View
7
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
III
ÖNSÖZ
Gelişen teknoloji ile beraber enerjiye olan ihtiyaç artmıştır. Dünya enerji ihtiyacı
büyük oranda fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Bu kaynakların sınırlı rezervlere sahip
olması, çevresel kirliğe yol açması günümüz için büyük risk teşkil etmektedir. Bunun
yanında alternatif enerji eldesine yönelik yöntemler son yıllarda hızla gelişmektedir.
Alternatif kaynakların dönemsel olarak elde edilebilmesi ve depolanmasında ortaya çıkan
sorunlar ise hala üzerinde çalışılan konulardır. Çalışmalarımızda dönemsel olarak enerji
üreten güneş enerjisi yardımıyla hidrojen eldesi ve depolanması amaçlanmıştır.
Çalışmalarımız boyunca bize yardımcı olan ve danışmanlığımızı yapan Sayın hocamız
Yrd. DR. ÖĞR. ÜYESİ Cevdet DEMİRTAŞ’a ve Sayın hocamız DR. ÖĞR. ÜYESİ
Mustafa SARIOĞLU’na teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz
Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ne, Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Makina
Mühendisliği Bölüm Başkanlığı’na içten teşekkürlerimizi sunarız.
Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen
ailelerimize şükranlarımızı sunarız.
Süleyman SEVİM
Ergün ABULOĞLU
Umut Volkan ÖZDEMİR
HAZİRAN 2018
TRABZON
IV
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ ...................................................................................................................... III
İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... IV
ÖZET.......................................................................................................................... VI
ABSTRACT .............................................................................................................. VII
ŞEKİLLER DİZİNİ ..................................................................................................... X
TABLOLAR DİZİNİ ................................................................................................. XI
1. GENEL BİLGİLER ................................................................................................. 1
1.1. Çalışmanın Amacı ................................................................................................. 2
1.2. Çalışmanın Hedefleri ............................................................................................ 2
1.3 Özgünlük ................................................................................................................ 3
1.4. Çalışmanın Kısıtları .............................................................................................. 4
1.5. Çalışmanın Karşılayabileceği Gereksinimler ........................................................ 5
1.6. Literatür Araştırması ............................................................................................. 6
2. YAPILAN ÇALIŞMALAR ..................................................................................... 8
2.1. Güneş Pilleri .......................................................................................................... 9
2.1.1. Güneş Pili Karakteristikleri ................................................................................ 9
2.1.2. Güneş Pilinin Çalışma Prensibi ........................................................................ 11
2.1.3. Fotovoltaik Güç Hesaplamaları........................................................................ 12
2.1.4. Kullanılan Panelin Özellikleri .......................................................................... 13
2.2. LDR (Light Dependent Resistor) ........................................................................ 14
2.3. Step Motoru ......................................................................................................... 15
2.3.1. Adım Açısı ....................................................................................................... 15
2.3.2. Step Motor Özellikleri...................................................................................... 16
2.3.3. Step Motorun Avantajları ................................................................................. 16
2.3.4. Step Motorun Dezavantajları ........................................................................... 17
2.3.5. Step Motorun Yapısı ........................................................................................ 17
2.3.6. Step Motorunun Kullanılmasının Amacı ......................................................... 18
2.3.7. Step Motorunun Tork Parametreleri ................................................................ 18
2.4. DRV8825 Step Motor Sürücü Kartı .................................................................... 19
2.5. Dişli Çark Mekanizmaları ................................................................................... 19
2.6. Kullanılan Kontrol Ünitesi .................................................................................. 20
2.7 Elektrolit ............................................................................................................... 22
V
2.8. Elektroliz İşlemi .................................................................................................. 23
2.9. Elektrotlar ............................................................................................................ 24
2.10. Elektroliz Kabı .................................................................................................. 26
2.11 Baskı Devre Şeması ........................................................................................... 28
3. BULGULAR .......................................................................................................... 29
3.1 PV Panel Benzetim Sonuçları .............................................................................. 29
3.2. Elde Edilen Hidrojen Miktarı .............................................................................. 33
3.3. Elektrotların Korozyonu...................................................................................... 34
4. TARTIŞMA ........................................................................................................... 35
4.1. Farklı Tasarım Seçenekleri ve Seçim Kriterleri .................................................. 35
4.2. Çevresel Etki ve Güvenlik .................................................................................. 36
4.3. Üretilebilirlik ve Maliyet Hesabı ........................................................................ 37
4.3.1. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz ............................................................. 37
4.3.2. Üretilebilirlik .................................................................................................... 38
4.4. Etik Değerlendirme ............................................................................................. 39
5. SONUÇLAR .......................................................................................................... 40
6. ÖNERİLER ............................................................................................................ 41
7. KAYNAKLAR ...................................................................................................... 42
8. EKLER ................................................................................................................... 44
EK-1 ARDUINO İÇİN KAYNAK KODLAR .......................................................... 44
EK-2 SİSTEMİN GÖRÜNÜŞÜ ................................................................................ 47
EK-3 ŞEMATİK RESİM ........................................................................................... 48
ÖZGEÇMİŞLER ........................................................................................................ 49
VI
ÖZET
Ülkemizde fosil yakıtlar temel enerji kaynağıdır ve bu yakıtlar ithal olarak temin
edilmektedir. Ülkemiz ortalama 7,2 saat/gün güneşlenme süresi ile önemli bir enerji
potansiyeline sahiptir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının öneminin artmasıyla beraber, bu
kaynaklardan elde edilen enerjinin depolanması için yeni yöntemlere ihtiyaç vardır. Bu
amaçla güneş takip sistemli PV panelden üretilen elektrik enerjisinin yardımıyla büyük
rezervlere sahip olan deniz suyunun elektrolizi ile hidrojen üretimi hedeflenmiştir. Güneş
ışınlarından daha etkin olarak faydalanmak amacıyla sabit bir panel yerine, güneş takip
sistemi kullanılacaktır. Bu sistemler sayesinde daha fazla miktarda güneş ışını soğurulur.
Bu sayede panellerin günlük performansları ve verim değerleri artar.
Anahtar Kelimeler: Deniz suyu elektrolizi, Güneş takip sistemi, Hidrojen üretimi,
Yenilebilir kaynaklardan enerji depolanması
VII
ABSTRACT
In our country, fossil fuels are main source of energy and these fuels are supplied by
import. Our country has significant potential with average 7,2 hour/day peak sun hours.
With rising importance of renewable energy sources, new methods are needed for energy
storage from renewable sources. For this purpose, we are aiming to produce hydrogen from
electrolysis of abundant sea water resources by electricity generated by PV panel with solar
tracking system. To utilizing sun radiation more effectively, solar tracking system will be
used instead of static PV panel. By this system more sun radiation can be absorbed. Hence
daily performance and effectiveness of PV panels will be increased significantly.
Keywords: Electrolysis of sea water, Solar tracking system, Hydrogen production,
Energy storage of renewable sources
VIII
SEMBOLLER VE KISALTMALAR
kWh Kilowatt-Saat
DC Doğru Akım
AC Alternatif Akım
PV Fotovoltaik Panel
LDR Fotodirenç (Light Dependent Resistor)
W Watt
m Metre
D Diyot
R Direnç
RS Seri Direnci
V Gerilim
I Akım
IL Fotovoltaik Akım
IP Paralel Kol Akımı
Ω Ohm
P Güç
Rsh Paralel direnç
VOC Açık Devre Gerilimi
ISC Kısa Devre Akımı
FF Dolum Çarpanı
MP Maksimum Güç
PPV Güneş Pilinin Çıkış Gücü
VMP Maksimum Güç Gerilimi
IMP Maksimum Güç Akımı
ηpv Pil Verimliliği
IG Fotovoltik Diyodun Üstüne Düşen Işık Şiddeti
TM Tork
N Açısal Hız
F Kuvvet
r Yol
mA Mili Amper
IX
kB Kilobayt
MHz Megahertz
Ah Amper-Saat
L Boru Uzunluğu
KK Yerel Kayıp Faktörü
v Suyun Boru İçerisindeki Hızı
f Sürtünme Faktörü
∆h Toplam Kayıp
∆p Toplam Basınç Kaybı
g Yerçekimi İvmesi
CdSO4 Kadmiyum Sülfat
dBm Desibel-miliwatt
θS Step Motorunun Adım Açısı
psu Tuzluluk birimi
NS Step Motorun Faz Sayısı
NR Rotorun Çıkıntılı Kutup Sayısı
S Motorun Bir Devir Sayısı İçin Gerekli Adım Sayısı
CW Saat İbresi Yönü
CCW Saat İbresi Ters Yönü
ISO International Organization for Standardization
TSE Türk Standartları Enstitüsü
TÜBİTAK Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu
X
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 2.1.1.1 Güneş pilinin eşdeğer devresi ................................................................. 9
Şekil 2.1.1.2 Fotovoltaik güneş pilinin akım-gerilim grafiği..................................... 10
Şekil 2.1.1.3. Fotovoltaik güneş pilinin maksimum güç grafiği ................................ 10
Şekil 2.1.3.1 Güneş pilinin Multisim ortamında eşdeğer devresi .............................. 12
Şekil 2.6.1. Güneş takip sisteminin Arduino ile Proteus ortamında gerçeklenmesi .. 20
Şekil 2.6.2. Kontrol Algoritması ................................................................................ 21
Şekil 2.7.1. Küresel su kaynakları ............................................................................. 22
Şekil 2.9.1. Akım verimliliği, tuzluluk ve klorin değişimi ........................................ 24
Şekil 2.11.1. Baskı Devre Şeması .............................................................................. 28
Şekil 3.1.1. Fotovoltaik panelin nominal değerlerde V-I ve V-P grafiği .................. 29
Şekil 3.1.2. 15 oC'de V-I ve V-P karakteristiği ......................................................... 29
Şekil 3.1.3. 25 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği ........................................ 30
Şekil 3.1.4. 25 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 30
Şekil 3.1.5. 25 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 30
Şekil 3.1.6. 25 oC'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 31
Şekil 3.1.7. 15 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği ........................................ 31
Şekil 3.1.8. 15 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 31
Şekil 3.1.9. 15 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 32
Şekil 3.1.10. 15 oC'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği .................................... 32
Şekil 3.2.1. Akım-Hidrojen Üretim Oranı grafiği...................................................... 33
Şekil 3.3.1. 6 saatlik çalışma süresi ardından solda bakır, sağda çelik elektrot......... 34
XI
TABLOLAR DİZİNİ
Tablo 2.2.1 Farklı ortamlar için ışık şiddetleri .......................................................... 14
Tablo 4.3.1.1 Malzeme listesi ve 2018 yılı için fiyatlar ............................................ 37
1
1. GENEL BİLGİLER
Teknolojinin sürekli olarak gelişmesi ve bunun sonucunda yükselen bir ivme ile
enerji talebinde bulunması, bu talebi karşılama zorunluluğu doğurmuştur. Günümüzde
enerji ihtiyacının büyük bir kısmı fosil kaynaklarla karşılanmakta ve bu kaynaklar hızla
tükenmektedir. Tükenen fosil yakıt rezervleri ve meydana gelen geri dönüşümü olmayan
çevre sorunları, insanlığı yenilenebilir enerji kaynakları üzerine araştırmaya yöneltmiştir.
