• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Designing A Smart Solar Car
 

Designing A Smart Solar Car

on

  • 4,434 views

Nowadays, environmental reasons such as pollution, global warming, lack of fossil reserves, increasing of the energy demand have increased studies on systems converting renewable and alternative ...

Nowadays, environmental reasons such as pollution, global warming, lack of fossil reserves, increasing of the energy demand have increased studies on systems converting renewable and alternative energy sources to power. The fact that the vehicles are moved by the electric motors and the accumulators are charged by making use of solar energy is one of the systems.

In this study, some systems of a prototype solar car that is able to race in a national or international solar car competitions and a solar car\' s steering and suspansion systems which has been used in past years were renewed. The solar car racing not only draws worldwide attention to the need for sustainable road transportation, but also provides emerging green technologies with opportunities for the demonstration of their capabilities. The prototype of a solar car has a electric motor with capacity of 1,2 kW and 12volt 4 amount, accumulator and it is charged by solar energy. The surface field of the solar panel which can get a power up to 1,2 kw is 6 m2.

Statistics

Views

Total Views
4,434
Views on SlideShare
4,416
Embed Views
18

Actions

Likes
7
Downloads
0
Comments
2

3 Embeds 18

http://www.linkedin.com 11
https://www.linkedin.com 5
http://www.slashdocs.com 2

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel

12 of 2 previous next

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • tezinizi indirmemize izin verirseniz vatana millete yardım etmiş olcaksınız lütfen bencil olmayalım
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • tezinizi neden download edilebilir yapmamışsınız ?
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Designing A Smart Solar Car Designing A Smart Solar Car Document Transcript

