırakılması

Generatörün

ayaklara

bağlanması

ve

sabitlenmesi

4 AA yüklerin

tasarımı ve test

edilmesi

Çevirici ve

evirici

devrelerin

bağlanması

5 Eviricinin test

edilmesi

Sistemin test

edilmesi ve

hata varsa

üzerinden

geçilmesi

Page 49: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

33

EK.4 Standartlar ve Kısıtlar Formu

Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları

cevaplayınız.

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar enerjisi ile enterkonnekte şebekenin

ulaşamadığı yerlerde ve enerji ihtiyacının az olduğu yerlerde kullanılabilir.

2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?

Projemizde rüzgar enerjisinin hızına ve şiddetine bağlı olarak değişen üretilen gerilimi

yükselten çevirici ile yükseltip evirici devresiyle alternatif gerilime çevirdik. Yükselten çevirici

devresinde mikroişlemci kullanarak tam kontrollü geri besleme sağladık.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Doç. Dr. Halil İbrahim OKUMUŞ hocamızın dersi olan "Güç Elektroniği Devreleri" dersinde

gördüğümüz DA / DA yükselten (Boost) çeviriciyi kullandık.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Projemize başlarken kendimize kural olarak koyduğumuz maksimum verim minimum maliyet

prensibine göre sistemimizi oluşturduk. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar

nelerdir?

a) Ekonomi

Oluşturduğumuz sistemde en fazla maliyete sahip malzeme DA Generatördür. Bu

generatörü bağış sayesinde edindik.

b) Çevre sorunları:

Page 50: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

34

Projemizin yenilenebilir enerji kaynağı olması sebebiyle herhangi bir çevre sorunuyla

karşılaşmadık. Ancak kurulacak büyük sistemlerde gürültü ve görüntü kirliliğine sebep olduğu

görülmüştür.

c) Sürdürülebilirlik:

Projemiz özellikle düşük enerji ihtiyacı olan yerlerde kullanılabilir.

d) Üretilebilirlik:

Kendi kendini kısa sürede amorti etmesi nedeniyle üretimi rahat yapılabilir.

e) Etik:

Projemizde etik değerlere karşı gelen bir durum bulunmamaktadır.

f) Sağlık:

Doğal kaynakların kullanılmasından dolayı insan sağlığına olumsuz bir etkisi

bulunmamaktadır.

g) Güvenlik:

Elektrikle çalışma ve işletme ile ilgili güvenlik standartları projemizde de

bulunmaktadır. Güvenlik açısından İş Güvenliği ve Sağlığı kurallarına uyulduğu

taktirde herhangi bir sorun teşkil etmemektedir.

h) Sosyal ve politik sorunlar:

%100 yerli olması bu projenin, bir ülkenin enerji ihtiyacında dışa bağımlılığını ortadan

kaldırmaktadır. Dolayısıyla politik bir sorun oluşturmamaktadır. Görüntü ve gürültü kirliliği

dışında sosyal sorunu bulunmamaktadır.

Page 51: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

35

Projenin Adı RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ

Projedeki Öğrencilerin

adları

Oğuz GÜNDÜZ

Muzaffer MANGIR

Oğuzhan NİŞANCI

Rasim Berk AKTAŞ

Tarih ve İmzalar 24.05.2013

Page 52: LİSANS BİTİRME PROJESİ RÜZGAR ENERJİ SİSTEMİ · araştırmalara göre elektrik ihtiyacının %20'sini rüzgardan sağlayan ülke Danimarka'dır. Almanya %6, İspanya %5 ve

36

ÖZGEÇMİŞ

Oğuz GÜNDÜZ

25 Temmuz 1990'da Elazığ'da doğmuştur. Babasının mesleği sebebiyle ilk ve orta öğretim

hayatını sırasıyla Çorum, Erzurum ve Karabük'te geçirmiştir. Lise öğrenimini Rize Anadolu

Lisesinde tamamlayıp 2008 yılında başarıyla mezun olmuştur. 2009 yılında Karadeniz Teknik

Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümünü kazanarak üniversite hayatına

başlamıştır. Halen bu bölümde öğretim hayatına devam etmektedir.

Muzaffer MANGIR

25 Temmuz 1990'da Konya'da doğmuştur. İlköğretim hayatını Almanya'nın Frankfurt

şehrinde geçirmiştir. Almanya'da başladığı Gymnasium okulunu yarıda bırakıp Türkiye'ye

kesin dönüş yapmış ve ortaöğretim için Konya Dolapoğlu Anadolu Lisesine geçiş yapmış ve

liseyi burada tamamlamıştır. 2009'da Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik

Mühendisliğini kazanıp 2011'de Elektrik-Kontrol dalını seçmiştir. Halen bu bölümde öğretim

hayatına devam etmektedir.

Oğuzhan NİŞANCI

8 Haziran 1990 da Trabzon'un Vakfıkebir İlçesinde doğmuştur. İlköğretim ve

ortaöğretimini Çarşıbaşı'nda Gazi İlköğretim Okulu'nda okumuştur. Liseyi Trabzon Kanuni

Anadolu Lisesi'nde tamamlamıştır. 2009 yılında KTÜ Elektrik-Elektronik mühendisliğini

kazanarak üniversiteye başlamıştır. Şuan bu bölümde okumaya devam etmektedir

Rasim Berk AKTAŞ

2 Mart 1990’da İzmir’de doğmuştur. İlk ve orta öğretim hayatını sırasıyla Merzifon, Konya

ve Eskişehir'de tamamlamıştır. 2007 yılında Konya Selçuk Üniversitesi Biyoloji Bölümü’nü

kazanmıştır. 2009 yılında Selçuk Üniversitesinden ayrılarak Karadeniz Teknik Üniversitesi

Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümünü kazanmıştır. Öğretim hayatına Karadeniz Teknik

Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektrik ve Kontrol dalında devam

etmektedir.