07210010 irfan yildirim bitirme proje sunum

Page 1

T.C. Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

HER BİRİ 20 DAİRELİ 4 BLOKTAN OLUŞAN BİR SİTENİN BAZI BÖLÜMLERİNİN GEREKLİ ELEKTRİK İHTİYACININ GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ SAĞLANMASININ ARAŞTIRILMASI (BİTİRME PROJESİ) 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


1.1-Güneş Enerjisi Güneş enerjisinin dünyadaki uygulamaları doğrudan veya dolaylı olarak elektrik üretimi ve termal uygulamalar olmak üzere ikiye ayrılır. Bu hazırlanan bitirme projesinde her biri 20 daireli 4 bloktan oluşan bir sitenin bazı bölümlerinin gerekli elektrik ihtiyacının güneş enerjisi destekli sağlanmasının araştırılması ve uygulama hakkında gerekli bilgileri vermektedir. Şekil 1- Güneş Enerjisi Üretiminin Yıllara Göre Değişimi 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Bir güneş pili sisteminin maliyeti, depolama yapılmadığı zaman 0,3 - 0,4 $/kWh civarındadır. Bu maliyet ile güneş pili sistemleri, enterkonnekte (bağlaşımlı) şebekenin olmadığı veya ulaşımının zor ve pahalı olduğu yerlerde, küçük güçteki uygulamalarla (birkaç kW kadar) bilinen enerji kaynaklarıyla ekonomik açıdan yarışabilir düzeydedir. Şekil 1- Güneş Enerjisinden Elektrik Üretimi

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


AYLIK

AYLAR

TOPLAM

GÜNEŞL

GÜNEŞ

ENME

ENEJİSİ

SÜRESİ

(kWh/m2 ay)

(Saat/Ay)

OCAK

51,75

103,0

ŞUBAT

63,27

115,0

MART

96,65

165,0

NİSAN

122,23

197,0

MAYIS

153,86

273,0

HAZİRAN

168,75

325,0

TEMMUZ

175,38

365,0

AĞUSTOS

158,40

343,0

EYLÜL

123,28

280,0

EKİM

89,90

214,0

KASIM

60,82

157,0

ARALIK

46,87

103,0

TOPLAM

1311

2640

ORTALAMA

3,6 kWh/m2

7,2

gün

saat/gün

Tablo 1-Aylara göre güneş enerjisi (EİE) 07210010

1.2- Türkiye’ de Güneş Enerjisi Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EİE) tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saattir (günlük toplam 7,2 saat).

irfan YILDIRIM

27.6.2011


1.2- Türkiye’ de Güneş Enerjisi BÖLGE

TOPLAM

GÜNEŞLENM

GÜNEŞ

E SÜRESİ

ENEJİSİ

(Saat/yıl)

(kWh/m2 yıl) G.DOĞU

1460

2993

AKDENİZ

1390

2956

DOĞU

1365

2664

İÇ ANADOLU

1314

2628

EGE

1304

2738

MARMARA

1168

2409

KARADENİZ

1120

1972

ANADOLU

Tablo 2’ de görüldüğü gibi Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir.

ANADOLU

Tablo 2-Bölgelere göre güneş enerjisi (EİE) 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


2.MATERYAL Güneş pilleri (fotovoltaik diyotlar) üzerine güneş ışığı düştüğünde, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir. Bu enerji çevriminde herhangi devingen (hareketli) parça bulunmaz. Güneş pillerinin çalışma ilkesi, Fotovoltaik (Photovoltaic) olayına dayanır.

Şekil 2- Basit bir güneş pili

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


İlk kez 1839 yılında Becquerel, elektrolit içerisine daldırılmış elektrotlar arasındaki gerilim, elektrolit üzerine düşen ışığa bağımlı olduğu gözlemleyerek Fotovoltaik olayını bulmuştur. Katılarda benzer bir olay ilk olarak selenyum kristalleri üzerinde 1876 yılında G.W. Adams ve R.E. Day tarafından gösterilmiştir.

Şekil 3- Güneş pilinin elektriksel olarak incelenmesi 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


2.1 Fotovoltaik Elemanlar Fotovoltaik sistemin ana elemanları güneş panelleri, kontrol üniteleri, eviriciler, akü ve bağlantı elemanlarıdır. Panel güç üretimi, akü güç depolama, kontrol ünitesi ve evirici kontrol ve sistem muhafaza görevlerini icra eder. Şekil 5’ da fotovoltaik elemanların bağlantıları gösterilmektedir.