    • T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİGÜNEŞ ENERJİLİ BİR ARACIN TASARIM AŞAMALARI VE BAZI SİSTEM BİLEŞENLERİNİN REVİZYONDAN GEÇİRİLİP ÜRETİLMESİ 06066024 AÇELYA USLU 06062047 KEREM EYUPOĞLU 07065709 ERDİ ÇELİKKAYA LİSANS TEZİ DANIŞMANNURTEN BAYRAK OTOMOTİV ANABİLİM DALI YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI HABERLEŞME PROGRAMI DANIŞMAN YRD. DOÇ. DR. ALPTEKİN ERGENÇ İSTANBUL, 2011DANIŞMAN DOÇ. DR. SALİM YÜCE İSTANBUL, 2011
    • ÖNSÖZÖncelikle şunu söylemek isteriz ki, hidrojenli araba yapalım diye yola çıktığımızdabundan 5 ay önce bugünü kestirmek gerçekten bir hayli zordu. Her şeye rağmen,ortaya başından sonuna kadar okunması gereken “oku-analiz et- hemen yap“pratikliğinde, Güneş Arabalarına dair başka bir kaynağa ihtiyaç duymadan tüm Know-How’ a sahip olabileceğiniz bir çalışma ortaya koyduğumuz için çok mutluyuz.“Kopyala-yapıştır tez yapmak istemiyoruz” dediğimizde, sesimize kulak verip bizlerigirişimci gençler olarak sahiplenen, sabır gösteren, tüm olumsuzluklara rağmen hepyanımızda olup yapacağız çocuklar diyen ve çalışmalarımızın her safhasında fikir veyardımlarını bizden esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd. Doç. Dr. AlptekinERGENÇ’e ve Araştırma Görevlisi hocalarımıza teşekkürlerimizi sunarız.Tez çalışmamıza yapmış oldukları maddi katkısından dolayı, Metin Otomotiv’den MetinAbi’ ye, Türkiye İhracatçılar Meclisi Başkan Yardımcısı Sayın Mustafa Çıkrıkçıoğlu’ na,Elektrikli ve Hidrojenli araç yapma aşamasında 100 sayfalık sunumumuzla kapı kapıdolaştığımızda bizi dinleyen, destek olmak isteyen, istemeyen, kapıları yüzümüzekapanan, kapanmayan herkese, ve YTÜ Teknopark’ ında Innovalogy ismi ileşirketleşmeye giden yolda bize el uzatan Erdem Bektaş Bey’ e şükranlarımızı sunarız.Hayatımız boyunca yapmış olduğumuz tüm çalışmalarımızda bize sonuna kadar destekolan, manevi ve maddi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ve her zaman yanımızdaolan ailelerimize ve gerçek dostlarımıza en içten teşekkürlerimizi bir borç biliriz. Haziran, 2011Açelya USLU Kerem EYUPOĞLU Erdi ÇELİKKAYA
    • İÇİNDEKİLERÖNSÖZ ............................................................................................................................... iiİÇİNDEKİLER .......................................................................................................................vSİMGE LİSTESİ ................................................................................................................... ixKISALTMA LİSTESİ ..............................................................................................................xŞEKİL LİSTESİ...................................................................................................................... xiÇİZELGE LİSTESİ ................................................................................................................ xvÖZET ................................................................................................................................ xviABSTRACT ...................................................................................................................... xviiBÖLÜM 1 ........................................................................................................................... 1GİRİŞ .................................................................................................................................. 1 1.1 Çalışmanın Amacı ve Kapsamı ...................................................................... 3 1.2 Neden Güneş Arabaları ................................................................................. 4 1.3 Konu ile İlgili Yapılmış Çalışmalar .................................................................. 6BÖLÜM 2 ........................................................................................................................... 8YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI VE TÜRKİYE AÇISINDAN ÖNEMİ .............................. 8 2.1 Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Çeşitleri ................................................. 12 2.2 Rüzgar Enerjisi............................................................................................. 13 2.3 Hidroelektrik ............................................................................................... 16 2.4 Jeotermal Enerji (Isı, Elektrik) ..................................................................... 18 2.5 Biyokütle Enerjisi......................................................................................... 22 2.5.1 Biyogaz ...................................................................................................... 23 2.5.2 Biyoyakıt .................................................................................................... 25 2.6 Hidrojen Enerjisi.......................................................................................... 27 v
    • 2.7 Nükleer Enerji ............................................................................................. 28 2.7.1 Türkiyenin Uranyum ve Toryum Kaynakları ............................................. 30 2.7.2 Türkiye’nin Nükleer Reaktör İşletme Deneyimi ........................................ 31 2.7.3 Nükleer Santral İhaleleri ........................................................................... 31 2.8 Okyanustan Enerji Üretimi .......................................................................... 34 2.8.1 Dalga Enerjisi............................................................................................. 34 2.8.2 Gelgit Enerjisi ............................................................................................ 35 2.8.3 Okyanus Isı Enerjisi ................................................................................... 35 2.8.4 Metan Gazı ................................................................................................ 36 2.9 Güneş Enerjisi ............................................................................................. 36 2.9.1 Güneş ........................................................................................................ 39 2.9.2 Güneş Işınlarının Yapısı ............................................................................. 40 2.9.3 Türkiye’ de Güneş Enerjisi......................................................................... 42 2.9.4 Güneş Enerjisinin Kullanım Alanları .......................................................... 46BÖLÜM 3 ......................................................................................................................... 48GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ ..................................................................................... 48 3.1 Güneş Enerjisi ve Araçlarda Kullanımı ........................................................ 49 3.1.1 Güneş Pilleri .............................................................................................. 49 3.1.1.1 Güneş Pillerinin Tarihçesi ................................................................. 50 3.1.1.2 Güneş Pillerinin Çalışma Prensipleri................................................. 52 3.1.1.3 Güneş Pili Üretimi ............................................................................ 60 3.1.1.4 Güneş Pili Çeşitleri............................................................................ 61 3.1.1.5 Güneş Pili Güç Verimlilikleri ............................................................. 64 3.1.1.6 Güneş Pillerinin Teknik ve Ekonomik Değerleri ............................... 66 3.1.1.7 Güneş Pili Sistemlerinde Kullanılan Ekipmanlar............................... 68 3.1.1.8 Dünyadaki Güneş Pili Üreticileri Ve Üretim Teknolojileri ................ 72 3.1.2 Güneş Pili Kullanım Alanları ...................................................................... 74 3.1.2.1 Güneş Enerjisinin Kara Taşıtlarında Kullanımı.................................. 76 3.1.2.2 Hedef ................................................................................................ 76 Yukarıdaki tablo konutlarda uygulanan 2006 yılı şebeke elektrik satış fiyatları göz önüne alınmıştır, vergiler hariçtir. 13 lt/100 km yakıt sarfiyatı, ortalama 2,5 TL/lt yakıt ücretine göre hesaplanmıştır. Buna göre günlük ihtiyaçlarımızda 2,4 tonluk bir makinenin kullanımının alternatifsiz olup olmadığını iyi hesap etmek gerekecektir, zira çizelge 3.12’ den görülebileceği üzere aradaki maddi farkın yanında belki de daha önemli olarak ön plana çıkabilecek çevresel farklar da mevcuttur. ..................................................... 77 3.1.2.3 Güneş Arabaları ................................................................................ 77 3.1.2.4 Güneş Araçlarının Kullanımının Kazandıracakları ............................ 80 3.1.2.5 Güneş Enerjili Araba Yarışları ........................................................... 81 3.1.2.6 Daha Önceki Yıllarda Yarışmış Bazı Güneş Arabaları........................ 87BÖLÜM 4 ......................................................................................................................... 91 vi
    • GÜNEŞ ARABASI TASARIMI, TEMEL SİSTEM YAPISI ve ÇALIŞMA PRENSİBİ .................... 91 4.1 Güneş Arabası Tasarlama ........................................................................... 91 4.1.1 Genel Tasarım Esasları .............................................................................. 93 4.1.2 Güneş Arabalarında Genel Enerji Akışı ..................................................... 95 4.1.3 Tasarımda Dikkat Edilecek Hususlar ......................................................... 97 4.1.4 Güneş Arabalarında Performans Kriterleri ............................................... 97 4.2 Bir Güneş Arabası Sistemine Genel Bakış ................................................... 98 4.3 Güneş Arabalarının Temel Bileşenleri....................................................... 101 4.3.1 Enerji Yönetimi ........................................................................................ 101 4.3.1.1 Güneş Jenaratörü ........................................................................... 101 4.3.1.2 Hücre Dizisi ..................................................................................... 102 4.3.1.3 Hücrelerin Montajı ve Kaplanması ................................................. 103 4.3.1.4 Enerji Kazanımı ............................................................................... 106 4.3.1.5 Panel Alanı ve Verimi ..................................................................... 108 4.3.2 Elektrik ve Elektronik Sistemi .................................................................. 110 4.3.2.1 Aküler (Elektrik Pilleri).................................................................... 110 4.3.2.2 Elektrik Motoru .............................................................................. 116 4.3.2.3 Maksimum Güç Noktası İzleyici ..................................................... 118 4.3.2.4 İleri Düzey Kontrol Sistemleri ......................................................... 119 4.3.2.5 Güç Sistemleri ............................................................................... 120 Motor Kontrolörü.......................................................................................... 120 4.3.3 Sürüş Takımları........................................................................................ 122 4.3.3.1 Fırçasız Doğru Akım Motorları ....................................................... 124 4.3.4 Mekanik ve Yapısal Bileşenler ................................................................. 125 4.3.4.1 Pilot Kontrol Bileşenleri.................................................................. 127 4.3.4.2 Gövde ve Şasi ................................................................................. 128 4.3.4.3 Aerodinamik ................................................................................... 132BÖLÜM 5 ....................................................................................................................... 135GÜNEŞ ARABASI İMALATI ............................................................................................. 135 5.1 Şase Tasarım ve İmalatı............................................................................. 135 5.2 Kasa Tasarımı ve İmalatı ........................................................................... 139 5.3 Yürüyen Aksam, Yön Verme Düzeneği ve Süspansiyon ............................ 141 5.3.1 Direksiyon Sistemleri Revizyonu ............................................................. 141 5.3.1.1 Direksiyon Sistemleri...................................................................... 141 5.3.1.2 Güneş Arabası Mevcut Direksiyon Sistemi .................................... 149 5.3.1.3 Mevcut Sistemin Revize İşlemleri .................................................. 149 5.4 Fren Sistemi .............................................................................................. 162 5.5 Motor ve Motor Sürücüsü ........................................................................ 163 5.6 Maksimum Güç Noktası İzlyecisi ............................................................... 165 5.7 Akü ............................................................................................................ 166 vii
    • 5.8 Güneş Modülleri ve Elektrik Sistemi ......................................................... 167 5.8.1 Güneş Modülleri ..................................................................................... 167 5.8.2 Elektrik Sistem Düzeni ............................................................................ 168 5.9 Ölçüm ve Deneylerde Kullanılacak Olan Ölçüm Cihazları ......................... 170 5.9.1 Dijital Pens Avometre ............................................................................. 170 5.9.2 Güneş Işınımı Ölçüm Cihazı ..................................................................... 171 5.9.3 Motor Devri Ölçüm Cihazı ....................................................................... 171BÖLÜM 6 ....................................................................................................................... 172DENEYSEL BULGULAR VE TARTIŞMA ............................................................................ 172 6.1 Güneş Işınımına Göre Güneş Modülü Gerilim ve Akım Değerleri ............ 172 6.1.1 Güneş Işınımı Gerilim İlişkisi ................................................................... 172 6.1.2 Güneş Işınımı Akım İlişkisi ....................................................................... 173 6.2 Akü Şarj ve Deşarj Sürelerinin Belirlenmesi .............................................. 175 6.3 Mesafenin Hesaplanması .......................................................................... 175 6.4 Sistem Performansının Değerlendirilmesi ................................................ 176BÖLÜM 7 ....................................................................................................................... 177SONUÇ ........................................................................................................................... 177KAYNAKLAR ................................................................................................................... 178EK-A ............................................................................................................................... 181EK-B ............................................................................................................................... 191EK-C ............................................................................................................................... 192EK-D............................................................................................................................... 193EK-E ............................................................................................................................... 195ÖZGEÇMİŞLER ............................................................................................................... 199ÖZGEÇMİŞLER ............................................................................................................... 200ÖZGEÇMİŞLER ............................................................................................................... 201 viii