Bu kaynaklardan biri de hidrojendir. Hidrojen enerjisi “21. yüzyılın enerji taşıyıcısı”
olmaya en büyük adaylardandır. Hidrojen, yeryüzünde en sık bulunan elementtir. Hidrojen
oksijen ile yüksek bir enerji değeri ile yanıp suya dönüşür. Çok hafiftir ve kolaylıkla hava
ile karışabilir. Yalnızca bu özellikleri bile hidrojenin geleceğin yakıtı olmasına aday
olmasını sağlar. Fosil yakıtların yeryüzüne ve atmosfere verdiği zararlar göz önüne
alındığında bunu önemi daha iyi anlaşılacaktır. Hidrojenin doğada saf halde
bulunmamasından dolayı çeşitli elde etme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çeşitli
yöntemlerden en çok kullanılanları ise fosil yakıtlardan, özellik ile metandan veya
gazifikasyon ile katı yakıtlardan hidrojen elde etme yöntemleridir. [1]
Bu gibi yöntemler, hidrojenin ana kullanım nedenleri olan “fosil yakıtlara olan
bağımlılığı azaltma” ve “temiz enerji kullanımı” gibi nedenlerle bağdaşmamaktadır. Ancak
gelişen teknoloji ile birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarıyla hidrojen elde yöntemleri
giderek çeşitlenmekte ve bu yöntemlerle üretimin payı artmaktadır. Bu yöntemlerden biri
güneş enerjisi ile hidrojen eldesidir. Yerkürede bulunduğu konum açısından güneşlenme
alanı ve süresi oldukça iyi olan ülkemizde güneş enerjisi alternatif enerji kaynağı olarak
öne çıkmaktadır. Son yıllarda yapılan araştırmalar, ülkemizde yılda metrekare başına 1100
kWh’lik güneş enerjisi potansiyelinin olduğunu göstermektedir. [2] Bu nedenle güneş
enerjisi ülkemizde kullanımı en uygun yenilenebilir enerji kaynaklarından birisidir.Güneş
enerjisi ile çalışan sistemlerin hiç şüphesiz en önemli kısmı fotovoltaik sistemlerdir.
Fotovoltaik sistemler güneş ışığı düştüğünde, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine
çeviren sistemlerdir.
2
1.1. Çalışmanın Amacı
Hayata geçirilecek bu sistem güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çevirecek
güneş panelleri ile beslenecektir. Güneş panelinden maksimum verim alabilmek için
güneşin doğuşundan batımına kadar olan süre içerisinde güneş ışınları gün boyu panele dik
olacak şekilde güneşi izleyebilme yeteneğine sahip olacaktır. Ayrıca saf suyun içine çeşitli
kimyasallar çözmek yerine, hali hazırda bulunan deniz suyu rezervleri kullanılarak daha
ekonomik ve daha çevreci hidrojen üretimi amaçlanmaktadır. Tasarıma ait resim EK-3’te
verilmiştir.
1.2. Çalışmanın Hedefleri
Belirtilen sistemler kullanılarak güneş panellerinden elde edilen elektrik enerjisi
kullanılarak deniz suyunun elektrolizi ile hidrojen elde edilecek ve fosil yakılara olan
bağlılığın azalması anlamında çevre dostu bir yakıt üretimi ortaya çıkmış olacaktır. Bir
başka yöntem ise elde edilen hidrojenin karbon içeren artık gazlarla ile tekrar reaksiyona
girmesiyle hidrokarbon yakıt etmektir. Bahsi geçen yöntemle aynı zamanda karbondioksit
geri dönüşümüne katkı yapılabilir ve doğal olmayan yollarla fosil yakıt üretilebilir. Ayrıca
sınrlı rezervlere sahip olan taze su kaynakları yerine, bol kaynaklara sahip deniz suyunun
kullanılması ile içme suyu rezervleri etkilenmeyecektir.
3
1.3 Özgünlük
Bu çalışma kapsamında yaygın olarak kullanılan sabit güneş paneli yerine güneşi
takip eden sistem kullanarak güneş enerjisinden maksimum verim elde etmeye
çalışılmıştır.
Takip sisteminde kullanılan 4 adet ışığa duyarlı direnç (LDR) yardımıyla güneşin
konumu algılanmıştır. Çalışmadaki temel amaç güneş enerjisinden elde edeceğimiz verimi
artırmaktır. Böylelikle daha az panel ile daha fazla enerji üreterek ekonomik kazanç
sağlanacaktır.
Güneş enerjisinden elde edilen enerji deniz suyundan hidrojen elde etmek amacı ile
kullanılacaktır. Bu çalışma ile yenilenebilir bir enerji kaynağı olan güneş enerjisini daha
verimli bir şekilde kullanarak elde edilen enerjiden diğer bol bir kaynak olan deniz
suyunun elektrolizi ile hidrojen elde edilecektir.
Bu yöntemin en önemli avantajı kullanımının basit, ömrünün uzun, yenilenebilir ve
çevre dostu olması ve işlem sırasında sınırlı rezervlere sahip içme suyunu
kullanmamasıdır.
4
1.4. Çalışmanın Kısıtları
Deniz suyunun elektrolizi sırasında bazı kısıtlamalar söz konusudur. Bunlardan en
önemlisi anotta oluşabilecek klorin gazıdır. Elektrot seçiminde bahsedildiği üzere anotta
akım yoğunluğuna, elektrot malzemesine, tuzluluk oranına bağlı olarak baskın ürün olarak
klorin gazı elde edilebilir. Klorin gazı zehirlidir ve çevre sağlığı için tehlike arz eder. Bu
nedenle daha verimsiz olmasına rağmen grafit elektrot veya maliyeti yüksek titanyum
elektrotlar kullanılmalıdır. [3] Diğer bir etken olan akım yoğunluğunun artması hidrojen
eldesini arttırır ve hızlandırır. Fakat akım yoğunluğunun 100mA/cm2 yi geçmesi
durumunda anotta baskın üretim klorin gazı olmaktadır. [4] Bu nedenle akım yoğunluğu
için bu üst değer bir sınır olarak ortaya çıkmaktadır. Bir başka kısıtlama ise elektrolitin
sıcaklığıdır. Bilindiği üzere genellikle sıvı içerisinde gazların çözünürlüğü sıcaklıkla ters
orantılıyken, iyonların çözünürlüğü ise doğru orantılıdır. Ayrıca artan sıcaklıkla beraber
reaksiyonlar için gerekli olan enerjinin bir kısmı karşılanmış olacaktır. Sıcaklığın düşmesi
ile beraber ortaya çıkan hidrojenin su içinde çözünmesi artacak, bu durum ise sistemi
verimsizleştirecektir. Ayrıca hidrojenin suda çözünmesinin bir sonucu olarak suyun pH
dengesini değiştirerek asidik bir etki göstermesine sebep olacaktır.
Bir diğer engel ise sıcaklığın artması ile beraber elektrotların korozyonu
hızlanmasıdır. Elektrot yüzeylerinde oluşan korozyon sonucu elektrotların iletkenliği
düşecek ve sistem verimsizleşecektir. Kullanılamaz hale gelen elektrotların değiştirilmesi
ise ek bir maliyet doğuracaktır.
Sistem enerjisini güneş ışınlarında karşılamaktadır. Bu nedenle hidrojen üretimi
günlük, mevsimsel hava koşulları ve coğrafik konumdan doğrudan etkilenmektedir. Belirli
bir çalışma süresi sonunda elektroliz işlemi sonunda su içinde oluşabilecek çeşitli tuzlar ve
çökeltiler oluşabilir. Bu nedenle prototip üzerinde yapılan deneylerle optimal çalışma
süresi sonunda, elektroliz kabının temizlenmesi gerekecektir.
5
1.5. Çalışmanın Karşılayabileceği Gereksinimler
Enerji, toplumsal refahın sağlanması için gerekli araçlardan ve üretim faaliyetlerinin
ana girdilerinden biri olarak, ekonomik ve sosyal kalkınmanın vazgeçilmez temel
taşlarından biridir. Bu nedenle, endüstrideki gelişmelerin, yaşam standartlarındaki
yükselişin ve artan nüfusun ihtiyaç duyduğu enerjinin yeterli, güvenilir bir şekilde ve
düşük maliyetle sağlanması büyük önem arz etmektedir. Arz güvenilirliği için
sürdürülebilir enerji politikalarının oluşturulması ve enerji kaynaklarında dışa bağımlılığın
azaltılması gerekmektedir. Arz güvenilirliği, kısa dönemde talebin sürekli ve kaliteli bir
şekilde karşılanması, uzun dönemde ise yeterli kapasite yatırımlarının yapılmasını ifade
etmektedir. Günümüzde dünya enerji gereksinimi büyük oranda fosil (kömür, doğalgaz
vb.) ve nükleer yakıtlardan karşılanmaktadır. Yenilenebilir kaynaklardan enerji üretiminde
kullanılan en yaygın yöntemler ise hidroelektrik, rüzgâr ve güneş enerjisi sistemleridir.
Rüzgâr ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları, sabit ve sürekli enerji
üretme olanaklarına sahip olmayıp, mevsimsel ve günlük meteorolojik koşullardan
etkilenmektedir. Özellikle MW kapasiteli rüzgâr ve güneş enerjisi santrallerinde, talebe
uygun sürekli enerji üretiminin güvence altına alınabilmesi için büyük ölçekli enerji
depolama tesislerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada belirtilecek yöntem ile, bu
enerjilerin depolanması için alternatif oluşturulması hedeflenmiştir. Yöntemin
geliştirilmesi ile beraber yukarıda belirtilen arz sürekliliği sağlanarak, temiz, düşük
maliyetli ve yenilenebilir enerjinin kullanım oranı artacaktır.