Şekil 5- Fotovoltaik sistemin ana elemanları 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Güneş paneli: Sistemin temeli ve en değerli parçasıdır. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümü basit olarak burada gerçekleşir. İlk yatırım maliyeti, sistemin ömrü ve performansı açısından panellerin seçimi hayati önem taşır.

Şekil 6- Güneş Panelleri 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Akü: Şebekeden bağımsız, otonom sistemlerde enerjiyi depolar. Sisteme adapte akü bankasının kullanımı tüm yatırım performansını ciddi olarak etkiler.

Solar Şarj Aküleri birim fiyatı ortalama = 310$ ila 800$ arasında değişiklikler göstermektedir. [3]

Şekil 7- Solar Akü [3] 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Kontrol Ünitesi: Sistemin beynidir. Şarj, deşarj, aşırı sıcaklık, çalışma saatleri gibi parametreleri düzenler. Şekil 8- Kontrol Ünitesi [3]

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Evirici: Güneş panellerinden çıkış 12VDC, 24VDC ya da 48VDC doğru akım olduğu için genellikle DC-AC evirici, bazen de DC-DC evirici kullanılır.

Şekil 9- Evirici [3]

Solar Şarj Regülatörü birim fiyatı ortalama = 250 Euro ila 5300 Euro arasında değişiklikler göstermektedir. 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Fotovoltaik modüler sistem tasarımını etkileyen faktörler şu şekildedir; Güç kullanımı nasıl ve toplam yük ne olacak? Öngörülen günlük çalışma süresi nedir? Sistem nerede kurulacak? Atmosfer değerleri, güneş ışınımı, gölgelenme durumu, ortalama güneş saatleri nedir? Sistem şebeke bağlantılı mı yoksa otonom mu düşünülüyor? Çıkış voltajı, alternatif ya da doğru akım? Tüm elektriksel parametreler; kapasitif, indüktif karakter, başlangıç akımı, güç dinamik durumu nedir? 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Şekil 9- Güneş Kolektörü [3]

Güneş Kolektörü: Güneş kolektörleri, güneş radyasyonunu alıp bir akışkan (sıvı yada hava) bünyesine geçiren birer ısı değiştiricidirler. Üç grupta sınıflandırılırlar. Genellikle sabit olarak çalışırlar ve akışkan sıcaklığı 95 ºC’ye kadar yükselebilir. 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Kolektörlerden aşağıdaki özellikler beklenir: • Yüksek verimlilik • Uzun ömür • Ucuz fiyat, kolay montaj Fotosel Röle: Fotosel röle, bir ışık sensörüne (göz) bağlı olarak gün ışığını izleme ilkesiyle çalışır. Karanlıkta aydınlatma sistemlerini devreye alıp, gün ışığında devreden çıkartacak şekilde görev yaparlar.

Şekil Fotosel rölenin bağlantı şeması. 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


3.YÖNTEM

3.1. İhtiyaç Duyulan Sıcak Su Temini Güneş enerjili sistemlerin en ekonomik ve en yaygın olarak kullanıldığı sistemlerin başında, sıcak su hazırlama sistemleri gelir. Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinin en büyük kullanım alanlarının başında gelen konutlarda sistem, çatıya veya rahat bir şekilde gün boyu güneş alabilecek yüksekçe bir yere, ekvator yönüne bakacak şekilde yerleştirilen, bir düzeyli toplayıcı grubu ile konut için gerekli olan toplam enerjinin yaklaşık %12’sini teşkil eden sıcak su hazırlamak için, gerekli olan enerjinin temini sağlanabilir. 2007 yılında su ısıtmada güneş enerjisinden faydalanma: 420 000 TEP Potansiyel: 76 000 000 TEP Oran: 0.55 % 1 TEP = 11630 kWh = 11.63 MWh Şekil 3.2 Tabi dolaşımlı kapalı devre sistemi 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Yakıt Tipi YıllıkYakıt Miktarı , My

Yakıt Bedeli, Güneş Kolektörü Kullanılması Fy Durumunda Gereken İlave Yakıt Miktarı (TL/yıl) ve Yakıt Tutarı Yakıt Miktarı

Yakıt Tutarı (TL/yıl )

