RÜZGAR GÜNEŞ HİBRİT SİSTEM - Yalova...

RÜZGAR-GÜNEŞ HİBRİT SİSTEM

Deney Setini Oluşturan Modüller:

1. Şarj Regülatörü Modülü (hibrit sistem için 200W+500W)

2. DC-AC İnverter Modülü (300W-150W)

3. Akü Modülü

4. DC Yük Modülü

5. AC Yük Modülü

6. Ayarlı Direnç Modülü (0-1000Ω)

7. Rüzgar Simülatörü Modülü

8. Fotovoltaik Panel Modülü (40W)

9. 3 Faz AC Gerilim Üreten Endüstriyel Rüzgar Türbini ve Servomotor Modülü

(500W)

1. ŞARJ REGÜLATÖRÜ MODÜLÜ

Şarj regülatörü modülü aşağıdaki özelliklere sahiptir.

Rüzgar türbininin ürettiği 3 faz AC gerilimi doğrultarak doğru akıma çevirir

Max. şarj akımı: 10 A

Giriş voltaj aralığı 12-14V, 24-26V

Max güç kapasitesi 700W (200W solar 500W rüzgar)

Rüzgar ve güneş için hibrit kullanım

Solar panel, akü ve DC yük için 4 mm’lik bağlantı soketleri

Boyutlar: 297mm x 300mm x 65mm

Hibrit Şarj Regülatörü;

Hibrit Sistemler birden fazla enerji kaynağının kullanıldığı sistemlerdir. Hibrit uygulamalar,

özellikle yaz-kış enerji gereksiniminin olduğu ve kesintiye bir an bile yer verilmemesi

gereken kritik sistemlerde uygulanır, yüksek güvenlik ve konfor sağlar. Kullanım amacı

rüzgar türbininin ürettiği 3 faz AC gerilimi doğrultarak doğru akıma çevirmektedir ve

bataryaların dengeli ve kontrollü bir biçimde şarj edilmesidir. Kullandığımız şarj regülatörü

hibrit olarak kullanılabilmekte olup max. 200W güneş enerjisi ve max. 500W rüzgar enerjisi

dönüşüm kapasitesine sahiptir.

2. DC-AC İNVERTER MODÜLÜ

DC-AC inverter modülü aşağıdaki özelliklere sahiptir.

Güç Aç/Kapa anahtarı

12 VDC akü girişi

Çıkış gerilimi: 230V AC ±%10

Frekans: 50Hz ±%10

Güç: 275 VA

Çalışma durumunu gösteren LED

Hatalara karşı sesli uyarı

Aşırı yük ve sıcaklık kontrolü

Solar panel, akü, toprak

bağlantıları ve AC çıkış için 4

mm’lik bağlantı soketleri

Boyutlar: 297mm x 300mm x

65mm

DC-AC İnverter;

İnverterler doğru akımı alternatif akıma çeviren dc-ac konverter’lerdir. Bir inverterin görevi

girişindeki bir doğru gerilimi çıkışında istenen genlik ve frekansta simetrik bir alternatif

gerilime dönüştürmektir. Fotovoltaik sistemlerde, çıkış dalga şekline bağlı olarak 3 çeşit

inverter kullanmak mümkündür. Bunlar kare dalga, modifiye sinüs dalga ve sinüs dalga

inverterlerdir. Bu deney setinde kullanılan inverter türü modifiye sinüs inverterdir.

3. AKÜ MODÜLÜ

Akü modülü aşağıdaki özelliklere sahiptir.

Gerilim: 12V

Kapasite: 60Ah

Şarj edilebilir

Aşırı akım koruma

0-15VDC analog voltmetre, 0-

10A analog ampermetre

4 mm’lik bağlantı soketleri

Akü Açma/Kapama Anahtarı; akü ile modül arasındaki bağlantıyı aktif veya pasif yapar.

Sigorta 1; akü modülü girişi ile akü arasındaki akımı sınırlardırmak için kullanılır.

Sigorta 2; akü modülü çıkışı ile akü arasındaki akımı sınırlandırmak için kullanılır.

Ampermetre 1; akü modülü girişi ile akü arasındaki akımı göstermektedir.

Ampermetre 2; akü modülü çıkışı ile akü arasındaki akımı göstermektedir.

Voltmetre; sistemdeki gerilimi göstermektedir.

Akü giriş soketleri ile rüzgar türbini/güneş paneli arasındaki bağlantısı yapılır.

Akü modülü çıkış soketleri ile aküde depolanan enerji sisteme aktarılır.

NOT: Kullanılan akünün özellikleri: 12V – 7.0Ah

4. DC YÜK MODÜLÜ

DC yük modülü aşağıdaki özelliklere sahiptir.

12VDC gerilim girişi

Fan: 5W

Siren: 5W

Lamba: 10W

Her bir ünite için ayrı aç/kapa anahtarı



5. AC YÜK MODÜLÜ

AC yük modülü aşağıdaki özelliklere sahiptir.