6
1.6. Literatür Araştırması
1) Güneş takip sistemi ile ilgili olarak, açık devre bilgisayar kontrollü iki eksenli
güneş takip sistemi incelenmiştir. Bu amaçla iki serbestlik derecesine sahip jiroskop
benzeri bir prototip dizayn edilmiştir. Prototipin kontrolü ve gün boyu güneş takibi için,
astronomik denklemlere dayalı bir bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Bu yazılımın yanı
sıra bilgisayar ile prototip arasında veri iletişimini sağlayan bir elektronik devre
tasarlanarak üretilmiştir. [4]
2) Yenilenebilir enerji sistemleri alanında yapılacak araştırmalarda ve uygulamalarda
kullanılmak üzere labview tabanlı çift eksenli güneş takibi yapabilen bir sistem
gerçekleştirilmiştir. Sistem Labview tabanlı ara yüz programı ile güneşten aldığı verileri
anlık olarak bilgisayar ortamına kaydedebilmekte ve grafiklerini oluşturabilmektedir.
Uygulamanın bu özellikleri sayesinde kullanıcı anlık durumların analizini yapabilecek ve
sistem verimliliğinin o anki durumu hakkında bilgi sahibi olabilecektir. Güneş takip
sistemini kullanıcılar otomatik veya manüel kullanabileceklerdir. Diğer çalışmalara göre
Labview tabanlı ara yüz programının geliştirilmesi, sistemin kontrolünü görsel hale
getirmiş ve güneşten alınan veriler anlık olarak izlenebilmektedir. Yapılan uygulama ile
Türkiye’de gelişme aşamasında olan güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etme
konusunda yapılacak bilimsel çalışmalara alt yapı hazırlamak ve güneş enerjisinin
ülkemizde kullanımının yaygınlaştırılmasına katkı sağlanması amaçlanmaktadır. [5]
3) Bilgisayar kontrollü güneş takip sistemi kuzey – güney ekseninde manüel olarak,
doğu – batı ekseninde ise tarih ve zaman tabanlı bir algoritma ile çalışan bilgisayar
yazılımı ile kontrol edilmektedir. Deneysel ölçümler tarih ve zaman tabanlı takip sistemine
sahip panel ve sabit sehpalı bir panel üzerinde gerçekleştirilmiştir. Ölçümler gündüzlerin
uzun ve kısa olduğu iki farklı günde yapılmıştır. Her iki günde sabit ve izleyici panelin
maksimum güç, akım ve gerilim değerleri belli aralıklarla ölçülmüştür. Bu ölçümlerde elde
edilen veriler değerlendirildiğinde izleyici panelin sabite kıyasla çıkış gücünde; 03.09.2010
tarihinde %51, 25.11.2010 tarihinde ise %20,4 oranında artış sağladığı tespit edilmiştir. [6]
7
4) Güneş takip sistemi farklı sistemler içinde kullanılmıştır. Güneş pilinden sağlanan
elektrik enerjisi su ısıtılması, lamba yakılması ve DC motorla güneş takip sistemi
uygulamasıdır Bunların dışında otomatik iki eksenli güneş takip sistemi prototipi ve su
ısıtma uygulaması bulunmaktadır. Güneş paneli çıkış güneş radyasyonu ve diğer iklim
koşullarına son derece bağlıdır. Performans değerlendirmesine dayalı, tabanlı güneş takip
sistemi zamanlayıcı için yeni bir algoritma güneş paneli ile daha fazla güneş ışığı hasat için
önerilir
5) Deniz suyunun elektrolizi ile ilgili diğer bir çalışma ise, şebeke elektriğinden
deniz suyunun elektrolizi sonucu oluşan hidrojeni, oksijen kaynağında yanıcı gaz olarak
kullanarak, metallerin kaynatılması ve kesilmesinde kullanılmıştır.
8
2. YAPILAN ÇALIŞMALAR
Yapacağımız projede güneş takip sistemiyle güneş enerjisinden maksimum
yararlanma sağlayarak sulama sistemlerinde verimi arttırılmıştır. Güneş panelinin enerji
üretim hacmini arttırabilmek için güneşin hareketini algılayabilen LDR ve step motor
kontrolüne sahip olan, 50 W’ ta çalışan panel yardımıyla projenin elektriksel tasarımı ve
uygulaması gerçekleştirilmiştir. Işığın dikey ve yatay olmak üzere toplamda 4 yönde
konumunu takip eden 4 adet foto direnç elemanı (LDR) kullanılmıştır. Yatay ve dikey
hareketi sağlayacak 6 V'lik 2 step motor, sensörlerin ve sürücü devreleri, çark ve dişli
takımın elemanları projenin mekanik aksamını oluşturmaktadır.
Projenin komut mekanizması arduino kart tasarımı ile gerçekleştirilmiştir.
Arduino hakkında bilgi verilecek olursa; Arduino açık kaynaklı kullanımı kolay
donanım ve yazılımdan oluşan elektronik prototip geliştirme platformudur. Açık
kaynaklı donanım demek yazılım dünyasında olduğu gibi donanımsal olarak şema ve
kart çizimlerini bulabileceğimiz açık olarak yayınlanan projeler demektir. Arduino
temel olarak yazılım ve donanım olarak iki kısımdan oluşmaktadır.
Arduinonun donanımı değişik versiyonlarına göre farklılık göstermesine karşın
genel olarak Atmega mikrodenetleyici RS232-USB çevirici entegre ve besleme
kısmından oluşmaktadır.
Arduino platformunda kullanılan temel bileşenler; Arduino Geliştirme Ortamı
(IDE), Arduino Bootloader (Optiboot), Arduino kütüphaneleri, AVRDude (Arduino
üzerinde mikrodenetleyici programlayan yazılım) ve derleyici (AVR-GCC)
elemanıdır.
Üretilen enerji deniz suyunun elektrolizinde kullanılacak, elde edilen hidrojen
depolanacaktır. Kullanılacak elektrotlar ise ilgili bölümde belirtildiği üzere anot çinko,
katot ise bakır malzemeden imal edilecektir. Ayrıca elektroliz kabı ise inert malzemeden
imal edilecek ve sızdırmaz olarak tasarlanmıştır.
9
2.1. Güneş Pilleri
Güneş pilleri (PV) üzerine gelen ışığı doğrudan elektirik enerjisine dönüştürmeyi
sağlayan yarı iletken malzemelerdir. Yüzeyleri dikdörtgen, daire veya kare şeklindedir.
Yüzey alanı genellikle yaklaşık 100 cm2dir. Kalınlıkları ise 0.2 mm ile 0.4 mm arasında
değişir. En yaygın olarak kullanılanları silisyum barındıran güneş piileridir.
1950'li yıllarda %4 olan verimi, yakın zamanda %15 seviyesine gelmiştir. Verimleri
güneşin 1000 W/m2
enerji yaydığı bölgeye göre hesaplanmaktadır. Ancak ülkemizde bu
değer 1300 W/m2
olduğundan verimleri daha iyi değerlerdedir. 1 m2
alanda kayıpların
ihmal edildiği takdirde 195 Watt elektrik üretilebilir [7].
2.1.1. Güneş Pili Karakteristikleri
Şekil 2.1.1.1 Güneş pilinin eşdeğer devresi
Sıcaklığın ve güneşin ışığın gün içinde değişmediği kabul edilerek bir fotovoltaik
güneş pilinin gerilim-akım değişimini ölçekli çizebilmek için yukarıda gösterilen devre
kurulur. Ayarlı direnç 0 Ω'dan maksimum değerine kadar değiştirilir. Her değer kayıt edilir
ve gerilim-akım grafiği çizilirse Şekil 2.1.1.2. verilen değişim elde edilir.
10
Şekil 2.1.1.2 Fotovoltaik güneş pilinin akım-gerilim grafiği
P= VxI eşitliğindeki gibi güç, akım veya gerilim parametrelerinin en az biri sıfır
olduğu zaman sıfır değerini alır. Gücün maksimum değerde olması için V ve I maksimum
olmalıdır.
Şekil 2.1.1.3. Fotovoltaik güneş pilinin maksimum güç grafiği
11
Pm maksimum çıkış gücü Şekil 2.1.1.3’te görüleceği üzere akım-gerilim
karakteristiğinin dirsek noktasındaki konumdadır. Fotovoltaik pilin maksimum çıkış gücü
akım ve gerilimdeki değişimle orantılıdır. [8] Bu değişim ise fotovoltaik pilin üzerine
düşen sıcaklığa ve gün ışığına bağlıdır. Maksimum gücün sağlanması içinde akım ve
gerilim parametrelerinin sabit tutulması gerekir.
2.1.2. Güneş Pilinin Çalışma Prensibi
Fotovoltaik piller güneş ışığından aldıkları foton enerjisinden pozitif ve negatif
yükler oluşturarak elektrik enerjisini üretirler. Pozitif (delikler) ve negatif (elektronlar)
yükleri ayrıştırmak için en uygun malzemeler Silisyum, Galyum Arsenik (GaAs) gibi yarı
iletken malzemelerdir.
PV pillerin çalışma prensibi şu şekilde ifade edilebilir. Elektronlar N katmanından
çıktıktan sonra P katmanındaki deliklerle birleşirler. Birleştikleri zamanda akım
oluşturabilirler. P-tipi malzeme elde edilirken saf Silikon malzemeye bir miktar Bor
elementi eklenir. Bor eklenen silikonda, silikonun valans elektonu 4 tane, borun valans
elektron sayısı 3 tanedir. Bunlar karıştırıldığında boşluklar (delikler) meydana gelir.
Silikona fosfor eklendiği zaman, fosforun valans elektron sayısı 5 tane olduğundan bunlar
karıştırıldığında elektronlar meydana gelir.
N-tipi ve P-tipi malzemeler birleştirildiği zaman P tipi malzemedeki delikler N
tipine, N tipi malzemedeki delikler de P tipi malzemeye geçmeye başlar. Bu elektron akışı
bir dengesizlik meydana getirir.