Doğal Gaz

10220 m3/yıl

6814

3066 m3/ yıl

2044

Kömür

14052 kg / yıl

5167

4216 kg / yıl

1550

LPG

7528 kg / yıl

22242

2258 kg / yıl

6673

Odun

33726 kg / yıl

14052

10177 kg / yıl

4216

Gazyağı

8107 kg / yıl

24128

2432 kg / yıl

7238

Elektrik

98040 kWh/yıl 15845

29412 kWh/yıl

4754

07210010

Çizelge 3.1. Güneş Kollektörü Kullanılması Durumunda Gereken İlave Yakıt Miktarı ve Yakıt Tutarı irfan YILDIRIM 27.6.2011


3.2. Hidrofor Sistemi Hidrofor: Su basınçlandırma sistemlerine ait, binalarda, işyerlerinde, iş ve alışveriş merkezlerindeki su ihtiyacını karşılamak, şehir şebeke sularının basıncının yetmediği yerlerde kullanılan, pompa tipi motorlardır. Gerekli Debi Q (m3/saat) = Su Kullanan Kişi Sayısı x Kişisel Günlük Tüketim x F/1000 h = (5 kat+1 kat bodrum) x 2,8 m (bir kat yüksekliği) = 16,8 m Δh = 0,2 x h = 0,2 x 16,8 metre = 3,36 metre. Daire Sayısı = 20 Gerekli Min. Basınç = 16,8 + 3,36 + 15 = 35,16 mSS = 3,516 bar Kişi Başına Günlük Tüketim = 100 litre/gün F - Eş Zamanlılık Faktörü = 0,3 Gerekli Debi= Q = 20 x 5 x 100 x 0,3/1000 = 3 m3h (Debi hesaplanırken, her dairede 5 kişi yaşadığı varsayılmıştır.) Şekil 3.4. Hidrofor) 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Sistem

Teknik

A Fiyat(TL)

elemanı

özellik

d

Tutar (TL)

e t Güneş pili

Akü

150W, 21.6

2

1267.5

6337.5

V, 6.95A

0

12V, 60Ah

2

100

500

2

838

838

0 Hidrofor

1 HP (0,75 kW) 37 kg

İnverter

750 W

1

500

500

Şarj regülatörü

12V

1

400

400

Toplam

07210010

Gerekli hesaplamaya göre, basınç aralığına 4060 metre veya 40-70 metre ve bu basınç aralığında ortalama 3m3/saat debi verebilen 403/10-1 [1 HP (0,75 kW) 37 kg ağırlık, tek pompalı].

8775.5

irfan YILDIRIM

27.6.2011


3.3. Asansör Sistemi İnsan Asansörleri İnsan asansörleri özellikle insanların taşınmasına ait, kullanma rahatlığı ve kabin konforu sağlanmış olan asansörlerdir. Bir bölümü, tekerlekli sandalye ve sedye ile hasta taşıyabilecek kabin formunda olmak üzere “Hasta Asansörleri” adını alır. TS 863 standardına göre insan asansörlerinin aşağıdaki şekilde sınıflandırılır. • Sınıf I Asansörü: Sadece insan taşımak üzere tasarlanmış asansördür. • Sınıf II Asansörü: Esas olarak insan taşımak üzere tasarlanan, ancak gerektiğinde yük de taşınabilen asansörlerdir. • Sınıf III Asansörü: Sağlık tesislerinde kullanılmak üzere hasta, sedye vb. eşyaları taşımak üzere tasarlanmış asansörlerdir.

Şekil 3.4. Hidrofor) 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


ASANSÖR MOTOR GÜCÜ HESABI P: Kabin en alt noktada iken gerekli olan kuvvet Gk :Kabin ağırlığı (kg) Gy :Taşıma yükü (kg) Gh :Halat ağırlığı (kg) N :Gerekli motor gücü (HP) V :Kabin hızı (m/s) Verim : η=0.45 seçildi Toplam verim : 1/η/2.2 (TS 181’e göre) P= (Gk+Gy+Gh)-(Gy/2)= Gy/2+Gh N= (1/η)*(P*V/102)= (240+53.04)*0.63/102*1/0.45=1/0.45 =4.02 KW

Şekil 3.5 Asansör tesisine ait bölümler 07210010

Bu yüzden asansörün sadece aydınlatılması güneş enerjisi ile karşılanacaktır. irfan YILDIRIM

