gunes piliyle elde edilen elektrik enerjisinin termoelektrik sogutmada kullanilmasi using...

8/3/2019 Gunes Piliyle Elde Edilen Elektrik Enerjisinin Termoelektrik Sogutmada Kullanilmasi Using Elektricity Produced by Photo Voltaic Panels in Thermoelectric Cooling

1/89

GNE PLYLE ELDE EDLEN ELEKTRK ENERJSNN

TERMOELEKTRK SOUTMADA KULLANILMASI

HAKKI AKIR

Zonguldak Karaelmas niversitesi

Fen Bilimleri Enstits

Makine Eitimi Anabilim DalndaBilim Uzmanl Tezi

Olarak Hazrlanmtr

KARABK

Haziran 2006


2/89

ii


3/89

iii

ZET

Bilim Uzmanlk Tezi

GNE PLYLE ELDE EDLEN ELEKTRK ENERJSNNTERMOELEKTRK SOUTMADA KULLANILMASI

Hakk AKIR

Zonguldak Karaelmas niversitesi

Fen Bilimleri Enstits

Makine Eitimi Anabilim Dalnda

Tez Danman : Yrd. Do. Dr. Kemal ATK

Haziran 2006, 76 Sayfa

Tarafmzdan yaplan bu almada, elektrik enerjisinin bulunmad yerlerde soutma

yapabilmek iin enerji ihtiyacn gne pilinden karlayan termoelektrik soutucu

tasarlanmtr. 29cmx29cmx29cm ebatlarnda yaplan kabinin s kazanc hesaplarna gre

uygun termoelektrik modl ve gne pili Karabk koullarna gre belirlenmitir.

Termoelektrik soutucunun cihaz i scakl, d scakl, modl scak yzey scakl,

souk yzey scakl, gne pilinden ekilen gerilim ve akm deerleri llerek

deerlendirilmitir.

Yaplan deneyler sonucunda, sistemin performans katsays, 0,9 dolaylarnda olup, d

scakla ve gne pilinin gneten ald nma gre deimektedir. Kabinin d scakl

ile kabin i scaklk fark 13 oC elde edilmitir. Gne pili fiyatlarnn yksek olmasndan

dolay sistem maliyeti yksektir.

Anahtar Szckler : Termoelektrik Modl, Gne Pili, Soutma, Performans Katsays

Bilim Kodu : 626.11.01


4/89

iv

ABSTRACT

M. Sc. Thesis

USING ELEKTRICITY PRODUCED BY PHOTO VOLTAIC PANELS

IN THERMOELECTRIC COOLING

Hakk AKIR

Zonguldak Karaelmas University

Graduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Machine

Thesis Advisor: Asst. Prof. Dr. Kemal ATK

June 2006, 76 Pages

In our study, a thermoelectric refrigerator was designed, which uses electricity fed by a

solar panel, for refrigeration purpose in places without electricity. Proper thermoelectric

module and solar panel were chosen according to weather conditions of Karabuk city, andheat loss of the cabin whose dimensions are 29cmx29cmx29cm. Thermoelectric

regrigerator was calculated from cabin inside and outside temperatures, thermoelectric

module hot and cold surface temperatures, and voltage and current fed by solar panel to the

module.

Performance coefficient of the system is about 0,9 and varies according to ambient

temperature and solar radiation taken by photovoltaic panel. The temperature difference

between the inner and outer sides of the cabinet was 13 oC. System costs are high due to

the high prices of photovoltaic panels.

Keywords : Thermoelectric module, photovoltaic panel, refrigeration, coefficient of

performance

Science Code : 626.11.01


5/89

v

TEEKKR

Yksek lisans almamda yardm ve desteini esirgemeyen ok deerli hocam Prof. Dr.

Etem Sait Z beye, danmanm Yrd. Do. Dr. Kemal ATK beye, r. Gr. Murat

KOAR beye ve burada adlarn sayamadm bilgi, kaynak ve grleriyle her zaman

yardmc olmaya alan dier hocalarm ve arkadalarm ve hayatm boyunca maddi ve

manevi desteklerini esirgemeyen aileme sonsuz sayg ve teekkrlerimi sunarm.


6/89

vi

NDEKLER

Sayfa

KABUL..ii

ZET ............................................................................................................................... ii

ABSTRACT.....................................................................................................................iv

TEEKKR......................................................................................................................v

NDEKLER.................................................................................................................vi

EKLLER DZN ..........................................................................................................ix

ZELGELER DZN .....................................................................................................xi

SEMBOLLER VE KISALTMALAR DZN ................................................................. xii

BLM 1 GR ..............................................................................................................1

1.1 ALIMANIN NEM ............................................................................................2

1.2 ALIMANIN AMACI............................................................................................3

BLM 2 LTERATR ARATIRMASI........................................................................4

BLM 3 YARI LETKENLER.......................................................................................9

3.1 N VE P TP YARI LETKEN KRSTALLERNDE ELEKTRON

VE POZTF ELEKTRK YK HAREKETLER.........................................................10

BLM 4 TERMOELEKTRK ETKLER .....................................................................13

4.1 SEEBECK ETKS .................................................................................................13

4.2 PELTER ETKS ...................................................................................................14

BLM 5 TERMOELEKTRK MODL.......................................................................21

5.1 TERMOELEKTRK SOUTMA UYGULAMALARI ...........................................22


7/89

vii

NDEKLER (devam ediyor)

Sayfa

5.1.1 Termoelektrik modllerin kullanmlarna gre snflandrlmalar ....................23

5.1.1.1 lm.......................................................................................................235.1.1.2 Biyo-teknoloji...........................................................................................26

5.1.1.3 Medikal / Tp............................................................................................27

5.1.1.4 Endstriyel ...............................................................................................29

5.1.1.5 Genel Kullanm ........................................................................................30

5.1.2 Byk lekli termoelektrik soutma uygulamalar .........................................31

5.1.3 Orta lekli termoelektrik soutma uygulamalar.............................................32

BLM 6 GNE PLLER ..........................................................................................33

6.1 GNE PLLERNN YAPIMINDA KULLANILAN MALZEMELER ................34

6.1.1 Kristal silisyum ...............................................................................................34

6.1.2 Galyum arsenit ................................................................................................34

6.1.3 Amorf silisyum................................................................................................34

6.1.4 Kadmiyum tellrid...........................................................................................34

6.1.5 Bakr indiyum diselenid...................................................................................35

6.1.6 Optik younlatrcl hcreler .........................................................................35

6.2 GNE PL SSTEMLER....................................................................................35

6.2.1 Gne pili sistemlerinin ebekeden bamsz olarak kullanld tipik

uygulama alanlar .................................................................................................36

6.2.2 Dnyada gne pili kullanm ..........................................................................36

6.2.3 Gne pili kullanm alanlar.............................................................................37

6.2.4 Gne pili uygulamalar...................................................................................37

6.2.4.1 Gne pillerinin elektrik elde etmede kullanlmas ....................................38

6.2.4.2 Gne pilleriyle bahe aydnlatlmas........................................................38

6.2.4.3 Gne pillerinin karayollarnda kullanm .................................................39

6.2.4.4 ebekeye elektrik veren gne pili sistemi ................................................39

6.2.4.5 Gne izleme sistemleri ............................................................................40


8/89

viii

NDEKLER (devam ediyor)

Sayfa

BLM 7 MATERYAL VE METOD ............................................................................41

7.1 MATERYAL ..........................................................................................................41

7.1.1 Kabin...............................................................................................................41

7.1.1.1 Kabin s kazanc hesaplar........................................................................42

7.1.2 Is deitiriciler................................................................................................45

7.1.3 Gne pili........................................................................................................47

7.1.4 Termoelektrik modl .......................................................................................48

7.1.5 Dier malzemeler ............................................................................................48

7.2 METOT ..................................................................................................................49

BLM 8 ARATIRMA BULGULARI.........................................................................50

8.1 DENEY SONULARI............................................................................................50

8.2 DENEYN TEORK HESAPLAMALARI ..............................................................52

8.3 DENEY SONULARININ DEERLENDRLMES ............................................55

BLM 9 TARTIMA VE SONU...............................................................................63

KAYNAKLAR................................................................................................................64

EK AIKLAMALAR A. KULLANILAN ZELGELER..............................................67

ZGEM.....................................................................................................................76


9/89


10/89

x

EKLLER DZN (devam ediyor)

No Sayfa

8.1 Termoelektrik modl i yzey ve d yzey scaklk-zaman grafii. ........................58

8.2 Termoelektrik soutucu kabin i-d scaklk zaman grafii.....................................588.3 Termoelektrik soutucunun zamana bal COP deerleri.........................................59

8.4 Gne pili gerilim-zaman deerleri..........................................................................60

8.5 Gne pili akm-zaman grafii. ...............................................................................60

8.6 Gerilimin T'ye gre deisimi ................................................................................61

8.7 Soutma gcnn T'ye gre deiimi ...................................................................62


11/89

xi

ZELGELER DZN

No Sayfa

8.1 21 ubat tarihinde alnan deney sonular................................................................50

8.2 Termoelektrik modln parametreleri . ...................................................................52

8.3 Elle hesaplamas yaplan deerlerin Excel programndan elde edilen verileri...........55

8.4 Deneyde llen deerlerden faydalanlarak yaplan hesaplamalar..........................55

A.1 Standart termoelektrik soutma modlleri .............................................................68

A.2 Gne pili seim izelgesi ......................................................................................75


12/89

xii

SEMBOLLER VE KISALTMALAR DZN

E : ak devre gerilimi (V)

d : malzeme kalnl (m)

A : malzemenin alan (m2)

L : malzemenin uzunluu (m)

T : mutlak scaklk (oK)

HT : modl scak yzey scakl (oK)

CT : modl souk yzey scakl (

oK)

T : modl souk yzey ile scak yzey arasndaki scaklk fark (oK)

Q : birim zamanda transfer edilen s etkisi (W)

W : gerekli giri gc (W)

: ortalama scaklk (oK)

G : termoelektrik modln geometrisi (A/L) (cm)

N : termoelement ift says

I : akm (A)

: seebeck etkisi (V/oK)

: elektriksel diren ( )

: malzemenin Isl iletkenlik katsays (W/m2oK)

Z : kalite faktr

K : malzemenin s iletkenlik katsays (W/m2 oC)

V : devreden llen voltaj (V)

optI : optimum akm (A)

optCOP : optimum performans katsays

maxT : maksimum scaklk fark (oK)

Imax : maksimum akm (A)

W : watt

kW : kilowatt

mW : megawatt


13/89

xiii

SEMBOLLER VE KISALTMALAR DZN (devam ediyor)

m : mikron metre

V : mikron volt

Qs : hava sznts s kayb, (kW)

a : hava sznts katsays (m3/mh)

L : kabinin alan ksmlarnn evre uzunluu (m)

R : kabin durum katys (birimsiz)

H : duvar durum katsays (kWh/m3 oK)

eZ : katsay (birimsiz)

KISALTMALAR

TE : termoelektrik modl

COP : performans katsays

DC : doru akm

AC : alternatif akm

ml : mililitre

PV : gne pili


14/89

1

BLM 1

GR

lerleyen teknoloji ile birlikte enerji tketimide hzla artmaktadr. Yakn bir gelecekte

kmr, petrol, doalgaz gibi fosil yaktl enerji kaynaklarnn ihtiyac karlayamayaca

dnlrse, yeni enerji kaynaklarna ynelmek (hidrojen, rzgar, biomas, gne enerjisi

vb.) ayn zamanda enerji kullanmndaki verimlilii arttrmak kanlmaz olmaktadr.

kinci bir nemli nokta ise, fosil yaktlarn ve nkleer enerji kaynaklarnn dnyamzn

ekolojik ve klimatolojik dengesini bozucu etkileridir. Dolaysyla yeni enerji kaynaklar

ayn zamanda "temiz" olmaldrlar (ltanr, 1998).