N tipi malzeme bazı valans elektronlarını kaybederek pozitif yüke sahip olur. Buna
benzer şekilde P tipi malzeme de valans elektronu aldığından dolayı negatif yüke sahip
olur. Böyle durumlarda sınır potansiyeli denilen bir gerilim, jonksiyon (boşaltım)
bölgesinde meydana gelerek daha fazla delik ve elektronun akışını önler ve bu bölgedeki
tüm delik ve elektronları bölgenin dışına iter. Azınlık taşıyıcılarının miktarı doğrudan N-P
bileşimini etkileyen ısı ve ışığa bağlıdır. Bu azınlık taşıyıcıları fotovoltaik güneş pilini
elektriğe dönüştürecek güneş gücünün temelini meydana getirir. Karanlıkta, oda
sıcaklığında azınlık ve çoğunluk taşıyıcıları birbirine eşit olur.
12
Bir P-N bileşimi doğrudan elektrik üretemez. Eğer P-N iletken uçları bir yarı iletken
yardımıyla birbirine bağlanırsa hiçbir güç üretimi olmaz. Elektron akışı, oluşturulan
gerilimin öteleme yapacak birkaç elektrona sahip olmasına neden olacak kadar dengesiz
ise, P-N bileşiminden elektrik almak mümkündür. Dolayısıyla güneş ışığı altında serbest
elektron oluşturabilen malzemelerden oluşan P-N eklemi elektrik enerjisi üretimini
sağlamak için gerekli şartı yerine getirir.
2.1.3. Fotovoltaik Güç Hesaplamaları
Şekil 2.1.3.1 Güneş pilinin Multisim ortamında eşdeğer devresi
Güneş pilinin Multisim ortamında eşdeğer devresi Şekil devreden yola çıktığımızda;
Diyotun uçları arasındaki direncin sonsuz olduğu andaki ölçülen gerilime açık devre
gerilimi (Voc) denir. Diyotun uçları arasındaki direnç sonsuz olduğu andaki ölçülen akıma
ise kısa devre akımı (Isc) denir.
Işınım altındaki gerilim-akım eğrisinde gerilimlerin pozitif, akımın negatif olduğu
bölgede en büyük güç değerinin (Vmp x Imp), Voc x Isc çarpımına oranına dolum çarpanı
(FF) denir. MP ifadesi maksimum gücü (maximum power) temsil etmek için kullanılmıştır.
Güneş pilinin çıkış gücü (Ppv), formül F3.1'deki gibi ifade edilmektedir.
𝑃𝑝𝑣 = 𝑉𝑚𝑝 𝑥 𝐼𝑚𝑝 = 𝑉𝑜𝑐 𝑥 𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝐹𝐹 (F2.1)
13
Bir güneş pilinin verimliliği (ηpv), diyottan alınabilen gücün, fotovoltaik diyotun
üstüne düşen ışığın şiddetine (Ig) oranıdır.
ηpv = Voc x Isc x FF
IG (F2.2)
Panelimizdeki güç ise;
𝑃𝑝𝑣 = 𝐴𝑝𝑣 𝑥 𝐼𝑔 𝑥 η𝑝𝑣 (F2.3)
Bu denklemde Ppv fotovoltaik sistemin ürettiği elektriğin gücü (W), Ig fotovoltaik
yüzeye gelen ışınım miktarını (W/m2), Apv kullanılan güneş pilinin toplam alanını (m
2)
ve ηpv ise güneş pillerinin konulduğu yer, yüzeyin sıcaklığı, iletim kayıpları, çevrenin
sıcaklığı vb. etkenleri içeren sistemin toplam verimi olarak kabul edilir.
2.1.4. Kullanılan Panelin Özellikleri
Maksimum Güç (Pmax): 50 Watt
Maksimum Güç Gerilimi (Vmp): 18 V
Maksimum Güç Akımı (Imp): 2.78 A
Açık Devre Gerilimi (Voc): 21.6 V
Kısa Devre Akımı (Isc): 3.05 A
Boyutlar: 710×505×25 mm
Ağırlık: 3,5 kg
Hücre Tipi: Polikristal Silisyum
14
2.2. LDR (Light Dependent Resistor)
Işık kaynağını algılamada sistemin temel elemanı LDR (fotodirenç) olmaktadır.
Kısaca LDR üzerine düşen ışık miktarı ile ters orantılı bir şekilde direnç değeri 1 MΩ - 250
Ω arasında değişen bir devre elemanıdır. LDR’nin aydınlık ortamlarda direnci minimum,
aydınlık olmayan (karanlık) ortamlarda ise maksimumdur. Hem DC devrede hem de AC
devrede aynı özelliği gösterir. Bu yarı iletken elemanların kimyasal yapısında “Kadmiyum
Sülfat” (CdSO4) maddesi bulunmaktadır. Kadmiyum sülfat, elektriği iletmeyen bir
malzeme üzerine yerleştirilmiştir. İçerisinde iki taraftan sökülmüş aralarında temas
olmayan iletken teller mevcuttur. LDR ile bağlantı kurabilmek için bu iki iletken olan
telden dışarıya doğru uç çıkarılmıştır. LDR’nin üst kısmı ışığın şiddetini algılaması için
şeffaf bir malzeme ile kaplanmıştır.
LDR’nin üzerine ışık düşürüldüğünde valans elektronları koparak belli hıza ulaşmış
olur ve iletken bandına geçerler. Yani akım LDR üzerinde akar ve ortam yalıtkanlığını
kaybeder. Bu durum da LDR’nin değerinin düştüğünü gösterir. LDR’nin en çok tepkime
gösterdiği ışık yeşil ışıktır.
Işık şiddeti Işıklı ortamlar
10-4
lüks Bulutlu gecelerde Ay’ın olmadığı gökyüzü
0.002 lüks Bulutsuz gecelerde Ay’ın olmadığı gökyüzü
0.27 – 1.0 lüks Dolunayda gökyüzü bulutsuzken
3.4 lüks Tan yeri ağarmadan önce
50 lüks Bir oturma odasında
80 lüks Ofislerin lavabo ve koridorlarında
100 lüks Kara bulutlu havalarda
320 – 500 lüks Ofis aydınlatması
400 lüks Bulutsuz bir günde gün doğumu ve batımı
1000 lüks Bulutlu günlerde
10000 – 25000
lüks
Gün ışığında (Güneşin 14irect bir etkisi olmadan)
30000 – 100000
lüks
Güneş Işığı
Tablo 2.2.1 Farklı ortamlar için ışık şiddetleri [2]
15
Tablo 2.2.1’de günlük hayattaki hava şartlarının ve buna karşılık gelen ışık şiddetinin
değerleri belirtilmektedir. Öncelikle gün içerisinde bazı durumlarda ışık şiddetinin ne kadar
değiştiği bilinmelidir. Böylece olumsuz durumlara karşı daha tedbirli olunur ve sistemin
mevcut kararlılığı arttırılabilir.
2.3. Step Motoru
Elektrik enerjisini dönme hareketine çeviren elektromekanik cihazlara step motor
denir. Step motorlara aynı zamanda adım motorları adı da verilir. Açısal konumu adımlar
halinde değişen, çok hassas sinyaller ile sürülebilen motorlara adım motorları denir. Adım
motorları belirli adımlarla hareket ederler. Bu adımlar ile motorun sargılarına uygun
sinyaller gönderilerek step motor kontrol edilir.
2.3.1. Adım Açısı
Herhangi bir uyartımda motorun ve rotorun yapacağı hareketin ne kadar olacağı
motorun adım açısına bağlıdır. Adım açısı motorun yapısına bağlı olarak faklılık
gösterebilmektedir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motor hızı
kontrol edilebilir. Adım motorların dönüş yönü uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek
saat ibresi yönünde (CW) ya da saat ibresinin tersi yönünde (CCW) olabilir.
Step motorun adım açısı;
θs = 360
𝑁𝑠 .𝑁𝑟 (F2.4)
θs : Step motorun adım açısı (derece)
Ns : Step motor faz sayısı
Nr : Rotorun çıkıntılı kutup sayısı
16
Step motorun bir devri için gerekli adım sayısının bulunması;
S = 360
θs (F2.5)
S : Motorun bir devir (360 derece) için gerekli adım sayısı
θs : Step motorun adım açısı (derece)
2.3.2. Step Motor Özellikleri
Step motorların hassasiyetlerini mikro step tekniği ile 0.07 dereceye kadar düşürmek
mümkündür. Step motorların 1 devirdeki yapmış oldukları adım sayısı yükseldikçe
hassasiyeti artar. Step motorlar yarım adım şeklinde çalıştırılabilirler. Yüksek ve hassas
pozisyonlama alabilirler. Yüksek duyarlılık ve tutma torkuna sahiptirler. Step motorun iç
yapısında bulunan rotorun açısal hızı küçük olduğundan yapılacak hareket sırasında adım
kaybı yaşanmaz.
2.3.3. Step Motorun Avantajları
Geri besleme ihtiyacı göstermezler ve açık döngülü olarak kontrol edilebilirler.
Motor hareketlerinde konum hataları yoktur. Bozulmadan veya herhangi bir hasara
uğramadan defalarca durdurulup çalıştırılabilirler. Mekanik kısımları oldukça basit
olduğundan bakım gerektirmezler. Sayısal olarak kontrol edilebilirler.
17
2.3.4. Step Motorun Dezavantajları
Adım açıları sabit olmasından dolayı hareketleri sürekli değil darbelidir. Step
motorlarda elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır. Step motorlarında diğer motorlara
göre daha fazla olan titreşimden dolayı bazı hız değerlerinde tork kayıpları yaşanabilir.
Çok yüksek hızlardaki kontrolleri kolay değildir.
2.3.5. Step Motorun Yapısı
Stator: Step motorun hareketsiz olan ve sargılardan oluşan kısmıdır.
Rotor: Step motorun hareketli, S ve N kutbundan oluşan ve tek
parça sabit mıknatıs olan kısmıdır.
Dış Zarf (Gövde): Motorun soğumasına yardımcı olan ve motoru dış
etkilerden koruyan yapıdır.
Rulman: Adım motorlara verilmesi gereken hareketin mümkün
olan en az sürtünmeyle yani güçten en az ödün verilerek iletimini
sağlamak için olan kısımdır.