27.6.2011


3.4. Merdiven Aydınlatılması Şekil 3.7. Infrared detektörde 360 görüş açısı elde edilmesi

Merdiven aydınlatmasında uluslararası standartlara göre en az 50 lüx aydınlık gerekir .Tasarlanan sistemde PIR detektörleri kullanılmıştır. Bu detektörler ısı enerjisi olarak adlandırılabilen kızılötesi enerjilerin farklılığını algılarlar. Mutlak sıfır olan –273 C’den daha büyük sıcaklığa sahip bütün nesneler kendi ısılarına göre enerji yayarlar. Örneğin vücut isisin 37 C olan bir insan, ısısı 20 C olan bir duvardan daha fazla enerji yayar .

Şekil 3.8. PIR sensörlü elektriksel bağlantı seması 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Sistem

Teknik

Fiyat(TL)

elemanları

Özellik

Lamba

75 W 50Hz 2

Tutar (TL)

20

400

500

500

0 Akü

12V, 60Ah 2 0

İnverter Şarj

1500 W

2

350

350

30A, 12V

1

400

400

regülatörü Güneş pili

150W,

2 1267.5

21.6 V,

0

12675

6.95A Toplam

14325

Şekil 3.10. PIR detektörlerinin yerleşim planı 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


4.Sonuç ve Öneriler Yöntem

İlk Yatırım

Gerekli Güç

Ücreti

Maliyeti(TL)

(kWh)

(gün/TL)

1877,5

0,15

0,48

Hidrofor

8775

0,75

2,4

Sıcak Su Elde Etme

19000

Merdiven

14325

1,5

4,8

43977.5

2,4

69,68

Asansör Aydınlatma

62

Aydınlatma

Toplam

Elektrik üretiminden yıllık 0,324 x 6x 30x24 = 1399,68 TL. Sıcak su temininden yıllık 62 x 6 x 30 = 11160 TL Toplam = 12559,68 TL /YIL Tasarruf edilir. Bu verilere göre ilk yatırım maliyetini yaklaşık 4 yılda karşılamaktadır. 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Türkiye enerji ihtiyacının 70%’ini ithal etmektedir. Güneş enerjisi bu ithalatı büyük oranda düşürecek potansiyele sahiptir. Görüldüğü gibi her biri 20 daireli 4 bloktan oluşan bir sitenin bazı bölümlerinin gerekli elektrik ihtiyacının güneş enerjisi destekli sağlanmasının araştırılması sonucunda ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olmasına karşın belli bir süre sonra kendi karşılayıp uzun vadede kar elde edilmektedir. Bu yüzden böyle projeler yerel yönetimler tarafından teşvik edilmeli gerekirse vergi muafiyeti sağlanmalıdır. Bu yöntemle ülkenin enerji ihtiyacı karşılanmasında önemli yol alınmış olunacaktır. 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Güneş enerjisinin yaygın kullanılmasını cazip kılan belli başlı avantajlar şunlardır ;     

Sistemin hareketli parçalarının bulunmayışı, Ömürlerinin uzun olması (20 yıl), Bakım masraflarının çok az olması, Çevre kirlenmesine neden olmamaları, Bir Wattan birkaç kilo Watt a kadar geniş bir güç bölgesinde uygulanabilir olması  Ulaşımı zor olan bölgelerde küçük birimler halinde kullanılması (karavan, yat vb.) 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


İngiltere’de yapılan gökdelen için güneş panelleri tam 10 milyon dolara mal oldu. 100′lerce kW enerji üreten bu güneş panelleri kapalı, sisli havalarda bile enerji üretebilecek şekilde hesaplanarak tasarlanmıştır. Ayrıca binanın çatısında 24 adet güneş enerjisi ile elektrik üretecek rüzgar santrali’de mevcuttur. Üretilen enerji için 9 milyon fincan çay yapabilecek kadar enerji üretecek kapasitede diye yorumlar yapılmıştır. Binanın güneş enerjisi kullandığı için enerji üretiminde ve tüketiminde karbon salınımında çok yüksek oranda azalma göstermesidir.