Yeni ve temiz bir enerji kayna olarak gne enerjisi zerinde nemle durulmaldr.

nk gne enerjisinden fotovoltaik dnmle elektrik enerjisi retilebilecei gibi

dorudan s kayna olarak da yararlanlabilir. Gne enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmenin en byk dezavantaj yksek maliyetidir. Halen kullanlan fosil yaktlarn ve

nkleer enerji kaynaklarnn ekolojik zararlarda maliyetlerine eklenmelidir. Ancak bu

yksek maliyetin byk lde retim azlndan kaynakland sylenebilir. Bu sebeple

gne enerjisi uygulamalar artt oranda maliyetlerde decektir.

Fotovoltaik terimi, ktan gerilim retilmesi anlamna gelir ve genellikle PV ile

gsterilir. Fotovoltaik piller iin kullanlan ortak terim Gne Pilleri olmakla birlikte,

piller her tr k altnda elektrik retebilirler. Gne pilleri, enerjinin korunumu yasasna

uygun olarak, k enerjisini elektrik enerjisine dntren cihazlardr; ancak enerjiyi

depolayamazlar. Ik kayna ortadan kalktnda pilin rettii elektrik de kesilir. Eer

elektrik gece boyunca da kullanlmak isteniyorsa, devreye bir elektrik enerjisi depolayceklenmelidir.

Fotovoltaik sistemlerin ounda, gne ndan alnan enerji, modller araclyla

toplanarak, gece veya bulutlu gnlerde kullanlabilmek iin kimyasal enerjiye

dntrlerek aklerde depolanr. Ayrca, eer pillerden alnan g, istenen miktarda


15/89

2

deilse, aradaki fark aklerden karlanabilir. Depolanan enerjinin, gnn her saati ve her

hava koulunda kullanlyor olmasna karlk, piller harcanan enerjiyi, ancak gn nda

ve genellikle de birka saat iinde yerine koymaya almaktadrlar. Sistem tertip edilirken,

zlmesi gereken en nemli sorun, bu dengeyi salamaktr.

Termoelektrik (TE) soutucular eitli kk hacimlerin soutulmas uygulamalarnda

kullanlrlar. Termoelektrik soutucunun iki tarafnda scak, souk yzey olup hzl ve

sessiz alrlar. TE modller, piknik eyalarnn depolanmas, serum tama, tanabilir

souk kutularda kullanlabilirler. TE soutucular dier soutma tiplerini gre az satlrlar,

az satlmasnn nedeni ise pahal olmalar ve fiyatlarnn giderek ykselmesidir.

Gnmzdeki fiyatlar performans katsaysna gre artmaktadr (Gao and Rowe, 2005).

Termoelektrik soutucularn performans katsaylar kompresrl soutma sistemlerindendktr. TE soutucular gelien enerji teknolojisinin avantajlaryla gelimektedir. yi

bilinen firmalar Loffe Ensttisi son yllarda Marlow Owens Corning Space System, ve

Mtsubishi Electric Corparation gibi firmalardr (Gao and Rowe, 2005).

TE modller elektronlarn akmasyla hareket ederler. Son gelimelerle termoelektrik

modl fabrika fiyatlarnda azalma grlmektedir. Modl performans iinde s

deitiriciler ve g kayna gelitirilmektedir. Gnmzde termoelektrik soutmann

ekonomiklii salanmaktadr.

1.1 ALIMANIN NEM

Dnya nfusunun hzla artt, teknolojinin hzla gelitii ve bu gelimelere paralel olarak

enerji tketiminde de byk bir art olduu grlmektedir. Gnmzde fosil kkenli enerji

kaynaklarnn snrl olmas, tketimin srekli artmas ve bu kaynaklarn gittike azalmas

insanlar enerji ihtiyacn karlamak iin yenilenebilir enerji kaynaklarna yneltmitir.

Son yllarda yaplan aratrmalarda CFC ve HCFC kkenli soutucu gazlarn ozon

tabakasn tahrip edici zellie sahip olduklar belirlenmitir. Aralarnda Trkiyeninde

bulunduu 150 lke Montreal Protokol ile CFC kkenli maddelerin hemen kaldrlmas,

HCFC kkenli maddelerin ise kullanmlarnn kstlanarak belirlenen tarihte kullanmlarna

son verilmesi karar alnmtr. Kaldrlan soutkan yerine kullanlacak alternatif soutucu


16/89

3

akkanlar tespit edilerek imzalanmtr. Ancak alternatif soutkan geite uyum zorluklar,

performans deiiklikleri ve evreye verilen zararlar gibi sorunlar ortaya kmtr. Bu

arada da evreye zarar olmayan alternatif soutma sistemleri zerinde de almalar hz

kazanmtr (Krmac, 2002).

Bu almada yenilenebilir enerji kaynaklarndan gne enerjisi kullanlarak, gne pili

sayesinde gneten elde edilen enerji termoelektrik soutmada kullanlmtr.

1.2 ALIMANIN AMACI

Bu almann amac; elektrik enerjisi olmayan yerlerde gne enerjisinden yararlanarak

termoelektrik modller yardmyla soutma yapabilmektir. Termoelektrik soutma tesir

katsays deerlendirmektir.

almann dier amac; gelimi lkelerde evre ile uyumlu alternatif soutma sistemi

olarak eitli uygulamalarda kullanlan termoelektrik soutma sisteminin kullanmn ve

Trkiyede kullanm az olan gne pillerinin kullanmlarn yaygnlatrmaktr.


17/89

4

BLM 2

LTERATR ARATIRMASI

Gao ve Rowe (2005) tarafndan bir termoelektrik soutucunun soutma performans

katsays, modl scak ve souk yzey scaklk deiimleri deerlendirilmitir.

Termoelektrik soutucunun performans katsays d scakl 25 oC, i scakl 5 oC iin

0,3-0,5 arasnda bulunmutur. Termoelektrik soutucu gerek model zerinde altrlarak

incelenmitir. Bu almadan elde edilen deney verilerini iyiletirmek ve performans

katsaysn artrmak mmkndr.

Vian ve Dominguez (2001) bir termoelektrik nem alma nitesi yapmlardr. Yaplan

almadan elde edilen hesaplara gre harcanan elektrik, nem alma nitesinin harcad

elektrikten azdr ve ekipman iinde etkili olan scaklk transfer esnasnda termoelektrik etki

d yzeyde ve i yzeyde bir arada olmutur. Termoelektrik nem alma nitesinde birka

tane bener hesaplamas kullanlmtr. Yaplan sistem buhar kompresr sistemlerle

mukayese edilmemelidir. Bu alma termoelektriin deiik alanlar iinde kullanldn

gstermektedir.

Dikmen (2002) bir almasnda termoelektrik devrede meydana gelen olaylar ve

termoelektrik sisteme etki eden kriterlere yer vermitir. Termoelektrik sistemin

termodinamik hesaplamalar yaplm ve termoelektrik soutucularn endstrideki kullanm

alanlar belirlenmitir.

Boztepe (1995) gne enerjisinin youn olduu yerlerde daha ok ihtiya duyulan

soutucularn peltier eleman kullanan bir uygulamas incelemitir. Enerji kayna olarakgne enerjisi (PV-modller araclyla) kullanmtr. stenilen miktarda peltier modl

temin etmek mmkn olmad iin mevcut peltier modln soutabilecei bir hacim

stnde almtr.


18/89

5

Vlklein vd (1999) termoelektrik soutmann mikro elektromekanik alanda kullanm

amalanmtr. Yaplan uygulamann termoelektrik retim teknolojisinde uygunluu

aratrlmtr. Mikroelektrik akm etkisinde bulunan modller nemli soutma gc

gstermitir. Maksimum scaklk fark ve optimum akm hesaplanmtr. Termoelektrik

modllerde ince SiC/Si3N4 mebranlar ok az miliwatt gte maksimum 30-50o

K scaklkfark elde edilmitir.

Luo vd (2005) Yaplan almada termoelektrik sistemlerinin elektrikli stma sistemlerinde

etkinlii incelenmektedir. Sistemin scaklk etkinlii 1,6 dan byktr ve scak su ksa

srede hazrlanmtr. Termoelektrik scak ve souk yzey arasndaki scaklk fark

artmtr. Bu yzden performans gelimitir. Gnmzdeki yaygn su stclaryla

karlatrldnda g tketimi %38 den daha fazla olduu belirlenmitir. Bu enerjinin

geri kazanlmasyla ilgilidir. Sistem, nakliyeciler, gemiler ve dier tamaclkta scaksuyun karlanmasnda kullanlmaktadr.

madolu (2003) kpkten yaplm kutunun tabanna alminyum levha yerletirilerek,

kutunun alt tarafndan uygun byklkte bir para kesmi ve Peltier bu ksma

yerletirilerek kenarlar silikonla kapatmtr. Peltierin scak yzeyine alminyum levha ve

12 Vla alan bir fan monte etmitir. Son olarak kutunun iine termostatn scaklk

alglayan ucu yerletirmitir. Yaplan dolabn iine her trl yiyecek ve iecei koyup

termostat ayarlayarak istenilen miktarda soutmutur.

Ahiska vd (2004) termoelektrik modln soutma performansn gsteren kalite faktr (Z)

parametresinin belirlenmesi iin termoemk, gerilim ve scak yzeyin scaklna dayal yeni

bir yntem kullanlmtr. Bu ynteme gre alan yeni bir mikro denetleyici test sistemi

gerekletirilmitir. Yeni test sistemiyle Melcor firmasnn rettii standart (CP 1.4-127-1

OL) Modln Z deeri llmtr. Bu deerler Melcor tarafndan verilen Z deerler ile

karlatrlm, deerler birbirine olduka yakn kmtr.

Ik (2003) elektronik ve termoelektrik sistemlerin scaklk kontroln ve gvenilir

almasn salayacak bir besleme ve kontrol sistemi tasarlanm ve gerekletirilmitir.

Bu sistem Mikro denetleyicili, Scaklk Kontroll AMGK Sistemi dir. Gerekletirilen

bu sistem ile AMGKnn k gerilimi, scakla bal olarak, oransal ekilde

deitirilebilmektedir. Bu alma esnasnda AMGK sistemine scakla bal olarak akm


19/89

6

ve gerilim ayar zellii kazandrlmtr. Mikro denetleyici kullanlarak gerekletirilen

kontrol sistemi ile kontrol edilecek 7 ayr blgedeki sensr seilebilmektedir. Seilen

sensre ait scaklk deeri bir LCD ekranda grlebilmekte, bu blgeye ait set deeri

tasarlanan klavyeden ayarlanabilmekte ve deeri de ayn ekranda grlebilmektedir.