18
2.3.6. Step Motorunun Kullanılmasının Amacı
Step motorlar giriş işaretine cevap verdiklerinden dolayı bilgisayar ve yazılımlarla
kontrol edilmeleri kolaydır. Kontrol edilebildikleri içinde her an bu motorların hızları,
konumları ve dönüş yönleri bilinebilir. Bu özelliklerinden dolayı step motorlar ile çok
hassas konum kontrolü yapılabilir.
“Güneş Takip Sistemli PV Panel ile Deniz Suyundan Hidrojen Eldesi” adlı
projemizde güneş ışınlarından en üst düzeyde verim elde edebilmek için güneş panelimizin
güneşi hatasız bir şekilde takip etmesi yani konum kontrolünün çok hassas olması
gerekmektedir. Bu sebepten dolayı, hatanın en az, verimin en yüksek olması için step
motor kullanmamız uygun görülmüştür.
2.3.7. Step Motorunun Tork Parametreleri
Tork, dönme momenti demektir. Mekanik devrelerde sürtünme kuvvetleri, milin tork
etkisindeki açısal hızına sınır getirmektedir. Bir mekanik devrede motor, tork kaynağıdır.
Motor mili, tork etkisi ile dönmeye zorlanır. Motorda tork ile açısal hızın çarpılması ile
mekanik güç bulunur.
P = Tm x n (Mekanik Güç = Tork x Açısal Hız) (F2.6)
Tm = F x r (Dönme Momenti [Tork] = Kuvvet x Yol) (F2.7)
Tork ve güç birbirleri ile orantılıdır. Sabit güç altında itme kuvveti artarken hız
düşer, hız arttığı zaman da itme kuvveti düşer. Bundan dolayı dönme torku da düşer.
19
2.4. DRV8825 Step Motor Sürücü Kartı
DRV8825 motor sürücü kartı, kanal başına 1.5 A akım verebilmektedir. Zorlama ve
ani durumlarda bu değer 2.2 A’e kadar çıkabilmektedir. Sürücü ayarlanabilir akım
sınırlaması, aşırı akım ve aşırı sıcaklık koruması ve altı mikro step çözünürlük (1/32 Step)
özelliklerine sahiptir. 8.2 V ve 45 V arasında geniş bir çalışma voltajı aralığı ile birçok
projede rahatlıkla kullanmak mümkündür.
Özellikleri;
Basit step ve yön ara yüzleri
6 farklı step çözünürlüğü; full step, half step, 1/4 step, 1/8 step, 1/16 step,
1/32 step
Ayarlanabilir akım kontrolü
Maksimum motor gerilimi 45 V’tur.
Kısa devre koruması vardır.
2.5. Dişli Çark Mekanizmaları
Hareket ve güç iletiminde kullanılan, üzerinde eşit aralıklı ve özel profilli girinti ve
çıkıntıları bulunan silindirik veya konik yüzeyli elemanlara dişli çarklar denir.
Dişli mekanizmalarındaki nispeten küçük ve genelde döndüren dişliye pinyon, daha
büyük olan dişliye çark adı verilir. Konik dişliler, güç aktarma sistemlerinin bir parçası
olarak endüstride oldukça fazla kullanılan ve genelde 90 derece güç aktarımının gerekli
olduğu uygulamalarda kullanılan dişli çeşididir. Kullanım yerlerine ve şekillerine göre
farklı açılarda çalışabilmektedirler.
Projemizde 4 adet alın dişli kullanılacaktır. Dişlinin ikisi motora sabit olarak, diğer
ikisi ise güneş panelinin ucuna monte edilecektir. Böylece güneşin en ufak hareketi bile
güneş paneline yansıyacaktır. Aynı zamanda motordan elde edilen mekanik enerjinin
doğrultusunun değiştirilmesi amacı ile kullanılacaktır.
20
2.6. Kullanılan Kontrol Ünitesi
Potansiyel hesaplamalar sırasında sensörlerden alınan bilgiler "Ardunio" olarak
bilinen mikroişlemci ile bilgisayar ortamına aktarılacaktır. Mikroişlemci ile LDR lerden
alınan değerlerin farklarını alıp, farkın belli bir değerin üstüne çıkınca step motorlarının
dönüş yönüne karar verir. LDR'den alınan bilgiyi fonksiyon aracılığıyla lükse çevirdikten
sonra panelin üzerine düşen ışık şiddeti miktarını belirler. Motorun mekanik aksamına
yerleştirilen potansiyometrelerden alınacak gerilimleri yine bir fonksiyon aracılığıyla
konum açısına çevirir. Sistemde iki adet step motor kullanacağımızdan, iki adet DRV8825
entegresi kullanılacaktır. Arduino 5V’luk gerilim ile çalıştığından step motorların ihtiyacı
olan 6V’ta DRV8825 entegreleri devreye girecektir.
Ardunio sayısal ve analog girişlere sahiptir. Açık kaynak kodlu bir kontrol ünitesidir.
Kullanılacak olan, Ardunio Uno R3'tür. İşletme gerilimi 5 V değerdedir. Önerilen giriş
gerilimi 7- 12 V arasında değerde çalışmaktadır. Anlık belleği 32 KB hafızaya sahiptir.
Çalışma hızı 16 MHz değerindedir.
Şekil 2.6.1. Güneş takip sisteminin Arduino ile Proteus ortamında gerçeklenmesi
21
Şekil 2.6.2. Kontrol Algoritması
Ek-1’de Arduino Ide ile yazılmış kaynak kodlar verilmiştir. Prototip üretimi
gerçekleştirildikten sonra, kod üzerinde gerekli revizyonlar yapılmalı, kodlar ortama göre
kalibre edilmelidir.
22
2.7 Elektrolit
Elektrolit, serbest iyon içeren ve elektriksel iletkenliğe sahip ortam anlamına
gelmektedir. Hidrojenin sudan elektrolizi için saf su yeterli iletkenliğe sahip değildir. Bu
nedenle tuzlar, asitler, bazlar veya su içinde iyonlaşabilen diğer katkılar su ile çözelti
olarak hazırlanarak elektroliz işlemi gerçekleştirilebilir. Fakat dünya üzerinde taze su
kaynakları da sınırlıdır. Bu projede yer yüzünün %70’ini kaplayan bol bir kaynak olan
deniz suyu elektrolit olarak kullanılacaktır. Deniz suyu içerdiği tuzlar ve çözünmüş diğer
iyonlar nedeniyle iyi bir elektrolittir. Aşağıda global su kaynaklarının miktarını gösteren
şekle yer verilmiştir.
Şekil 2.7.1. Küresel su kaynakları [10]
23
2.8. Elektroliz İşlemi
Elektroliz, elektrik akımı yardımıyla bir sıvı içerisinde çözünmüş kimyasal
bileşiklerin ayrıştırılması işlemidir. Bu değişiklik maddenin yükseltgenmesinden veya
indirgenmesinden kaynaklanır. [11]
Bu çalışmada deniz suyu elektrolize uğrayacaktır. Katot ürünü olarak H2, anot ürünü
olarak ise O2 elde edilmesi hedeflenmektedir. Deniz suyunun elektrolizi sırasında katotta;
2H2O +2e → 2H+ + 2OH
-
Na+ + e → Na
Reaksiyonları gerçekleşirken, anotta ise;
2Cl- → Cl2 + 2e
2H2O → O2 + 4H+
+ 4e
reaksiyonları gerçekleşir. Elektrotlar kısmında belirtildiği gibi anot ürünü olarak
klorin eldesi istenen bir durum değildir. Baskın ürünün oksijen olması için, akım
yoğunluğu düşük tutulmalı ve oksijen seçici elektrotlar kullanılmalıdır. Bu alanda yapılan
çalışmalar MnO2 kaplamalı anot elektrotları yardımıyla dikkate değer bir klorin üretimi
sağlanmadan, %95 verimle oksijen eldesi mümkündür. [4]
24
2.9. Elektrotlar
Elektrotlar; elektrolit çözeltiye elektrik akımını ileten, artı yüklüsüne anot, eksi
yüklüsüne katot adı verilen iletken çubuk veya levhalardır. Çeşitli metaller ve çok farklı
malzemeler elektrot olarak kullanılabilir. Elektrotların iyi bir aşınma, korozyon direncine
ve iletkenliğe sahip olmaları gerekmektedir. Bu sebeple oksitlerinden daha kararlı halde
bulunan soy metaller oldukça iyi elektrot malzemeleri olmasına karşın maliyetleri oldukça
yüksektir.
Deniz suyunun elektrolizi sırasında anotta zehirli ve tahriş edici bir gaz olan klorin
oluşabilir. Teorik olarak anotta oksijen oluşması için gerekli akım yoğunluğu(<1mA/cm2),
klorin gazı için gerekenden oldukça düşüktür. Fakat pratikte akım yoğunluğu 100 ile 1000
mA/cm2 arasındadır. Ayrıca kütle transferi sınırlamaları ve reaksiyon kinetiği
kombinasyonu klorin oluşumunu baskın hale getirir. Uygun elektrot kullanılarak anot
ürününün %99 oranında oksijen olması sağlanabilir. Ayrıca akım yoğunluğunun düşük
tutulması da oksijen üretiminin baskın olmasını sağlayabilir.
Klorin gazının anot ürünü olup olmamasını etkileyen diğer bir unsur ise, kullanılan
deniz suyunun tuzluluk oranıdır. Tuzluluk oranları bölgelere ve sıcaklıklara göre
değişkenlik gösterebilir. Türkiye’nin Karadeniz kıyılarında tuzluluk oranı 17-34 psu
arasında iken, Akdeniz kıyılarında minimum tuzluluk 38 psu dur. [12] Şekil 3.9.1’de akım
verimliliği ve klorin gazı miktarının tuzluluk oranı ile değişimi verilmiştir.
Şekil 2.9.1. Akım verimliliği, tuzluluk ve klorin değişimi [4]
25
Belirtilen sakıncalar nedeniyle deniz suyunun elektrolizinde platin kaplamalı
titanyum, kurşun dioksit veya grafit elektrotlar anot olarak kullanılabilir.
Bu projede titanyum maliyeti, kurşun dioksit ise kurşunun toksik özellikleri
nedeniyle tercih edilmemiş ve grafit elektrot kullanılacaktır. Katot olarak ise bakır
kullanılacaktır. Şekil 3.9.2 ve 3.9.3’te elektrot malzemesine, akım verimine bağlı olarak
klorin gazı oranı değişimi ve katot malzemelerinin deneyler sonucunda karşılaştırılmalı
sıralamaları verilmiştir.