220VAC gerilim girişi

Tasarruflu lamba: 5W

Parlaklık ayarlı (dimmer) lamba: 25W

Halojen lamba:18W

Fan: 14W

Her bir ünite için ayrı aç/kapa anahtarı



6. RÜZGAR SİMÜLATÖRÜ MODÜLÜ

Rüzgar simülatör modülü türbinin miline bağlı olan servo motoru sürmek için kullanılır.

Modül üzerinde modülü, servo motoru açıp-kapatmaya yarayan ve servo motorun bilgisayarla

kontrol edilmesine izin veren anahtarlar mevcuttur. Bunlara ek olarak bir adet kontrol paneli

ve servomotorun hızını manuel olarak değiştirmeye yarayan bir potansiyometre

bulunmaktadır.

Rüzgar türbini 3 adet karbon fiber bileşimli kanada sahiptir. Ancak deneylerimizi laboratuvar

ortamında gerçekleştireceğimizden dolayı rüzgarın döndürme gücünü türbin miline bağlı

servomotorla yardımıyla gerçekleştirilmiştir.

Rüzgar simülatör modülünde aşağıdaki özelliklere sahip servo sürücü bulunmaktadır.

Bütün giriş/çıkışlar izlenebilir. Monofaze beslemeyle çalışmaktadır.

Hız, tork, konum, konum/hız, hız/tork, konum/tork çalışma seçenekleri vardır.

o Hız/tork: Analog giriş için ±10V analog giriş, dijital giriş için 0-3000rpm dir.

o Konum: Harici (opencollector ya da linedriver) veya dahili konum (dijital girişle

belirlenen 16 konum) seçenekleri vardır.

6 adet opsiyonel dijital giriş, 3 adet opsiyonel dijital çıkış vardır.

Hız /tork sınırlanabilir.

Windows tabanlı yazılım bulunmaktadır.

RS232 / RS485 haberleşmesi gerçekleştirebilir.

Absolute / incremental konum kontrolü yapılabilir.

Orijin arama ve konum öğretme fonksiyonları vardır.

Dahili frenleme ünitesi vardır.

Notch filtre özelliği vardır.

Koruma fonksiyonları ve alarm mesajları vardır.

2500 pprenkoder çözünürlüğü vardır.

7. FOTOVOLTAİK PANEL

Fotovoltaik modül iki adet panelden oluşur, paneller aynı teknik özelliklere sahiptir ve bir

panelin teknik özellikleri aşağıdaki gibidir;

Monokristal yapı

Max. Güç: 20W

Max. Güç akımı: 2,53A

Max. Güç gerilimi: 15,84VDC


Farklı ışık açılarının elektrik üretimine etkisini de gözlemleyebilmek için açısı

ayarlanabilir şekilde solar panel modülüne eklenen halojen ışık kapalı alanda güneş

ışığı olmaksızın deneyleri gerçekleştirebilmeyi sağlayacak yapıdadır.

Paneller seri ve paralel bağlanarak farklı yük gereksinimlerini karşılayabilecek

yeterliliktedir.

Fotovoltaik panel katmanları:

Alüminyum çerçeve: Panellere, montaj uygulamalarında kolaylık sağlaması ve kenarlardan

gelecek darbelere karşı paneli koruması için alüminyum çerçeve ile fiziksel direnci artırılır.

Temperli cam: Panel camları olumsuz hava koşullarında, dışarıdan gelen etkilere karşı panel

bileşenlerini koruyacak şekilde ve optimum verim için güneş ışığını geri yansıtma oranı düşük

olacak şekilde temperli camlar kullanılır.

Eva: İyi bir laminasyon işlemi ve panel hücrelerinde meydana gelebilecek güç kayıplarını

azaltmak için encapsulasyon (Kapsulasyon) işlemi gerekmektedir. Bu nedenle PV modüllerin

en hassas bölümleri için performansı ve dayanıklılığı yüksek ve uzun süreli koruma sağlayan

EVA (Ethylene vinyl acetate) kullanılır. Bu özelliği sayesinde modül dayanıklılığı ve verimi

artar. Eva film hücrelerin alt ve üst yüzeylerini kaplayacak şekilde yerleştirilir.

Solar hücre: Solar hücreler bilindiği gibi bir yarı iletken düzenektir. Çoğunluk yük

taşıyıcıları elektronlardan oluşan N tipi ile çoğunluk yük taşıyıcıları boşluklardan oluşan P tipi

yarı iletken yan yana getirilerek oluşturulur. Fotonlar bu iki yarı iletkenin birleşme noktasına

düşürülürse dış devreden bir akım geçebilmektedir. Geçen bu akım sayesinde solar hücreler

bir güç kaynağı gibi kullanılır.

Alt tabaka (Tedlar film): Alt tabaka panel hücrelerine yalıtkanlık sağlayarak dış ortamdan

etkilenmelerini engeller.

Bağlantı kutusu: Stringlerden gelen busbarları birleştirmek için bağlantı kutusu kullanılır.

Bağlantı kutusu ile panel içindeki hücrelerin elektrik akımları stringler aracılığıyla

birleştirilerek panelin güç kaynağı gibi çalışması sağlanır.