    • SİMGE LİSTESİA AkımAh Amper saatJ JouleK Kelvinkg Kilogramkm Kilometrekm/h Hız / Saatte Gidilen YolmV MilivoltNm Newton metrerpm Hız / DevirV Gerilim (Volt)VDC Volt doğru akımW Güç (Watt)Wh Watt saatW/m2 Işınım şiddeti ix
    • KISALTMA LİSTESİCO KarbonmonoksitCO2 KarbondioksitDC Doğru akım (DA)EİE Elektrik İşleri Etüt İdaresiEPDK Enerji Piyasası Düzenleme KurumuFV FotovoltaikHES Hidroelektrik santraliICHET International Centre for Hydrogen Energy TechnologieskW KilowattMppt Maximum power point trackerMTA Maden Tetkik ve Arama Genel MüdürlüğüMtep Milyon ton eşdeğer petrolMW MegawattNO Azot oksitPV PhotovoltaicSO2 Kükürtdioksit x
    • ŞEKİL LİSTESİ SayfaŞekil 2.1 Yenilenebilir enerji tüketiminin birincil enerji tüketimindeki payı ..................... 9Şekil 2.2 Elektrik enerjisi paralelinde yenilenebilir elektrik enerjisinin trendi ................. 9Şekil 2.3 Elektrik üretiminde kaynakların payı ................................................................ 10Şekil 2.4 Rüzgâr sisteminin temel elemanları ................................................................. 14Şekil 2.5 Türkiye rüzgar atlası yıllık rüzgar dağılım haritası 70 m ................................... 15Şekil 2.6 Marmara bölgesindeki muhtemel rüzgar santrallari -REPA ............................. 15Şekil 2.7 Hidro enerji santrali .......................................................................................... 17Şekil 2.8 İdeal bir jeotermal sisteminin şematik gösterimi ............................................. 19Şekil 2.9 Entegre jeotermal değerlendirme .................................................................... 19Şekil 2.10 Jeotermal Rezerv ve Üretim Sahaları Haritası ................................................ 20Şekil 2.11 Biyoyakıt tohum bitkileri ................................................................................ 25Şekil 2.12 Nükleer reaktörünün çalışma prensibi ........................................................... 29Şekil 2.13 Dalga enerjisi jeneratörü ................................................................................ 35Şekil 2.14 Güneş .............................................................................................................. 39Şekil 2.15 Dalga boylarına göre ışınım değerleri............................................................. 41Şekil 2.16 Türkiye global radyasyon değerleri (kWh/ m²-gün) ....................................... 44Şekil 2.17 Türkiye güneş haritası..................................................................................... 44Şekil 3.1 Güneş pili, hücre, modül ve panel .................................................................. 50Şekil 3.2 Antimon ilave edilmiş N-tipi yarı-iletken ........................................................ 52Şekil 3.3 Bor ilave edilmiş P tipi.................................................................................... 53Şekil 3.4 Silisyuma Bor ve Fosfor ilave edilmiş P-N tipi yarıiletken .............................. 53Şekil 3.5 Bir güneş pilinin çalışması .............................................................................. 54Şekil 3.6 Güneş pilinin işleyişi ....................................................................................... 56Şekil 3.7 P-N birleşimli bir diyodun simetrik özellikleri ve diyotun karanlık ışık altındaki akım-gerilim karakteristikleri.......................................................................... 57Şekil 3.8 Boron içeren P tipi ve fosfor içeren N tipi iki silikon parçasının birleşimi ile oluşan P-N birleşme bölgesi ........................................................................... 59Şekil 3.9 Güneş pili hücresi yapısı ................................................................................. 60Şekil 3.10 Bir güneş hücresi ............................................................................................ 61Şekil 3.11 PV sisteminin temel elemanları ...................................................................... 68Şekil 3.12 Akü grubu ....................................................................................................... 68Şekil 3.13 Şarj kontrol cihazının bağlantı şekli ................................................................ 70Şekil 3.14 Sinüs dalgalı invertör (çevirici) ....................................................................... 71Şekil 3.15 Güneş pili enerji sistemi ................................................................................. 75 xi
    • Şekil 3.16 Hidrojen ile çalışan bir araba .......................................................................... 78Şekil 3.17 Toyotanın ürettiği "Prius" isimli hibrid otomobil .......................................... 79Şekil 3.18 Yıllara Göre Toplam Akaryakıt Tüketimi ...................................................... 80Şekil 3.19 Ülkemizde yapılan ilk güneş arabası yarışının start anı ................................. 86Şekil 3.20 İstanbul Parkın üstten görünüşü..................................................................... 86Şekil 3.21 Fireball II isimli güneş arabasının resmi ........................................................ 88Şekil 3.22 Nuna III İsimli aracın resmi ........................................................................... 89Şekil 3.23 Aurora 101 isimli güneş arabasının görünüşü ................................................ 90Şekil 3.24 Yarışı kazanan güneş arabası “Solar Miner IV” ............................................... 90Şekil 4.1 Bir güneş arabası resmi................................................................................... 91Şekil 4.2 Bir güneş arabasında genel enerji akışı .......................................................... 96Şekil 4.3 Hücrelerin kaplanması .................................................................................. 104Şekil 4.4 Panellerin araca montajı ............................................................................... 105Şekil 4.5 Çok tabakalı laminant yapı ........................................................................... 106Şekil 4.6 Açılı bir yüzeydeki ışınım geometrisi ............................................................ 107Şekil 4.7 Düzlemsel olmayan panel alanına sahip bir güneş arabası .......................... 108Şekil 4.8 Bir güneş arabasının elektrik düzeneğinin şematik gösterimi ...................... 110Şekil 4.9 Bir güneş arabasında elektrik sistemi ........................................................... 111Şekil 4.10 Tipik bir akü için şarj-deşarj eğrileri.............................................................. 114Şekil 4.11 Seri ve paralel bağlanmış bir akü devresi ..................................................... 116Şekil 4.12 Akım taşıyan bir kablodaki manyetik alan kuvveti ....................................... 117Şekil 4.13 Örnek bir güneş hücresinin I-V karakter eğrisi ............................................. 119Şekil 4.14 Motor kontrolörü ve motor .......................................................................... 121Şekil 4.15 Güneş arabasının şanzıman ve motor bağlantı şekli ................................... 122Şekil 4.16 Güneş arabalarında kullanılmakta olan bir motor ....................................... 123Şekil 4.17 Bir Güneş Aracının Kokpiti ............................................................................ 127Şekil 4.18 Güneş arabası tipik gövde yapısı .................................................................. 128Şekil 4.19 Güneş arabası gövde ve şasisi ...................................................................... 130Şekil 4.20 Güneş arabalarında kullanılan gövde şekilleri ............................................. 132Şekil 4.21 Aerodinamik direncin oluşması .................................................................... 134Şekil 5.1 Aracın şase tasarımının Solidworks’de yapılması ......................................... 136Şekil 5.2 Aracın şase tasarımı önden görünüş ............................................................ 137Şekil 5.3 Aracın şase tasarımı sağdan görünüş ........................................................... 137Şekil 5.4 Aracın şase tasarımı üstten görünüş ............................................................ 137Şekil 5.5 Aracın şase tasarımı soldan görünüş ............................................................ 138Şekil 5.6 Aracın şase imalatı ........................................................................................ 138Şekil 5.7 Örnek kasa tasarımı ...................................................................................... 139Şekil 5.8 Örnek üst kabuk kalıbı imalatı ...................................................................... 140Şekil 5.9 Örnek üst kabuk imalatı ................................................................................ 140Şekil 5.10 Kasa imalatı bitmiş boyama sonrası ............................................................. 141Şekil 5.11 Direksiyon sistemi......................................................................................... 142Şekil 5.12 Kremayer tip direksiyon dişli kutusu ............................................................ 145Şekil 5.13 Döner bilyeli direksiyon dişli kutusu ............................................................. 145Şekil 5.14 Hidrolik direksiyon sistemi ........................................................................... 146Şekil 5.15 Elektrik yardımlı direksiyon distemi ............................................................. 146Şekil 5.16 Uzun ara rot .................................................................................................. 147 xii
    • Şekil 5.17 Rot başı ......................................................................................................... 147Şekil 5.18 Kısa rot .......................................................................................................... 147Şekil 5.19 Deve boynu ................................................................................................... 148Şekil 5.20 Direksiyon mafsalı ........................................................................................ 148Şekil 5.21 Avare kolu ..................................................................................................... 148Şekil 5.22 Kremayer direksiyon dişli kutusu ................................................................. 149Şekil 5.23 Önceki sistemdeki direksiyon dişli kutusu .................................................... 150Şekil 5.24 Dişli kutusuna önden bakış ........................................................................... 150Şekil 5.25 Direksiyon simidi ve dişli çarklar .................................................................. 151Şekil 5.26 Direksiyon simidinden mile hareket aktarımı .............................................. 151Şekil 5.27 Dişlilerin yataklandığı delikler....................................................................... 152Şekil 5.28 Direksiyon sisteminin tamamen sökülmesi .................................................. 152Şekil 5.29 a) Dişli kutusu bloğu ve rot kolu b) Pinyon dişli ........................................... 153Şekil 5.30 Krameyer dişli kesim aşaması hazırlık .......................................................... 153Şekil 5.31 Krameyer dişli kesim aşaması ....................................................................... 153Şekil 5.32 Krameyer dişli kesim işlemi sürüyor ............................................................. 154Şekil 5.33 Krameyer üç parçaya bölünmüş hali ............................................................ 154Şekil 5.34 Krameyer üzerinde puntalama işlemi .......................................................... 154Şekil 5.35 Direksiyon dişli kutusu ortada ...................................................................... 156Şekil 5.36 Direksiyon dişli kutusu revizyon sonrası ....................................................... 156Şekil 5.37 Direksiyon mili yataklama öncesi ................................................................. 156Şekil 5.38 Direksiyon mili kesim işlemleri ..................................................................... 157Şekil 5.39 Direksiyon mili kesim sonrası ....................................................................... 157Şekil 5.40 Bilyalı yatak için torna işlemi ........................................................................ 157Şekil 5.41 Bilyalı rulman sıkı geçme işlemi .................................................................... 158Şekil 5.42 Bilyalı rulmanın mil üzerine geçirilmesi ........................................................ 158Şekil 5.43 Yatağın gres yağı iel yağlanması ................................................................... 158Şekil 5.44 Kesilen yüzeylerde tornalama işlemi ............................................................ 159Şekil 5.45 Kesilen parçaların kaynak işlemi................................................................... 159Şekil 5.46 Yatağın direksiyon sistemine montajı .......................................................... 159Şekil 5.47 Revize edilmiş direksiyon sistemi son hali üstten ........................................ 160Şekil 5.48 Revize edilmiş direksiyon sistemi son hali yandan ....................................... 160Şekil 5.49 Sağ arka amortisör takoz yırtığı .................................................................... 161Şekil 5.50 Solidworks amortisör yerleştirilmeden önce ............................................... 161Şekil 5.51 Solidworks’ de süspansiyon sisteminin gösterilmesi ................................... 161Şekil 5.52 Solidworks’ de süspansiyon sisteminin gösterilmesi önden görünüş .......... 162Şekil 5.53 Disk fren ........................................................................................................ 162Şekil 5.54 Hidrolik kontrollü ön iki disk freni ................................................................ 163Şekil 5.55 Akif1000 1200W fırçasız doğru akım motoru............................................... 164Şekil 5.56 Hub motoru montaj öncesi .......................................................................... 164Şekil 5.57 Sağ arka tekere Hub motorunun montaj sonrası ......................................... 164Şekil 5.58 Motec PV 4830 mppt şarj kontrolcüsü ......................................................... 165Şekil 5.59 Select kuru akü ............................................................................................. 166Şekil 5.60 Güneş pili ...................................................................................................... 168Şekil 5.61 Kapsülleme işlemi yapılmış yarı esnek güneş modülü örneği ...................... 168Şekil 5.62 Birincil elektrik sistem düzeni ....................................................................... 169 xiii
    • Şekil 5.63 İkincil elektrik sistem düzeni ........................................................................ 170Şekil 6.1 Güneş ışınımına göre gerilim ve akımın güç ile karşılaştırılması .................. 174Şekil 6.2 Sıcaklığa bağlı gerilim ve akım değişim grafiği .............................................. 174 xiv