Tasarlanan sistemde, termoelektrik sistemlerde soutma amal gerekli olan devridaim sukontrol da bulunmaktadr. Tasarlanp, gerekletirilen sistem nce, Termohipoterm tp

cihaznn model uygulamasnda, ikinci olarak, Termoelektrik Mikrotom Tp Cihaznda ve

son olarak da Termoelektrik Tp Kitin de uygulanm ve farkl scaklk deerlerinde,

scaklk kontrol kararl bir biimde yaplabilmitir. Bu almada tasarlanp

gerekletirilen Mikrodenetleyicili, Scaklk Kontroll AMGK Sistemi ayr

termoelektrik sistemde denenmi ve alnan sonulardan, bu sistemin eitli termoelektrik

sistemler iin uygulanabilecei saptanmtr.

Krmac (2002) Trkiyede henz aratrma aamasnda olan termoelektrik soutma

sistemleri ile ilgili teorik bilgiler ve soutmada veriminin artrlmas konular uygulamal

olarak aratrmtr. 40mmx40mmx4mm llerinde bir termoelektrik modl zerine

boyutlar 50mmx60mmx50mm olan yaltlm bir dikdrtgen prizma kutu monte edilmi ve

ierisine konan suyun scakl drlerek, akm ile gerilim arasndaki iliki incelenmitir.

Uygulama sonunda su 3 oC scaklna ulamtr. Bu almalarda termoelektrik soutma

sistemlerinden yararlanlacak 8 ile 12 Vluk 3 ile 5A aralnda alabilen bir soutma

sisteminin 128 g suyu soutan, prototip termoelektrik soutma tasarm gerekletirildike

daha dk scaklklara drmek iin zerinde altrlmaldr.

Yerakum (2005) yaz aylarnda pikniklerde, evlerde veya arabalarda souk gda ve iecek

eldesi iin son derece portatif bir cihazn n tasarm olup boyutlarn kltlmesi iin

almalar devam etmektedir. Deneyler 32 Whlik panellerle yaplmaktadr ancak boyutlar

kldnde cihazn st ksmna ince film teknii ile retilen ve esnek olan gne pilleri

yerletirilecektir. Bylece daha hafif ve ergonomik bir cihazn tasarm gerekletirilmi

olacaktr. Ayrca bu almaya paralel olarak, tbbi amalar iin kullanlabilecek olan

tama cihazlarnn da tasarm srmektedir. 950 W/m2 nm 30 oC ortam scaklnda

soutucu iindeki rnn 2 oC ye kadar souduu gzlenmitir.

Mohamad (2004) PLC sistemlerindegne radyasyonak hareketlerinin gne pilleriyle

kontroln salayan bir gne izleyici yaplmtr. Gne izleyicinin elektronik cihazlarla


20/89

7

performans gelitirilmitir. PV modln hareketleri bilgisayar kontroll yaplmtr. PV

modl gne radyasyonunu tam alabilmekte ve dier PV modllerinden %20 daha ok

gne radyasyonundan yararlanabilmektedir.

Van (2005) silikon PV modllerin enerji klarnda akm ve voltaj karakteristiklerininkontrol verileri elde edilmitir. PV modln dk orandaki (I-V) karakteristikleri

kullanlarak akm ve voltajlar llmtr. Ekim 2001 Kasm 2002 arasnda elde edilen

sonulardan PV modlnn karakteristik (I-V) aktifliinin devam ettii elde edilmitir.

Dilita ve Ahiska (2003) yenilenebilir enerji kaynaklarndan jeotermal enerjisini dorudan

elektrik enerjisine dntren mikro denetleyici kontroll termoelektrik jeneratr yaplm

ve sistem test edilmitir. Sistemde enerji dnm termoelektrik modllerde Seebeck

olaynn gerekletirilmesiyle salanmtr. Termoelektrik modllerin bu scaklk farknabal olarak deien DC gerilim elde edildiinden elektrik enerjisinin istenen 5V DC, 12V

DC ve 220 V AC deerlerinde alnabilmesi amacyla sistemde ak, regle devresi ve

DC/AC evirimi kullanlmtr. Tasarmda PIC16F877 mikro denetleyici kullanlarak

sistemin kontrol sinyalleri dzenlenmitir. Bu sistem elektrik enerjisinin temiz, kolay ve

ucuz bir ekilde karlanmas ynnden olduka kullanldr.

Karimov vd (2004) bu almada gne pili izleme sistemleri yapmn anlatmlardr.

Temel olarak piramit ayaklar kullanlarak, ayaklarn kelerinde 170o modller iki para ve

rotatrle hareket verilmektedir. Solar izleme sistemi 4 modl ve DC motordan

olumaktadr. PV modl DC-DC (24/2V), DC-AC (24-220 V) eviren, DC motordan

olumaktadr. Drt modln alan 1,26 m2 dir.

Fidan (2000) kan, a, serum ve ilalarn bozulmadan saklanabilmesi iin belirli scaklk

koullarnda bulundurulmas gerekmektedir. Bu amaca ynelik olarak gelitirilmi olan

Tanabilir Termoelektrik Tp Kiti ister birey isterse toplum sal asndan byk bir

nem tamaktadr. Yksek younluklu kaza alanlarnda, sava ortamlarnda kan, a ve

ilalarn saklanmas iin gelimi depolama nitelerinin kurulmas gerekir. Bu merkezlerin

bu tip ortamlarda kurulmas olduka zordur. Bu amala daha gvenli yerlerde kurulacak

merkezler ile hasta veya yaralnn bulunaca yere kan, serum, a ve ilalarn naklinin

yaplmas daha doru bir yaklam olacaktr. Dnya Salk rgt (WHO) tarafndan

belirlenmi olan standart da gre kann depolanmas iin scaklk 2 oC ile 10 oC arasnda


21/89

8

olmaldr. Bu almada bu standartlara uygun olarak stma ve soutma yapabilen

mikroilemci kontroll Tanabilir Termoelektrik Tp Kiti cihaz gerekletirilmitir.

Khera vd (2005) termoelektrik sistem kapal yerlerde ve inaatlarda s kayp ve

kazanlarnn gne enerjisi kullanlarak s kontrol teknikleriyle aktif inaat sistemlerindekullanmlardr. Bu almada inaatlarda termoelektrik teknolojisi anlatlm ve

aratrlmtr. Yaplan uygulamalar ABE sistemleri ile karlatrlm, termoelektrik

nitelerin analiz ve tasarm yaplmtr. Termoelektrik nitelerle iki ilem yaplmtr.

Birincide TE nite itedir, ve termoelektrik soutmann ekonomiklii dnlmtr. TE

soukluunun artmasyla TE gcn balangta artt grlmtr. TE soutmann

artmasnda scak kanatlar byk etki gstermitir. Bu balang bulgular ABE

sistemleriyle birlikte pratik kullanlabilir.

Chein ve Chen (2005) ii su dolu olan bir tank soutmak iin termoelektrik soutma

deneysel ve teorik olarak incelenmitir. Termoelektrik scak yzey zerine, ok ince olan

yzeyinde kanallar olan para yaplmtr. lmler sonucunda zamanla soutmann artt

grlmtr. lmleri almak iin sistem bilgisayar ortamna balanmtr. Elde edilen

lmler ile bilgisayardan alnan lmler birbirine yakndr.


22/89

9

BLM 3

YARI LETKENLER

Elektrik akmnn bir deere kadar akmasna izin vermeyen bu deerden sonra sonsuz

kk diren gsteren maddelere yar iletken denir (Ycel, 2004). Yar iletkenler periyodik

cetvelde 3. ve 5. gruba girerler. Bu demektir ki son yrngelerinde elektron alcl veya

vericilii iletkenden az, yar iletkenden fazla olmaldr. letkenler; Pt, Ni, Au, Cu, Al, Fe

gibi elementlerdir. Yaltkanlar; Ebonit, Cam, Tahta, Su, Yar iletkenler; S, Ge, Br, Al, In

(indiyum) ve benzerleridir.

Yeryzndeki btn maddeler, atomlardan olumutur. Atom ise ortada bir ekirdek ve

bunun etrafndaki deiik yrngelerde hareket eden elektronlardan olumaktadr.

Elektronlar, negatif elektrik ykne sahiptirler. Bir etkime yolu ile atomdan ayrlan

elektronlarn bir devre ierisindeki hareketi, elektrik akmn oluturur. Elektronlarn her

madde ierisindeki hareketi ayn deildir. Elektron hareketine gre maddeler; iletkenler,

yaltkanlar ve yar iletkenler olarak e ayrlr.

letkenler; elektrik akmn iyi iletirler, atomlarn d yrngesindeki elektronlar ekirdee

zayf olarak baldr, Is, k ve elektriksel etki altnda kolaylkla ekirdekten ayrlrlar,

Metaller, baz sv ve gazlar iletken olarak kullanlr, metaller, sv ve gazlara gre daha iyi

iletkendir, metaller de, iyi iletken ve kt iletken olarak kendi aralarnda gruplara ayrlr.

Atomlar 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir. Buna rnek olarak, altn, gm,

bakr gsterilebilir, bakr tam saf olarak elde edilmediinden, altn ve gme gre biraz

daha kt iletken olmasna ramen, ucuz ve bol olduundan, en ok kullanlan metaldir,

Atomlarnda 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 d elektronlu) ve alminyum (3 delektronlu) iyi birer iletken olmamasna ramen, ucuz ve bol olduu iin gemi yllarda

kablo olarak kullanlmtr.

Yaltkanlar; elektrik akmn iletmeyen maddelerdir. Bunlara rnek olarak cam, mika,

kat, kauuk, lastik ve plastik maddeler gsterilebilir. Elektronlar atomlarna sk olarak


23/89

10

baldr. Bu maddelerin d yrngedeki elektron saylar 8 ve 8e yakn sayda olduundan

ekirdekten uzaklatrlmalar zor olmaktadr.

Yar iletkenler; iletkenlik bakmndan iletkenler ile yaltkanlar arasnda yer alrlar, normal

halde yaltkandrlar, ancak s, k ve magnetik etki altnda brakldnda veya gerilimuygulandnda bir miktar valans elektronu serbest hale geer, yani iletkenlik zellii

kazanr. Bu ekilde iletkenlik zellii kazanmas geici olup, d etki kalknca elektronlar

tekrar atomlarna dnerler, Tabiatta basit eleman halinde bulunduu gibi laboratuarda

bileik eleman halinde de elde edilir. Yar iletkenler kristal yapya sahiptirler, yani atomlar

kbik kafes sistemi denilen belirli bir dzende sralanmtr. Bu tr yar iletkenler, yukarda

belirtildii zere; s, k, etkisi ve gerilim uygulanmas ile belirli oranda iletken hale

geirilerek ve ilerine baz zel maddeler katlarak ta iletkenlikleri arttrlmaktadr. Katk

maddeleriyle iletkenlikleri arttrlan yar iletkenlerin elektronikte ayr bir yeri vardr. Bununnedeni elektronik devre elemanlarnn retiminde kullanlmalardr (Ycel, 2004).