10. 3 FAZ AC GERİLİM ÜRETEN ENDÜSTRİYEL RÜZGAR TÜRBİNİ

Endüstriyel Küçük rüzgar türbini aşağıdaki özelliklere sahiptir.

Gerçek türbinlerde olduğu gibi 3 faz AC gerilim üretir

Güç: 400 W

Gerilim: 12 VDC

Kanat Çapı: 1.15m

Kanatlar: Karbon fiber birleşimi (3 adet)

Direk çapı: 48mm

T.C.

YALOVA ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ESM 413 ENERJİ SİSTEMLERİ LABORATUVARI 2

DENEY 1: GÜNEŞ PANELİ ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE

GÜNEŞ MODÜLLERİNİN BAĞLANTI BİÇİMLERİ

Deneyi Yapanlar

Ad Soyad Grubu Numarası

RAPORU HAZIRLAYAN:………………………………………………………………

Deneyin Yapılış Tarihi

…../ …../ 2017

Rapor Teslim Tarihi

…../ …../ 2017

Ortalama Not:

Performans Notu

Rapor Notu

Raporu Değerlendiren: Arş. Grv. Dr. Sunay TÜRKDOĞAN

DENEY-1

GÜNEŞ PANELİ ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE

GÜNEŞ MODÜLLERİNİN BAĞLANTI BİÇİMLERİ

Bu deney iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada tek bir güneş paneli ile çalışılacak olup bu

panelin akım-gerilim-güç ilişkisi incelenecektir. İkinci aşamada ise seri ve paralel bağlanan

iki panelin bağlantılarına göre yük üzerindeki farklılıkları incelenecektir.

1. GÜNEŞ PANELİ ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

1.1. Deneyin Amacı

Güneş panelinin akım-gerilim grafiğini çizerek karakteristik özelliklerinin çıkarılmasıdır.

1.2. Teori

Akım-gerilim eğrisi güneş panelinin performansı hakkında gerekli bilgileri

(𝑉𝑜𝑐 , 𝐼𝑠𝑐 , 𝑉𝑚 , 𝐼𝑚 , 𝐹𝐹 ) verir. Maksimum Güç Noktası (MGN) değeri, güç-gerilim çıkartılır.

MGN değeri, panel verimliliğini bulmadan kullanılır ve bu değerin gelen ışın gücüne oranı

bize panel verimliliğini vermektedir.

1.3. Deneyin Yapılışı

Şekil-1: Deney düzeneğinin şematik gösterimi.

Şekil-1’de gösterildiği gibi güneş paneli, değişken direnç, ampermetre (yüke seri

bağlı) ve voltmetre (yüke paralel bağlı) birbirlerine bağlanır.

Halojen lambadan gelen ışınlar güneş paneli üzerine 900 açı ile gelecek şekilde

yerleştirin.

Lambayı açtıktan sonra sıcaklık değişiminden kaynaklanan hataları engellemek için en

az 1 dakika bekleyiniz.

Lambadan gelen ışığın enerjisi düşük olduğu için bu deneyi güneş ışığı altında

yapmak daha etkili olacaktır. Eğer olanak var ise dış ortamda güneş ışığı altında da

benzer ölçümler yapılarak karşılaştırılmalıdır.

Açık devre gerilimi ile başlayan akım-gerilim değerlerin, R=0 dan R=∞’a kadar direnç

adım adım değiştirilerek okunan akım-gerilim değerleri kaydedilmelidir.

Aşağıdaki tabloyu ölçtüğünüz değerlerle doldurunuz.

Ölçümler arasındaki değerler sabitlenene kadar bekleyiniz.

1.4. Ölçülen Değerler

Tablo-1: Voltmetre ve Ampermetreden okunan V ve I değerleri.

R(Ω) V(V) I(A) P(W)=V.I

∞ *𝑉𝑂𝐶 =

1000

700

500

300

100

50

30

1

0 *𝐼𝑆𝐶 =

1.5. Analiz

Bir önceki adımda kaydettiğiniz verilerle akım-gerilim ve güç-gerilim grafiklerini çiziniz.

Eğer aşağıdaki formatta değilse değerleri tekrar ölçerek grafikleri tekrar çiziniz. MGN, güç

eğrisinin en üst noktasıdır bu nokta akım-gerilim eğrisinin köşe noktasında yer almaktadır. Bu

değer akım ve gerilim çarpımlarının en yüksek olduğu yerdir. Buradaki akım ve gerilimin

oluşturduğu dikdörtgen oluşabilecek en büyük dikdörtgendir. Ayrıca MGN değeri akım ve

gerilim değerlerinin oluşturduğu dikdörtgenlerle de hesaplanabilir. En büyük dikdörtgenin

alanı MGN değerini verir.

Şekil-2: I-V karakteristiği.

Panel verimliliğinin hesaplanabilmesi için giriş ve çıkış güçlerinin bilinmesi gerekir. Deneyin

ilk basamağı üretilen max gücü bulmaktır. Giriş gücünü hesaplanmasını öğrenmek için ya bir

ölçüm cihazına ya da daha önce multimetreyle ölçülmüş değerlere ihtiyaç duyulur.