İlk yatırım maliyeti ile sistemin bakım ve işletmesi halen çok yüksektir. Özellikle sisteme bağlı akülerin bakımı yüksek maliyet getirebilir. 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Japonya’da inşa edilen bir gökdelen alışılmışın dışında bir teknoloji kullanıyor. Binanın tüm dış yüzeyinde bulunan camlar içlerine yerleştirilen güneş enerjisi hücreleri sayesinde tüm gün boyunca güneş enerjisinin elektriğe çevirerek depolanmasını sağlıyorlar. Depolanan bu enerji geceleri tüm binanın 4.6 saat boyunca aydınlatılması için yeterli oluyor

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


2012 Yılına kadar dünya genelinde PV kurulu gücü değişim öngörüsü aşağıdaki grafikte verilmiştir. Grafikte görüldüğü üzerde yıllar boyunca bu sistemin artması güneş pillerinin cazipliğinin giderek artacağının bir göstergesidir.

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


BENİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM 07210010 İRFAN YILDIRIM 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


EKLER

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4]

http://www.eie.gov.tr/turkce/gunes/veri.html http://www.youthforhab.org.tr/tr/yayinlar/enerji/gunespilleri/giris.html http://www.neoenerji.com http://www.irfanyildirim88.tr.gg

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Tablo 2.1.1.Poli Kristal s190p Elektriksel Özellikleri[3]

Tablo 2.1.2 Poli Kristal s190p Teknik Özellikleri [3]

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Şekil Solar akülerin bağlanması [4]

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Ürün kodu

Pmax

Akım

Gerili Uzunluk

Boy

Kalınlı Ağırlık

[W]

[Amp]

m [V] [mm]

[mm]

k [mm] [kg]

SBR 05

5

0,29

17,00

275

231

17,0

0,75

SBR 10

10

0,59

17,00

561

231

38,5

1,60

SBR 20

20

1,18

17,00

532

448

38,5

3,00

SBR 30

30

1,76

17,00

958

433

38,5

5,50

SBR 45

45

2,64

17,00

1188

530

43,5

5,00

SBR 55-S

55

3,05

18,00

825

530

43,5

5,00

SBR 70

70

4,16

17,00

1188

530

43,5

7,50

SBR 75

75

4,45

17,00

1188

530

43,5

7,50

SBR 85-S

85

4,44

18,00

1188

530

43,5

7,50

SBR 130-S

130

4,50

29,80

1350

805

40,0

13,0

Tablo 2.2. Türkiye’de kullanılan bazı güneş paneli karakteristikleri [3] 07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Ürün Kodu

S-

S-240 S-400 S-550 S-650

S-750

190

S900

C12-Ah

100

200

310

425

505

580

700

C12- Ah

195

245

400

550

660

75

915

Derinlik [mm]

103

103

124

124

145

166

145

Genişlik [mm]

206

206

206

206

206

206

206

Yüksek [mm]

403

403

403

519

519

519

519

Kuru Ağırlık [kg]

8,5

10,5

15,2

22,9

22,9

26,3

30,7

Elektrolitli

13,6

15,2

20,3

31,5

31,5

37,0

43,7

Ağırlık [kg]

Tablo 2.3. Türkiye’de kullanılan bazı güneş akülerini karakteristikleri [3]

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Nominal Gerilim

Panel Gücü

Maksimum Akım

153 W

9 Amper

374 W

22 Amper

544 W

32 Amper

748 W

44 Amper

1020 W

60 Amper

216 W

9 Amper

748 W

22 Amper

340 W

5 Amper

1088 W

16 Amper

Değeri 12 V

24 V

48 V

Tablo 2.4 Şarj regülatörünün panel gücü ve nominal voltaj değerine göre seçimi [3]

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Kablo Uzunluğu [m] 0-1

1-2

2-3 3-4

4-5 5-6 6-7 7-9

Kablo Kesiti [mm2]

Amper [A] 0-20

2,5

6

6

6

10

10

10

10

21-36

6

6

10

10

20

20

20

35

37-50

6

6

10

10

20

20

20

35

51-65

10

10

20

35

35

35

35

35

66-85

20

20

35

35

35

35

35

35

86-105

20

20

35

35

35

35

35

35

106-125

35

35

35

35

35

35

35

35

125-150

35

35

35

35

35

35

35

35

151-200

35

35

50

50

50

50

50

50

Tablo 2.4 Şarj regülatörünün panel gücü ve nominal voltaj değerine göre seçimi [3]

07210010

irfan YILDIRIM

27.6.2011


Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.