Şekil 2.9.2. Akım verimliliği, elektrot malzemesi ve klorin değişimi [4]
Şekil 2.9.3. Elektrot malzemelerinin karşılaştırılması [13]
26
2.10. Elektroliz Kabı
Elektroliz yaparken kullanacağımız kap öncelikle iletken olmamalıdır. Kullanılacak
kabın iletken olması kabın yüzeyinde korozyon oluşumuna neden olur. Eğer kapta
korozyon meydana gelirse zaman içinde kapta zedelenmeler hatta zamana bağlı olarak
delinme gibi istenmeyen durumlar ortaya çıkar. Eğer çözelti kabı özel üretim bir kap ise bu
gibi tersliklerin oluşumu tekrar üretim aşamasına dönmeyi gerektirerek artı maliyete sebep
olur. Çözeltiyle veya işlem artıklarıyla herhangi bir tepkimeye girmemesi en çok dikkat
edilmesi gereken durumların başında gelmektedir. Elektroliz işlemi sonrasında kullanılan
deniz suyu, oluşan yan ürünlere göre asidik veya bazik duruma gelebilir. Bu nedenle kap
malzemesi asit baz tepkimelerine inert olmalıdır. Aksi taktirde asit baz tepkimeleri
sonucunda ortaya çıkacak zehirli gazlar, kabın delinmesi tehlikesi çevre ve insan sağlığını
tehdit edebilir.
Yukarda belirtilen kısıtlayıcı koşullar dikkate alınırsa kap malzemesinin metal esaslı
olmaması açıktır. Eğer zorunlu olarak metal kullanılması gerekiyorsa kabın iç yüzeyi inert
bir malzeme ile kaplanmalıdır. Eğer metal kullanma zorunluluğu yoksa ve elektroliz işlemi
sonunda hidroflorik asit oluşumu gözlenmiyorsa cam veya seramik malzeme kap
malzemesi olarak kullanılabilir. Fakat deniz suyu az miktarda dahi olsa flor içerdiğinden,
zaman içerisinde elektroliz sırasında oluşan hidrojen ile reaksiyona girerek hidroflorik asit
oluşacak ve seramik esaslı malzemelerin zarar görmesine neden olacaktır. Bu nedenle
projede kap malzemesi olarak asit ve bazlarla tepkimeye girmeyen sentetik esaslı plastik
malzeme kullanılacaktır.
Elektroliz kabı elektroliz sonrasında oluşacak olan hidrojen ve oksijeni ayrı ayrı
depolayacak şekilde tasarlanacaktır. Aksi taktirde basınç ve sıcaklık etkileriyle aynı
ortamda bulunan hidrojen ve oksijen tepkimeleri patlamalara neden olabilir ve risk teşkil
eder.
27
Gazların sıvı içerisindeki çözünürlükleri sıcaklıkla ters orantılı basınçla doğru
orantılıdır. Elektroliz kabının hidrojen depolanan bölümü vakum basıncında tutularak
oluşan hidrojenin suda çözünmesi engellenecek veya azaltılacaktır. Kabın bu bölümü
hidrojenin içine difüze olamayacağı malzemeden imal edilmelidir. Aksi taktirde üretilen
hidrojenin bir kısmı kaçaklarla kaybedilir ve sistem verimsizleşir. Kabın oksijen depolanan
bölümü ise oksitlenmeye karşı dirençli olmalıdır.
28
2.11 Baskı Devre Şeması
Kontrol kartının, motor sürücülerinin üzerine yerleştirileceği baskı devre kartının
tasarımı aşağıda verilmiştir. Baskı devre diğer elektronik komponentler ve bağlantı
kablolarıyla kompakt bir yapı oluşturacak şekilde tasarlanmıştır. Üzerinde bulunan pinler
ile parçaların takılıp çıkartılması, aynı model parçalar kullanılmak şartı ile değiştirilmesi
oldukça basit ve kolaydır.
Şekil 2.11.1. Baskı Devre Şeması
29
3. BULGULAR
3.1 PV Panel Benzetim Sonuçları
Aktif sıcaklık nominal değere ulaştığında (25 oC), aktif parlaklık 7500 lüks
olduğunda panelin gerilim-akım ve gerilim-güç grafiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Şekil 3.1.1. Fotovoltaik panelin nominal değerlerde V-I ve V-P grafiği
Aydınlık sabit olduğu zaman, sıcaklığın değişik değerlerinde gerilim-akım ve
gerilim-güç grafiği aşağıda verilmiştir.
Şekil 3.1.2. 15 oC'de V-I ve V-P karakteristiği
Sıcaklık nominal değerde olduğu zaman parlaklığın değişik değerlerinde gerilim-
akım ve gerilim güç grafikleri aşağıda verilmiştir.
30
Şekil 3.1.3. 25 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği
Şekil 3.1.4. 25 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği
Şekil 3.1.5. 25 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği
31
Şekil 3.1.6. 25 oC'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği
Sıcaklık 15 oC'de olduğu zaman parlaklığın değişik değerlerinde gerilim-akım ve
gerilim güç grafikleri aşağıda verilmiştir.
Şekil 3.1.7. 15 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği
Şekil 3.1.8. 15 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği
32
Şekil 3.1.9. 15 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği
Şekil 3.1.10. 15 o
C'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği
Aydınlık şiddeti arttıkça fotovoltaik panelin gücü ve akımı artmaktadır. Maksimum
gerilime ulaştığında sönümlenerek sıfıra inmektedir. Sıcaklık arttığı zaman akımın
sönümlenerek sıfırlanması azalmaktadır. V-P karakteristiğinde ise sıcaklık arttığı zaman
gücün sıfırın altına düşmesi önlenir ve sönümlenmesi azalarak sıfırlanır. Aşırı güç kaybını
önler.
33
3.2. Elde Edilen Hidrojen Miktarı
Kullanılan panelin nominal akım değeri 2.78 A için elde edilecek hidrojen miktarı
aşağıda verilen grafikten belirlenebilir.
Şekil 3.2.1. Akım-Hidrojen Üretim Oranı grafiği [14]
Verilen grafik yardımıyla üretilecek hidrojen miktarı 25 NL/hr olarak ön
görülmüştür. Akımın yükseltilmesi ile elde edilecek hidrojen miktarı artırılabilir. Fakat
yöntem bölümünde belirtildiği üzere akım yoğunluğunun 100mA/cm2 değerini aşması
durumunda klorin oluşumu gözleneceğinden, akımın yükseltilmesi ancak elektrotların
yüzey alanlarının arttırılması ile mümkündür.
Alternatif olarak üretilecek hidrojen miktarı aşağıda verilen amprik denklemden elde
edilebilir. Ncells hücre sayısı, I akım (A), F Faraday sabiti (96487 J/Vmol), Ru gaz sabiti, T
sıcaklık (K) ve P basınç (Pa) için;
𝛥𝑁𝐻2=
𝐼
2∗𝐹∗ 𝑁𝑐𝑒𝑙𝑙𝑠 (F 5.1)
𝑉𝐻2= 𝛥𝑁𝐻2
∗𝑅𝑈∗𝑇
𝑃 (F 5.2)
34
3.3. Elektrotların Korozyonu
Çelik, çinko ve bakır elektrotlar ile yapılan deneyler sonucunda bakır elektrotların en
iyi akım verimine sahip oldukları görülmüştür. Fakat korozif bir ortam olan deniz suyunda
kısa sürede korozyona uğramış ve üzerinde oluşan tabaka nedeniyle akım geçirgenlikleri
azalmıştır.
Çelik elektrotlar ise elektrik iletkenliklerinin bakır kadar yüksek değerlerde
olmaması nedeniyle sistemi bir miktar verimsizleştirmiştir. Buna rağmen bakırla
kıyaslanamayacak kadar uzun sürede korozyona uğramışlardır. İlk kullanımdaki
verimlerini uzun süre devam ettirmişlerdir.
Çinko elekrotlar ise suyun elektrolizi sırasında elektrolitik bir kaplamaya sebep
olmuşlardır. Anot olarak kullanılan çinko, katot olarak kullanılan bakır ve çeliğin
yüzeyinde bir tabaka oluşturmuş ve kaplama sağlamıştır. Fakat bu kaplama özellik ile
bakırda iletkenliğin çok düşmesine, dolayısı ile sistemin veriminin düşmesine neden
olmuştur. Aşağıda 6 saatlik çalışmanın ardından çelik ve bakır elektrotların resimlerine yer
verilmiştir.
Şekil 3.3.1. 6 saatlik çalışma süresi ardından solda bakır, sağda çelik elektrot
35
4. TARTIŞMA
4.1. Farklı Tasarım Seçenekleri ve Seçim Kriterleri
Projede elektrolit olarak deniz suyu kullanılmasına rağmen, gerek görüldüğü
takdirde, tuz-su veya başka çözeltiler ile hidroliz işlemi gerçekleştirilebilir. Özellikle
denizin olmadığı iller veya bölgelerde diğer su kaynaklarının kullanımı bu yöntem
değişikliği ile mümkündür. Fakat kullanılacak diğer çözeltilere uygun elektrot, akım
yoğunluğu ve gerilim kontrol edilmelidir. Seçilecek çözeltinin elektroliz kabına zarar
vermeyecek özelliklere sahip olması gerekmektedir.
Büyük ölçeklerde hazırlanan sistemlerde belirli aralıklar ile yerleştirilmiş birden çok
elektrot kullanılması mümkündür. Projenin tamamlanmasından sonra sistem kapalı bir
sistem yerine, sürekli akışlı bir sistem olarak tasarlanabilir veya belirli çalışma süresi
sonunda elektroliti değiştirmeyi sağlayan otomasyon çözümleri geliştirilebilir. Ayrıca
oksijen seçici elektrotlar ile yöntemin çevreciliği, ömrü ve verimi arttırılabilir. [14]
Elektrolit bölümünde değinildiği üzere, işlem sonrasında kimyasal yapısı değişen
deniz suyu doğaya salınmamalıdır. Fakat tekniğin geliştirilmesi ile deniz suyunun işlem
sonrasında nötr hale getirilerek doğaya salınması için bütünleşik sistem veya teknik
geliştirmek mümkündür.