𝜂 =𝑃𝑚𝑎𝑥

𝑃𝑔𝑖𝑟𝑖ş

η:Verim(%), 𝑃𝑚𝑎𝑥: Maksimum güç (W), 𝑃𝑔𝑖𝑟𝑖ş: Giriş gücü (W)

Giriş gücünü yukarıda hesapladıktan sonra ışınım aşağıdaki gibi hesaplanır.

𝐸 =𝑃𝑔𝑖𝑟𝑖ş

𝐴

𝐸: Işınım(𝑊 𝑚2)⁄ , 𝑃𝑔𝑖𝑟𝑖ş: Giriş gücü (W), A=Panelin Etkin Alanı (m2)

k sabitinin hesaplanabilmesi için hesaplamış olduğumuz ışınım(E) ve okuduğumuz kısa devre

akımına(Isc ) gerek vardır.

𝑘 =𝐸

𝐼𝑆𝐶

Güneş panelleri modüllerinin performanslarının karşılaştırılmasını sağlayan bazı parametreler

güneş panellerinin arkasında bulunan etikette yer almaktadır. Bu parametreler, standart test

şartları altında belirlenir (AM 1.5 STC: 25°C, 1000 W/m2). Bu parametreler deney anında

ulaştığımız veriler ile karşılaştığında farklılık gösterebilir. Bu parametrelerden biri olan Fill

Factor (FF)’ün hesaplama yöntemi aşağıdaki gibidir.

𝐹𝐹 =𝐼𝑀𝑃𝑥𝑉𝑀𝑃

𝐼𝑆𝐶𝑥𝑉𝑂𝐶

1.6. Raporda İstenenler

Tablo-1 ölçülen değerlerle doldurulmalı ve bu değerler kullanılarak I-V, P-V

diyagramları (Şekil-2 gibi) çıkarılmalıdır.

Tablo ve diyagramda istenen tüm datalar (𝐼𝑀𝑃 , 𝑉𝑀𝑃, 𝐼𝑆𝐶 , 𝑉𝑂𝐶 , 𝑃𝑀𝑃) bulunmalıdır.

Yukarıdaki formüller kullanılarak Halojen lambanın güç yoğunluğu (E), k sabiti ve FF

hesaplanmalıdır.

Hesaplanan FF değeri panelin FF değeriyle karşılaştırılıp farklılık varsa nedenleriyle

yorumlanmalıdır.

Panel özelliklerinden aktif hücre alanı hesaplanmalı ve manuel olarak ölçülen alan ile

karşılaştırılıp yorumlanmalıdır.

Halojen lambanın kaç sun eşdeğere sahip olduğu bulunmalıdır. (1 sun= 1000W/𝑚2)

NOT: Hesaplamalar açıkça yapılmalı ve diyagram milimetrik kağıda çizilmeli veya herhangi

bir bilgisayar programı ile çizdirilip çıktısı alınmalıdır.

2. GÜNEŞ MODÜLLERİNİN BAĞLANTI BİÇİMLERİ

2.1. Deneyin Amacı

Seri ve paralel bağlı güneş modüllerinin yük üzerindeki etkilerinin incelenmesi.

2.2. Teori

PV panelleri ışık kontrollü DC güç kaynakları olarak kabul edilebilirler.

Güneş panelleri, farklı gerilim ve akım ihtiyacını sağlamak için farklı şekillerde bağlanabilir.

Seri bağlı modüllerde ana hattan geçen toplam gerilim değeri, Kirchhoff yasasına göre bütün

panellerin gerilimleri toplamına, akım değeri ise akımı düşük olan panelin akımına eşittir. Ve

aynı yasaya göre paralel bağlantıda ise her hatta aynı gerilim bulunmaktadır ancak toplam

akım ise her panelin çıkış akımının toplamına eşittir.

2.3. Deneyin Yapılışı

Şekil-3: Seri ve paralel bağlı deney düzeneğinin şematik gösterimi.

İlk aşamadaki talimatları (Bkz: 1.1 Deneyin Yapılışı) panelleri seri ve paralel

bağlayarak ayrı ayrı uygulayınız.


Tablo-2: Seri bağlamada Voltmetre ve Ampermetre okunan V ve I değerleri.


∞ *𝑉𝑂𝐶 =

1000

700

500

300

100

50

30

1

0 *𝐼𝑆𝐶 =

Tablo-3: Paralel bağlamada Voltmetre ve Ampermetrede okunan V ve I değerleri.


∞ *𝑉𝑂𝐶 =

1000

700

500

300

100

50

30

1

0 *𝐼𝑆𝐶 =

1.5 Raporda İstenenler

Tablo-2 ve 3 ölçülen değerlerle doldurulmalı ve bu değerler kullanılarak I-V

diyagramı (Şekil-2) çıkarılmalıdır.

Tablolar ve diyagramlarda istenen tüm datalar (𝐼𝑀𝑃, 𝑉𝑀𝑃, 𝐼𝑆𝐶 , 𝑉𝑂𝐶 , 𝑃𝑀𝑃) bulunmalıdır.

