rüzgar-güneş hibrit sistem

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

Aşırı yük ve sıcaklık kontrolü

12 VDC akü girişi

Solar

Çıkış gerilimi: 230V AC ±%10
bağlantıları ve AC çıkış için 4

Frekans: 50Hz ±%10
mm’lik bağlantı soketleri

Güç: 275 VA

Çalışma durumunu gösteren LED

Hatalara karşı sesli uyarı

panel,
akü,
toprak
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, 010A 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

4 mm’lik bağlantı soketleri

Boyutlar: 297mm x 160mm x 50mm
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

4 mm’lik bağlantı soketleri

Boyutlar: 297mm x 300mm x 65mm
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

Boyutlar: 570mm x 535mm x 28mm

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
Ad Soyad
Grubu
Numarası
Deneyi Yapanlar
RAPORU HAZIRLAYAN:………………………………………………………………
Deneyin Yapılış Tarihi
Rapor Teslim Tarihi
…../ …../ 2017
…../ …../ 2017
Performans Notu
Rapor Notu
Raporu Değerlendiren: Arş. Grv. Dr. Sunay TÜRKDOĞAN
Ortalama Not:
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)
*𝑉𝑂𝐶 =
1000
700
500
300
100
50
30
1
0
*𝐼𝑆𝐶 =
P(W)=V.I
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.
𝐸
𝑘=
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.
𝐼𝑀𝑃 𝑥𝑉𝑀𝑃
𝐹𝐹 =
𝐼𝑆𝐶 𝑥𝑉𝑂𝐶
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.
2.4. Ölçülen Değerler
Tablo-2: Seri bağlamada Voltmetre ve Ampermetre okunan V ve I değerleri.
R(Ω)
∞
V(V)
I(A)
P(W)=V.I
*𝑉𝑂𝐶 =
1000
700
500
300
100
50
30
1
*𝐼𝑆𝐶 =
0
Tablo-3: Paralel bağlamada Voltmetre ve Ampermetrede okunan V ve I değerleri.
R(Ω)
∞
V(V)
I(A)
*𝑉𝑂𝐶 =
1000
700
500
300
100
50
30
1
0
1.5 Raporda İstenenler
*𝐼𝑆𝐶 =
P(W)=V.I
 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.
YALOVA ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ESM 413 ENERJİ SİSTEMLERİ LABORATUVARI 2
DENEY 2: KÜÇÜK RÜZGAR SANTRALLARENİN DİZAYNI TEST
EDİLMESİ TÜRBİN SİSTEMİ İLE ENERJİNİN DEPOLANMASI VE
OPTİMİZASYONU
Ad Soyad
Grubu
Numarası
Deneyi Yapanlar
RAPORU HAZIRLAYAN:………………………………………………………………
Deneyin Yapılış Tarihi
Rapor Teslim Tarihi
…../ …../ 2017
…../ …../ 2017
Performans Notu
Rapor Notu
Raporu Değerlendiren: Arş. Gör. Dr. Taylan GÜNEŞ
Ortalama Not:
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.
𝟏
𝑷 = 𝟐 𝒑𝑽𝟑 𝝅𝒓𝟐
(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;
𝟑
𝟐𝑷
𝑽=√ 𝟐
𝝅𝒑𝒓
(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)
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
V(V)
I (A)
P(W)=V.I
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)
ESM 413 ENERJİ SİSTEMLERİ LABORATUVARI 2
DENEY 3: RADYASYONLU ISI TRANSFERİ
Ad Soyad
Grubu
Numarası
Deneyi Yapanlar
RAPORU HAZIRLAYAN:………………………………………………………………
Deneyin Yapılış Tarihi
Rapor Teslim Tarihi
…../ …../ 2017
…../ …../ 2017
Performans Notu
Rapor Notu
Raporu Değerlendiren: Arş. Gör. Ezgi BAYRAKDAR ATEŞ
Ortalama Not:
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 = = 𝜀 × 𝜎 × (𝑇𝑠4 − 𝑇𝐴4 )
𝐴
 𝑞 = Işınımla aktarılan enerji [𝑊 ⁄𝑚2 ]
 𝑇𝐴 = Ortam sıcaklığı [K]
 𝑇𝑠 = Yüzey sıcaklığı [K]
 𝜀 = Isı taşınım katsayısı [𝑊 ⁄𝑚2 𝐾]
 𝜎 = Stefan-Boltzmann Sabiti [ 𝜎 = 5,67 x 10-8 (𝑊 ⁄𝑚2 𝐾 4 )]
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.
 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, 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
5.1. Ölçülen Değerler
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.
YALOVA ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ESM 413 ENERJİ SİSTEMLERİ LABORATUVARI 2
DENEY 4: RADYAL ISI İLETİMİ
Ad Soyad
Grubu
Numarası
Deneyi Yapanlar
RAPORU HAZIRLAYAN:………………………………………………………………
Deneyin Yapılış Tarihi
Rapor Teslim Tarihi
…../ …../ 2017
…../ …../ 2017
Performans Notu
Rapor Notu
Raporu Değerlendiren: Arş. Gör. M. Nazlı BORAND
Ortalama Not:
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.
𝑑𝑇
𝑄𝑥 = −𝑘𝐴
𝑑𝑥
şeklindedir. Buradan k iletim katsayısı
𝑄𝑥 𝑙𝑛(
𝑘 = 2𝜋𝐿(𝑇
𝑅𝑑𝚤ş
)
𝑅𝑖ç
𝑖ç −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.
 Kontrol ünitesine güç verilir ve üzerindeki açma kapama anahtarıyla açılır.
 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. (ST1ST2-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
5.1. Ölçülen Değerler
SC2 (𝑙⁄𝑑𝑘)
ST1
ST2
ST3
ST4
ST5
Tablo-2: Farklı su debilerinde sıcaklık ölçüm tablosu (SW1 = 10W için).
ST6
𝑄(𝑊)
ST1
ST2
ST3
ST4
ST5
Tablo-3: Farklı güç değerlerinde sıcaklık ölçüm tablosu.
5.2.Hesaplamalar
Grafik-1: Termokapıllar arasındaki radyal uzaklık – Sıcaklık diyagramı.
ST6