Yöntem, enerjisini doğrudan güneşten karşılamaktadır. Yeterli güneşlenme süresine
sahip olmayan bölgelerde, rüzgâr veya diğer yenilenebilir kaynaklar enerji kaynağı olarak
kullanılabilir. Böyle bir değişim için elektroliz bölmesinde herhangi bir değişikliğe gerek
olmadığı ön görülmektedir. Bu yöntemler tek başlarına enerji kaynağı olarak
kullanılabildikleri gibi, diğer kaynaklarla beraber de kullanılabilir. [15]
Elde edilen hidrojen yakıt hücrelerinde doğrudan kullanılabileceği gibi, gelişen
teknikler ile beraber CO2 gibi artık gazların katalizör yardımı ile tekrar metan gazına
dönüştürülmesinde hammadde olarak da kullanılabilir.
36
4.2. Çevresel Etki ve Güvenlik
Tasarımda deniz suyunun elektrolizi ile üretilecek hidrojenin yenilenebilir, verimli
ve çevre dostu bir yakıt olarak kullanılması hedeflenmiştir. Lakin deniz suyunun elektrolizi
sırasında daha önceki kısımlarda belirtildiği üzere birtakım sınırlamalar ve tehlikeler
mevcuttur.
Bu tehlikelerden biri katotta klorin gazı oluşmasıdır. Elektroliz işleminin
incelenmesinde belirtilen koşullara uyulmadığı takdirde çevre ve insan için oldukça zararlı
bu gazın doğaya salınması kaçınılmazdır. Bu nedenle akım yoğunluğu 100mA/cm2 yi
aşmamalı ve uygun elektrot kullanılmalıdır.
Diğer bir olumsuz çevresel etki ise elektroliz işlemi sonrasında deniz suyunun
kimyasal özelliklerinin değişmesi sonucunda asidik veya bazik hale gelmesidir. Bu nedenle
işlem sonunda kalan elektrolit ek işlemlerden geçirilmelidir. Katotta oluşan oksijene ek
olarak, sistemdeki değişimler sonucunda başka gazlar oluşumu mümkündür. Bu nedenle
katottan elde edilecek oksijen gazı işlem sonrasında direk olarak tahliye edilmemeli ve
solunmamalıdır. [16]
H2 halinde bulunan hidrojen oldukça aktiftir ve reaksiyona girme riski oldukça
yüksektir. Hidrojen depolanan kabın yalıtımının sağlanamaması, oksijenle temas etmesi,
uygun basınç ve sıcaklık koşullarının dışına çıkılması durumunda yangın ve patlama
tehlikesi vardır.
Elektrotların yüzeyinde belli bir çalışma süresi sonunda korozif bir tabaka oluşumu
beklenir. Deniz suyunun bileşiminde, eser miktarda bulunan maddelerde göz önüne
alındığında, bu oluşan tabaka zehirli, tahriş edici olabilir. Bu nedenle elekrotlara çıplak elle
temas edilmemelidir. Bu elektrotların değişimleri sırasında mutlaka koruyucu eldiven
kullanılmalıdır. Aynı güvenlik önemleri elektrolize uğramış deniz suyunun değişimi
sırasında da geçerlidir. Koruyucu eldiven, maske ve gözlük kullanılmalıdır. Atık deniz
suyu uygun şekilde depolanmalı, uygun işlemlerden geçirildikten sonra tahliye edilmelidir.
Prototipte kullanılacak olan otomatik kontrollü güven paneli risk teşkil etmese de
daha büyük ebatlarda yapılacak olan sistemlerde güneş takip sisteminin dönme hareketini
yaptığı alana sistem çalışma halindeyken girilmemelidir. Aksi takdirde otomatik dönüşler
sırasında oluşabilecek kazalar yaralanmalarına sebep olabilir.
37
Belirtilen olumsuz etkiler ve risklere rağmen, uygun prosedür takip edildiğinde,
yöntem ileride yapılabilecek gelişmelerle beraber günümüzdeki diğer yöntemlere göre hala
oldukça çevrecidir, yenilenebilir ve temizdir.
4.3. Üretilebilirlik ve Maliyet Hesabı
4.3.1. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz
MALZEMENİN
ADI AÇIKLAMA ADET
BİRİM
FİYAT
[TL]
SATIR
TOPLAM
[TL]
PV panel (50W) Enerji üretimi 1 200 200
Foto direnç
(LDR)
Panelin ışığa göre
konumunun
belirlenmesi
10 1 10
6V Step motor Hareket mekanizması 2 40 80
Elektroliz kabı Çözeltinin bulunduğu
kap/tank 1 150 150
Çözelti Deniz suyu - - -
Arduino kart Kontrol entegresi 1 30 30
DRV8825 Motor sürücü
entegresi 2 40 80
Mekanik sistem Taşıyıcı sistem ve
hareket mekanizması 1 200 200
Direnç LDR üzerinden geçen
akım kontrolü 10 1 10
Elektrot Elektroliz işlemi için
elektrik iletkeni 2 60 120
TOPLAM 880
Tablo 4.3.1.1 Malzeme listesi ve 2018 yılı için fiyatlar
38
4.3.2. Üretilebilirlik
Yenilenebilir enerji kaynaklarının diğer fosil kaynaklara göre maliyet bakımından
oldukça tasarruflu olduğunu bilinmektedir. Bu nedenle bir üretim aşamasında kaynak
olarak güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, dalga enerjisi gibi yenilenebilir bir kaynak kullanmak
başlangıç olarak fazla maliyetli gibi görünse de uzun vadeli hesaplar yapıldığında oldukça
tasarruf sağlandığı gözlemlenmektedir.
Çalışmada kullanılan güneş enerjisini diğer yenilenebilir kaynaklarla
karşılaştırıldığında, yönteme uygunluk açısından en ideal olanının güneş enerjisi olduğunu
rahatlık ile görülebilmektedir.. Rüzgâr enerjisini düşündüğümüzde çok büyük alanlara,
arazilere ihtiyaç duyulacağından alınacak olan arazilerin, arsaların olması maliyeti
arttıracağından güneş enerjini seçmek daha avantajlıdır. Bir diğer yenilenebilir enerji
kaynağı olan hidroelektrik enerji düşünüldüğünde ilk yapım maliyetinin çok fazla
olmasının yanında kurulum aşamasının çok uzun olması da caydırıcı sebeplerin başında
gelmektedir. Ayrıca üretilecek olan enerjinin kapasitesi yağış miktarına bağlıdır. Çevresel
olarak düşünüldüğünde ise deprem ve benzeri durumlarda sel tehlikesi oluşturarak
yerleşim alanlarını su altında bırakabilir. Bir diğer yenilenebilir enerji kaynağı olan dalga
düşünüldüğünde hava koşullarından çabuk etkilenebilir olması ve ayrıca her dalga boyu
için yeni bir sistemin geliştirmek gerektiğinden çalışma da güneş enerjisini kullanmak
oldukça verimli, zahmetsiz ve çevresel açıdan temiz bir enerji kaynağıdır.
Türkiye’nin yıllık güneşlenme süreside dikkate alınarak yapılan bu kıyaslamada
güneş enerjisi kullanmak çok ekonomik olacaktır. Güneş enerjisi verim bakımından diğer
kaynaklara göre düşük verime sahiptir. Verim arttırmaya yönelik çalışmaların başında
gelen ve çalışmamızda kullandığımız güneş takip sistemi bu verimi %15 kadar arttırıştır.
39
Güneş Enerjisinin Avantajları
Yenilenebilir enerji kaynağıdır,
Doğal malzemeler kullanılır,
Çok ekonomiktir,
Dış kaynaklara bağımlı değildir ve her ülke kullanabilir,
Çevresel açıdan temiz enerji kaynağıdır.
Dünya üzerinde bolca bulunan ve ülke bazında bakıldığında da ülkemizde bolca
bulunmakta olan deniz suyunun projede diğer bir kaynak olarak kullanılması maliyet
bakımından ekonomik olduğunun bir başka göstergesidir. Güneş enerjisinden elde edilen
elektrik enerjisi ile deniz suyunu elektroliz ederek depolanacak olan hidrojenin daha sonra
yakıt, kimyevi madde üretimi vb. alanlarda kullanılması da göz önüne alındığında
yapılacak olan proje çok hızlı bir üretim olmasa da maliyet bakımından oldukça ideal bir
üretim mekanizmasıdır.
4.4. Etik Değerlendirme
Tasarımın her aşamasında mühendislik etiğine uyulmuştur. Sistemin neden
olabileceği zararlar, teşkil edebileceği tehlikeler, yöntemin kusurları ve yetersizlikleri
herhangi bir aldatmaya veya yanlış anlaşılmaya mahal vermeyecek şekilde açıklanmıştır.
Çevre ve insan sağlığını olumsuz etkileme riski bulunan tüm durumlar gerekçeleri ve
önlemleri ile beraber çalışma da belirtilmiştir. Yöntemi ticari ve şahsi kullanım amacıyla
gerçekleştirecek her gerçek ve tüzel kişi veya kişiler, uyarılara ve kısıtlara uymak ile
mükelleftir.
Tasarımı hazırlayanlar sadece kendi çalışma alanlarındaki uzmanlıklarını kullanmış,
kendi uzmanlık alanları dışındaki konularda, konunun uzmanı kişilerin görüş ve önerileri
dikkate almıştır.
40
5. SONUÇLAR
Yapılan testlerde akım yoğunluğunun 150 mA/cm2 değerini geçmesi durumunda
klorin gazının oluştuğu gözlemlenmiştir. Yine yapılan testlerde beklentiye uygun olarak
hidrojen ve oksijen oluşumu sonrasında işlem uygulanmış deniz suyu asidik özellik
göstermiştir.
Çalışmada bir risk olarak belirtilen hidroflorik asit oluşumu ise fark edilir miktarda
gözlenmemiştir. Hidroflorik asit oluşumunun kaba olarak tespiti için işlenmiş deniz suyu
cam ile temas halinde 24 saat bekletilmiştir. 24 saat sonunda cam malzemede herhangi bir
erozyon veya korozyona rastlanmamıştır.
Elektrot denemelerinde ise beklentilere uygun olarak, bakır elektrot katot olarak
kullanıldığında çok kısa sürede ciddi korozyona uğradığı gözlemlenir iken, bakır
elektrotun anot, çelik elektrotun katot olarak kullanıldığı durumda ise görece çok daha
uzun süre iletkenliğin devam ettiği, dolayısı ile hidrojen üretiminin verimli şekilde devam
ettiği gözlemlenmiştir.