1000, 300 ve 50 Ω direnç değerleri için seri ve paralel bağlantılardan hangisinin uygun

olduğunu nedenleriyle birlikte açıklayınız. (I-V ve yük karakteristiklerini aynı grafikte

çizilerek yorumlanmalıdır)

NOT: Hesaplamalar açıkça yapılmalı ve diyagram milimetrik kağıda çizilmelidir veya

herhangi bir bilgisayar programında çizdirilip çıktısı alınmalıdır.

T.C.





DENEY 2: KÜÇÜK RÜZGAR SANTRALLARENİN DİZAYNI TEST

EDİLMESİ TÜRBİN SİSTEMİ İLE ENERJİNİN DEPOLANMASI VE

OPTİMİZASYONU

Deneyi Yapanlar




…../ …../ 2017

Rapor Teslim Tarihi

…../ …../ 2017

Ortalama Not:

Performans Notu

Rapor Notu

Raporu Değerlendiren: Arş. Gör. Dr. Taylan GÜNEŞ

DENEY-2: KÜÇÜK RÜZGAR SANTRALLARENİN DİZAYNI, TEST

EDİLMESİ; TÜRBİN SİSTEMİ İLE ENERJİNİN DEPOLANMASI VE

OPTİMİZASYONU

1. Deneyin Amacı

Küçük rüzgar türbini, akümülatör ve rüzgar simülatörünün bağlantısının öğrenilmesi ve küçük

rüzgar türbinlerinin işletim sistemlerinin incelenmesidir.

1.1. Teorik Bilgi

Üretilen güç göz önüne alındığında rüzgar türbininden aynı enerjiyi alabilmek için gerekli

olan rüzgar hızının hesaplanması gerekmektedir. Rüzgar türbinleri rüzgarın sahip olduğu

kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren

sistemlerdir. Rüzgar türbininden üretilecek enerjiyi dolaylı olarak hesaplamak için bazı

eşitlikler kullanılır.

𝑷 =𝟏

𝟐𝒑𝑽𝟑𝝅𝒓𝟐 (2.1)

Burada, P, rüzgardaki enerji (Watt); p, havanın yoğunluğu (1.225 kg/𝑚3); V, rüzgar hızı

(m/s); ve r ise kanat yarıçapı (0.575 m). Formülden anlaşılacağı üzere rüzgarın taşıdığı enerji,

rüzgarın hızının küpü ile doğru orantılı olarak değişmektedir. Ancak bu artış sonsuza kadar

gitmeyecektir, türbinden jeneratöre hareket ileten hızlı ve yavaş mil üzerine rüzgar hızı 25 m/s

üzerine çıkınca milin dönüş hızını yavaşlatacak fren sistemleri konulmuştur. Yukarıdaki

formülden de faydalanarak yapılan deneyde, rüzgar türbininin ürettiği enerjiyi verebilecek

olan rüzgar hızı hesaplanabilir. Bu bağlamda;

𝑽 = √𝟐𝑷

𝝅𝒑𝒓𝟐

𝟑 (2.2)

ile istenilen hız değeri her bir koşul için hesaplanabilir. Ayrıca, hız için yapılan

hesaplamaların türbin verimi %100 ise geçerli olacağı unutulmamalıdır.

2. Deneyin Yapılışı

Şekil-1:Deney düzeneğinin kurulumu.

Not: Rotorun nominal hızı 1200 rpm’dir, bu hızı kesinlikle aşmayınız!

Şekil-1’de gösterildiği gibi rüzgar türbini, rüzgar simülatörü voltmetre ve ampermetre

ile birlikte deneyi kurunuz.

Deney setinde bulunan Akü modülü üzerindeki Akü Açma-Kapama anahtarını açarak

aküyü devreye alınız. Aksi takdirde şarj regülatörü çalışmayacaktır.

Rüzgar simülatör modülünü, modül üzerindeki on-off anahtarını kullanarak devreye

alınız.

Rüzgar simülatörü üzerinde bulunan servo on/servo off anahtarı ile rüzgar türibini

miline bağlı servoyu aktive ediniz.

Motor hızı manuel olarak kontrol edilecekse modül üzerinde bulunan anahtarı panel

yönünde aktive ediniz.

Servonun dakikadaki devir sayısını kontrol etmek için şu adımlar izlenmelidir

Mode butonuna basılarak display ekranda P0-00 görmelisiniz.

P harfinin yanında bulunan 0, 4 olana kadar SHIFT butonuyla artırılır.

P4 ekranda görüldükten sonra yukarı yönlü ok butonuyla ( ), 00 değeri

artırılarak 05 değerine getirilir.

Ekranda P4-05 görülünce SET butonuna basılarak devir değiştirebilme kodu

aktif hale getirilir.

Yön butonlarıyla devir sayısı istenilen değere getirilir ve set butonuna basılır.

Display ekranda JOG yazısı görüldüğünde yön tuşlarıyla motor mili dönmeye

ve bu sayede türbin enerji üretmeye başlayacaktır.

Motorun her hız değeri için (sürücü ekranında gösterilen) şarj akım ve gerilim değerini

ölçünüz ve kaydediniz.

3. Ölçülen Değerler

Tablo-1: Farklı motor hızlarında V ve I değerleri.