    • ÇİZELGE LİSTESİ SayfaÇizelge 2.1 Yenilenebilir enerji arz projeksiyonu-MW ................................................. 10Çizelge 2.2 EPDK ‘dan alınan enerji üretim lisanslarının durumu ................................ 11Çizelge 2.3 Türkiye iyi sıradışı arası rüzgar kaynağı ...................................................... 14Çizelge 2.4 Ekonomik HES potansiyelinin proje durumlarına göre dağılımı ................ 18Çizelge 2.5 Jeotermal enerjinin mevcut kullanım durumu .......................................... 21Çizelge 2.6 Hayvansal atık potansiyeline karşılık gelen üretilebilecek biyogaz miktarı ve taşkömürü eşdeğeri............................................................................... 23Çizelge 2.7 Hidrojen üretim yöntemlerinin maliyetleri ............................................... 28Çizelge 2.8 Türkiyenin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli .............................. 42Çizelge 2.9 Türkiyenin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı....................................................................................................... 43Çizelge 2.10 Güneş kolektörleri ile elde edilen enerji miktarı tahmini ........................... 45Çizelge 3.1 Güneş pillerinde rapor edilmiş en yüksek verimlilikler .............................. 65Çizelge 3.2 Güneş pili yapımında kullanılan maddelerin dünya rezervleri ve üretimi .. 65Çizelge 3.3 Tek kristal silisyum güneş pili ...................................................................... 66Çizelge 3.4 Tek kristal silisyum güneş pillerinde hedeflenen değerler ......................... 66Çizelge 3.5 Çok kristal silisyum güneş pili ..................................................................... 66Çizelge 3.6 Çok kristal silisyum güneş pillerinde hedeflenen değerler ......................... 66Çizelge 3.7 Tek ince film güneş pili................................................................................ 67Çizelge 3.8 Tek ince film güneş pillerinde hedeflenen değerler ................................... 67Çizelge 3.9 Çoklu ince film güneş pilleri ........................................................................ 67Çizelge 3.10 Çoklu ince film güneş pillerinde hedeflenen değerler................................ 67Çizelge 3.11 Farklı tipteki akülerin teknik bilgileri .......................................................... 69Çizelge 3.12 Farklı tipteki çeviricilerin karşılaştırılması .................................................. 71Çizelge 3.11 Dünyadaki güneş pili üreticileri ve üretim teknolojileri ............................. 72Çizelge 3.12 Bir güneş arabası ile popüler bir 4 çeker aracın karşılaştırılması ............... 77Çizelge 3.13 2007 Formula G-İstanbul yarış sonuçları tablosu ....................................... 85Çizelge 3.14 İstanbul Parkın teknik özellikleri ................................................................ 87Çizelge 4.1 Cam-fiber, karbon-fiber ve çeliğin bazı mekanik ve fiziksel özellikleri ..... 130Çizelge 6.1 Güneş ışınımına göre ölçülmüş güneş modülü gerilim akım değerleri..... 173 xv
    • ÖZET GÜNEŞ ENERJİLİ BİR ARACIN TASARIM AŞAMALARI VE BAZI BİLEŞENLERİNİN REVİZYONDAN GEÇİRİLİP ÜRETİLMESİ Açelya USLU Kerem EYUPOĞLU Erdi ÇELİKKAYA Otomotiv Anabilim Dalı Lisans Tezi Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Alptekin ERGENÇGünümüzde, çevre kirliliği, küresel ısınma, fosilli enerji rezervlerinin azalması, enerjiyeolan talebin artması vb. gibi nedenler yenilenebilir ve alternatif enerjileri kullanabilensistemler üzerindeki çalışmaları arttırmıştır. Taşıtların elektrik motorları ile tahrikedilmesi ve bununla beraber akülerin güneş enerjisinden yararlanarak şarj edilmesi busistemlerden biridir.Bu çalışmada, ulusal uluslararası arenalarda güneş arabası yarışlarında yarışabilecek birprototip güneş aracının temel sistem bileşenleri ve önceki yıllara ait bir aracın bukapsamda direksiyon, süspansiyon, motor ve sürücü sistemlerinin revizyon çalışmasıele alınmıştır. Güneş arabası yarışları, sürdürülebilir yol ulaşımına olan ihtiyaca dikkatçekmenin yanı sıra yeşil teknolojiler ile onların kapasitelerinin gösterimi için fırsatlarınortaya çıkarılmasını sağlamaktadır. Prototip güneş aracı, kapasitesi 1,2 kW olan birBLDC HUB motoruna, 2,2kW 48volt 48amper sürücü, 12voltluk 4 adet batarya ve akımkontrollü Foot Throttleye sahip bulunmakta ve güneş enerjisi ile şarj edilmesiplanlanmaktadır. 1,2 kW’a kadar güç elde edebilecek güneş panelinin (fotovoltaik)alanı 6 m2 dir.Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Güneş Arabası, Elektrikli Araç, Yarış Aracı. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ xvi
    • ABSTRACT DESIGN PROCESSES OF A SOLAR CAR Açelya USLU Kerem EYUPOĞLU Erdi ÇELİKKAYA Department of Automotive BSc. Thesis Advisor: Ass. Prof. Dr. Alptekin ERGENÇNowadays, environmental reasons such as pollution, global warming, lack of fossilreserves, increasing of the energy demand have increased studies on systemsconverting renewable and alternative energy sources to power. The fact that thevehicles are moved by the electric motors and the accumulators are charged bymaking use of solar energy is one of the systems.In this study, some systems of a prototype solar car that is able to race in a national orinternational solar car competitions and a solar car s steering and suspansion systemswhich has been used in past years were renewed. The solar car racing not only drawsworldwide attention to the need for sustainable road transportation, but also providesemerging green technologies with opportunities for the demonstration of theircapabilities. The prototype of a solar car has a electric motor with capacity of 1,2 kWand 12volt 4 amount, accumulator and it is charged by solar energy. The surface fieldof the solar panel which can get a power up to 1,2 kw is 6 m2.Key words: Renewable Energy, Solar Car, Electric Vehicle, Racing Car. YILDIZ TECHNICAL UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING xvii
    • BÖLÜM 1 GİRİŞÜlkemiz enerji durumu ve gelecek için yapılan ön değerlendirmeleri incelersekkonutlarda, ulaşım ve sanayide ihtiyaç duyulan enerji seviyesi yükselmektedir. Bunakarşın üretilen enerji seviyesi düşmektedir. Yapılan enerji üretim ve tüketimprojeksiyonlarında 2000 yılında 79,7 Mtep (milyon ton eşdeğer petrol) olan genelenerji talebinin, yıllık ortalama %6,8 artış hızı ile 2005 yılında 129,6 Mtep, 2010 yılında171,3 Mtep ve 2020 yılında 298,4 Mtep’e ulaşması beklenmektedir. 2000 yılındatoplam birincil enerji talebinin, sadece % 34’ü yerli kaynaklar ile karşılanabilmiştir.Üretim imkanlarının çok üzerinde gerçekleşen talep artışı nedeniyle, üretimin tüketimikarşılama oranının, 2010 yılında %27, 2020 yılında ise %23 olması tahmin edilmektedir.Diğer bir deyişle yakın gelecekte enerji tüketiminde ithalatın payının daha da artmasıve toplam enerji ithalatının 2010 yılında 124 Mtep ve 2020 yılında 228 Mtep’e ulaşmasıbeklenmektedir [1].Yaşanan 2001 - 2002 ve 2008 krizleri de göz önüne alındığında bu oranların öngörülenlerden daha düşük olması beklense de; enerji talebindeki yükseliş gerçeğideğişmeyecektir. Tüm bu oranlar göz önüne alındığında ve özellikle petrol, motorin,doğalgaz gibi yakıtları ülkemizin ithal etmesi, fosil yakıt teminini dışa bağımlı şekildedevam ettirmesi enerji politikamızın milli olmadığını ortaya koymaktadır.Fosil yakıt kullanımı, ülkemize ekonomik anlamda ciddi zararlar verirken çevreseletkileri de küçümsenecek boyutta değildir. Gelecek yüzyılda milli enerji politikalarıgereği, yenilenebilir enerji kaynaklarında gelişim göstermek durumunda olanülkemizde de bir takım çalışmalara da başlanmıştır. Bunlardan rüzgar santrallerinin 1
    • kurulması, güneş enerjisi ile elektrik üretiminin teşvik edilmesi umut vericigelişmelerdir.Fosil yakıt tüketiminin en yüksek olduğu alan ulaşım araçlarıdır. Ulaşım araçları içinalternatif yakıtlar denense de, henüz petrolden tam bağımsız bir sistemin seriüretimine geçilmemiştir. Uzun yıllardır akademik düzeyde yürütülen güneş ve hidrojenenerjili araba projeleri prototip olmaktan çıkamamıştır. Bazı araba firmaları melez(hibrit) sistemli araçlar üretip satışa sunsa da bu genelde benzin jeneratörü mantığınadayanmaktadır. Bilim çevrelerinde, dünya petrol rezervi azalımının tehlikeli düzeyegelmesine kadar, yenilenebilir enerji kaynakları ile işleyen araçları caddelerdegöremeyeceğimiz görüşü hakimdir.Diğer yandan fosil yakıtların yanması sonucu ortaya çıkan karbondioksit (CO2) miktarıgiderek artmakta ve çevresel etkileri dünyayı geri dönülmez tahribatlara maruzbırakmaktadır. Ormanların azalması, küresel ısınma ve sonucunda buzulların erimesi2040 yılında deniz seviyesinin 1 metre yükselmesini sağlayarak bazı şehirlerin yakınzamanda tamamen sular altında kalacağı ön görülmektedir. Fosil yakıtların yanmasısonucu ortaya çıkan gazlar canlı yaşamını sağlık açısından da tehdit etmektedir. Karbonmonoksit (CO) vücuttaki oksijen oranını azaltarak ölümlere yol açarken, kükürt dioksit(SO2) kansere sebep olmaktadır. Doğalgazın yanmasıyla ortaya çıkan kokusuz ve gözlegörülemeyen azot oksit (NO) ise atmosferde diğer gazlarla etkileşime girerek vücudunbağışıklık sistemini etkilemektedir.Yenilenebilir enerji kaynağı "Doğanın kendi evrimi içinde bir sonraki gün aynen mevcutolabilen enerji kaynağı" olarak tanımlanmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının enbüyük özellikleri, karbondioksit emisyonlarını azaltarak çevrenin korunmasına yardımcıolmaları ve yerli kaynaklar oldukları için enerjide dışa bağımlılığın azalmasına sebepolmalarıdır. Unutulmamalıdır ki; gelecekte dünya lideri olacak olan ülkeler, enerjisiniüreten ve dünya enerji ihtiyacını karşılayabilen ülkeler olacaktır. Bunu gerçekleştirirkenkullanılan enerji kaynakları dünyaya ve canlı yaşama zarar vermeye devam ettiğitakdirde biz insanlar yaşadığımız dünyanın sonunu yanlış tercihler yüzünden getirmişolacağız. 2
    • 1.1 Çalışmanın Amacı ve KapsamıDünyadaki fosil yakıtı rezervlerinin sınırlı olmasından dolayı insanlar artık petrole dayalıekonomiden yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı ekonomiye geçmeyi düşünmeyebaşlamıştır. Petrol türevlerinin yanması sonucu başlıca karbondioksit olmak üzere pekçok yanma ürünü oluşur. Bu yanma ürünlerinin birçoğu çevre ve insan sağlığı açısındanzararlı etki göstermekle birlikte, sera etkisine de yol açmaktadır. Kullanılabilecek diğerbir enerji kaynağı ise elektriktir, ancak hidroelektrik enerji kaynakları dışında diğerenerji kaynaklarının üretim maliyeti oldukça yüksektir.Alternatif bir enerji kaynağı da güneştir. Güneş enerjisini elektrik enerjisinedönüştürmek için güneş pilleri (fotovoltaik hücreler) gereklidir. Güneş pilleri, dünyayaulaşan güneş ışınlarını, yapısına göre bünyesindeki yarı iletkenler veya organik boyarmaddeler aracılığıyla, elektrik enerjisine dönüştürür. Güneş pilleri, elektrik enerjisiningerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneş pili modülleri uygulamaya bağlıolarak, akümülatörler, invertörler, akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik destekdevreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pili sistemi (fotovoltaik sistem) oluştururlar.Güneş enerjisi sistemleri ulaşımdan aydınlanmaya yaşamın birçok alanındakullanılabilir. Yenilenebilir bir enerji kaynağı olduğundan ülkemizin enerji ihtiyacıyönünden dışa bağımlılığını azaltma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle her yıl birçokülkede ulaşımda alternatif enerji uygulamalarının geliştirilmesine yönelik yarışmalardüzenlenmektedir. Ülkemizin enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla her alanda alternatifenerji kaynaklarına yönelmek gerekmektedir. Projenin ulaşım alanında petrole bağımlıaraçlar yerine, güneş enerjili araçların ülkemizde kullanımının yaygınlaştırılmasınakatkıda bulunacağı düşünülmektedir.Yapılan çalışma olası ulusal ve uluslararası Güneş Arabası yarışları için aracın revizyonu,mümkünse çalıştırılması ve test edilmesi, sonrasında da daha sonraki yıllarda yarışacakarkadaşlarımız için verimli çalışma şartlarının belirlenebilmesi, aracın gelişimi açısındandoğru bir strateji takibi ve sürüş stratejisi oluşturabilmek amacıyla yapılmıştır. 3
    • Günümüz otomobillerinde kullandığımız fosil yakıtların çevreye verdikleri zarar, buyakıtlar ile çalışan araçların enerji dönüşümündeki düşük verimleri ve fosil yakıtların birgün mutlaka tükenecek olması insanoğlunu yeni arayışlar içine sürüklemiştir. Fosil yakıttüketen araçların çevreye yaydıkları egzoz çıktısının içerisinde atmosfere kükürt oksit(SOx), nitrik oksit (NOx) ve karbondioksit (CO2) gibi kirletici veya sera gazlarıyla,parçacık kirleticiler salınıyor. Bu yüzden de özellikle büyük yerleşim yerlerinde sağlıksorunları baş gösteriyor. Bu sorunu halletmek için temiz otomobil arayışları hızkazanıyor.Bu projede ayrıca geleceğin araçları olan güneş arabalarının teknik özellikleri,tasarımlarında dikkat edilmesi gerekenler, ülkemizde düzenlenen güneş arabaları yarışıve bize kazandıracakları gibi konulara değinilecektir. Ayrıca bir güneş arabası yapılırkennelere dikkat ediliyor, hangi sorunlarla karşılaşılıyor ve bunların çözüm yollarınınyanında güneş pillerinin nasıl çalıştıkları hakkında bilgi verilecektir.1.2 Neden Güneş ArabalarıYeryüzünde iki nokta arasında yolculuk ederken asıl yaptığımız iş, yerçekimi kaynaklıpotansiyel enerjimizi değiştirmekten ibarettir. Fakat bu iş içten yanmalı motora sahipbir otomobille yapıldığında, motorun ürettiği mekanik enerjinin ancak %10 kadarı buamaca hizmet eder. Kalan kısmı, sürtünme kuvvetlerine karşı yapılan iş olarak, birbakıma ziyan olur.Motorun, kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürme verimiyse, zaten %25civarında düşük bir düzeydedir. Dolayısıyla, eğer bitiş noktasının rakımı başlangıçnoktası-nınkinden yüksekse; yani eğer yükseklik kazanmışsak, kullandığımız benzininiçerdiği kimyasal enerjinin yalnızca, yaklaşık %2,5 kadarını potansiyel enerjimizdekiartışa dönüştürmüş oluruz. Hele eğer yokuş aşağı bir yolculuk yapıyorsak, hempotansiyel enerjimizden, hem de harcadığımız benzinin içerdiği kimyasal enerjinintümünden olmuş oluruz. Halbuki benzini elde ettiğimiz petrol, tükenmeye yüz tutmuşbir kaynak.Bu verim düşüklüğü, beraberinde ek bir yakıt maliyeti getirdiği gibi, fosilyakıt kullanımının yol açtığı çevre sorunlarını da misliyle katlıyor. Çünkü bilindiği üzere,egzoz çıktısının içerisinde atmosfere kükürt oksit (SOx), nitrik oksit (NOx) vekarbondioksit (CO2) gibi kirletici veya sera gazlarıyla, parçacık kirleticiler salınıyor. 4
    • Otomobille ulaşımın yoğun olarak kullanıldığı büyük yerleşim merkezlerinde havakirliliği ve buna bağlı sağlık sorunları artarken, yaşam kalitesi düşüyor. Sonuç olarak,konvansiyonel kara taşıtlarıyla ulaşıma ağırlık vermekle, bir bakıma adeta daha fazlaçevre sorunu yaratabilmek için daha fazla kaynak harcamak zorunda kalıyoruz.Dolayısıyla, temiz otomobil tasarımlarına yönelik yoğun arayışlar var. Bu tasarımlardanbirisi, yakıt olarak hidrojen kullanan araçlar. Gerçi, hidrojen hala içten yanmalı birmotorda yakıldığından, verimlilik açısından pek bir iyileştirme getirmiyor. Fakat yanmaürünü olarak yalnızca su buharı ürettiğinden, aracın çalışması sırasında atmosferekirletici unsurlar salınmıyor.Dolayısıyla olumsuz çevre katkıları, eğer kullanılan hidrojen temiz yöntemlerleüretilmişse tümüyle ortadan kaldırılmış değilse de en azından otomobil kullanımınınyoğun olduğu kentlerden uzaklaştırılıp, söz konusu hidrojenin üretildiği merkezlerekaydırılmış oluyor. Bu tasarımlar prototip aşamasında olup, hidrojenin dağıtım vedepolanma sorunlarının çözümünü bekliyorlar. Temiz ulaşım arayışlarındaki bir diğertasarım, elektrikli ulaşım araçları. Elektrikli motorlar çok daha yüksek verimlerleçalışıyor ve çalışırken atmosfere kirletici yaymıyorlar. Buna karşılık, yüksek güçtaleplerine yanıt vermekte zorlandık larından, kısa sürelerde hızlanamıyor ve manevrayetenekleri sınırlı kalıyor.Öte yandan, kullandıkları elektriğin önceden depolanmış olması, bunun için deakülerin kullanılması gerekiyor. Halbuki yüksek güce sahip akülerin halen, boşalmasüreleri kısa, yeniden doldurma süreleriyse uzun. Bu durum, tümüyle elektrikliaraçların kullanışlığını azaltıyor. Bu soruna çözüm, aracın gereksinim duyduğu elektriğiyolda üretebilmesinde yatıyor. Örneğin, hem elektrikli ve hem de sıvı yakıtla çalışaniçten yanmalı birer motoru bulunan ‘hibrid’ araçlar bunu yapabiliyor. Bu araçların, şehiriçindeyken çoğunlukla elektrikli motorunu, aküsünün zayıfladığı veya hızlı manevragereksiniminin doğduğu durumlarda ve uzun sürelerle hız yapılan şehirlerarası yollardada içten yanmalı motorunu kullanması öngörülüyor. Söz konusu iki motor birbirine seriya da paralel olarak bağlanabiliyor. Seri bağlanmaları halinde, aracı yalnızca elektriklimotor sürüyor ve içten yanmalı motor yalnızca jeneratör olarak çalışıp, aküyüboşaldıkça dolduruyor. Paralel bağlanmaları halindeyse, aracın sürümü içinmotorlardan biri veya diğeri devreye girebiliyor. Bu türden ‘hibrid’ araçlar, piyasada 5