Yapılan deneylerde üretilen hidrojen miktarını hassas olarak belirlemek mümkün
olmamıştır. Sonuç raporunda, birim enerji başına üretilen hidrojen miktarı literatürden
akım-hidrojen miktarı eğrileri kullanılarak belirlenmiştir.
Yakıt pillerindeki hızla gelişmelerin meydana geldiği ve bu tekniğin henüz kuluçka
döneminde olduğu göz önünde bulundurulur ise, yöntemin daha büyük ölçeklerde
geliştirilmesi ile beraber uygulanabilir, kolay, temiz, yenilenebilir hidrojen üretimi
sağlamak oldukça olasıdır. Çalışmada belirtildiği üzere elektroliz ile hidrojen üretimi
toplam üretim içinde oldukça düşük bir paya sahiptir. Uzun sahil şeritlerine ve etkin güneş
enerjisi potansiyeline sahip ülkemizde yöntemin gelişmemesi ve uygulanmaması için
hiçbir neden yoktur.
PV panelin sabit ve takip mekanizmalı hallerinin aynı konumda 3’er gün ara ile sabit
kapasiteli bir pili boş halden şarj etmeleri gözlemlenmiştir. İki durum arasında yapılan
kıyaslamada güneş takip sisteminin sistemi %15 daha verimli hale getirdiği görülmüştür.
41
6. ÖNERİLER
Yöntem birçok fosil kaynak temelli yöntemden daha temiz bir enerji üretme
yöntemidir. Buna rağmen deniz suyunun elektrolizi sırasında bir takım çevresel risklerin
olduğundan bahsedilmişti. Ayrıca elekrotların ömrü, işlenmiş deniz suyunun deşarjı, PV
panellerin halen düşük verimlerde çalışıyor olması, hidrojenin depolanma zorlukları gibi
birçok engel çözüm beklemektedir.
Yöntemin faal olarak uygulaması olarak Energy Absorber isimli deniz taşıtı
gösterilebilir. Güneş, rüzgâr ve hidrojen kombinasyonlu bu taşıt, hiç yakıt almadan 2022
yılına kadar 50 limanı ziyaret edecek. Taşıtta hidrojen tanklarının kullanılması, eş değer
elektrik bataryalarına göre 10 kat daha az ağırlık anlamına gelmektedir. Energy Absorber
deniz suyunun elektrolizi için özel imal edilmiş, MnO2 kaplamalı yumuşak çelikten imal
edilmiş özel elektrotlar levhalar kullanmaktadır.
Yakın gelecekte fosil yakıtların biteceği, bilim dünyası tarafından sıklık ile
savunulan bir görüştür. Bu görüş ve zorunluluk doğrultusunda, artan finansal araştırma
destekleri ile beraber hidrojen teknolojilerinin hızla gelişeceği beklenen bir durumdur. 21.
yüzyılın ilk çeyreğinin sonuna yaklaşırken, tüm dünyada yenilenebilir enerji teknolojileri
hızla gelişmekte, fakat enerji ihtiyacının karşılanması ve sürekli olarak sağlanması
konusunda şimdilik termik makinalar karşısında yetersiz kalmaktalar. Enerjinin
depolanması anlamında basınç enerjisini depolama, elektrik pilleri ve hidrojen depolama
yöntemleri öne çıkmaktadır. Bu açıdan çalışmada belirtilen olumsuzlukların giderilmesi
önümüzdeki 2. çeyrek için oldukça elzemdir.
42
7. KAYNAKLAR
1. Godula-Jopek, A., Hydrogen Production by Electrolysis, WILEY-VCH GmbH,
Gliwice, 2015.
2. Varınca, K. B. ve Gönüllü, M. T., Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli ve Bu
Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma, I.
Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi Kongresi, Haziran 2016, ESOGÜ, Eskişehir,
Bildiriler Kitabı, 270 – 275.
3. Turner, J. A., Sustainable Hydrogen Production, Science, 2004, Vol 305, 972-
974.
4. Bennett, J. E., Electrodes for Generation of Hydrogen and Oxygen From
Seawater, Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 5, 1980, 401-408.
5. Vyas, H., Parkar, T., Verma, R. ve Vishwakarma, P., Solar Tracking System,
International Journal of Research in Science & Engineering, 2017, Special Issue,
292 – 296.
6. Partain, L.D., Solar Cells and their applications, John Wiley & Sons, New York,
1995
7. Rizk, J., and Chaiko, Y., Solar Tracking System: More Efficient Use of Solar
Panels, World Academy of Science, Engineering and Technology Vol : 2, 2008,
786 – 786.
8. Perdahçı, C., Güneş Pili Verilmleri ve Ekonomik Analizi, Elektrik Mühendisliği
Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, Türkiye,
1996.
9. Abdallah, S., The effect of using sun tracking systems on the voltage current
characteristics and power generation of flat plate Photovoltaics, Energy Convers.
Manag. 2004, vol.45, 1671-1679.
10. Abdel-Aal, H.K., Zohdy, K.M. ve Abdel Kareem, M., Hydrogen Production
Using Sea Water Electrolysis, The Open Fuel Cells Journal, 2010, 3, 1-7.
11. El-Bassuoni, A. M. A., Sheffield, J. W. ve Veziroğlu, T. N., Hydrogen and Fresh
Water Production From Sea Water, International Journal of Hydrogen Energy,
1982, Vol. 7, 919-923.
12. Alkan, A., Zengin, B. Serdar, S. ve Oğuz, T., Long-Term Temperature, Salinity
and Chlorophyll-a Variations at Southeastern Coastal Site of the Black Sea,
Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 2013, 13, 57-68.
13. Slama, R. B., Hydrogen Production by Water Electrolysis Effects of the
Electrodes Materials Nature on the Solar Water Electrolysis Performances,
Natural Resources, 2013, 4, 1-7.
14. Kato, Z., Bhattarai, J., Kumagai, N., Izumiya, K. ve Hashimoto, K., Durability
Enhancement and Degradation of Oxygen Evolution Anodes in Seawater
Electrolysis for Hydrogen Production, Applied Surface Science, 2011, Vol. 257,
8230-8236.
43
15. Balaji, R., Kannan, B. S., Lakshmi, J., Senthil, N., Vasudevan, S., Sozhan, G.,
Shukla, A.K., Ravichandran, S., An Alternative Approach to Selective Sea Water
Oxidation for Hydrogen Production, Electrochemistry Communications, 2009,
Vol. 11, 1700-1702.
16. Badea, G. E. ve Corbu, I., Seawater Electrolysıs for Hydrogen Productıon,
Journal of Sustainable Energy, 2007, 2, 39-44.
17. Mousazadeh, H., Keyhani, A., Javadi, A., A review of principle and sun tracking
methods for maximizing solar system output, Reneable. Sust. Energy Rev., 2009,
vol., 13, 1800–1818.
18. Wakchaure, V., Jagtap, J., Lakshmipraba, B., Solar Tracking System,
International Research Journal of Engineering and Technology, Vol. 4, 2017,
1770-1772.
19. Solar tracking: an efficient method of Improving solar plant efficiency”, IJEEE,
Ocak 2015, Volume 7, Issue 01, 199 – 203.
44
8. EKLER
EK-1 ARDUINO İÇİN KAYNAK KODLAR
#include <Servo.h>
Servo horizontal;
int servoh = 90;
Servo vertical;
int servov = 90;
int ldrlt = 0; //LDR top left
int ldrrt = 1; //LDR top rigt
int ldrld = 2; //LDR down left
int ldrrd = 3; //ldr down rigt
void setup()
Serial.begin(9600);
horizontal.attach(9);
vertical.attach(10);
void loop()
int lt = analogRead(ldrlt);
int rt = analogRead(ldrrt);
int ld = analogRead(ldrld);
int rd = analogRead(ldrrd);
int dtime = analogRead(4)/20;
int tol = analogRead(5)/4;
int avt = (lt + rt) / 2;
int avd = (ld + rd) / 2;
int avl = (lt + ld) / 2;
int avr = (rt + rd) / 2;
int dvert = avt - avd;
int dhoriz = avl - avr;
45
EK-1 ARDUİNO İÇİN KAYNAK KODLAR (DEVAM)
if (-1*tol > dvert || dvert > tol)
if (avt > avd)
servov = ++servov;
if (servov > 180)
servov = 180;
else if (avt < avd)
servov= --servov;
if (servov < 0)
servov = 0;
vertical.write(servov);
if (-1*tol > dhoriz || dhoriz > tol)
if (avl > avr)
servoh = --servoh;
if (servoh < 0)
servoh = 0;
46
EK-1 ARDUİNO İÇİN KAYNAK KODLAR (DEVAM)
else if (avl < avr)
servoh = ++servoh;
if (servoh > 180)
servoh = 180;
else if (avl == avr)
horizontal.write(servoh);
delay(dtime);
47
EK-2 SİSTEMİN GÖRÜNÜŞÜ
48
EK-3 ŞEMATİK RESİM
49
ÖZGEÇMİŞLER
Umut Volkan ÖZDEMİR 04.01.1993 tarihinde İstanbul’un Üsküdar ilçesinde doğdu.
İlköğrenimini Kadir-Rezan Has İlköğretim Okulunda, lise öğrenimini Göztepe İhsan
Kurşunoğlu Anadolu Lisesi’nde tamamladı. 2014 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi,
Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı.
İngilizce ve Almanca bilmektedir. Öğrenimine 4. Sınıf olarak devam etmektedir.
Süleyman SEVİM 27.05.1996 tarihinde Yalova’nın Merkez ilçesinde doğdu.
İlköğrenimini Gazi Osman Paşa İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Fatih Sultan
Anadolu Lisesi’nde tamamladı. 2014 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik
Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı. Öğrenimine 4.
Sınıf olarak devam etmektedir.
Ergün ABULOĞLU 16.05.1996 tarihinde Sakarya’nın Adapazarı ilçesinde doğdu.
İlköğrenimini Konuralp İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Şehit Yüzbaşı Halil İbrahim
Sert Anadolu Lisesi’nde tamamladı. 2014 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi,
Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı.
Öğrenimine 4. Sınıf olarak devam etmektedir.
Recommended