3.1 N VE P TP YARI LETKEN KRSTALLERNDE ELEKTRON VE POZTF

ELEKTRK YK HAREKETLER

N tipi yar iletken kristaline gerilim uygulandnda, kristal ierisindeki serbest elektronlar,

ekil 3.1'de gsterilmitir. Gerilim kaynann pozitif kutbunun ekme kuvveti ve negatif

kutbunun da itme kuvveti etkisiyle, kaynan pozitif (+) kutbuna doru akar. Bu arada,

kaynan negatif (-) kutbundan kan elektronlar da kristale doru hareket eder. Akmn bir

devredeki ilevi bakmndan, ynn nemi yoktur. Ancak baz devre hesaplarnda yn

iareti koymak gerekebilir. Byle bir durumda "+" --> "-" yn pozitif yn ve "-" --> "+"

yn negatif yn alnr.


24/89

11

ekil 3.1 N tipi yar iletken (Ycel, 2004).

P Tipi kristalde pozitif elektrik yknn (oyuk) hareketi "Pozitif elektrik yk" (oyuk) bir

elektron gibi hareket etmemektedir. Ancak anlatm kolayl bakmndan, hareket ettiikabul edilmitir. Katk maddesi yokken, Ge ve Si atomlarnn kovalent balarn krarak bir

elektronunu almak ok zor olduu halde, katk maddesi bu ilemi kolaylatrmaktadr. Ve

bir gerilim uygulandnda akm iletimi salanmaktadr. P tipi bir kristale ekil 3.1 deki

gibi bir gerilim kayna balanrsa u gelimeler olmaktadr.

1. Durum: Kaynan pozitif kutbuna yakn bulunan ve bir elektronunu katk maddesine

vererek "+" elektrik ykl hale gelmi olan Ge ve Si atomu, kaynanda ekme kuvveti

yardmyla, bir sonraki atomun kovalent ban krarak, 1 elektronunu alr. Ancak, dengesibozulmu olan atom bu elektronu sk tutamayacandan, kaynan pozitif kutbunun ekme

kuvveti etkisine kaplan elektron atomdan ayrlarak kaynaa doru hareket eder.

2. Durum: Bir elektronunu kaybeden ikinci atom da ondan sonraki atomun elektronunu alr.

3. Durum: Bylece, elektron bir atomdan dierine geecek ve son atom da kaybettii

elektronu kaynan negatif kutbundan alacaktr.

4. Durum:Tekrar birinci duruma dnlmekte ve olay devam etmektedir. Sra ile bir

elektronu kaybeden her bir atom, pozitif elektrik ykl hale geldiinden pozitif elektron

yk (oyuk) hareket ediyormu gibi olmaktadr. Her ne kadar pozitif elektrik yk, yani bu

yk tayan atom, elektron gibi bir noktadan kalkp, dierine doru hareket edemese de,

ard arda oluan "+" elektrik ykl atomlar, "+" elektrik yknn (oyuun) hareket ettii


25/89

12

grntsn vermektedir. Byle bir aklama ekli, diyotlarn ve transistrlerin alma

prensibini daha ksa yoldan anlatmn salamaktadr. Elektronlarn atomdan atoma geii,

hareket hzn drdnden P tipi kristaldeki akm hz N tipine gre daha yavatr.

P tipi kristale bir gerilim kayna balansn. P tipi kristaldeki akm iletimi de N tipi kristalebenzer ekilde aklanr. Gerilim kayna, N tipi kristaldeki elektronlar nasl etkiliyorsa, P

tipi kristalde de pozitif elektrik yklerini benzer ekilde etkiledii dnlr. yle ki:

Gerilim kaynann "+" kutbu, kristaldeki "+" elektrik yklerini iter ve "-" kutbu da eker.

Bylece, "+" elektrik ykleri, ekilde oklar ile gsterilmi olduu gibi, kaynan negatif

kutbuna doru hareket eder. Bu hareket devreden bir akmn akn salar. Devredeki

akmn oluumu, bu ekilde ksa yoldan aklanm olmaktadr. Ancak pozitif elektrik

yklerinin hareketi yalnzca kristal ierisinde kalmaktadr. D devrede hareket eden yine

elektronlardr.

D devrede elektronlarn hareket yn, yine kurallara uygun olarak kristalden kaynan

"+" kutbuna ve kaynan "-" kutbundan kristale dorudur. D devre akm yn de yine

kurallar gereince, kaynan "+" kutbundan kp, "-" kutbuna doru olan yndr (Ycel,

2004).


26/89

13

BLM 4

TERMOELEKTRK ETKLER

Seebeck 1822 ylnda; iki farkl materyalden oluan kapal bir devrede iki iletken malzeme

farkl scaklklarda tutulduunda, devreden bir akm aktn gzlemlemitir. Bu gzlemini

deiik materyaller kullanarak tekrarlam ve sonular yaynlamtr. 1834 ylnda Peltier

ters etkiyi, yani; iki farkl materyalden oluan kapal bir devreden akm geirildiinde,

iletken malzemelerden birinin sy absorbe ederken dierinin s aa kardn

gzlemlemitir.

Yllarca bu etkilerin pratik uygulamalar sadece Seebeck etkisinin, scaklk lmnde

termocouple olarak kullanmyla snrl kalmtr. nk metaller kk seebeck

katsaysna sahiptiler. Transistr ve dier yariletken materyallerin kefi ile bu yolda

nemli admlar atlm ve yariletken materyallerle fabrikasyona uygun, baarl sonular

alnabilen Peltier elemanlar gelitirilmitir (Vian vd, 2001).

4.1 SEEBECK ETKS

A ve B gibi iki farkl materyalden olumu iki iletken malzeme farkl scaklklarda

olduunda materyal ularnda ekil 4.1de grld gibi bir gerilim llr. Bu gerilim

iletken malzemeler aras scaklk fark ile doru orantl olup;

E AB= T (4.1)

ifadesiyle verilir. Burada;

AB =A- B

olup greceli Seebeck katsays; E, ak devre gerilimi; Tise iletken malzemeler arasn-

da scaklk fark olmaktadr.


27/89

14

Metallerde


28/89

15

eklinde ifade edilebilir. Souk ve scak yzeyler tamamen Peltier etkisi ile oluan s

transferinin doal sonucudur, yani Peltier etkisiyle s, souk yzeyden scak yzeye

transfer edilmekte, ayrca bir s retilmemektedir.

Yariletkenler fizii incelemeleri, termoelektrik soutucunun sy transfer etmek iinelektronlarn enerji seviyelerindeki deiimi kullanan bir s pompas olduunu

gstermektedir. Elektronlar iki farkl termoelektrik materyalin oluturduu iletken

malzemelerden geerken, bir enerji sourucu (absorber) veya yayc (evolve) deiime

uramaktadrlar. Akm, dk enerji seviyesine sahip p-tipi yariletkenden, yksek enerji

seviyesine sahip n-tipi yariletkene akarken, elektronlar souk yzeyden aldklar enerjiyi

scak yzeyde terketmektedirler. Dardan verilen elektriksel g, elektronlarn sistem

iinde hareket etmeleri iin gerekli enerjiyi salamakta ve bylece hareketlenen elektronlar

deien enerji dzeyleri arasnda ilerlerken s transfer etmekte, baka bir deyile stamaktadrlar. Dardan verilen elektriksel g arttrlrsa, hareketli elektron says da

artacandan souk yzey ile scak yzey arasndaki s transfer miktar da artacaktr. Eer

akm yn ters evrilirse, bu ilem tersine ileyecek ve dolaysyla scak ve souk yzeyler

kendi arasnda yer deitireceklerdir (Gao ve Rowe, 2005).

n p n p n p n p n p

Seramik Plaka

+- I

ekil 4.2 Peltier etkisi (Xuan, 2003).

ekil 4.3 'deki iki farkl materyalden oluan eleman "ift" (couple) olarak isimlendirilir. N-

tipi termoelektrik materyal negatif Seebeck katsayldr ve elektron fazlal vardr. P-tipi

termoelektrik materyal ise pozitif Seebeck katsayldr ve elektron eksiklii vardr. Akm

yn bilinen ynde olup, elektronlarn ak ynnn tersinedir. Termoelektrik materyallerle

bakr levhalar arasnda drt adet balant noktas olmasna karn, biri stte dieri altta

olmak zere sadece iki termoelektrik iletken malzeme vardr. st (souk) yzeyden s

absorbe edilirken, bu s alt (scak) yzeyden aa kar.


29/89

16

ekil 4.3 ki farkl materyalden oluan peltier ift (Boztepe, 1995).

Bahsedilen bu ideal termoelektrik devrede iki etki daha vardr ki; bunlar performans

nemli lde snrlamaktadr. Birincisi joule stma etkisi, ikincisi ise scaklk farkndan

dolay kanlmaz olan, iki iletken malzeme arasndaki kondksiyon ile s transferidir.

Joule stma etkisinden dolay souk yzey ile scak yzey arasndaki scaklk deiimi

lineer olmamaktadr. Buna gre souk yzeye ulaan (scak yzeyden iletim ve Joule) s

kazanc;

Q TGGI += 2/2 (4.4)

eitlii ile hesaplanmtr.

:Isl iletkenlik, (W/oK)

:Elektriksel diren, ( )

ayn ekilde scak yzeyden ayrlan s miktar ise;

Q TGGI = 2/2 (4.5)

eitli ile ifade edilebilir.

Eer aadaki kabuller yaplrsa; :seebeck katsays, : zdiren ve : sl iletkenlik

scaklktan bamszdr. "ift" ile ortam arasndaki s alverii sadece scak ve souk

yzeylerden olmaktadr. Kontak direnleri, bakr ile yar iletken arasndaki elektriksel

diren ihmal edilebilir.


30/89

17

Souk yzeyde ve giri gcnde kararl durum olutuu zaman Peltier elemann souk

yzeyden sourabilecei s miktar; Q (4.4) eitliinden, buna ters yndeki istenmeyen s

kazanlarnn ifadesini (4.5) eitliini kartarak;

CQ )2/(2 2 TGGIITN C = (4.6)

Q : Birim zamanda transfer edilen s miktar, (W)

: p-n Seebeck katsays, (V/m2)

: n+p, Isl iletkenlik, (W/oK)

: n+p, Elektriksel diren, ( )

HT : Scak yzey scakl, (oK)

CT : Souk yzey scakl, (oK)

T : HT CT , (oK)

eklinde elde edilir. Bylece transfer edilecek snn (Q) akm arttka artaca ve scaklk

fark arttnda ise azalaca gzkmektedir.

ekil 4.4 Bir peltier "ift"in fiziksel gsterimi (Boztepe, 1995).

Burada yariletken materyallerin elektriksel direnleri;

n

nnn

A

LR

=

p

ppp

A

LR

=

(4.7)

n , p : Elektriksel iletkenlik, (Ohm cm)


31/89

18

pn LL , : "ift stunlarnn uzunluu, (m)

pn AA , : Is aksna dik "ift " stun alan, (m2)

eklindedir.Isl iletkenlik ise;

n

nnnL

AK =

p

p

ppL

AK = (4.8)

eitliiyle ifade edilir.

pn , : "ift" materyallerinin sl iletim katsaylar, W/moK biimindedir. Grld

zere KveR sabitleri fiziksel boyutlara bal olduundan Q ssda fiziksel boyutlara bal

olmaktadr. Termoelektrik modle uygulanan gerilim ise;

)/(2 TGINV += (4.9)

eklinde yazlr.