MOTOR HIZI

(rpm) V(V) I (A) P(W)=V.I

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

4. Raporda İstenenler

Tablo-1 ölçülen değerlerle doldurulmalıdır.

Herbir rpm değeri için oluşacak gücü hesaplayınız ve tabloda doldurunuz.

Herbir rpm değerine karşı gelen rüzgar hızı değerlerini hesaplayınız ve rpm-güç-hız

tablosunu oluşturunuz.

Güç ve hız eğrisini çiziniz ve rüzgar türbininin en etkili şekilde çalıştığı hız değerini

belirleyiniz.

Rüzgar türbinlerinin üreteceği gücün rüzgar hızıyla nasıl değiştiği hakkında yorumlar

yapınız ve bulmuş olduğunuz maksimum güçteki rpm değerinin yaklaşık rüzgar hızı

değerini bulunuz.

Güç ile rüzgar hızı arasında bir bağıntı oluşturmaya çalışınız (BONUS)


DENEY 3: RADYASYONLU ISI TRANSFERİ

Deneyi Yapanlar




…../ …../ 2017

Rapor Teslim Tarihi

…../ …../ 2017

Ortalama Not:

Performans Notu

Rapor Notu

Raporu Değerlendiren: Arş. Gör. Ezgi BAYRAKDAR ATEŞ

DENEY 3: RADYASYONLU ISI TRANSFERİ

1. DENEYİN AMACI

Çelik, pirinç veya siyah plaka üzerinde ışığın ve ısının ayrı ayrı uygulanmasıyla (mesafeler de

değiştirilerek) cisim üzerindeki radyasyonun ölçülmesidir.

2. TEORİ

İletim ve taşınımla ısı geçişi bir madde içindeki sıcaklık gradyanından kaynaklanırken, ısıl

ışınımla ısı geçişi için arada bir madde bulunmasına gerek yoktur; yüzeylerin birbirini

görmesi yeterlidir.

Şekil-1: Gelen (G), soğurulan (α), iletilen(τ) ve yansıyan(ρ) radyasyon.[5]

Isıl ışınım, onun alt gruplarından biri olan, görünen ışığın optik özelliklerinin büyük oranda

aynısını sergilediği bilinmektedir. Şekil-1’ de görüldüğü gibi bir yüzeye bütün dalga

boylarında gelen toplam ışınım, G, yüzeyin özelliklerine bağlı olarak yutulabilecek,

yansıtılabilecek ya da madde içinden geçirilebilecektir.

Eğer yüzeye gelen toplam ışınım G’ nin yutulan, yansıtılan ve geçirilen ışınım miktarlarına

oranları sırasıyla ışınım yutma oranı α , ışınım yansıtma oranı ρ ve ışınım geçirme oranı τ

olarak tanımlanırsa:

α + τ + ρ = 1

Çoğu katı maddelerin ışınım geçirme oranı τ sıfırdır, bu tür yüzeyler ısıl ışınım için donuk

(opak ) olarak adlandırılırlar. Opak bir yüzey için ρ + α = 1 olacaktır.

Cisimleri üzerlerinden yansıyan ışınlar vasıtasıyla görürüz, eğer cisimden herhangi bir ışın

yansıması olmaz ise bu cisim siyah cisim olarak görünür. Isıl ışınımda da üzerine gelen bütün

dalga boylarındaki toplam ışınımı absorblayan ideal bir yüzey siyah cisim olarak

adlandırılırlar. Siyah cisim üzerine gelen ışınımı ne yansıtır ne de geçirir. Dolayısıyla bir

siyah cisim için ρ=0, τ=0 ve α=1’dir.

Şekil-2: Isı ile radyasyon ölçüm düzeneği.[1]

Herhangi iki yüzey arasındaki ışınımla ısı geçişi, Stefan-Boltzmann yasası ile açıklanır.

𝑞 =𝑄

𝐴= 𝜀 × 𝜎 × (𝑇𝑠

4 − 𝑇𝐴4)

𝑞 = Işınımla aktarılan enerji [𝑊 𝑚2]⁄

𝑇𝐴 = Ortam sıcaklığı [K]

𝑇𝑠 = Yüzey sıcaklığı [K]

𝜀 = Isı taşınım katsayısı [𝑊 𝑚2𝐾]⁄

𝜎 = Stefan-Boltzmann Sabiti [ 𝜎 = 5,67 x 10-8 (𝑊 𝑚2𝐾4)⁄ ]

Bu deney düzeneğinde:

𝑇𝐴 = ST6

𝑇𝑠 = ST1, ST2, ST3, ST4 veya ST5

3. DENEY DÜZENEĞİ

Şekil-3: Deney düzeneği ve ekipmanları.[1]

Şekil-3’ de gösterilmiş olan deney düzeneğinde iki farklı şekilde radyasyon hesabı yapılmakta

ve gözlemlenebilmektedir. Bunlar ısı transferi ve ışık ile radyasyon ölçümü şeklindedir. Isı

transferi ile radyasyon ölçümü için ısı kaynağı, farklı malzemelerden yapılmış plakalar ve

radyometre gereklidir. Işık ile radyasyon ölçümünde ise ışık kaynağı ve lüksmetre

kullanılmaktadır.