    • halen mevcut. Ancak bu teknoloji, göreceli olarak pahalı ve yalnızca, şehirlerdeki havakirliliğinin azaltılmasına katkıda bulunuyor. ulaşım sektörünün petrole olan bağımlılığınıazaltmıyor. Kimyasal enerjiyi doğrudan elektriğe dönüştüren, düşük sıcaklıklı yakıthücreleri teknolojisi, bu açıdan büyük ümit vaat ediyor. Çünkü söz konusu kimyasalenerjiyi, metanol veya hidrojen gibi çok çeşitli kaynaklardan sağlamak mümkün.Ancak halen, güç düzeyi ve maliyet açılarından çözüme muhtaç sorunları var. Bir detabii, kimyasal enerji kaynağı olan hidrojen veya etanolu elde etmenin temiz yollarınıbulup geliştirmek gerekiyor. Halbuki, elektrikli bir aracın gereksinim duyduğu elektriği,fotovoltaik gözeler aracılığıyla güneş ışınlarından doğrudan elde etmek de mümkün.Güneş panelli otomobil tasarımları, bu olasılık üzerinde çalışıyor. Böyle bir otomobilinaküsü de olmak zorunda. Göze sisteminin ihtiyaç fazlası elektrik üretebilmesi halindeakü doldurulacak, üretimin yetersiz kaldığı sırada da, aküde depolanmış olan enerjikullanılacaktır. Fikir basit görünmekle beraber, böyle bir tasarım oldukça karmaşıkmühendislik sorunları içerir [25].1.3 Konu ile İlgili Yapılmış ÇalışmalarHammad and Khatib (1996), yaptıkları çalışmada; 6m2 güneş modülü kullanılan 5 muzunluk 1,8 m genişlikte 2 kişilik ve kişi başına 480 W enerji üreten bir güneş arabasınıntüm enerji parametrelerinin Amman şartlarında incelemişlerdir [2].Pudney et al. (2000), güneş enerjili arabalarda optimal enerji düzenini belirlemekamaçlı bir çalışma yapmışlardır. Üzerinde çalışılan araç Dünya Güneş Rallisinde yarışanbir güneş arabasıdır. Aracın optimum çalışma verilerini belirlemek amacı ile yapılmış birçalışmadır [3].Howlett et al (1997), yaptıkları çalışma 1993 dünya güneş rallisinde yarışan 52 araçtanyarışı bitiren 5 araç üzerinden yapılmış bir araştırma projesidir. Çalışmada optimalsürüş stratejisinin yarış için önemi anlatılırken verimsiz enerji depolamanın gereksizliğienerji depolama ihtiyacının güneş ışınımının düşük olduğu anlarda kullanımı için gerekliolduğu ve bu durumlarda sürüş hızını üretilen güç ile orantılı düşürmek gerektiğiniispatlama amaçlı bir çalışmadır [4]. 6
    • Kennedy et al (1999), yaptıkları çalışmada; elektrikli araçlarda lityum-ion pil kullanımıdenenmiştir. 1999 yılında dünya güneş rallisine katılan bir güneş arabasında kullanılanlithium-ion pillerin uygunluğu konusunda yapılmış bir çalışmadır [5].Lovatt et al (1997), yaptıkları çalışmada; dünyada nadir bulunan bir mıknatıs türündenimal edilen manyetik doğru akım motorunun, verimi %92-%95 ve ağırlığı 12 kg–16 kgaralığında olan motorlarla karşılaştırmışlardır. Karşılaştırılan motorun verimi %97,5 veağırlığı 8,3 kg’ dır. Dünya güneş rallisinde motor veriminin diğer motorlara oranla dahayüksek olduğu ispatlanmıştır [6].King (1990), yaptığı çalışmada; yarışlarda kullanılan güneş arabalarından yola çıkarak,günlük kullanımda evden işe yolculuk maksatlı güneş enerjili araçların kullanılabilirliğinive Amerika Birleşik Devletleri şartlarında uygunluğunu araştırmıştır [7].Üstün vd (2006), yaptıkları çalışmada; Tübitak Bilim Teknik Dergisi’nin düzenlediğiFormula G yarışmasının, her iki ayağında da birincilik kazanan İstanbul TeknikÜniversitesi Güneş Arabası Ekibi’ne ait, ARIba isimli güneş arabasının elektrik,elektronik, elektromekanik düzeneklerinin tasarım metodolojisi ve bu düzeneklerinbilgisayar benzetim çalışmaları sunulmaktadır. Bu tasarımda güneş gözeleri (güneşpilleri), elektrik besleme ve akü devreleri, doğrudan sürüşlü fırçasız doğru akımmotoru, motor sürüş ve kontrol devreleri, veri haberleşme sistemi, yol sürüşsenaryoları ve benzetimleri ile aracın yarış performansını optimize eden enerji yönetimsistemi ile ilgili geliştirmeler açıklanmaktadır. Bu çalışma ile, İTÜ ARIba ekibi, yarış jürisitarafından TÜBİTAK “2006 En Yüksek Yerli Katkılı Özgün Tasarım Ödülü” ne layıkbulunmuştur [8]. 7
    • BÖLÜM 2 YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI VE TÜRKİYE AÇISINDAN ÖNEMİÜlkemiz, yerli, yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları ile enerji ihtiyacının önemli birkısmını karşılayabilecek bir potansiyele sahip olmasına karşın henüz bu kaynaklarmevcut potansiyelin çok altında değerlendirilmektedir.Türkiye önemli miktarda yenilenebilir enerji kaynakları potansiyeline sahiptir. Hidrolik,rüzgar, jeotermal, güneş ve biyokütle ülkemizin kullanılan ve kullanılma potansiyeliyüksek yenilenebilir enerji kaynaklarıdır ve kömürden sonra enerji üretimi için ikincibüyük yerli kaynaktır.2007 yılında yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerji miktarı 8,47 MTEPmertebesindedir. Bu toplam birincil enerji arzımızın yaklaşık % 8 ine karşılıkgelmektedir. Ülkemiz yenilenebilir enerji arzı ağırlıklı olarak hidrolik kaynaklar vebiyokütleden (odun, bitki ve hayvan artıkları) üretilmektedir. Biyokütlenin payıyenilenebilir enerji arzımızın % 47 sini oluşturmaktadır. Bu oranın tamamına yakınıticari olmayan yakıtlardan olan ve konut ısıtılmasında kullanılan odun ve hayvanartıklarıdır. Geri kalan yenilenebilir enerji arzı ise ağırlıklı olarak hidrolik kayanaklardanelde edilmektedir. Şimdilik rüzgar ve güneş enerjilerinin payı çok küçük olsa bile yakıngelecekte hızla artması beklenmektedir. Ülkemizde büyük potansiyele sahip jeotermal,rüzgar ve güneş gibi yerli kaynaklarımız şimdiye kadar sistematik olarakgeliştirilmemiştir. 2007 yılında bu üç kaynağımızın toplam birincil enerji arzı içindekipayı sadece %1.5-2 civarındadır. 8
    • Şekil 2. 1 Yenilenebilir enerji tüketiminin birincil enerji tüketimindeki payıBu kaynaklarımızın kullanımının hızla geliştirilmesi beklentisine karşın 2030 yılında bilebirincil enerji arzımıza ancak %5 oranında bir katkı yapması söz konusu olacaktır. Sonyıllarda elektrik üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının payında ciddi bir artışgörülmemektedir. Şekil 2. 2 Elektrik enerjisi paralelinde yenilenebilir elektrik enerjisinin trendi 9
    • Şekil 2. 3 Elektrik üretiminde kaynakların payıElektrik enerjisi üretiminde yenilenebilir enerjinin payı 2006 yılında %26 mertebesindeolmuş ancak bu pay 2007 yılında % 19 mertebesine gerilemiştir. Ancak Elektrik enerjisikurulu güç elektrik üretiminin gelişiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının payınınhızla artırılması beklenmektedir. Bu konuda yapılan öngörüler aşağıdaki tablodaözetlenmiştir. Çizelge 2. 1 Yenilenebilir enerji arz projeksiyonu-MW 10
    • 2020 yılında 15 000 MW hidro ve 10 000 MW rüzgar ve güneş kurulu gücünün ulusalşebekeye bağlanması hedeflenmektedir. İthalat bağımlılığını azaltabilmek, enerji arzıgüvenliğini sağlayabilmek ve sera gazı salınımlarını düşürebilmek için ülke enerjidengesinde yenilenebilir enerji kaynaklarının payının artırılmasına önem verilmelidir.Ülkemiz açısından yenilenebilir enerji kaynaklarının ulaşmış olduğu potansiyel, içindebulunulan enerji darboğazının aşılması, ithal kaynaklara olan bağımlılığın azaltılması vedöviz kaybının önlenmesi için önemli bir kaynaktır.Özellikle güneş, jeotermal ve rüzgar kaynaklarından enerji elde etmek için gerekliüretim ve ekipmanların büyük bir çoğunluğunun ülkemizde üretimi imkanı vardır. Eğerülkemizde AR-GE çalışmalarına gerekli kaynak ayrılır, uygulamaya yönelik üniversite-ilgili meslek odaları-sanayi işbirliği sağlanır ve bu konuda özellikle ulusal, kamusalçıkarları gözeten bir enerji programı uygulanabilirse; ülkemiz gerek ulusal kaynaklarıgerek insan gücü gerekse yetişmiş ve deneyimli mühendis yapısıyla gerekli teknolojikhamleyi yapabilecek alt yapıya sahiptir [9]. Çizelge 2. 2 EPDK ‘dan alınan enerji üretim lisanslarının durumu 11
    • 2.1 Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının ÇeşitleriYenilenebilir enerji kaynakları, sürekli devam eden doğal süreçlerdeki var olan enerjiakışından elde edilen enerjilerdir. En genel olarak, yenilenebilir enerji kaynağı; enerjikaynağından alınan enerjiye eşit oranda veya kaynağın tükenme hızından daha çabukbir şekilde kendini yenileyebilmesi olarak tanımlanır.Yenilenebilir enerji kaynakları tükenmeyen ve konvansiyonel enerji kaynaklarındançevreye en az zarar veren kaynaklardır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının her biri çeşitliuygulamalar için özel avantajlara sahiptir. Bu kaynakların hiçbiri işlemleri boyunca nesıvı ne de gaz olarak kirlilik oluşturmazlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarının bir diğerönemli yanı, yeni iş alanları yaratmasıdır.Modern yenilenebilir enerji çeşitleri şunlardır:RüzgârHidroelektrikNükleerBiyoyakıtJeotermalOkyanus kaynakları enerjisi.Yenilenebilir enerji kaynakları kullanımında pasif (direkt, doğrudan) ve aktif (endirekt,dolaylı) olmak üzere iki sistemden yararlanılmaktadır. Direkt kullanım örnekleri,jeotermal ısıtma, su veya rüzgâr değirmenleridir. Bu örneklerde ısıtma ve soğutmamaliyetleri önemli oranlarda azaltılarak enerji korunumu sağlanabilir. Endirekt (aktif)sistem ise güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik ve ısı enerjisielde etmek amacıyla yapıya bütünleşmiş edilen mekanik donanımlarla sağlanmaktadır.Örnek olarak, elektrik üretiminde kullanılan rüzgâr türbinleri veya fotovoltaik pillerverilebilir.Yenilenebilir enerji, ücretsiz enerji olarak kategorize edilebilse de, çoğu yenilenebilirenerji kaynağına normalde ücretsiz enerji denemez. Mühendislikte, ücretsiz enerji ile 12
    • kastedilen direkt olarak doğadan elde edilebilen ve insanlar tarafından tüketilmesimümkün olmayan enerjidir.2.2 Rüzgar EnerjisiRüzgâr enerjisi insanlığın ilk keşfettiği enerjilerden biridir. Yüzyıllardan beri rüzgârenerjisi gemilerde yelkenler vasıtasıyla itme kuvveti olarak kullanılmaktadır. Rüzgârenerjisi ile elektrik üretimi ise o kadar eski değildir, ama günümüzde enerji sektörününen genç ve hızlı büyüyen enerji türüdür.Rüzgâr enerjisi güvenilir, temiz ve her şeyden önce sonsuz bir kaynak olması sebebiyle,dünya ölçeğinde çok önemli ve güçlü bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr enerjisinde üretimmaliyetlerin son 15 yılda %50 düşmesi bugün bu enerjiyi üretmeyi cazip halegetirmiştir.Bugün modern rüzgâr türbinlerinin kurulu güçleri, verimlilikleri ve güvenilirlikleri yeniteknolojiler sayesinde çok hızlı bir şekilde gelişim göstermiştir. Dünyada rüzgâr enerjisiile ilgili gelecek vaat eden beklentiler hâkimdir. Konvansiyonel senaryolara göre 2003yılındaki 40 GW’ lık rüzgâr enerjisi kurulu gücünün 2012 yılında 4 kat artarak 160 GW’ ayükselmesi bekleniyor. Gelecek 10 yılda ise bütün dünyadaki ülkelerin rüzgâr enerjisineve yenilenebilir alternatif enerjiler üzerine daha fazla yatırım yapması beklenmektedir.Dünyada rüzgârdan enerji üretiminin %36.3’ ü Almanya’ da gerçekleştirilmektedir.Almanya toplamda 14,612 MW güç üretmektedir ve Almanya’ nın elektrik enerjisiihtiyacının %5.6’ sını karşılamaktadır. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkelersırasıyla İspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, İtalya, Japonya, Birleşik Krallıkve Çin’ dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3,756 MW’ lık güç üretimi ile %9.3’ lük payasahiptirler. 13
    • Aşağıda Şekil 2.4’ de rüzgar sisteminin temel elemanları gösterilmektedir [26]. Şekil 2. 4 Rüzgâr sisteminin temel elemanlarıDönen kanatlar arasından gelen hava akımının kinetik enerjisi rotor sayesindejeneratörü döner harekete gecirir. Rotor üzerinde 2 - 3 kanat (genellikle 3 kanat)bulunur. Rotor kanatlarının yakaladığı rüzgârla döner ve jeneratör elektrik üretir.Kanatlar değişik boyutlarda olabilir. Bugün kullanılan en büyük kanat çapı 50 metredir.Jeneratör, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Türbinden elde edilecek enerjimiktarının en iyi göstergesi rotorun süpürdüğü alanı belirleyen rotor çapıdır. Çizelge 2. 3 Türkiye iyi sıradışı arası rüzgar kaynağı 14
    • Şekil 2. 5 Türkiye rüzgar atlası yıllık rüzgar dağılım haritası 70 mTürkiye rüzgâr enerji potansiyeli, rüzgâr sınıfı iyi ile sıra dışı arasında 47,849.44 MWolarak belirlenmiştir. Bu araziler Türkiye toplamının %1.30’una denk gelmektedir. Ortaile sıra dışı arası rüzgâr sınıfına ait rüzgârlı arazilere bakıldığında ise 131,756.40 MW’lıkrüzgâr enerjisi potansiyelini bulunduğu ve toplam rüzgârlı arazinin alanının iseTürkiye’nin %3.57 ’si olduğu görülmüştür. Şekil 2. 6 Marmara bölgesindeki muhtemel rüzgar santrallari -REPATürkiye, Avrupa’da rüzgâr enerjisi potansiyeli bakımından en zengin ülkelerdenbirisidir. Üç tarafı denizlerle çevrili olan ve yaklaşık 3500 km kıyı şeridi olan Türkiye’deözellikle Marmara kıyı şeridi ve Ege kıyı şeridi ile sürekli ve düzenli rüzgâr almaktadır 15
    • Türkiye’de halihazırda şebeke bağlantılı rüzgâr santralarının toplam kurulu gücü 146.25MW ulaşmış olup 2007 de 355 GWh enerji üretmiştir. 2007 de toplam 76,4 MW rüzgarsantralı devreye alınmıştır(EPDK).Bunların yanı sıra inşaatı süren 276.9 MW ve tedarik anlaşması yapılan 579.7 MWrüzgâr santrali mevcuttur. Elektrik Piyasası Düzenleme Kurumu tarafından bu günekadar toplam kurulu gücü 2126 MW olan 58 adet rüzgâr santraline lisans verilmiş,toplam kurulu gücü 533 MW olan 13 adet santralin lisansı ise sona erdirilmiştir. 1Kasım 2007 tarihinde, yalnızca tek bir gün süreyle kabul edilen, 78 000 MWbüyüklüğündeki rüzgâr santral lisans başvuruları ile inceleme ve değerlendirmede olanrüzgar projeleri toplam gücü 84 674 MW’a ulaşmıştır.Rüzgara dayalı elektrik üretim başvurularına ilişkin belirtilen rakamlar, aynı kaynağınelektrik amaçlı kullanımına ilişkin olarak yapılan birden fazla başvuruyu da içermektedir[9].2.3 HidroelektrikHidro enerji, suyun düşüşünden yararlanılarak elde edilen elektrik gücüdür. Güçistasyonunun dağlık bölgelerde kurulması ve elektriğin uzak yerlere iletilmesi gerektiğidurumlarda dahi yine de ucuza gelir, çünkü yakıt olarak kullanılan su bedavadır. Ayrıcaişletme masrafları da düşüktür. Su gücü bazen doğal şelaleden sağlanır. Amaçoğunlukla su gücü elde etmek için barajlar yapılır. Kurulan baraj ayrıca çevresine içme,kullanma ve sulama suyu sağlar. Yüksekten düşen su, bir türbini, bu da bir jeneratörüçalıştırır. Türbinleri ve jeneratörleri içeren hidroelektrik santrali ya barajın tabanında yada belli uzaklıkta kurulur. Şekil 2.7 bir hidroelektrik enerji santrali şemasınıgöstermektedir. Su borular ya da tünellerle iletilir. Hareket eden su türbinlere çarparve türbin dairesel olarak odak noktası ekseninde dönmeye başlar. Türbinlerdekimekanik enerji alternatör (ya da çevirici) adı verilen araçlar yardımıyla alternatif akımadönüştürülür. 16
    • Şekil 2. 7 Hidro enerji santraliAlternatörlerin ürettiği akımın frekansı şehir şebekesine uygun 50 Hertz olarakayarlanır. Hidroelektrik santraller ile elektrik üretimi, dünyada toplam elektriküretimine yaklaşık %23 oranında katkıda bulunmaktadır [27]. Hidroelektrik santralleriile enerji üretimi için uygun coğrafi koşulların sağlanması gerekmektedir. Günümüzkoşullarında kullanılabilir hidroelektrik kapasitenin büyük bir bölümü hali hazırdakullanılmaktadır. Son zamanlarda gel - git hareketlerinden yararlanarak hidroelektrikelde etme girişimlerinde bulunulmaktadır.Türkiye’nin brüt hidroelektrik potansiyeli 433 milyar kWh/yıl, teknik hidroelektrikpotansiyeli 216 milyar kWh/yıl, ekonomik potansiyeli ise 150 milyar kWh/yıl dır.Ekonomik potansiyelin, yeni projelerle birlikte önümüzdeki yıllar daha da artışgöstererek yaklaşık 170 milyar kWh/yıl’a ulaşacağı tahmin edilmektedir. Türkiye teknikpotansiyelinin %22’si,ekonomik yapılabilir hidroelektrik potansiyelinin ise %32’si ancakdeğerlendirilmiş bulunmaktadır.2007 yılı sonu itibariyle Türkiye’de işletmede olan HES lerin toplam kurulu gücü 13394,4 MW, bu ise Türkiye kurulu gücünün % 33 ünü oluşturmuştur. 2007 yılında 31,5MW gücünde ilave potansiyel devreye alınabilmiştir(EPDK). 17
    • Çizelge 2. 4 Ekonomik HES potansiyelinin proje durumlarına göre dağılımıHerhangi bir nehirde bir kesitten enerjisi alınmadan geçen su ülke ekonomisi açısındankayıptır. Türkiye geliştiremediği hidroelektrik potansiyelden dolayı,170 milyar kWhelektrik üretim kapasitesinin halen yalnız 47.6 milyar kWh’lik bölümünü kullanabildiğiiçin, her yıl yaklaşık 122.4 milyar kWh enerji üretebileceği suyu enerjisini almadandenizlere göndermekte ve bu yüzden, birim kWh başına 0.06 US cent hesabıyla her yıl7-8 milyar ABD$’ı kaybetmektedir.Diğer taraftan hidrolik enerji doğal koşullara ve yağışlara çok bağımlıdır. 2006 yılındamevcut 13 062.7 MW kurulu gücündeki HES’lerden 44 244.2 GWh enerji üretilmişkenbu üretim 2007 yılında 13 394.9 MW kurulu güçteki tesislerden 35 850.8 GWh tedüşmüştür. Pik yüklerin ve değişken karekterli diğer yenileblir enerji üretiminin sistemdengesini sağlamada en değerli üretim tipi olan Hidroelektrik santaralların hızlatamamlanması ve pompa depolamalı santralların da Türkiye enerji sisteminde yeralması gereklidir. Pompa depolamalı santrallarla ilgili olarak EİE Genel Müdürlüğündebaşlatılmış olan çalışmalar desteklenmeli ve geliştirilmektedir.2.4 Jeotermal Enerji (Isı, Elektrik)Jeotermal (jeo - yer, termal - ısı anlamına gelir) yerkabuğunun çeşitli derinliklerindebirikmiş ısının oluşturduğu, kimyasallar içeren sıcak su, buhar ve gazlardır. Jeotermalenerji de bu jeotermal kaynaklardan ve bunların oluşturduğu enerjiden doğrudan veyadolaylı yollardan faydalanmayı kapsamaktadır. Yer kabuğunun derinliklerinde bulunanUranyum (U238, U235), Toryum (Th232) ve Potasyum (K40) gibi radyoaktif maddelerinbozunması sonucu sürekli olarak ısı üretmesi prosesinin, jeotermal enerjininkaynağıdır. Jeotermal sistemin mekanizması sıvının ısıyı iletimi üzerinedir. Şekil 2.8.a’da orta sıcaklıklı jeotermal sistemdeki mekanizma basitçe gösterilmektedir. 18