Gerilim formlnden elde edilen akm ise;

/)2/( GTNVI = (4.10)

eitlii elde edilir.

Verilen soutma gcn salamak iin gerekli giri gc ise;

IVW = (4.1)

olup gerilim; elektriksel iletkendeki gerilim dm ile seebeck voltajnn toplam

olmaktadr. Bylece giri ve k gc belli olduuna gre peltier elemann verim katsays

bir baka deyile performans katsays (COP) bulunabilir;

W

QCOP = (4.12)


32/89

19

Grld zere sabit bir akmda verim, CH TTT = scaklk farkna bal olup arttka

azalmaktadr. Akm iin ise optimum bir deer vardr. optI ise;

)/()11( ZTGIopt ++= (4.13)

eitliiyle elde edilir.

Bulunan bu optimum akmda en yksek verim elde edilebilir. Bulunan bu optimum akma

gre de optCOP elde edilebilir. Buna gre;

2/1)11/11)(/( +++= ZZTCOPopt (4.14)

Z parametresi, termoelektrik materyalin performans asndan ok nemlidir. Eer Z

bykse verim yksek olacaktr. Dolaysyla, byk seebeck katsays, dk zdiren ve

kt s iletkenlii istenmektedir. Z parametresi materyal parametrelerine baml

olduundan termoelektrik materyallerin karlatrlmasnda kullanlmaktadr (Ahiska vd,

2004).

/2=Z (4.15)

Termoelektrik materyaldeki CH TTT = scaklk fark sl yk tarafndan

belirlendiinden maksimum T , Q = 0 artnda oluacaktr. Buna gre;

ZZTTT HH /)121(max += (4.16)

Maksimum T 'nin elde edilebilecegi akimi bulabilmek iin maksimum akm eitlii elde

edilecektir. nk bu deerden sonra akm arttrmann hibir faydas olmad iin joule

s etkisinin deeri artaca iin peltier elemann sourabilecei net s )(Q decektir

(Melcor Comparation, 2000). Buna gre maksimum akm;


33/89

20

)121)(/(max += HZTGI (4.17)

eklinde yazlr.


34/89

21

BLM 5

TERMOELEKTRK MODL

Termoelektrik soutucular, bazen termoelektrik modl veya Peltier soutucusu diye de

adlandrlabilir. TE soutucular, kk bir s pompas gibi alan yariletkenlerdir. Bir

doru akm kaynandan salanan kk bir voltaj sayesinde, s modln bir ucundan

dierine doru hareket eder. Bylece modln bir yz snrken, dieri de e zamanl

olarak soumaya balar. Bu olay, doru akm kaynann art ve eksi kutuplarnn yer

deitirmesiyle tersine evrilebilir. Bir termoelektrik modl, kullanm amacna gre stc

veya soutucu olarak kullanlabilir, peltier modller eitli ekillerde ve llerde ekil

5.1deki gibi imal edilmektedirler. ou termoelektrik soutucu modl, yzey alan bana

3-6 W/cmlik bir pompalama yapabilir (Gao and Rowe, 2005).

ekil 5.1 Termoelektrik modl ekilleri (Melcor Comparation, 2000).

Modln souk ksm maksimum scaklk farkna ulatnda, s pompalanmas kesilir ve

s pompas zelliini kaybeder (verim sfra der). Bu yzden -5 oC ile -15 oC arasnda

kullanm en verimli olur. Scaklk bu noktada en yksek deeri Tye ular. Bu noktada

termoelektrik soutucular, en yksek s pompalama kapasitelerine ularlar. Termoelektrik

soutucular, evde kullandmz buzdolaplaryla ayn termodinamik yasalara gre alr,

ama baz farkllklar tar. Buzdolabnda kullanlan dondurucu svnn yerini, bir yariletken

alr. Youturucu da bir s transfer elemanyla yer deitirir. Ayrca kompresrn yerini de

doru akm kayna alr. Termoelektrik modle doru akm kaynann balanmas, ekil


35/89

22

5.2de gsterilmitir, elektronlarn yariletken nesneden gemesini salar. Maddenin souk

tarafnda, elektron hareketi sayesinde s sourulur ve scak uca gnderilir. Scak olan uca

s transfer eleman baland iin, s, s transfer elemanndan ereve verilir (Team

Palio, 2005).

ekil 5.2 Termoelektrik modl kesit grn (Team Palio, 2005).

5.1 TERMOELEKTRK SOUTMA UYGULAMALARI

TE modller, birok laboratuar ara gerelerinde soutucu olarak kullanlmaktadr.

Kullanm alanlar, peltier modlnn geni uygulama alan ve ok ynlln gsterir.

Bu alanlar; lm, Biyo-Teknoloji, Tp, Elektronik, Endstri, Genel Ama ve dier

alanlardr (Dikmen, 2003).

TE soutma nitesi blmden oluur; Peltier modl, Peltier soutma nitesine gerekli

olan modln scak tarafndaki s harcayc, Modln souk tarafndaki soutucu para.

Soutulacak gvde, modln souk seramik yzeyi ile direkt temasla soutulabilir ancak

ou durumda soutma iin unlar kullanlr; s ileten bir yzey, bir blok ve su; scaklk

deitiricisi rnek: Hava nakleden yzgece benzeyen bir para, sv kaplama. Bunlarn her

biri belli ileri yapar. ekil 5.3 Peltier soutma sisteminin tipik eklini gsterir.

Standartlatrlm bu sistemler genel ama uygulamalarnda ekonomik ve kullanldr.


36/89

23

ekil 5.3 TE soutma nitesi ekli (Rowe, 1995).

5.1.1 Termoelektrik modllerin kullanmlarna gre snflandrlmalar

5.1.1.1 lm

a. Termoelektrik modllerin mikrofilm kalorimetrede kullanm

Boylerdeki oluan atlaklar tespit eder. Bunu peltier modln izotermal kontrollyle 1%

dorulukta yapmaktadr. 100 W ile 200 mW g aralnda, dalga boyu 0,4 m ile 1,8 m

arasnda olan nlarn gcn lmek iin kullanlabilen Peltier kontroll siyah gvdeli

(NiP-kaplama) bir cihazdr.

b. Termoelektrik modllerin iy noktas termometresinde kullanm

evreleyen aynalarn scakln drebilecek birinci kademeden beinci kademeye kadar

olan aynalara Peltier modl takldr. Led aynaya n gnderir. In aynadan foto detektre

doru yansr. Baka bir LED/fotodedektr, lm salar. Aynann zerinden geen gazn

soumasyla aynann stnde nem olumaya balar ve nem damlalar datr. Aynann

zerinden yansyan n yardmyla detektr bir damlay fark eder. ki fotodedektr,

elektriksel bir kpr devresiyle baladr. Ayna yzeyindeki scaklk otomatik ve srekli

olarak kontrol edilir. ekil 5.4 ise ematik grnm verir.


37/89

24

Gaz

Sonuc

Guc Kaynagive kontrolu

Gaz

PeltierLED

Ayna

Optik Balans

Led Fotedektor

Kontrolu Modulu

ekil 5.4 Peltier soutmal bir iy noktas termometresinin prensip emas (Dikmen, 2003).

c. Termoelektrik modllerin donma noktas termometresinde kullanm

Bu cihaz, hidrokarbon karmlarnn donma ve erime noktalarnn tespiti iin kullanlr.

Test edilecek numune, donma noktasn belirlemek iin (-60 oC)ye kadar soutulur ve

erime noktasn belirlemek iin numune tekrar oda scaklna dndrlr. Soutma ve

stma, iki adet basamakl Peltier modlyle salanr. En steki basamak 71 kupla

(semikonduktrn boyu 3 mm), orta basamak 71 kupla (semikonduktrn boyu 6 mm), en

alttaki basamakta ise 127 kupla (semikonduktrn boyu 6 mm) sahip peltier modl

kullanlr. Peltier modllerin scak tarafn 20 oC altnda tutmak iin su ve buz karm

kullanlr (Mathiprakasam ve Fiscus, 1986).

d. Termoelektrik modllerin siyah gvdelerde radyasyon standard iin kullanm

50mmx50mm ve yansmas>0,98 olan siyah yzeyli bir plaka, Peltier modl tarafndan

scakl -20 oC ile 70 oC arasnda kontrol edilir. Siyah gvdeli yzeyin radyasyonunu

istenen scaklkta sabitlenmesini salar.

e. Termoelektrik modllerin fototp (photomultiplier) gvdesinde kullanm

Foto tpn gvdesi, sesi az olan ve dk karanlk ortanda alan ve stabilizeyi bozmayan

peltier modlle soutma yaplr. Bu foto tpl lm cihazlarnda hassasiyet bakmndan

gelime salamtr.


38/89

25

f. Termoelektrik modllerin yaktlarn nemini alan nitelerde kullanm

Yaktlarn enfraruj analize cihaznda analiz ederken yakt iindeki su (nem) yanl sonular

verebilir ve detektre zarar verebilir. Peltier modl tarafndan 1,5 ile 3 0,1 oC arasnda

scaklkta yakt soutulur. Yaktn iinde bulunan nem soukluun etkisiyle su haline gelirdar atlr.

g. Termoelektrik modllerin donma noktas referans odasnda kullanm

Bu odann bir taraf kapatlm, dier taraf da esnek metal bir krk taklm bakr bir

silindirden oluan bir cihazdr. Saf suyun soutma noktasnn tespiti iin cihazn odas

tamamen saf su ile hava doldurulur ve Peltier modl tarafndan noktadan soutulmutur.

Szdrmadan, su/buz veya su/hava/buz karmn noktadan kontrol ederek 0,01 oC

sapmayla otomatik kontrol edilerek suyun donma noktasn deerini gsterir. Bu cihaz

ekil 5.5de grnmektedir.

ekil 5.5 Donma noktas tespit cihaz (Dikmen, 2003).

h. Termoelektrik modllerin ya (petrol) bulanklk test cihaznda kullanm

Test edilen ya (petrol), bulanklk noktasn belirlemek iin -34 oCye kadar soutulur.

Soutma iki adet iki basamakl Peltier modlle salanr. Bu peltier modln steki

basamak 127 kupla (eleman uzunluu 2,54 mm), alttaki basamakta 127 kupla (eleman

uzunluu 1,14 mm) sahiptir.


39/89

26

j. Termoelektrik modllerin krlm ler (refractometer) olarak kullanm

Peltier modlleri kullanan refractometre iin bir pompa ile dolaan su evredeki devreden

scakl kontrol eder. Peltier modul tarafndan soutulan su, Refractometrenin scakln

kontrol etmek iin harici kontroll bir pompayla refractometerin etrafnda dolatrr.