4. DENEYİN YAPILIŞI

4.1. Işıl İle Radyasyon İçin İzlenecek Yol

Şekil-4: Işık ile radyasyon ölçüm düzeneği.[1]

Işık kaynağı ve lüksmetre kontrol ünitesi ile bağlantısı yapılır.

Şekil-4’de gösterildiği gibi lüksmetrenin sensörü, ışık kaynağına belirli uzaklıklarda

yerleştirilir ve sabitlenir.

Kontrol ünitesine güç verilir ve üzerindeki açma kapama anahtarıyla açılır.

SCADA programı başlatılır ve açılan ilk pencereden ilgili deney kodu seçilir (RC).

SCADA programı ara yüzünden ’’start’’ butonu ile başlatılır, ısıtıcı gücü istenilen

değere ayarlanır.

SCADA programı kullanılarak verilen güç, ışık şiddeti ve sıcaklık değerleri not edilir.

Yukarıdaki işlemler farklı güç ve lüksmetrenin sensörü uzaklık değerleri için

tekrarlanır.

Deney sonunda kontrol ünitesi kapatılır.

4.2.Isı İle Radyasyon İçin İzlenecek Yol

Isı kaynağı, kullanmak istenilen plaka ve radyometrenin kontrol ünitesi ile bağlantısı

yapılır.

Şekil-2’de gösterildiği gibi plaka ısı kaynağına 5cm, radyometre de 11cm uzaklıkta

yerleştirilir ve sabitlenir.


SCADA programı başlatılır ve açılan ilk pencereden ilgili deney kodu seçilir (RC).

SCADA programı ara yüzünden ’’start’’ butonu ile başlatılır, ısıtıcı gücü istenilen

değere ayarlanır.

SCADA programı kullanılarak verilen güç, ısı akısı ve sıcaklık değerleri not edilir.

Yukarıdaki işlemler farklı güç ve plaka uzaklık değerleri için tekrarlanır.

Deney sonunda kontrol ünitesi kapatılır.

5. SONUÇLAR VE HESAPLAMALAR


Radyasyon(Lüks) Açı(°)

0

45

90

−45

−90

Tablo-1: Işık için ölçülen değerler (AR1= %100 için).

Radyasyon(Lüks) Uzaklık (m)

0,00

0,1

0,2

0,3

0,4

Tablo-2: Işık için ölçülen değerler (AR1= %100 ve açı=0 için).

AR1 (%) Plaka

sıcaklığı() SR1(𝑊 𝑚2⁄ )

TEST-1

TEST-2

TEST-3

TEST-4

TEST-5

Tablo-2: Isı için ölçülen değerleri.

5.2.Hesaplamalar

𝜀𝑠𝑖𝑦𝑎ℎ 𝜀𝑝𝑖𝑟𝑖𝑛ç 𝜀ç𝑒𝑙𝑖𝑘

TEST-1

TEST-2

TEST-3

TEST-4

TEST-5

Tablo-3: Farklı plakalar için hesaplanan yayıcılık sabitleri.

T.C.





DENEY 4: RADYAL ISI İLETİMİ

Deneyi Yapanlar




…../ …../ 2017

Rapor Teslim Tarihi

…../ …../ 2017

Ortalama Not:

Performans Notu

Rapor Notu

Raporu Değerlendiren: Arş. Gör. M. Nazlı BORAND

Deney 4: RADYAL ISI İLETİMİ

1. DENEYİN AMACI

Pirinç plaka üzerinde ısı iletiminin farklı sıcaklık ve uzaklıklardaki değişimini incelemektir.

2. TEORİ

Isı transferi biliminde ısı geçişini incelerken enerji transferini doğrudan ölçemeyeceğimiz için

ölçülebilen bir büyüklük olan sıcaklık ile ölçümler yapılacaktır. Yüksek sıcaklıktan düşük

sıcaklığa doğru ısı akışıyla oluşan sıcaklık farkı, sistemin sıcaklık dağılımını verir. Sıcaklık

dağılımı bilindiğinde, birim zamanda birim alana düşen ısı akısı hesaplanabilir. Bu nedenle

ısıl iletkenlik ölçümü her zaman ısı akısı ve sıcaklık farkı ölçümü içerir.

Isı geçişinin üç ana formu vardır; iletim, taşınım ve ışınım. Yapılacak olan deney ısı iletimi ile

ilişkili olduğuna göre burada sadece iletimden bahsedilecektir.

Şekil-1: Deney düzeneği, ısı sensörleri ve pirinç disk. [2]

Isı iletimi; bir katı malzeme veya durgun akışkan içerisindeki sıcak bir bölgeden daha soğuk

bir bölgeye doğru ısının geçmesidir. Bir katı cisim içinde sıcaklık farkları varsa yüksek

sıcaklık bölgesinden düşük sıcaklık bölgesine ısı, iletim yolu ile geçer. İletimle ısı geçişi

deneysel gözlemlere dayanan Fourier kanunu ile belirlenir. Fourier kanununa göre herhangi

bir yönde (örneğin x yönünde) geçen ısı miktarı, x yönündeki sıcaklık gradyanı (sıcaklık

değişim miktarı) dT/dx ve ısı geçiş yönüne dik alan A ile orantılıdır. Fourier kanununun

matematiksel ifadesi.