    • Konveksiyon akım (ısı iletimi) ısınma nedeniyle oluşur ve sonuçta sistemdeki sıvınıntermal genleşmesine neden olur. Düşük yoğunluklu ısınmış sıvı, sistemde yükselmeeğilimindedir ve sistemin kenarlarından gelen yüksek yoğunluklu soğuk su ile yerdeğiştirir. Doğal olarak konvansiyonel akım sisteminde, alt kısımlarda sıcaklık azalmaeğiliminde iken üst kısımlarda sıcaklık artma eğilimindedir. Jeotermal sistem modeli(Şekil 2.8.b) 1. eğri saf suyun kaynama noktasını, 2. eğri ise A noktasından beslenen, Enoktasından boşalan suyun devir daim sıcaklık profilini göstermektedir. Jeotermalkaynaklar ile elektrik enerjisi üretimi merkezi ısıtma, merkezi soğutma, sera ısıtması vb.ısıtma/soğutma uygulamaları, süreç ısısı temini ve mineraller içeren içme suyu üretimigibi uygulama ve değerlendirme alanlarında kullanımlar gerçekleştirilmektedir.Şekil 2. 8 İdeal bir jeotermal sisteminin şematik gösterimi: (a) mekanizması, (b) modeliBu tip uygulamalar ve değerlendirmeler Şekil 2.9’ da gösterilmektedir. Şekil 2. 9 Entegre jeotermal değerlendirme 19
    • Dünyada jeotermal elektrik üretiminde ilk 5 ülke sıralaması, ABD, Filipinler, İtalya,Meksika ve Endonezya şeklindedir. Dünya jeotermal ısı ve kaplıca uygulamalarındaki ilk5 ülke sıralaması ise Çin, İsveç, ABD, İzlanda ve Türkiye biçimindedir.Türkiye’nin jeotermal brüt teorik ısı potansiyelinin 31.500 MW, kullanılabilir ısıpotansiyelinin de 3.524 MW olduğu belirtilmektedir.Toplam jeotermal elektrikpotansiyeli 2000 MW’dir.1962 yılında MTA tarafından bir sıcak su envanter çalışması olarak başlatılanTürkiye’nin jeotermal enerji araştırması ile bugün toplam 600’den fazla termal kaynak(sıcak ve mineralli su kaynağı) bilgisine ulaşılmıştır. Şekil 2. 10 Jeotermal Rezerv ve Üretim Sahaları Haritası2005 yılı sonu itibariyle MTA tarafından yapılan jeotermal sondaj değerlendirmelerinegöre muhtemel potansiyelin 2924 MW ‘ı görünür potansiyel olarak kesinleşmiştir.Türkiyedeki doğal sıcak su çıkışlarının 600 MWt olan potansiyelide bu rakama dahiledildiğinde toplam görünür jeotermal potansiyelimiz 3524MWt ‘e ulaşmaktadır.Ülkemizdeki jeotermal kaynakların % 95’i ısıtmaya uygun sıcaklıkta olup (40 °C’ninüzerinde toplam 140 adet jeotermal alan) çoğunlukla Batı, Kuzeybatı ve OrtaAnadolu’da bulunmaktadır.Türkiye’nin toplam jeotermal ısı ve elektrik potansiyeli; 5 milyon konut ısıtma eşdeğeriveya 150 bin dönüm sera ısıtması, 1 milyonun üzerinde kaplıca yatak kapasitesi, 29 20
    • milyar $/yıl fuel-oil eşdeğeri (30 milyon ton/yıl), 30 milyar m3/yıl doğal gazeşdeğerindedir.Türkiye’nin toplam jeotermal elektrik potansiyeli 2000 MWe dir. 2013 yılı jeotermalelektrik üretim hedefi 550 MWe kurulu güç ve 4 milyar Kwh elektrik üretimidir. Çizelge 2. 5 Jeotermal enerjinin mevcut kullanım durumuJeotermal enerji, doğrudan kullanım alanlarında, teknolojik açıdan yatırımların % 90’ıyerli makina ve teçhizat tarafından karşılanabilecek bir düzeye ulaşmıştır. Dolayısıylaelektrik dışı uygulamalarda ulusal teknoloji kolaylıkla geliştirilebilir durumdadır.Türkiye’deki jeotermal enerji kaynaklarının tümüne yakınının düşük-entalpili (akışkansıcaklıkları 160 °C’den küçük), olması, kaynakların değerlendirilmesinde endüstriyelproses ısısı ve konut ısıtmasına yönelinmesi gereğini ortaya çıkarmaktadır. Türkiye’ningelecek yıllardaki enerji gereksinimleri dikkate alındığında jeotermal enerjinin tek 21
    • başına çözüm olmayacağı; fakat enerji sorununda tamamlayıcı bir rol oynayacağıaçıktır. Devletin ve özel yatırımcıların jeotermal kaynakların son derece çekici olduğukonut ısıtması ve proses ısısı gibi kullanımlara yatırım yapması, ülke ekonomisinekatkıda bulunacak, hava kirliliğini azaltacaktır.Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü (MTA), 2007 Haziran ayında yürürlüğe girenJeotermal Yasası ve Aralık ayında yürürlüğe giren yönetmeliği kapsamında elektriküretimi amaçlı altı jeotermal sahayı özel sektörün kullanımına açmıştır. Sıcaklıkları213°C’ye kadar değişen aralıklarda olan bu altı sahada, 110 MWe (megavat elektrik)kurulu gücünde yaklaşık 1 milyar kWh elektrik üretilmesi planlanmaktadır. Bu sahalar: Aydın Merkez - Köşk - Umutlu - Serçeköy Aydın - Sultanhisar - Atça Aydın - Germencik - Bozköy - Çamur Aydın -Sultanhisar Manisa - Salihli - Caferbeyli Manisa - Alaşehir - Kavaklıdere.Jeotermal sahalarıdır [9].2.5 Biyokütle EnerjisiTürkiye’nin biyokütle, biyogaz ve biyoyakıt enerji kapasiteleri de ciddi potansiyelleresahiptir. Biyokütle yeni-yenilenebilir enerji kaynakları içinde ciddi bir teknik potansiyelesahiptir. Ana bileşenleri karbo-hidrat bileşikleri olan bitkisel ve hayvansal kökenli tümmaddeler “Biyokütle Enerji Kaynağı”, bu kaynaklardan üretilen enerji ise “BiyokütleEnerjisi” olarak tanımlanmaktadır.Türkiye’de toplam arazinin sadece % 33,1’i işlenmektedir. İşlenmeyen arazi içindetarıma uygun % 3’lük bir alan mevcuttur. Bu alanın enerji tarımında kullanılması, kotakapsamından çıkarılan ürünler (tütün, şeker pancarı gibi) yerine de enerji amaçlı tarım(şeker pancarı, tatlı sorgum, miskantus, kanola, aspir, C4 bitkileri ekimi gibi) yapılması,tarım kesimine yön verecek, istihdam yaratacak ve ulusal geliri artıracaktır.Bugün 22
    • AB’de şeker üretimine kota getirilse de şeker pancarının üretimi kısıtlanmamakta, tamtersine biyoyakıt üretimine dönük şeker pancarı üretimi hektar başına 45 € iledesteklenmektedir GAP, Yeşilırmak Havza Projesi gibi projeler kapsamında biyokütleenerji teknolojisi plan ve uygulamaları mutlaka yer almalıdır.Ülkemiz enerji ormancılığına uygun (kavak, söğüt, kızılağaç, okaliptüs, akasya gibi hızlıbüyüyen ağaçlar) 4 milyar hektar devlet orman alanına sahiptir. Söz konusu alan uygunplanlamalar dahilinde, modern enerji ormancılığında değerlendirilmeli ve bu ağaçlarınyakacak olarak kesimi önlenmelidir. Yapılan hesaplamalar, 1 milyon hektar alanakurulacak enerji ormanlarından yılda yaklaşık 7 milyon ton biyokütle enerji kaynağıelde edilebileceğini göstermektedir.. Bu miktar yaklaşık 30 milyon varil ham petroleeşdeğerdir [9].2.5.1 BiyogazÜlkemizde 65.000 ton/gün miktarında çöp çıkmaktadır. Çöplerin düzenli depolama ileelektrik eldesinde değerlendirilmesi de göz ardı edilmemelidir. Türkiye için en önemlibiyoyakıt seçeneklerinden biri biyogaz’dır. AB’de son yıllarda biyogaz üretimine önemlidestekler sağlanmakta ve doğal gaz niteliğinde elde edilecek biyogazın tüm sektörlerde(ulaştırma, elektrik üretimi, sanayi, konutlar vb) kullanımı hedeflenmektedir.Türkiye’de hayvansal atıkların biyogaz üretiminde değerlendirilmesi ile, fermantör içisıcaklığın 38 °C olması ve optimum fermantör sıcaklığında çalışılması durumunda bupotansiyelin 2,2-3,3 milyar m3/yıl arasında olması teorik olarak mümküngörünmektedir. Bu da 2,4 milyon ton taş kömürü eşdeğeri bir enerjiye karşılıkgelmektedir.Çizelge 2. 6 Hayvansal atık potansiyeline karşılık gelen üretilebilecek biyogaz miktarı ve taşkömürü eşdeğeri 23
    • Biyogaz tesislerinin yanı sıra, şebeke ile bağlantılı çalışan “çöp termik santralleri” ileelektrik üretimi sağlanabilmektedir. Biyoelektrik üretimi için değerlendirilebilecek atıkpotansiyelinin ülkemizde mevcut olduğu bilinmektedir. 2003 genel enerji dengesiiçerisinde 14.991 bin ton odun, 5.439 bin ton hayvansal-bitkisel atık arzı olmuştur.2006 yılı genel enerji dengesinde ise 13411 bin ton odun, 4984 bin ton hayvansal vebitkisel atık arzı bulunmaktadır. Bunun yanı sıra ortalama değerlerle yılda 15 milyonton evsel atık, 20 milyon ton belediye atığı da oluşmaktadır.Dünyadaki arıtma tesisleri bünyesinde biyogaz üretimi de yaygındır. Türkiye’dekiarıtma tesislerinde biyogaz üretimine ilişkin en güzel örnek, Ankara Su ve Kanalizasyonİdaresi Genel Müdürlüğü (ASKİ) Atık Su Arıtma Tesisi’dir. 4 milyon nüfusa hizmetvermek üzere 2000 yılında işletmeye açılan tesis, Avrupa’nın en iyi tesislerinden biriolup, 2025 yılına kadar 6 milyon nüfusa hizmet verecek kapasiteye genişletilecektir.Tesiste bulunan her biri 1650 KW kapasiteli iki elektrik jeneratörü, biyogazı elektrikenerjisine çevirmektedir. Elde edilen elektrik enerjisi, tesisin yılık enerji ihtiyacınınyaklaşık % 80’ini karşılamaktadır.İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi Genel Müdürlüğü (İSKİ) bünyesinde bulunan TuzlaAtıksu Biyolojik Arıtma Tesisi’nde bulunan anaerobik çamur çürütme ünitesinden eldeedilen ve günlük ortalama 600-1000 m3 hacminde olan biyogaz, tankların ve tesisiçinde bulunan idarî binaların ısıtılmasında kullanılmaktadır.Türkiye’de son zamanlarda organik atık, biyokütle ve biyogazdan enerji elde edilmesineyönelik kamu ve özel sektör yatırımları artmaya başlamıştır. Öncelikle BüyükşehirBelediyeleri çöp atıklarının çözümüne yönelik atık yakma ve enerji üretim tesislerikurmaya başlamışlardır. Türkiye’de yaklaşık 65.000 ton/gün miktarında çöpçıkmaktadır. Çöplerin düzenli depolanmasının önemi gözardı edilmemelidir. Ancakçöplerin düzenli depolandığı belediye sayısı sınırlı olsa da, bazı belediyeler çöpalanlarında açığa çıkan metan gazından elektrik üretmektedir.Türkiye’de ilk lisanslı atık bertaraf tesisi olan İZAYDAŞ, yıllık 35.000 ton tıbbî atıkkullanmaktadır. Tesis 5,2 MW elektrik üretim kapasitesine sahiptir. Üretilen enerjinin1,3 MW’ı tesis ihtiyacını karşılamak için kullanılmakta, kalan kısmı ise ulusal sistemesatılmaktadır [9]. 24
    • 2.5.2 BiyoyakıtBiyoyakıt ya da biyodizel, mısır, soya, kolza - kanola gibi (Şekil 2.11) yağlı tohumbitkilerinden elde edilen yağların veya hayvansal yağların bir katalizatör eşliğinde kısazincirli bir alkol ile (metanol veya etanol) reaksiyonu sonucunda açığa çıkan ve yakıtolarak kullanılan bir üründür.Evsel kızartma yağları ve hayvansal yağlar da biyodizel hammaddesi olarakkullanılabilir. Genel olarak biyodizel standart dizel yakıtına alternatif veya ek olarakkullanılabilecek, petrol yerine biyolojik içerikten yapılmış bir yakıttır. Biyodizel çeşitlikimyasal reaksiyonlardan geçirilmiş bitki yağlar veya hayvan yağlarından üretilir. Şekil 2. 11 Biyoyakıt tohum bitkileriBu iki kaynakta toksik değildir ve yenilenebilir. Biyodizel güvenlidir ve dizel motorlardaya çok küçük bir değişikliğe ihtiyaç duyarak ya da hiçbir değişikliğe ihtiyaç duymadankullanılabilir.Biyoyakıtlar petrol ürünlerine alternatif olan, daha temiz çevre ve iklimlerinkorunmasına katkıda bulunan ve tarımsal iş hacminde genişleme yaratacakyenilenebilir enerji seçenekleridir.Ülkemizde şeker pancarı tarımına yönelik biyoetanol üretim potansiyeli 2-2,5 milyonton civarında olup bu değer 2007 benzin tüketimimizin % 60-70’ı kadardır. Ülkemizdebiyoetanolün benzinle harmanlanan %2’lik kısmı ÖTV’den muaftır ve bu miktar ancak80-90 milyon litre biyoetanol tüketimini gerektirmektedir. Ancak bu miktarbiyoetanolün Türkiye’deki gelişimi için yeterli görülmemektedir. Çünkü mevcutdurumda kurulu biyoetanol üretim kapasitesimiz yaklaşık 160 milyon litredir. Bununlabirlikte ülkemizde benzine biyoetanol harmanlanması zorunlu değildir. Pek çok ülkede 25
    • olduğu gibi ülkemizde de biyoetanol kullanımı zorunlu olmalı ve ÖTV muafiyeti %2’den%5’e çıkartılmalıdır.Biyodizel, kanola (kolza), ayçiçeği, soya, aspir, pamuk gibi yağlı tohum bitkilerindenelde edilen motorine eşdeğer bir yakıttır. Atık bitkisel yağlar ve hayvansal yağlar da,biyodizel hammaddesi olarak kullanılabilir. Ancak halihazırda AB’inde ve ülkemizdegeçerli olan TS EN 14214 standardının gereklerini kanola yağından elde edilen biyodizelkarşılamaktadır. Bununla birlikte bilimsel çevreler farklı hammaddelerden paçalyapılarak da standartlardaki değerlerin tutturulabileceğini belirtmektedirler.Biyodizel petrol içermez; fakat saf olarak veya her oranda petrol kökenli motorinekarıştırılarak motorinin kullanıldığı her yerde yakıt olarak kullanılabilir. Biyodizel yerlikaynaklarla ve yerli sanayi tesislerinde üretilebilir. Ayrıca, küçük ölçekli ve yöreselüretim de mümkündür. 2003 yılından itibaren sektördeki yasal boşluğun da bir sonucuolarak yatırımcılar tarafından plansız–programsız, değişik kapasitelerde pek çokbiyodizel tesisi kurulmuş ve sayıları 250 civarına ulaşan bu tesislerin kurulu kapasitesi2,3 milyon tona ulaşmıştır. Ancak 2004 yılından sonra adım adım yapılan yasaldüzenlemelerle biyodizel üretimi, ulaşım sektörü için TS EN 14214, ısınma sektörü içinTS EN 14213 standartlarına uygun olarak ve EPDK’dan alınan işleme lisansına sahiptesislerde yapılmaktadır.Sulanabilir pancar ekim alanlarında münavebe bitkisi olarak kanola ekilmesi sonucu4’lü ekim sistemine göre 800 000 bin hektar alanın 500 000 bin hektarının kanola ekimiiçin kullanılması durumunda yıllık 500 bin ton biyodizel üretim potansiyeli vardır. AyrıcaElektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü’nün yaptığı analizler sonucu, tarımaelverişli olduğu halde kullanılmayan tarım arazileri esas alınarak 2.000.000 ha. arazideekilecek yağlı tohumlu bitkilerden 1,5 milyon ton biyodizel üretilebileceği ve 54.000kişiye istihdam sağlanabileceği de tahmin edilmektedir. Bu kapasite 2006 yılındaki dizeltüketimi olan 14.2 milyon tonun %11’i düzeyindedir. Bu üretim aynı zamanda 2,8milyon ton karbondioksit tasarrufunu da beraberinde getirmektedir [9]. 26
    • 2.6 Hidrojen EnerjisiHidrojen evrende en fazla bulunan ve doğadaki en basit atom yapısına sahipelementtir. Hidrojen çok hafif bir gaz olup, yoğunluğu havanın 1/14ü, doğal gazın ise,1/9u kadardır. Atmosfer basıncında -253 °C ye soğutulduğunda sıvı hale gelenhidrojenin yoğunluğu ise benzinin 1/10u kadar olmaktadır.Hidrojen en verimli yakıttır. Ortalama olarak, fosil yakıtlardan %26 daha verimlidir.Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğinesahiptir. 1 kg hidrojen 2.1 kg doğal gaz veya 2.8 kg Petrolun sahip olduğu enerjiyesahiptir.. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir. Hidrojen gazının ısıl değeri, metreküp başına yaklaşık 12 MegaJoule olarak verilmektedir. Hidrojen çevre problemlerinetek çözüm olarak gösterilmekte ve ülkeleri fosil yakıtlardan kurtarabilecek “bağımsızlıkyakıtı” olarak da adlandırılmaktadır.Dünya Hidrojen Enerjisi Konseyi Başkanı olan ve aynı zamanda da MiamiÜniversitesi’nde “Temiz Enerji Araştırmaları Enstitüsü”nün başkanlığını yapmakta olanProf. Dr. T. Nejat Veziroğlu, 1974 yılında organizasyonunu üstlendiği “HidrojenEkonomisi Miami Enerji Konferansı’nda (THEME) fosil yakıtların tükenmesine vebunların yakıt olarak kullanımının çevreye verdiği zararların önlenmesine çözüm olarak“Hidrojen Ekonomisi / Hidrojen Enerji Sistemi” fikrini ortaya atmıştır.“Birleşmiş Milletler Uluslararası Hidrojen Enerjisi teknolojileri Merkezi’nin (ICHET)İstanbul’da kurulması ile ilgili olarak Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı ile 2003 teimzalanmıştır. ICHET Mayıs 2004 de faaliyete geçmiş olup, Türkiye’de ve Dünyanın birçok ülkesinde başlattığı pilot projelerle çalışmalarına devam etmektedir. AyrıcaMerkez, Türkiye’de organize ettiği çeşitli demonstrasyon projeleriyle hidrojen enerjisikonusunda Türkiye’yi lider ülke konumuna taşımak için çeşitli sanayi kuruluşlarıylaortak çalışmalar yapmaktadır. Bunlar arasında THY, TEMSA, TPAO ile AtatürkHavaalanında otobüs projesi, Demirer Holding, BOS, Çukurova holding ve Unileverşirketi ile rüzgardan elde edilecek hidrojenin fabrika içinde fork lift çalıştırmada vemargarin yapımında kullanılması, Ankara’da bir hastanede hidrojen ve oksijenüretilerek hidrojenin ambulansta yakıt olarak kullanılması gibi bir çok proje üzerindekiçalışmalar devam etmektedir. 27
    • TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsünün AB 6. Çerçeve Programına yönelik yürüttüğüHYPROSTORE “Hidrojen Teknolojileri Mükemmeliyet Merkezi” projesi, AB tarafındandesteklenmektedir. Ayrıca Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, OrtadoğuTeknik Üniversitesi, Sabancı Üniversitesi ve bazı endüstriyel kurumlarda de PEMüzerine araştırmalar yapılmaktadır. Bir çok araştırma merkezinde yapılan araştırmalarlahidrojen enerjisinin maliyetlerinin düşürülmesi mümkün olacaktır. Çizelge 2.7’ dehidrojenin üretim yöntemlerinin maliyet karşılaştırılması verilmektedir [9]. Çizelge 2. 7 Hidrojen üretim yöntemlerinin maliyetleri2.7 Nükleer EnerjiAğır radyoaktif (Uranyum gibi) atomların bir nötronun çarpması ile daha küçükatomlara bölünmesi (fisyon - parçalanma) veya hafif radyoaktif atomların birleşerekdaha ağır atomları oluşturması (füzyon - birleşme) sonucu çok büyük bir miktardaenerji açığa çıkar. Bu enerjiye nükleer enerji denir. Nükleer reaktörlerde fisyonreaksiyonu ile edilen enerji elektriğe çevrilir. Güneşteki reaksiyonlar ise füzyonreaksiyonudur. Bu reaksiyonun yarattığı sıcaklık fisyon reaksiyonundakinden çok dahafazladır (birkaç milyon derece santigrat). Bu yüzden bu sıcaklığı kontrol edebilecek birfüzyon reaktörü henüz kurulamamıştır. Bir nükleer santraldeki sistemler konvansiyonelgüç santralleri ile aynı mantıkla çalışırlar. Isı enerjisinin üretildiği kısımda elde edilenbuharın türbin - jeneratörü döndürerek elektrik üretmesi felsefesi, temel olaraknükleer santrallerde de aynıdır. Nükleer santraller ısı üretmek için nükleer reaksiyonu 28