5.1.1.2 Biyo-teknoloji

a. Termoelektrik modllerin biyoaktivite monitrl-kalorimetre olarak kullanm

Yaayan organizmalardaki biyolojik olaylarla ilgili olan 25 ile 300 mV/mlye kadar ok

kk scaklk etkisinin dorudan izlenmesi Peltier modllerin izotermal kontrol ile

gereklemektedir.

b. Termoelektrik modllerin DNA dzen reaktrnde kullanm

DNA reaktr, peltier modllerinde artlandrlm pompayla sirklasyon eden su 37 oClik

sabit bir sda almas salanm olur.

c. Termoelektrik modllerin spektrometre hcre termo programcs olarak kullanm

Nkleik asit ve protein almalarndaki DNA termal denatrasyon ve renatrasyon

uygulamalar iin spektrometrenin hcre tutucularnn scakl Peltier soutma nitesiyle

kontrol edilir. Bu olay 0 ile 99,9 0,1 oC scaklk aralnda spektrometre hcre iindeki

numune iin programlanm stma ve soutma salar. Hcreler arasndaki scaklk

uyumas 40 oCda 0,2 oCden daha iyi, 99 oC 0,5 oCden daha iyidir ve soutma oran

dakika bana maksimum 10 oCdir.

d. Termoelektrik modllerin programlanabilir termal kontrolrde kullanm

Peltier soutma niteleri, 0-100 oC arasnda saniyede 1 oCye kadar soutma oranlar ile ve

5 oC kesinlik ile test tpn tutan bloa ve o bloktan ani s transferi salarlar. Bu, DNA,

RNA ve dier numuneler iin kesin ve uygun programlanabilir termal kontrolrdr.


40/89

27

Scaklk kontrol sistemiyle, 100 kadar kullancs tanmlanm programlar depolayabilen 2

kilobaytlk kalc hafzaya sahiptir.

e. Termoelektrik modllerin tp kiti soutucu (Kan iin) olarak kulanm

Kan, a ve bir ok ilacn bozulmamas iin belli bir scaklk koullarnda tutulmas

gerekmektedir. Bu koullar Peltier soutucu modllerle salanmaktadr (Yerakum, 2005).

f. Termoelektrik modllerin fotosentez analizde kullanm

Fotosentez analizerde oluan scaklk, kk bir Peltier modlyle kontrol altnda tutulur.

g. Termoelektrik modllerin osmometrede kullanm

Osmometre bir solsyon donma noktas tespit eder. Bu cihazda iki basamakl Peltier modl

ile 100 mllik sv -11 oC scaklna indirmektedir. Peltier modln st basama 32 kupl,

alt basama da 128 kupl sahiptir. Modl bykl 2,8mmx2,8mmx2mm dir.

h. Termoelektrik modllerin biyoaktif analizer iin termoprogramc olaral kullanm

Biyoaktif analizer kalorimetre iin evresinin scakl peltier modlleri kullanarak

pompayla devreden su ile 25 0,01 oC de kontrol altnda tutulur.

5.1.1.3 Medikal / Tp

a. Termoelktrik modllerin scak souk stimlatrnde kullanm

Kalem-tipli bir sondann ucundaki peltier soutma stma nitesi, belirlenmi bir evrimde

scaklk veya soukluk salar. Bu durum verilen zaman periyodu iin bazen scak veya

souk arasnda deierek bazen de ya scak ya da souk elde etme eklinde meydana gelir.

Ayn zamanda bir hastann soua ya da scaa olan duyarlln tehis etmek iin de

kullanlr.


41/89

28

b. Termoelektrik modllerin cryo-cerrahi destroyerde kullanm

Cryo cerrahi destroyer, bir organizmadan atlan patolojik dokunun dondurulmas gibi bir

eit cryo-terapidir. Cihaz bir kontrol dzenei ve ynetici cryo-sondadan olumaktadr.

Cryo-sondann scakl -50o

C yada -70o

C dir. Bu durum iin iki basamakl su soutmalPeltier modl kullanlr (Dikmen, 2003).

c. Termoelektrik modllerin mikroskop safhas soutucusunda kullanm

Peltier soutmal mikroskop safhas, bir mikroskop zerine monte edilmi numune iin -20

oC ile 60 oC 0,1 oC arasnda s kontrol yapar.

d. Termoelektrik modllerin mikrotome safhas soutucusunda kullanm

Bir rnek doku peltier soutma safhas kullanlarak dondurularak, bir mikroskop iin

kolaylkla kesilir ve ince numunelere kolaylkla ayrlabilir. Bu safha her trl mikrotome

adapte edilebilir. Dokunun scakl, peltier modllnn akm kontrol edilerek istendii

zaman azaltlabilir veya arttrlabilir. Akm ayar kullanlarak, donmu plakalarn hzl bir

ekilde stmak iin kullanlr. Bylece rnek doku hzl bir ekilde yerinden alnp

tanabilir.

e. Termoelektrik modllerin portatif mini soutma kutusu (nsiln)nda kullanm

nsiln, portatif Peltier soutma kutusu ile 5 oC ve 15 oC arasndaki scaklkta saklanr.

Kutu kendi g kaynana sahiptir ve i haznesi 30 cm3dr.

f. Termoelektrik modllerin di dolgusu iin souk plaka olarak kullanm

Di dolgu malzemesinin scakl Peltier soutulmu plakann zerinde kontrol edilir.

Plaka, di dolgu malzemesi iin katlama srecini geciktirir.


42/89

29

g. Termoelektrik modllerin souk scak tedavi battaniyesinde kullanm

Peltier soutma nitesinin su gmleinden su pompalanr ve battaniye iinden dolatrlr.

Cihaz, scak ve souk terapi iin kapal bir spiral sistemdir.

h. Termoelektrik modllerin sis cadrnda kullanm

adrn iindeki hava, peltier havalandrma ile soutularak nefes alma cihazn kullanlmas

iin ideal ortam oluturur.

5.1.1.4 Endstriyel

a. Termoelektrik modllerin yar iletken cihaz retimi iin dopant soutucularndakullanm

Peltier soutma banyosu, 3 oC seilmi scaklkta semikonduktr ve fiberoptik

endstrisine kimyasal dopant salayan fiskiye iindeki kimyasaln scakln regule eder.

Sonu olarak semikondktr cihazn veya optik fiberlerin difzyon bariyerinin kalnln,

doru kalite kontroln salayarak muhafaza eder.

b. Termoelektrik modllerin semikondktr cihaz retimi iin silisyum katman

soutmaplakasnda kullanm

Cihaz retim ilemindeki yar iletken katmanlar iin dz veya temiz bir plaka Peltier

soutma nitesiyle soutulur ve kontrol edilir. 150 oC frn scaklndaki katman, yaklak

35 saniye iinde 200,3 oCye kadar soutulur.

c. Termoelektrik modllerin semikondktr cihaz retimi iin kimyasal sirklasyon

sisteminde kullanm

Bir sirkilatr ve bir filtreden oluan peltier soutma sistemi, Silisyum katmanlarn ykama

ve asitle kesme prosesi iin gerekli olan kesin sabit scakl oluturur. Kimyasal

solsyonla temas halindeki malzemeler alma kimyasal solsyonuna uymas iin dikkatle

seilir.


43/89

30

5.1.1.5 Genel Kullanm

a. Termoelektrik modllerin vakum pompas ak dzenleyicisinde kullanm

Peltier soutmal ak dzenleyicisi, difzyon pompal yksek vakum sistemlerindekullanm iin bir araya getirilmitir ve dier tekniklerin ihtiya duyduu kompresr ve

soutma bobinleri ihtiyacn ortadan kaldrr. V eklindeki kanatklarn scakl -35 oC

ye kadar dk olmaldr.

b. Termoelektrik modllerin daldrma soutucusunda kullanm

Peltier modller s deitirici metal bir kutunun iine konulurlar. Bu tip daldrma s

pompas ile izole edilmi kk laboratuar banyolarnn scaklklarnn drlmesisalanr.

c. Termoelektrik modllerin souk plakada kullanm

Souk plakalar ekil 3.1de gsterildii gibi, peltier soutma nitesinin en temel tipleridir.

Byklk arttka soutma kapasitesi ve enerji ihtiyac da artar. Bunlar bir ok tipte sv

devir aletlerinde, havalandrma sistemlerinde ve zel amalarda kullanlabilirler.

d. Termoelektrik modllerin sv sirklasyon cihaznda kullanm

Peltier soutma sistemi, svy sirklasyon scaklnn otomatik olarak kontrol iin veya

soutma veya stma iin kolaylkla altrlrlar. Sv uygun s datcsna sahip Peltier

modl ile balantl olan sv eanjrnden geecek ekilde pompalanr. Bu genel bir

scaklk kontroll sv sistemidir.

e. Termoelektrik modllerin havalandrmada kullanm

Havaya s transfer eden kanatk Peltier modl ile temas halindedir. Kanatklar arasndan

geen hava bir fleyici ile sirkle eder. Is havaya ya da svya nakledilebilir.


44/89

31

f. Termoelektrik modllerin tanabilir soutucusu (piknik kutusu)da kullanm

Tanabilir Peltier soutma kutusu 12 Vluk bir pil veya pil arj cihaz ile almak zere

tertip edilmitir. Bu bir karavanda, yat da veya kampta 12 Vluk otomobil akmaklndan

alnan enerjiyle yada AC adaptr ile her yerde kullanlabilir (Yerakum, 2005).

5.1.2 Byk lekli termoelektrik soutma uygulamalar

Westinghouse: Merkez bir ubua balanp bir araya getirilerek oluturulmu stunlar,

havadan-havaya sistemi iin uygulanmtr. Askeri protiplerde kullanmak iin birka yz

Wlk soutma gleriyle kk niteler retilmitir. Fakat hi birinin tantm

yaplmamtr. 1972de sudan-suya alan model 20 GS olan 7 kWlk nitenin dizaynn

ieren iki belge yaynlanmtr (Mole, vd. 1972).

Westinghouseun, deniz kuvvetlerinin uygulamalar iin sudan-havaya sistemleri olduka

oktur. Amerika deniz kuvvetleri USS denizalt gemisinin havalandrma iin Washington

tarafndan yaplan bir termoelektrik nitesine sahiptir. Bu suyun elektrik devresiyle

dorudan ilikide olduu ve planlanan yapda sudan havaya zellikli bir niteydi. Elektron

anmasndan kanmak iin alma voltaj 5 V dzeyindeydi. Bu nite 10 yl

kullanlmtr (Mole, 1965).

Asea: Havalandrmaya dair bir nite protopiti ve yolcu tayan demiryolu aralar iin

stc sve demiryollar iin iki kii tarafndan tasarlanmtr. Birisi Ridal dieri de

Lundquistdir. Dizayn Widakowich tarafndan iki temele dayandrlmtr. Birincisi

termoelektrik malzeme kullanan dzlemsel yapy anlatr, ikincisi ise basn konta

kullanan ve termoelektrik malzemeyi bakr kaplanmasyla ile ilgilidir. niteler sklmeden

nce birka yl altrlmtr.

Hava endstrisi, yolcu tayan demiryolu aralar iin kompresrl iklimlendirme sistemi

reticisiydi. 1973de J.P. Buffet Fransz, yolcu tayan demiryolu aralarnn

termoelektrikli iklimlendirme gelitirme program sundu. Dizayn Gaudelin patentine

dayanan stn yapsyd. Is deitiricileri Buffetin patentine dayanr. Program 1977 de 20

kWlk havalandrma nitesiyle donatlan bir otobste uygulanmtr. Bu otobsn, 10


45/89

32

yldan fazla termoelektrik iklimlendirme sistemi problem olmadan almtr (Vian vd,

2001).