𝑄𝑥 = −𝑘𝐴𝑑𝑇

𝑑𝑥

şeklindedir. Buradan k iletim katsayısı

𝑘 =𝑄𝑥𝑙𝑛(

𝑅𝑑𝚤ş

𝑅𝑖ç)

2𝜋𝐿(𝑇𝑖ç−𝑇𝑑𝚤ş)

𝑄𝑥: Elektriksel güç girişi [W]

L: Parçanın eksenel uzunluğu [mm]

𝑅𝑑𝚤ş: Dış çap [mm]

𝑅𝑖ç: İç Çap [mm]

𝑇𝑖ç : Termokapıl [°C]

𝑇𝑑𝚤ş: Termokapıl [°C]

Bu deney düzeneği için:

L = 3mm

𝑅𝑑𝚤ş= 110mm

𝑅𝑖ç = 0-20-40-60-80-100 mm

𝑇𝑖ç = ST1-ST2-ST3-ST4-ST5 veya ST6

𝑇𝑑𝚤ş = ST1-ST2-ST3-ST4-ST5 veya ST6

3. DENEY DÜZENEĞİ

Şekil-2: Radyal ısı iletim ölçüm sistemi [3]

Şekil-2’de gösterilmiş olan radyal ısı iletimi ölçüm sisteminin merkezine sabitlenmiş olan

rezistöre enerji verilmesiyle, akıma karşı gösterilen direnç doğrultusunda ısı enerjisi açığa

çıkmaktadır. Bu enerji pirinç plaka üzerinde, merkezden (yüksek sıcaklık) plakanın çevresine

doğru (düşük sıcaklık) iletim ile aktarılmaktadır. Aktarılan bu enerjinin miktarı göz önüne

alınarak metal plakanın ısı iletim katsayısı bulunabilmektedir.

Şekil-3: Deney düzeneği şematik gösterimi.[1]

Şekil-3: Kontrol ünitesi.[1]

Şekil-3’te gösterilen deney düzeneği şemasında ST1, ST2, ST3, ST4, ST5 ve ST6

termokapıllarının bir ucu Şekil-2’de gösterilen metal plaka üzerine temas etmektedir ve her

bir termokapıl Şekil-3’de bulunan kontrol ünitesine bağlanır. ST7 ve ST8 termokapılları

sırasıyla suyun giriş ve çıkış sıcaklık değerlerini kontrol ünitesine aktarmaktadır. Şebeke

suyunun deney düzeneğine bağlandığı noktada bir adet vana bulunmaktadır. Bu vana ile

suyun debisi istenilen değere ayarlanır. Isıtıcı gücü de AR1 bağlantısı ile yapılmaktadır ve

SCADA programı arayüzünden istenilen değere sabitlenmektedir . Sıcaklığın kontrolü

STCON ile giren suyun debisi de SC1 sensörü ile ölçülür. Kontrol ünitesi de bilgisayara

bağlanarak SCADA programı ile datalar okunur ve kontrol sağlanır.

4. DENEYİN YAPILIŞI

Tablo-1: Bazı materyallerin ısı iletim katsayıları.[1]

Deneyin yapılışında izlenecek yol aşağıda açıklanmıştır:

Soğutucu su giriş-çıkışı bağlanır.

Kontrol ünitesi üzerinde bulunan soketler ile deney düzeneği bağlantı kabloları,

üzerindeki etiketler yardımıyla eşleştirilir ve bağlantıları yapılır.


Soğutucu su vanası açılır.

SCADA programı başlatılır ve açılan pencereden ilgili deney kodu seçilir (CR).

SCADA programı üzerinden ısıtıcı gücü istenilen değere ayarlanır.

SCADA programı kullanılarak pirinç plaka üzerindeki sıcaklık değerleri not edilir. (ST1-

ST2-ST3-ST4-ST5-ST6)

Yukarıdaki işlemler farklı güç değerleri için tekrarlanır.

Deney sonunda kontrol ünitesi kapatılır ve güç ünitesinin fişi çekilir. Bağıntılar sökülür ve

şebekeden gelen soğutucu su vana yardımıyla kesilir.

5. SONUÇLAR VE HESAPLAMALAR


SC2 (𝑙 𝑑𝑘)⁄ ST1 ST2 ST3 ST4 ST5 ST6

Tablo-2: Farklı su debilerinde sıcaklık ölçüm tablosu (SW1 = 10W için).

𝑄(𝑊) ST1 ST2 ST3 ST4 ST5 ST6

Tablo-3: Farklı güç değerlerinde sıcaklık ölçüm tablosu.

5.2.Hesaplamalar

Grafik-1: Termokapıllar arasındaki radyal uzaklık – Sıcaklık diyagramı.

RÜZGAR GÜNEŞ HİBRİT SİSTEM - Yalova...

Documents

Transcript of RÜZGAR GÜNEŞ HİBRİT SİSTEM - Yalova...