    • kullandıkları ve bunun sonucunda çevreye salınmaması gereken radyoaktif maddelerürettikleri için, bazı ek sistemler kullanırlar. Örneğin, birçok nükleer santralde nükleeryakıtı barındıran yakıt tüpleri arasından ısınarak geçen su, doğrudan türbinegönderilmeyip, türbin için buhar üretilen ikinci bir çevrimi ısıtmak amacı ile kullanılır.Bununla ilgili sistemlere Birincil Soğutma Sistemi adı verilir (Şekil 2.12 bunugöstermektedir). İkincil sistem ise Birincil soğutma sistemindeki ısıyı alarak türbin -jeneratörü döndürmek üzere gerekli olan buharın üretilmesinde kullanılan sistemdir.Her iki sistem de kapalı birer döngü oluşturmuşlardır. Şekil 2. 12 Nükleer reaktörünün çalışma prensibiNükleer santraller, birincil sistemlerindeki farklılıklara göre değişik şekillerdeadlandırılırlar. Dünyadaki 400’ den fazla sayıda nükleer santralin yaklaşık olarak yarısıbasınçlı su reaktörüdür. Basınçlı su reaktörlerinde, Birincil sistem yaklaşık 150atmosferlik bir basınç altında tutularak, içinde bulunan suyun yüksek sıcaklıklarakaynamadan çıkarılması sağlanmıştır. Buna ek olarak “kaynar sulu”, “basınçlı ağır sulu”reaktörler de en çok kullanılan nükleer santral tipleridir.Nükleer enerjinin radyoizotop uygulamaları yanında en çok tartışılan uygulaması ,nükleer güç santrallarında elektrik enerjisi üretilmesidir. Nükleer enerji, uluslararası veulusal düzeyde güvenilir kuruluşlarca (Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı ve Türkiye AtomEnerjisi Kurumu ) denetlenen tek enerji türüdür.Nükleer santrallardan ticari olarak elektrik üretimi 1950li yıllarda başlamıştır. 2008 yılısonu itibarıyla dünyada 31 ülkede işletilmekte olan 439 nükleer güç reaktörün toplam 29
    • kapasitesi yaklaşık 372 000 MWe tir. Nükleer güç dünya elektrik talebinin yaklaşık%16sını karşılamaktadır. Fransa’da elektriğin yüzde 78 ’i, İsveç’de yüzde 52’si,Almanya’da yüzde 32’si, Japonya’da yüzde 29’u, İspanya’da yüzde 23’ü, ABD’de yüzde20’si, İngiltere’de yüzde 19’u nükleer santrallerde üretilmektedir. Halen işletilmekteolan ticari reaktörler yakıtındaki Uranyum-235 çekirdeğinin parçalanmasına dayananreaktörlerdir.Fransa ‘da 1996-1999 yılları arasında 1560 MWe‘lık dört yeni nükleer santral ileJaponya’da 2005 yılında 1304 MWe‘lık bir nükleer santral işletmeye alınmıştır. HalenFinlandiya’da 1600 MWe‘lık , Japonya’da 866 MWe‘lık , Romanya’da 655 MWe‘lık yeninükleer santrallar inşa edilmekte, Amerika Birleşik Devletleri’nde mevcut nükleersantralların teknolojik ömrü uzatılmaktadır [9].2.7.1 Türkiyenin Uranyum ve Toryum KaynaklarıDoğada bulunan Uranyum % 99.3 Uranyum-238 ve % 0.7 Uranyum-235 izotoplarınınkarışımıdır. Türkiye’nin toplam görünür Uranyum rezervi yaklaşık 9 000 tondur ( U3O8).Bu miktar 1500 MW gücündeki bir nükleer santralin 30 yıllık yakıt ihtiyacınıkarşılayabilir.Bulunduğu yerler: Manisa-Salihli-Köprübaşı, Uşak-Fakılı, Çanakkale-Ayvacık, Giresun-Şebinkarahisar, Aydın-Koçarlı-Küçükçavdar ve Yozgat-Sorgun’ dur. Türkiye’de henüzticari amaçlı uranyum cevheri çıkartılması, işletilmesi ve sarı pasta üretimi yoktur.MTA’nın Köprübaşı ve Fakılı cevherini işletmek için 1974-1982 yılları arasında kurduğupilot tesiste 1200 kg kadar sarı pasta üretilmiştir [9].Doğal Uranyum içindeki Uranyum-235 izotopu oranının % 0.7 nin üzerineçıkartılmasıyla zenginleştirilmiş yakıt elde edilir. Bir nükleer reaktörün yakıtındabulunan U-235 çekirdeklerinin yavaşlatılmış serbest nötronlarla fisyon reaksiyonunagirmesiyle yoğun enerji açığa çıkar.Zenginleştirilmiş Uranyum yakıt ile birlikte hafif su (H2 O) yavaşlatıcı (moderatör) veaynı zamanda soğutucu olarak kullanılır. Yakıtın doğal Uranyum olması halinde ağırsuyun (Dötoryum oksit - D2 O) yavaşlatıcı ve soğutucu akışkan olarak kullanılmasıgerekir. Doğal Uranyum yakıt teknolojisi yurdumuzda bilinen ve uygulanan bir 30
    • teknolojidir. Yıllarca MTA ‘da başarıyla yürütülen çalışmalar, Türkiye Atom EnerjisiKurumuna bağlı İstanbulÇekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi’nde 1977yılında kurulan Nükleer Yakıt Teknolojisi Bölümünde sürdürülmektedir. Uranyumkonsantresinden başlayarak sinterlenmiş yakıt peleti yapımına kadar olan aşamalarıkapsayan bir Nükleer Yakıt Pilot Tesisi, Merkez elemanlarının tasarımı ve imkanları ile1985- 86 yıllarında kurulmuştur. Bugün gelinen noktada, Uranyum konsantresisaflaştırılmasından itibaren güç reaktörleri için UO2 pelet spesifikasyonlarına uygunolarak pilot çapta seramik yakıt peleti üretiminde deneyim kazanılmıştır.Doğada Th O2 olarak bulunan ve Eskişehir-Sivrihisar-Beylikahır’da 380 000 ton görünürrezervi olduğu bilinen Toryum elementi Türkiye için oldukça önemli bir yeraltızenginliğidir. Toryum-232 bir nükleer yakıt değildir, ancak reaktörde yavaşlatılmışnötronlarla reaksiyona girerek nükleer yakıt olarak kullanılabilecek Uranyum-233izotopunun oluşumunu sağlar. Bu nedenle gelecekte ülkemizde kurulması planlanannükleer santrallar için Toryum katkılı Uranyum yakıt tasarımı mutlakadeğerlendirilmelidir [9].2.7.2 Türkiye’nin Nükleer Reaktör İşletme DeneyimiTürkiye’nin 47 yıllık nükleer reaktör işletme deneyimi vardır. Çekmece NükleerAraştırma ve Eğitim Merkezi’nde kurulan ve 1962 yılında işletmeye alınan 1 MWth ısılgücünde havuz tipi araştırma reaktörü (TR-1), daha sonra 5 MWth ısıl gücüneçıkartılarak (TR-2) 1981’de yeniden işletmeye alınmıştır. İTÜ Nükleer EnerjiEnstitüsü’nde (şimdiki Enerji Enstitüsü) kurulan 250 kW/h ısıl gücündeki TRIGA MARK IIaraştırma reaktörü ise yurdumuzdaki ilk ve tek üniversite reaktörüdür [9].2.7.3 Nükleer Santral İhaleleriTürkiye’nin nükleer enerji santralı kurulması ile ilgili politikası , uzun yıllara yayılmış,sürekli ve sebatlı bir politikadır. İlk girişim 1960 lı yıllarda Elektrik İşleri Etüd İdaresibünyesinde başlatılan bir nükleer santral projesidir. ABD, İspanya ve İsviçreli danışmankuruluşlara yaptırılan bir inceleme sonucunda 400 MWe gücünde doğal Uranyumyakıtlı ve basınçlı ağır su moderatörlü bir reaktör kurulması öngörülmüştür.Ancak 1970yılında Türkiye Elektrik Kurumu’nun kurulmasından sonra bu projeye devam 31
    • edilmemiştir. Türkiye Elektrik Kurumu bünyesinde 1972 yılında kurulan NükleerSantraller Dairesi güçlü bir uzman kadrosu , üst düzeyde bilgi ve deneyim birikimi ilebaşarılı çalışmalar yapmıştır. İlk aşamada nükleer santral yer seçimi yapılmış, Mersin’deSilifke civarındaki Akkuyu uygun görülmüş, 1976 yılında Atom Enerjisi Komisyonu’ndanyer lisansı alınmıştır. Aynı yıl ihaleye çıkılmış, şartname hazırlıkları ve tekliflerindeğerlendirilmesi sürecinde İsviçreli ve Fransız firmalardan oluşan bir konsorsiyumundanışmanlığından yararlanılmıştır. ASEA-ATOM (İsveç) firması ile yapılan müzakereleriki yıl kadar sürmüş, ancak finasman sorunları nedeniyle bu nükleer santral kurmagirişimi de 1979 yılında durdurulmuştur.1982 yılında üçüncü nükleer santral kurma girişiminde , Akkuyu’da 665 MWe ve 990MWe‘lık iki, Sinop’ta 1185 MWe’lık bir santral kurulması amaçlanmıştır. İhaleaçılmadan AECL (Kanada/ Ağırsu-doğal Uranyum CANDU reaktörü), Siemens-KWU(Almanya/ Basınçlı su zenginleştirilmiş Uranium PWR reaktörü) ve General Electric(ABD/Kaynar su-zenginleştirilmiş Uranium BWR reaktörü) firmalarından teklif istenilmişve görüşmelere başlanılmıştır.General Electric firması, kendisine santral sahası olarak Akkuyu yerine Sinopgösterildiğinden görüşmelerden çekilmiştir. AECL ve Siemens-KWU ile pazarlıkgörüşmelerinde olumlu bir sonuca yaklaşılırken, zamanın Hükümeti, anahtar teslimiesasına göre alınan tekliflerin, yap-işlet-devret esasına dönüştürülmesini şart koşuncaSiemens-KWU da 1984 yılında görüşmelerden çekilmiştir. Geriye kalan AECL firması ileanlaşmaya varılmak üzere iken, bir yandan Hükümetin kömür santrallarına ağırlıkvermeye başlaması, diğer yandan da Kanada hükümetinin yap-işlet-devret yönteminibenimsememesi nedeniyle 1986 yılında AECL ile yapılan görüşmeler sonlandırılmıştır.1986 yılında Ukrayna- Kiew yakınlarındaki Çernobil nükleer santralında meydana gelenkorkunç kaza, tüm dünyada olduğu gibi yurdumuzda da nükleer enerjiye karşı olumsuzgörüşlerin artmasına neden olmuş, bunun sonucunda 1988 yılında TEK NükleerSantraller Dairesi kapatılarak, çok sayıda yetişmiş nükleer enerji uzmanı dağılmış, kimisibaşka alanlara kaymış, kimisi de yurt dışına giderek mesleğini sürdürmüştür.Dördüncü nükleer santral girişimi 1996 da ihale açılarak yapılmıştır. Türkiye Elektrik A.Şbünyesinde yeniden kurulan Nükleer Santraller Dairesi elemanları yanında, Türk ve 32
    • yabancı danışmanların desteği ile hazırlanan şartname ve tekliflerin değerlendirilmesiaşamaları 1997- 2000 yılları arasında sürdürülmüştür. AECL (Kanada), NP (Siemens –Almanya ile Framatome- Fransa) ve WESTINGHOUSE- MITSUBISHI (Japonya)firmalarından alınan teklifler; iki ya da dört adet 670 MWe ’lık, bir veya iki adet 1482MWe’lık ve bir adet 1218 MWe ’lık projelere aittir. Tekliflerin değerlendirilmesitamamlanmasına rağmen, zamanın Hükümet ihaleyi iptal etmiştir.Halen içinde bulunduğumuz zaman diliminde Türkiye’nin beşinci nükleer santral kurmagirişimi başlatılmıştır. Bu kez önceki girişimlerden farklı bir yaklaşım sergilenmektedir.Öncelikle gerekli yasal altyapının oluşturulması için bazı adımlar atılmıştır. 21 Kasım2007 tarihinde yürülüğe giren 5710 sayılı “ Nükleer güç Santrallerinin Kurulması veİşletilmesi ile Enerji Satışına İlişkin Kanun “ ile enerji plan ve politikalarına uygunbiçimde, elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirecek nükleer güç santrallarının kurulması,işletilmesi ve enerji satışına ilişkin usul ve esaslar belirlenmiştir. 19 Mart 2008 deyürürlüğe giren “Nükleer Güç Santrallerinin Kurulması ve İşletilmesi ile Enerji Satışınaİlişkin Kanun Kapsamında Yapılacak Yarışma ve Sözleşmeye İlişkin Usul ve Esaslar ileTeşvikler Hakkında Yönetmelik “ ‘in amacı; 5710 sayılı Nükleer Güç SantrallarınınKurulması ve İşletilmesi ile Enerji Satışına İlişkin Kanuna göre yapılacak nükleer güçsantralları için yarışmaya katılacaklarda aranacak şartlar, şirketin seçimi, yer tahsisi,lisans bedeli, altyapıya yönelik teşvikler, seçim süreci, yakıt temini, üretim kapasitesi,alınacak enerjinin miktarı, süresi, enerji birim fiyatını oluşturma ve yapılacak yarışma ilesözleşmeye ilişkin usul ve esasları belirlemektir. Türkiye Atom Enerjisi Kurumu danükleer santralleri kuracak ve işletecek olan firmaların sağlaması gereken ölçütleribelirlemiştir.Kanun ve Yönetmelik uyarınca, Türkiye Elektrik Ticaret ve Taahhüt A.Ş ( TETAŞ )Mersin- Akkuyuda kurulması planlanan nükleer santralın inşaatı ve işletimi için açılanihale sürecini 24 Mart 2008 tarihi itibariyle başlatmış, 24 Eylül 2008 son teklif tarihiolarak belirlenmiştir. TETAŞ en geç 2020 yılına kadar işletmeye alınacak 3000-5000MWe kapasitedeki santrallarda üretilecek elektriği 2030 yılına kadar satın almayıtaahhüt etmektedir. 33
    • Yerli ve yabancı 13 yatırımcı firmanın ihale şartnamesini almasına rağmen, 25 Eylül2008 tarihinde gerçekleştirilen ihaleye yalnızca Atomstroyexport-Inter Rao ( RusyaFederasyonu ) ile Park Teknik (Ciner Holding) Ortak Girişim Grubu teklif vermiştir [9].2.8 Okyanustan Enerji ÜretimiDünyaya bakılırsa, karadan çok suyla kaplı olduğu görülür. Rakamlarla ifade edilecekolursa dünyanın %70’ i sularla kaplıdır. Okyanuslar çok büyük miktarda güneş enerjisibiriktirmektedir. Eğer bu enerjinin sadece binde biri elektriğe dönüştürülebilinseydi,Amerika’nın enerji ihtiyacının yirmi katı kadar elektrik elde edilebilirdi. Okyanus enerjisiaynı zamanda hiçbir çevre kirliliğine yol açmayan, tükenmeyecek bir kaynaktır.Okyanuslardan enerji elde etmenin çeşitli yolları vardır: gelgitler, okyanus ısısı,dalgalar, akıntılar, tuzluluk oranı, metan gazıdır. Avrupa Birliği yetkililerininhesaplamalarına göre, 2012’ de okyanus enerji kaynaklarından 1 milyon evin enerjiihtiyacını karşılayacak kadar elektrik üretilebilecektir.2.8.1 Dalga EnerjisiDalga enerjisi aslında güneş enerjisinin bir başka formudur [28]. Dalgalar güneşindünyayı ısıtmasıyla ortaya çıkan rüzgârlar tarafından başlatılır. Dünyanın geometrikyapısı nedeniyle Güneş dünyanın her noktasını aynı şekilde ısıtmaz. Bazı bölgeler ısıyıdaha iyi bir açıyla alır ve diğer yerlerden fazla ısınır. Isındıkça yoğunluğu azalır, hafiflerve yukarı çıkar. Isınan havanın terk edip boşalttığı yere daha yoğun ve soğuk olan havaçöker. Bu hava dolaşımı rüzgârı oluşturur. Su yüzeyi boyunca hızla esen rüzgârsürtünme nedeniyle küçük dalgalanmalara da neden olur. Bu küçük dalgacıklar devameden rüzgâr boyunca çığ gibi büyüyerek daha büyük dalgaları oluştururlar. Yani temelolarak güneş enerjisini rüzgâra, rüzgârda dalgaya dönüşüyor. Böylece dalga enerjisisuyun muazzam kuvvetinden insanın faydalanabilmesini sağlar. Gerçekçi hesaplaragöre şu anki teknoloji ile dalga enerjisinden dünyanın elektrik ihtiyacının %10’ ukarşılanabilir iken, teorik olarak okyanuslarda bulunan dalga enerjisinin sadece %20’ sibile tüm dünyanın elektrik ihtiyacını karşılayabilir. Aşağıdaki şekil ile (Şekil 2.13) aynımekanizmayı taşıyan gerçek bir dalga enerjisi jeneratörü görülmektedir. 34
    • Şekil 2. 13 Dalga enerjisi jeneratörü2.8.2 Gelgit EnerjisiOkyanus seviyesinin günlük alçalıp yükselmesi anlamına gelen gelgitler, Güneş ve Ayınçekimiyle ortaya çıkmaktadır. Gelgit hareketlerinden elektrik üretmek için, alçalan veyükselen gelgit arasındaki farkın en az beş metre olması gerekmektedir. Yeryüzünde bubüyüklükte gelgitlerin bulunduğu yaklaşık kırk bölge bulunmaktadır. Körfezler, gelgitenerjisi üretmek için en ideal bölgeleri teşkil etmektedir. Mühendisler gelgitlerdenenerji elde etmek için bir halice veya körfeze boydan boya baraj veya barikat kurarakgelgitleri sıkıştırmaktadır. Gelgit barajın diğer tarafında yeterli su seviye farkınıürettiğinde geçitler açılıyor, su türbinlere doğru akıyor ve türbinler elektrikjeneratörleri vasıtasıyla elektrik üretiyorlar.2.8.3 Okyanus Isı EnerjisiOkyanus ısısı enerji üretiminde, okyanusların güneşten topladığı ısıdaki enerji elektriğedönüştürülmektedir. Bu yöntemle elektrik elde etmek için yüzeydeki su sıcaklığı ilederindeki su sıcaklığı arasındaki farkın 20 derece olduğu yerler kullanmakta. Uzmanlarbu iş için en elverişli bölgelerin Avustralya, Endonezya, Güney Amerika ve Afrika kıyılarıolduğunu söylemektedir. Okyanus ısısından enerji üretmek için kullanılması tasarlananmakinelerin yapımı oldukça pahalı olduğu için şimdilik bu konuda kayda değer biruygulama bulunmamaktadır. Fakat araştırmacılar bu âletlerin ekonomik hale 35
    • getirilmesiyle milyarlarca Watt elektrik sağlanabileceğini ifade etmektedir. Okyanusısısı enerji üretim tesisleri kurulduğunda diğer canlılar için de faydalı etkileri olacaktır.Bu tesislerde derinlerdeki mineral bakımından zengin okyanus suyu kullanıldığı için,kıyıdaki bitkiler de bundan yararlanacak. Bunun yanı sıra, makineler vasıtasıyla denizsuyu tuzundan arındığı için sanayi ve tarımda kullanılabilecek bol miktarda suüretilecektir.2.8.4 Metan GazıSon yıllarda okyanuslardaki metan gazı kaynağı incelenmektedir. Metan, elektriküretiminde ve ısı elde etmek için kullanılan doğal gazın temel bileşenidir. Uzmanlar,Methanococcus Jannaschi adlı mikrobu kullanarak denizden metan üretmenin yollarınıaraştırmaktadır. Bu tek hücreli canlı dünyanın en eski yaşayanlarından biri ve tamamengüneş ışığından yoksun yerlerde metan üretebilir. Araştırmacılar bu tek hücreliorganizmanın yapısını daha iyi anlayarak yeterli miktarda metan üretmesinisağlayabilmeyi planlamakta. Bu planları gerçekleştiğinde, metan yeni bir enerji kaynağıolarak karşımıza çıkmakta olacaktır.2.9 Güneş EnerjisiYaşamın kaynağı olan Güneş, doğal sistem enerjisinin büyük bir bölümünü sağlar. Çapıyaklaşık 1.4 milyon kilometre olup, iç çevresinde çok yoğun gazlar bulunur.Yeryüzünden yaklaşık 151.106 milyon km uzaklıktadır. Nükleer yakıtlar dışında,dünyada kullanılan tüm yakıtların ana kaynağıdır. İçinde, sürekli olarak HidrojeninHelyuma dönüştüğü füzyon reaksiyonları gerçekleşmektedir ve oluşan kütle farkı, ısıenerjisine dönüşerek uzaya yayılmaktadır. Güneş merkezi füzyon reaksiyonu için uygunbir ortamdır. Bir reaksiyonun basit olarak tanımı; protonla bombardımana tutulanHidrojen molekülü, Hidrojenin türevi olan Döteryuma dönüşür. Kararsız hale geçen ikiDöteryum çekirdeği birleşerek daha ağır olan Helyuma dönüşür. Açıkta kalan iki protonise reaksiyon zincirinin bu tanımına uygun olarak devam etmesini sağlar. Bu reaksiyonsonucunda açığa çıkan enerji çok fazladır. Güneşin bu enerjiye sahip olabilmesi içinsaniyede 10-38 füzyon reaksiyonuna ihtiyaç duyduğu hesaplanmıştır. Bu da yaklaşıkolarak saniyede 657 milyon ton Hidrojenin 653 ton Helyuma dönüşmesi demektir. Bu 36