1980de Fransz deniz kuvvetlerinin, iklimlendirme sisteminde kullanlacak souk suyu

retecek bir su-su termoelektrik nitesi gelitirmek iin bir aratrma ve gelitirmeprogram balatmtr. Elektrik balantl s eanjrnden su borular izole edilmi stn

yapl olanlar seilmitir. Bu niteler yazl olarak yaynlanmtr ve 5 yldan fazla sredir

dayankllk testlerine tabi tutulmutur (Benicourt, vd. 1985).

5.1.3 Orta lekli termoelektrik soutma uygulamalar

RCA termoelektrikte aratrmalar yapan ilk irketlerden biridir. Bunlar bir ok kk

kapasiteli termoelektrik modller imal etmilerdir. Termoelektrik modle dayanan bir 3kWlk klimlendirme sistemi U.S. deniz kuvvetleri iin yapmlardr.

Carrier irketi, deniz uygulamalar iin 3,5 kWlk su soutmal iklimlendirme sistemi

yapmtr. Bu sistem her biri drt termoelektrik modl ieren alt alt sistemden oluur. Her

bir termoelektrik modl 13,7cmx17,8cmdir ve 1,13 cm2 yer kaplayan ve 2,54 mm.

ykseklikte 130 termoelektrik elamana sahiptir. Gnmzdeki ticari termoelektrik

modllerinden ok daha byktr.

1960larn ortalarnda bu Carrier irket bir termoelektrik iklimlendirme ve stma sistemi

yapmtr. Sistem, su soutmal iklimlendirme sistemi 30 kadar modl ieriyordu. 1973te

sistem almakta ve bu sistemin tek problem g depolar ve kontrol sistemlerinin

olmayyd. Tamir edilmek zere karlan sistemin ekli ekil 3.4de grlmektedir. Her

bir sistemin soutma gc 1,5 kWdr, ve stma gc 1-8 kWdr (Hudelson, vd. 1964).

Termoelektrik modller Carrier tarafndan yaplmtr. Bunlar 12mmx12mm ve 2,5 mmlik

kalnlkta 64 elamanldr. Soutma modunda maksimum elektrik akm 80 A dir. Carrier bu

almalar tamamladktan sonra termoelektrikle ilgili almalarna son vermitir.


46/89

33

BLM 6

GNE PLLER

Gne pilleri (fotovoltaik piller), yzeylerine gelen gne n dorudan elektrik

enerjisine dntren yariletken maddelerdir. Yzeyleri kare, dikdrtgen, daire eklinde

biimlendirilen gne pillerinin alanlar genellikle 100 cm2 civarnda, kalnlklar ise 0,2-

0,4 mm arasndadr.

Gne pilleri fotovoltaik ilkeye dayal olarak alrlar, yani zerlerine k dt zaman

ularnda elektrik gerilimi oluur. Pilin verdii elektrik enerjisinin kayna, yzeyine gelen

gne enerjisidir. Gne enerjisi, gne pilinin yapsna bal olarak % 5 ile % 20 arasnda

bir verimle elektrik enerjisine evrilebilir (Van Dyk, 2005).

G kn artrmak amacyla ok sayda gne pili birbirine paralel yada seri balanarak

bir yzey zerine monte edilir, bu yapya gne pili modl ya da fotovoltaik modl ad

verilir. ekil 6.1de bir gne pili modl grlmektedir. G talebine bal olarak

modller birbirlerine seri yada paralel balanarak birka W'tan MW'lara kadar sistem

oluturulur.

ekil 6.1 Gne pili modl (Yldz vd, 1992).


47/89

34

6.1 GNE PLLERNN YAPIMINDA KULLANILAN MALZEMELER

Gne pilleri pek ok farkl maddeden yararlanarak retilebilir.

6.1.1 Kristal silisyum

nce bytlp daha sonra 200 mikron kalnlkta ince tabakalar halinde dilimlenen ya da

Tek kristal Silisyum bloklardan retilen gne pillerinde laboratuar artlarnda %24,

ticari modllerde ise %15'in zerinde verim elde edilmektedir. Dkme silisyum bloklardan

dilimlenerek elde edilen ok kristal Silisyum gne pilleri ise daha ucuza retilmekte,

ancak verim de daha dk olmaktadr. Verim, laboratuar artlarnda %18, ticari

modllerde ise %14 civarndadr.

6.1.2 Galyum arsenit

Bu malzemeyle laboratuar artlarnda %25 ve %28 (optik younlatrcl) verim elde

edilmektedir. Dier yariletkenlerle birlikte oluturulan ok eklemli GaAs pillerde %30

verim elde edilmitir. GaAs gne pilleri uzay uygulamalarnda ve optik younlatrcl

sistemlerde kullanlmaktadr.

6.1.3 Amorf silisyum

Kristal yap zellii gstermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolaynda, ticari

modllerde ise %5-7 mertebesindedir. Gnmzde daha ok kk elektronik cihazlarn

g kayna olarak kullanlan amorf silisyum gne pilinin bir baka nemli uygulama

sahasnn, binalara entegre yarsaydam cam yzeyler olarak, bina d koruyucusu ve enerji

reteci olarak kullanlabilecei tahmin edilmektedir.

6.1.4 Kadmiyum tellrid

ok kristal yapda bir malzeme olan CdTe ile gne pili maliyetinin ok aalara

ekilecei tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi kk hcrelerde %16, ticari tip

modllerde ise %7 civarnda verim elde edilmektedir.


48/89

35

6.1.5 Bakr indiyum diselenid

Bu ok kristal pilde laboratuar artlarnda %17,7 ve enerji retimi amal gelitirilmi olan

prototip bir modlde ise %10,2 verim elde edilmitir.

6.1.6 Optik younlatrcl hcreler

Gelen 10-500 kat oranlarda younlatran mercekli veya yanstcl aralarla modl

verimi %17'nin, pil verimi ise %30'un zerine klabilmektedir. Younlatrclar basit ve

ucuz plastik malzemeden yaplmaktadr (Elektrik Ett dare Genel Mdrl, 1991).

6.2 GNE PL SSTEMLER

Gne pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduu her uygulamada kullanlabilir. Gne pili

modlleri uygulamaya bal olarak, akmlatrler, invertrler, ak arj denetim aygtlar ve

eitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanlarak bir gne pili sistemi (fotovoltaik

sistem) olutururlar. Bu sistemler, zellikle yerleim yerlerinden uzak, elektrik ebekesi

olmayan yrelerde, jeneratre yakt tamann zor ve pahal olduu durumlarda

kullanlrlar. Bunun dnda dizel jeneratrler ya da baka g sistemleri ile birlikte karma

olarak kullanlmalar da mmkndr (Boztepe, 1995).

Bu sistemlerde yeterli sayda gne pili modl, enerji kayna olarak kullanlr. Gnein

yetersiz olduu zamanlarda ya da zellikle gece sresince kullanlmak zere genellikle

sistemde akmlatr bulundurulur. Gne pili modlleri gn boyunca elektrik enerjisi

reterek bunu akmlatrde depolar, yke gerekli olan enerji akmlatrden alnr.

Aknn ar arj ve dearj olarak zarar grmesini engellemek iin kullanlan denetim

birimi ise aknn durumuna gre, yada gne pillerinden gelen akm yada ykn ektii

akm keser. ebeke uyumlu alternatif akm elektriinin gerekli olduu uygulamalarda,

sisteme bir invertr eklenerek akmlatrdeki DC gerilim, 220 V, 50 Hzlik sins

dalgasna dntrlr. Benzer ekilde, uygulamann ekline gre eitli destek elektronik

devreler sisteme katlabilir. Baz sistemlerde, gne pillerinin maksimum g noktasnda

almasn salayan maksimum g noktas izleyici cihaz bulunur. ekil 6.2de ebekeden

bamsz bir gne pili enerji sisteminin emas verilmektedir.


49/89

36

Gunes PiliModulu Denetim Birim

Akumulator Invertor AC Yukler

DC Yukler

ekil 6.2 Gne pili enerji sisteminin emas (Yldz vd, 1992).

ebeke balantl gne pili sistemleri yksek gte santral boyutunda sistemler eklinde

olabilecei gibi daha ok grlen uygulamas binalarda kk gl kullanm eklindedir.

Bu sistemlerde rnein bir konutun elektrik gereksinimi karlanrken, retilen fazla enerji

elektrik ebekesine satlr, yeterli enerjinin retilmedii durumlarda ise ebekeden enerjialnr. Byle bir sistemde enerji depolamas yapmaya gerek yoktur, yalnzca retilen DC

elektriin, AC elektrie evrilmesi ve ebeke uyumlu olmas yeterlidir.

6.2.1 Gne pili sistemlerinin ebekeden bamsz olarak kullanld tipik uygulama

alanlar

Gne pilleri ebekeden bamsz olarak: Haberleme istasyonlar, telefon sistemleri, Petrol

boru hatlarnn katodik korumas, metal yaplarn, kprler, kulelerin korozyondankorunmas, Elektrik ve su datm sistemlerinde yaplan telemetrik lmler, hava gzlem

istasyonlar, Bina ii ya da d aydnlatma, da evleri ya da yerleim yerlerinden uzaktaki

evlerde TV, radyo, buzdolab gibi elektrikli aygtlarn altrlmas, Tarmsal sulama yada

ev kullanm amacyla su pompaj, orman gzetleme kuleleri, deniz fenerleri, ilkyardm,

alarm ve gvenlik sistemleri, deprem ve hava gzlem istasyonlar, ila ve a soutma gibi

alanlarda kullanlrlar (olak, 1991).

6.2.2 Dnyada gne pili kullanm

Dnyada gne pili kullanmnda Amerika, in, Japonya, spanya, Fransa gibi lkeler bata

gelmektedir. 2000 yl itibariyle yllara gre dnyada gne pilinden elde edilen elektrie

bal dalm ekil 6.3de verilmitir. Trkiyede ise gne pili kullanm gelimemitir.

Kk cihazlarda ok az oranda gne pili kullanlmaktadr.


50/89

37

0

50100

150

200

250

300

350

400

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

Yllar

MW MW

ekil 6.3 Dnyada gne pili satlar (Yldz vd, 1992).

6.2.3 Gne pili kullanm alanlar

Gne pilleri tketim rnleri, bamsz sistemler, ebekeye bal sistemler, merkezi

sistemler gibi deiik alanlarda kullanlrlar. Dnyada gne pilinin kullanm alanlarnn

oranlar ekil 6.4te grlmektedir. Gne pilleri bamsz sistemlerde ve ebekeye bal

sistemlerde daha yaygn kullanlmaktadr.

ekil 6.4 Dnyada kurulu gne pilinin kullanm alanlarna gre dalm (Yldz vd,1992).

6.2.4 Gne pili uygulamalar

Fotovoltaik sistemlerin ounda, gne ndan alnan enerji, modller araclyla

toplanarak, gece veya bulutlu gnlerde kullanlabilmek iin kimyasal enerjiye

dntrlerek aklerde depolanr. Ayrca, eer pillerden alnan g, istenen miktarda

deilse, aradaki fark aklerden karlanabilir. Depolanan enerjinin, gnn her saati ve her


51/89

38

hava koulunda kullanlyor olmasna karlk, piller harcanan enerjiyi, ancak gn nda

ve genellikle de birka saat iinde yerine koymaya almaktadrlar. Sistem dizayn

edilirken, zlmesi gereken en nemli sorun, bu dengeyi salamaktr (Boztepe, 1995).

6.2.4.1 Gne pillerinin elektrik elde etmede kullanlmas

Gne pilleri genelde elektrik elde etmede kullanlr. ats gne piliyle kapl ev ekil

6.5te grlmektedir. Gne pilleri evlerin atlarna yerletirilerek evin elektrik ihtiyac

gne pilleriyle salanmaktadr.

ekil 6.5 ats gne pili kapl ev (Yldz vd, 1992).

6.2.4.2 Gne pilleriyle bahe aydnlatlmas

Gn nda gne pili sayesinde gneten elde edilen elektrik depolanarak geceleri

bahelerin aydnlatlmasnda kullanlr. ekil 6.6da bahe aydnlatlmas grlmektedir.

ekil 6.6 Gne pilleri ile bahe aydnlatmas (Yldz vd, 1992).


52/89

39

6.2.4.3 Gne pillerinin karayollarnda kullanm

Gne pilleri elektriin olmad karayollarnda ve sokak aydnlatmalarnda kullanlrlar.

Karayollarnda elektrik olmadndan gndz gneten elde edilen elektrik depolanarak

gece yollarn aydnlatlmasnda kullanlr. ekil 6.7de karayollar aydnlatlmasgrlmektedir.

ekil 6.7 Gne pillerinin karayollarnda kullanm (Yldz vd, 1992).

6.2.4.4 ebekeye elektrik veren gne pili sistemi

Elektrik elde edilen kaynaklarmz gnmzde tkenmeyle kar karyadr. Gne pilleri

de enerjisini tkenmez enerji kayna olan gneten aldndan ebekeyi elektrikkesilmelerinde ve dier zamanlarda besleyebilmektedir. ebekenin gne pilinden

beslenmesi ekil 6.8de grlmektedir.

ekil 6.8 ebekeye elektrik veren gne pili (olak, 1991).


53/89

40

6.2.4.5 Gne izleme sistemleri

Gne pili izleme sistemleri, temel olarak piramit ayaklar kullanlarak, ayaklarn kelerine

a verilmektedir. Modllere motor yardmyla rotatrle hareket verilmektedir. ekil 6.9da

bir gne izleme sistemi grlmektedir. Gne izleme sistemleri birden fazla paneldenoluturulabilirler. PV modlleri DC-DC, DC-AC eviren paneller seilebilir (Karimov vd.,

2004).

ekil 6.9 Gne izleme sistemi (Karimov vd, 2004).


54/89

41

BLM 7

MATERYAL VE METOD

7.1 MATERYAL

Elektrik ihtiyacn gne pilinden salanan termoelektrik soutucunun performans

deneyleri iin 27 Wlk gne pili ve TEC1-12703T125 termoelektrik modl ve dier

malzemeler kullanlmtr. Yaplan soutucu havadan havaya almaktadr.

Sistemin scaklk lmleri iin 4 adet termokupl, gerilim lmleri iin voltmetre ve

gne nm iddeti lm cihaz kullanlmtr.

Deneyde; kabin, s deitiriciler, gne pili, termoelektrik modl ve dier malzemeler

kullanlmtr.

7.1.1 Kabin

Soutulacak kabin 29cmx29cmx29cm llerinde yaplmtr. ekil 7.1de grlmektedir.

Kabin suntadan ve ii strafor ile yaltlm ve strafor zeri alminyum folyo ile

kaplanmtr. Kabinin arka yzeyi modln yerletirilmesi iin 4cmx4cm lsnde

delinmitir. Kabinin yaltm ilemleri yapldktan sonra kalan soutulacak hacim

15cmx15cmx15cm llerindedir.


55/89

42

ekil 7.1 Kabin i grnts.

7.1.1.1 Kabin s kazanc hesaplar

Soutulacak kabinin s kayplar fourier etkisi formlyle hesaplanmtr. Fourier etki;

Isnn yksek scaklktaki blgeden, dk scaklktaki blgeye transfer etmesi olaydr(zkol, 1999).

Fourier etki iin;

FQ =KA T

FQ : Yksek scaklktaki blgeden dk scaklktaki blgeye giden s miktar (W)

A : Malzemenin toplam alan (m2)

K : Malzemenin ortalama s iletim katsays (W/m2 oK)

ortK =21 /1//1

1

hdh ++

h : Is letim katsays (W/m2 oK)

: Malzemenin iletkenlik katsays (Wm2 oK)

d : Malzemenin kalnl (m)

Soutulacak kabin 29cmx29cmx29cm dir. Kabin 2 cm suntadan yaplm, ii 5 cm straforla

yaltlm ve strafor zeri alminyum folyo ile sarlmtr. Soutulacak kabinin iindeki

yaltm malzemeleri ekil 7.2de grlmektedir. Is kazanc hesaplarna alminyum

folyonun sl direnci ihmal alnmamtr.


56/89

43

ekil 7.2 Soutulacak kabinin iindeki yaltm malzemeleri.

Kabin iin d scaklk 30 oC ve i scaklk 2 oC alnmtr. Alnan i ve d scakla gre

kabin s kazanlar hesaplanmtr.

FQ =KA T

T =30-2 = 28 oC

A=29x29 = 841 = 0,0842 m2

K222111 /1///1

1

hddh +++=

Soutulacak kabinin yapmnda 2 cm kalnlnda sunta ve kabinin iini yaltmak iin 5 cm

kalnlnda strafor kullanlmtr. ekil 7.3te ller gsterilmitir.

2

5

ekil 7.3 Yaltlm kabin duvar.


57/89

44

Kdi dd /1///1

1

2211 +++=

=1 0,04 W/m2K =1 0,14 W/mK d1 = 20 mm

=2 0,13 W/m2K =2 0,035 W/mK d2 = 50 mm

K=04,0035,0/05,014,0/02,004,0

1

+++

=K

10,04+

14,0

02,0+

035,0

05,0+0,04

K

1= 0,04+0,142+1,42+0,04

K1 = 1,64

K= 0,60 W/m2 oK

Q = KA T

Q = 0,60x0,0841x28

Q = 1,43 W

Kabinin 5 yzeyi iin Q T= 1,43x5

=Q 7,15 W

Kabinin dier yzeyinde 0,5 cm sunta ve 2 cm strafor bulunmaktadr bu deerlere gre s

kazanc;

K =04,0035,0/02,014,0/005,004,0

1

+++

=

K

1

0,04+ 14,0

005,0

+ 035,0

02,0

+0,04

68,01

=K

K= 1,47 W

Q = 1,47x0,0842x28

Q = 3,46 W


58/89

45

Kabin iinde bulunan fann ektii gerilim 10 V, akm ise 0,1 A dir. Fandan gelen s Q ise;

Q =IxV

Q =10x0,1

Q =1 W

Kabinin kapandan olan szdrmalar Qs;

Qs = eTZaLRH

Qs = 2x0,6x0,7x0,279x10-3x28x1

Qs = 6,5 W

Qs : Hava sznts s kazanc, (kW)

a : Hava sznts katsays, (m3/mh)

L : Kabinin alan ksmlarnn evre uzunluu, (m)

R : Kabin durum katsays, (birimsiz)

H : Duvar durum katsays, (kWh/m3 oC)

T : ve d scaklk fark, (oK)

eZ : Katsay, (birimsiz)

Modln taklmas iin kabinin arka tarafna alan delikten olan szdrmalar Qs;

Qs = 2x0,16x0,7x0,279x10-3x28x1

Qs = 1,74 W

Kabinin toplam s kazanc;

QT = Duvarlardan s kazanc+Szdrmazlklardan olan s kazanc+Fandan s kazanc

QT = 10,61+8,24+1

QT = 19,85 W

7.1.2 Is deitiriciler

Kabinin iinden sy ekmek iin termoelektrik modln zerinde 4cmx4cmx1cmlik bakr

para ve bakr parann zerinde kanatl alminyum para bulunmaktadr. ekil 7.4de

grlmektedir. soutulacak ortamdaki havay hareketlendirmek iin alminyum para

zerine fan yerletirilmitir.


59/89

46

(1. Fan, 2. Sunta, 3. Strafor, 4. Alminyum plaka, 5. Vida, 6. Is deitirici, 7. Termoelek-

trik modl, 8. Bakr plaka)

ekil 7.4 Termoelektrik soutma sisteminin kesit grn.

Modln d tarafndan sy atmak iin bakr borulardan doal sirklasyonlu sistem

yaplmtr. Modl zerinden sy bakr borulardaki suya ekmek iin 1,5 cm kalnlnda

s deitirici yaplmtr. Is deitirici kesiti ekil 7.5da grlmektedir.

ekil 7.5 Is deitirici ekli.

Modl yzeyi snnca s deitirici sy ekmekte ve iinde su bulunan tabii sirklasyonlu

sistem sy ortama yaymaktadr. Tabii sirklasyonlu sistem ekil 7.6de gsterilmitir.


60/89

47

ekil 7.6 Tabii dolaml sistem.

Tabii dolaml sistem bakr borulardan yaplmtr. taraftaki paralarla d taraftaki s

deitiriciler civatal sistemle birbirlerine temas ettirilmilerdir. Is geiini daha iyi

salamak iin termoelektrik modl i ve d yzeyine bor ya srlmtr.

7.1.3 Gne pili

Yaplan uygulama elektrik olmayan yerlerde dnld iin enerjisi gne pilinden

salanmtr. Gne piliyle gne radyasyonundan maksimum yararlanmak iin gne

piline istenilen ay verebilecek ayaklar tasarlanmtr. Uygulamada model #894

TGM1500-18 V, 27 W gcnde ve 535mmx449mmx25mm llerinde gne pili

kullanlmtr. Uygulamada kullanlan gne pili ekil 7.7de grlmektedir.


61/89

48

ekil 7.7 Gne pili.

7.1.4 Termoelektrik modl

Soutulacak kabinin s kazanlar hesaplandktan sonra s kazancna en yakn soutma

gcnde TEC1-12703T125 modl bulunabilmitir. ekil 7.8da uygulamada kullanlan

modl lleri grlmektedir. Eklerde izelge A.1de uygulamada kullanlan termoelektrik

modln deerleri verilmektedir.

ekil 7.8 Termoelektrik modl boyutu.

7.1.5 Dier malzemeler

Deney dzeneinin yapmnda s transferi iin bakr malzemeler ve alminyum

malzemeler kullanlmtr. Alminyum kanatlardaki soukluu i ortama yaymak iin

kabin iine fan yerletirilmitir. ekil 7.9da kabin iinde fann yerletirilmesi

grlmektedir.

8/3/2019 Gunes Piliyle Elde Edilen Elektrik Enerjisinin Termoelektrik Sogutmada Kullanilmasi Using Elektricity Produced by Photo Voltaic Panels in Thermoelectric

gunes piliyle elde edilen elektrik enerjisinin termoelektrik sogutmada kullanilmasi using...

Documents