    • reaksiyonlar sonucu kaybolan kütle enerjiye dönüşür.Yaklaşık 10 milyar yıl sonragüneşteki Hidrojen yakıtı bitip reaksiyonların son bulması sonucu güneşin, çekimkuvveti etkisiyle büzüşüp beyaz cüce adı verilen ölü bir yıldıza dönüşebileceği tahminediliyor. Güneşte açığa çıkan bu enerjinin çok küçük bir kısmı yeryüzüne ulaşmaktadır.Atmosferin dış yüzeyine ulaşan enerji 173.104 kW değerindeyken, yeryüzüne ulaşandeğer 1.395 kW’a düşmektedir.Yeryüzüne ulaşabilen ışınımın değerinin bu kadar düşük olmasının nedeni,atmosferdeki karbondioksit, su buharı ve ozon gibi gazların ışınımı absorbe etmelerininyanı sıra kat etmesi gereken yolun uzunluğudur. Dış yüzey sıcaklığı 6000ºK olarak kabuledilen ve bilinen en büyük siyah cisim olan güneşin yaydığı ışınımın yeryüzüneulaşabilen miktarı %70 kadardır. Bu eksilmeler ortaya çıkmadan önce, atmosferindışında ışınım değeri 1367 W/m2 dir ve bu değer güneş sabiti olarak alınır. Pratik olarakyeryüzüne ulaşan güneş ışınım değeri 1000 W/m2 olarak kabul edilmektedir [29].Güneş merkezindeki sıcaklık milyonlarca dereceye ulaşırken, yayımlanan ışınımınspektrumunu belirleyen yüzey tabakasının (fotoser) sıcaklığı 6000 ºK’dir. Işınım,elektromagnetik özelliğe sahip olup gücün spektral dağılımı( birim dalga boyunda birimalana , birim zamana gelen enerji) sıcaklığın bir fonksiyonudur. Diğer yıldızlardanyeryüzüne elektromagnetik spektrumun değişik aralıklarında enerji gelmektedir ancak,yerkürenin temel enerji kaynağı güneş olup, yerküreye gelen ışınımın büyükçe birbölümü görünür bölgededir. Enerji taşıyan birimler gibi düşünülebilecek “fotonlar”,spektrumun görünür bölgesinin kırmızı yanında daha küçük enerji , mavi-mor yanındadaha büyük enerji taşırlar. Seçilen bir dalga boyundaki fotonun taşıdığı enerji ve o dalgaboyunda birim yüzeye birim zamanda gelen foton sayısı, seçilen dalga boyundaki gücütanımlar. Dünyamıza güneşten gelen spektrumun, kırmızının ötesinde kalan kızılötesive morun ötesinde kalan morötesi bölgelerinde bulunan ışınımında toplam enerjiyeönemli bir katkısı vardır.Güneşin gücü, yani bir saniyede güneş sistemine verdiği enerji çok büyük olmasınarağmen yerküre atmosferinin dışına ulaşan tutar, yalnızca küçük bir bölümdür. Güneşışınımı atmosferi geçerken uğradığı değişimin bağlı olduğu değişkenlerin sayısı oldukçaçok olmasına karşın en önemli değişken , ışığın atmosferde aldığı yolun uzunluğudur. 37
    • Genellikle güneş ışınımı değerlendirilirken atmosfer dışındaki seçilen nokta olarak elealınıp buna hava kütle sıfırı (air mass 0) adı verilir. Havaküre dışında birim yüzeye gelentoplam güç, tüm spektrumun üzerinden entegre edilirse, ulaşılan değer 13267 W/m2olup bu değer “güneş değişmezi” olarak kullanılır, güneş ışınları havaküreyi geçerkenspektrumları önemli ölçüde değişikliğe uğrar. Bulutsuz ve güneşli bir havada bile güneşışınları havaküreyi geçerken su buharı, oksijen, karbondioksit, ozon, azot, metan gibigaz moleküllerinin yanında aerosol ve toz zerreciklerine saçılarak yeryüzüne ancakhavaküre dışındaki enerjinin %70’i ulaşır.Deniz seviyesinde açık bir havada optiksel hava-kütle; güneş ışınlarının aldığı gerçekyolun, güneş tam tepedeyken aldıkları yola oranı olarak tanımlanır. Örneğin güneş tamtepedeyken bu değer, hava-kütle (air mass) olarak adı verilir. Yeryüzüne düşen güneşışınları , doğrudan güneşten gelen ve havakürede saçıldıktan sonra difüzyona uğramışışınların toplamıdır. Hava koşullarına bağlı olarak doğrudan güneşten gelen ışınların,saçılmış ışına oranı değişir. Örneğin bulutlu bir günde güneş ışınlarının büyük birbölümü, saçılmış ışınlardan oluşurken, bulutsuz güneşli bir günde güneş enerjisininbüyük bir bölümü doğrudan ışınlardan oluşacaktır. Doğrudan ve yayılmış ışınımtoplamı, küresel ışınım olarak adlandırılır. Fotovoltaik sistemlerin seçiminde, güneşışınım verileri çok büyük önem taşır. Güneş enerjisi, daha çok binalarda ısıtma,soğutma ve sıcak su elde etmek için kullanılmaktadır. Sıcak su elde etmek amacıylakullanım, en yaygın olan kullanım biçimidir. Isıtma amacıyla kullanım, ısıyı depolamatekniklerinin gelişimiyle daha verimli kullanılır hale gelecektir. Soğutma ise yıllıkgüneşlenme zamanının uzun olduğu bölgelerde verimli olmaktadır.Güneş enerjisinden yararlanmak için kullanılan ısıl uygulamalar, düşük, orta ve yükseksıcaklık uygulamaları olarak üçe ayrılır. Düşük sıcaklık uygulamaları, daha çok düzlemtoplayıcılarla su ısıtılması, konut ve sera ısıtılması için kullanılmaktadır. Orta sıcaklıkuygulamalarında, güneş ışınımı, odaklı toplayıcılarla toplanarak, sanayi için gerekli sıcaksu veya buhar elde etmek için kullanılır. Genellikle bu tip toplayıcılarda, güneşışınımının sürekli olabilmesi için güneşi izleyen mekanizmalara gerek vardır. 300 ºCsıcaklık değerinin üzerine çıkabilen, geniş bir alana gelen güneş ışınımı bir noktayaodaklanarak, metal ergitme fırınları çalıştırılabilir. 38
    • İkinci bir uygulama türü ise güneş pilleri kullanarak yapılan fotovoltaik uygulamalardır.Üzerine düşen güneş ışınımını direkt olarak elektrik enerjisine çeviren güneş pilleridoğru akım üretirler. Bu piller, seri veya paralel bağlanarak, ürettikleri akım ve gerilimdeğerleri yükseltilebilir. Üretilen akımı depolayabilmek için bir akümülatöre gerekvardır. Güneş pilleri, uzay programları için geliştirilmeye başlanmış; ancak sonrakiyıllarda, bilinen yollarla elektrik üretiminin zor olduğu yada uzak olan deniz fenerleri,orman gözetleme kuleleri, çiftlik evleri, dağ evleri gibi yerlerde de kullanılmayabaşlanmıştır. Güneş enerjisinden en iyi şekilde yararlanabilmek için, “Güneş Kuşağı” adıverilen, 45º kuzey-güney enlemleri arasında kalan bölgede yer almak gerekmektedir.2.9.1 GüneşGüneş dünyaya en yakın ve Güneş Sistemi’ nin merkezinde yer alan yıldızdır (Şekil2.14). Çekim kuvveti dünya yer çekiminin 28 katı, çapı dünyanın çapının 109 katı (1.5milyon km), hacmi 1.3 milyon katı ve ağırlığı 333,000 katı yoğunluğu ise 1/4 ü kadardır.Orta büyüklükte olan Güneş tek başına Güneş Sistemi’ nin kütlesinin %99.8’ inioluşturur. Geri kalan kütle Güneşin çevresinde dönen gezegenler, asteroitler,göktaşları, kuyruklu yıldızlar ve kozmik tozdan oluşmaktadır. Şekil 2. 14 GüneşSamanyolu gökadasında bilinen 200 milyar yıldızdan birisi olan Güneş, kütlesi sıcakgazlardan oluşan ve çevresine ısı ve ışık yayan bir yıldızdır. Güneş kendi eksenietrafında saatte 70,000 km hızla döner. Bir turunu ise 25 günde tamamlar. Güneş 39
    • çekirdeği merkezden 0.2 güneş yarıçapına kadar uzanır. Yoğunluğu 150,000 kg/m³(yeryüzünde suyun yoğunluğunun 150 katı) civarında, sıcaklığı da 13,600,000 K kadardır(yüzey sıcaklığı yaklaşık 5,800 K). Güneşte serbest olarak bulunan toplam ~8.9×1056proton (hidrojen çekirdeği) nükleer füzyon tepkimeleri sonucunda her saniye 3,4×1038kadarı helyum çekirdeğine dönüşür. Saniyede 4,26 milyon ton madde - enerji dönüşümoranıyla 383 Yotta Watt (3.83×1026 W) ya da 9.15×1010 megaton TEP (Ton EşdeğerPetrol) enerji açığa çıkar. Bu da her geçen saniye aynı miktarda Güneşin hafifleşmesineyol açar. Açığa çıkan yüksek enerjili fotonlar (kozmik, gama ve X ışınlar) fotosentezyoluyla dünya üstündeki hayatın tamamının var olmasını sağlar ve dünyanın iklimiylehava durumunun üzerinde önemli etkilerde bulunur.2.9.2 Güneş Işınlarının YapısıIşık, evrenin içerisinde elektromanyetik dalgalar halinde yayılan fotonlardan meydanagelmiştir. Enerji evrende dalgalar halinde yayılır. Bir su üzerine dokunuldugunda oluşandalgacıklar, suya verilen enerjinin dalgalar halinde yayılmasıdır. Işık dalgaları da bununbenzeri olarak güneş enerjisini taşırlar. Diğer dalgalardan farklı olarak elektrik vemanyetik alanların oluşturdugu bir dalgadır. Güneş ışınları dünyamıza farklı frekanslarlagelirler. Bilindiği üzere frekans birim zamanda geçen dalga sayısıdır ve Herz olarakölçülür. Göz ile görülebilen ışığın frekanslarındaki değişiklik renkleri oluşturmaktadır.Işıkta bulunan enerji frekansıyla doğrudan alakalıdır. Yüksek frekanslar yüksek enerji,alçak frekanslar ise alçak enerji seviyelerine sahiptir. En yüksek enerji seviyesine sahipdalgalar Gama ışınları, en düşük olanları ise radyo dalgalarıdır.Görülebilen ışık dalga aralığında ise en yüksek enerji seviyesine sahip olan menekşe, endüşük olanı ise kırmızı ışıktır. Güneş enerjisi de uzaya elektromanyetik ışınım(radyasyon) şeklinde yayılır. Dalga boyu 0,2-3 μm arasında olan bu akım kısa dalgalı birışınımdır. Güneş spektrumu 3 ana bölgeden oluşmaktadır. Dalga boyu 0,4 μm’denküçük olan ultraviyole (morötesi) bölgenin güneş ışınımındaki payı %9’dur. Dalga boyu0,4 ile 0,7 μm arasındaki bölge görünür ışıktır.Dünya atmosferinin üzerine ulaşan güneş ışınımı 1.353 kW/m2 ‘dir. Yeryüzüne ulaşanmiktar ise en fazla, 0,3-3 μm dalga boyları arasında 1kW/m2 ‘dir. Zaman ve iklime bağlıolmak kaydıyla, 100 m2 alanlı bir düzlemsel kolektörün %40 verimle çalışıldığı 40
    • düşünülürse, bir günde yaklaşık 180 kWh enerji elde edilebildiği hesaplanmıştır ki bu dainsan ağırlığında taşkömürü eşdeğerindedir.Görünür ışık, güneş ışınımı içerisinde %45’lik bir bölümü kapsar. Dalga boyu 0.7 μm’denbüyük olan infrared ( kızılötesi ) bölgenin payı ise %46’dır ve güneşin ısıtıcı etkisiburadan kaynaklanır. Dalga boyu açısından bakıldığında Güneş 6.000 K (Kelvin)sıcaklıkta ışınım yapan bir kara cisim gibidir. Aşağıda Şekil 2.15’de atmosfere veyeryüzüne dalga boylarına göre gelen ışınım değerlerini görebilmekteyiz. Şekil 2. 15 Dalga boylarına göre ışınım değerleri 41
    • 2.9.3 Türkiye’ de Güneş EnerjisiÜlkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısındanbirçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde(DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınımşiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiyeninortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalamatoplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kWh/m²) olduğu tespitedilmiştir. Aylara göre Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleriise Çizelge 2.8 de verilmiştir [30]. Çizelge 2. 8 Türkiyenin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi PotansiyeliTürkiyenin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunuAkdeniz Bölgesi izlemektedir. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresideğerlerinin bölgelere göre dağılımı da Çizelge 2.9’ da verilmiştir. 42
    • Çizelge 2. 9 Türkiyenin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre DağılımıAncak, bu değerlerin, Türkiye’nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonrayapılan çalışmalar ile anlaşılmıştır. 1992 yılından bu yana EİE ve DMİ, güneş enerjisideğerlerinin daha sağlıklı olarak ölçülmesi amacıyla enerji amaçlı güneş enerjisiölçümleri almaktadırlar. Devam etmekte olan ölçüm çalışmalarının sonucunda, Türkiyegüneş enerjisi potansiyelinin eski değerlerden %20-25 daha fazla çıkmasıbeklenmektedir.Türkiye güneş potansiyeli açısından oldukça zengin bir ülkedir. Ülke genelinde yıllıkortalama güneş enerjisi 1315 kWh/m2 ‘dir. Buna göre Türkiye ’nin tüm yüzeyine gelenenerji miktarı 1025·1012 kWh olmaktadır. Bu miktar Türkiyenin 1996 yılında ürettiğitoplam elektrik enerjisinin yaklaşık 11000 katına denk gelmektedir. [10]Türkiye güneş kuşağı içerisinde bulunan bir ülkedir de. Bu nedenle güneş enerjisikazancı açısından zengindir. Türkiye günlük ortalama güneşlenme süresi 3,75 (Aralıkayı)-11,31 (Temmuz ayı) saat arasında değişirken, Global Radyasyon Değeri (kWh/m2-gün) 6,57 (Haziran) ile 1,59 (Aralık ayı) değişmektedir.Ülkemiz, coğrafî konumu sebebiyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Türkiye’nin ortalama yıllık toplam güneşlenmesüresinin 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311KWh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 KWh/m²) olduğu tespit edilmiştir. 43
    • Ülkemizde yıllık ortalama toplam güneş ışınımının en küçük ve en büyük değerleri sırasıile 1.120 KWh/m2-yıl ile Karadeniz Bölgesinde, 1.460 KWh/m2-yıl ile GüneydoğuAnadolu Bölgesinde gerçekleşmektedir. Şekil 2. 16 Türkiye global radyasyon değerleri (kWh/ m²-gün)EİE tarafından yayınlanan Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası’na göre, Türkiye’nin yıllıkgüneş enerjisi Teknik Potansiyeli yaklaşık 405 milyar kWh (DNI> 1800 kwh/m2-yıl) veEkonomik Potansiyeli yaklaşık 131milyar kWh (DNI> 2000 kwh/m2-yıl) dır. Şekil 2. 17 Türkiye güneş haritası 44
    • Bu ışınım şiddetleri ile Türkiye’nin, Güneydoğu ve Akdeniz bölgeleri içinde kalan veyüzölçümünün % 17’sini kapsayan bölümünde, güneşli su ısıtıcılarının yıl boyunca tamkapasite ile çalışabilmektedir. Türkiye yüzölçümünün % 63’ünü kapsayan bölümde ise,güneşli su ısıtıcılarının yıl boyunca çalışma oranı % 90 ve ülkenin % 94’ünü kapsayan birbölümdeki çalışma oranı ise, % 80’dir. Türkiye’nin hemen hemen her yerinde, güneşlisu ısıtıcılarının yılın % 70’i kadar bir sürede tam randımanla çalışabilmektedir.Busebeple özellikle Güney ve Ege kıyıları başta olmak üzere bütün bölgelerde güneşenerjisi kolektörleri halen yoğun olarak sıcak su elde etmek amacıyla kullanılmaktadır.Ayrıca bazı endüstriyel uygulamalar, hacim ısıtma uygulamaları (güneş mimarisi) ileelektrik üretiminde fotovoltaik pillerin kullanımı da yaygınlaşmaktadır.Güneş kollektörleri kullanılarak elde edilen ısı enerjisinin birincil enerji tüketiminekatkısının yıllara göre değişimi, Çizelge 2.10’ da gösterilmiştir. Türkiye’de, büyükçoğunluğu Akdeniz, Ege ve Güney Doğu Anadolu bölgelerinde olmak üzere, 3 – 3.5milyon konutta güneş kollektörü bulunmaktadır Bu toplayıcıların tümü 18 milyon m2‘dir ve EİE verilerine göre 2007 de üretilen enerji miktarı 420 bin ton eşdeğeri petrolünüstündedir. Çizelge 2. 10 Güneş kolektörleri ile elde edilen enerji miktarı tahminiGüneşten elektrik üretimi ise 1000 kW kurulu güç ile pilot uygulamalar seviyesindedir.Şu anda 3000 dolar olan kW maliyetinin 1500 dolar’a düşmesi durumunda ülkemizdede güneşten elektrik üretimi uygulamaları yaygınlaşabilecektir.Güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kullanımlarına ülke enerji politikalarında yerverilmesi, enerji dış alımlarını azaltabileceği gibi fosil yakıtlardan kaynaklanan çevrekirliliğinin azaltılmasını da sağlayacaktır [9]. 45
    • 2.9.4 Güneş Enerjisinin Kullanım AlanlarıGüneş enerjisinin kullanımı, gündelik yaşam yapısından ve konutlardan başlamakta;haberleşmeye, tarıma, endüstri kesimine, elektrik santrallerine, askeri hizmetlere veuzaya kadar uzanmaktadır. Güneş enerjisinin günümüzde önem kazanan uygulamaları;oldukça yaygınlaşan güneşli su ısıtıcılarının dışında, güneşle ısınan binaların yapımı,güneş enerjisinin elektriğe çevrilmesi, güneş enerjili su pompalarının tarımsal sulamadakullanılması, geleceğin yakıtı olan hidrojenin sudan üretiminde güneş enerjisindenyararlanılması biçiminde sıralanabilir [10].Ayrıca güneş enerjisinin kullanıldığı alanlara hesap makineleri, radyo, TV ve uydualıcıları, radar ve meteoroloji istasyonları, havaalanları ve helikopter pistışıklandırmaları, denizcilik uygulamaları, mobil telefonlar, karavanlar, sokak ve bahçeaydınlatmaları ilave edilebilir.Güneş enerjisinin kontrollü ısı uygulamaları ise hızla gelişmektedir. Amerika ve Japonya‘da yılda üretilen kollektör miktarı 1.800.000 m2 düzeyini geçmiştir. Yine bir yıldaAvustralya ‘da 176.000 m2, İtalya ‘da 80.000 m2, Avusturya ‘da 56.000 m2, Kanada ‘da46.000 m2, Yunanistan ‘da 41.000 m2, Almanya ‘da 27.000 m2 ve İsveç’te 25.000 m2kollektör üretilmiştir. 100 m2 ‘lik kollektör yüzeyinin 70 kW ısıtma gücüne eşdeğerolduğu, %40 verimle 28 kW güç elde edilebileceği düşünülürse sıralanan kollektöryüzeylerinin önemi vurgulanmış olur [11].Fotovoltaik pil üretiminde başta gelen ülkeler, ABD ve Japonya ‘dır. ABD ‘nin üretimi,dünya piyasasının %30 ‘unu oluşturmaktadır. Japonya ise hesap makinelerindekullanılan fotopillerin %80 ‘inden çoğunu üretmektedir. Fransa dünyadaki yıllıküretimin %5 ‘ini, Avrupa ‘nın ise %30 ‘unu sağlamaktadır. İtalya, Avrupa ‘daki %25 ‘likpayı ile Fransa ‘yı izlemektedir. Sonraki sıralarda ise %20 ‘lik pay ile Almanya ve %10 lukpay ile İspanya gelmektedir [10].Bugün için güneş enerjisinin kullanılmasındaki genel amaç, alışılagelen birincil kaynakfosil yakıtların tutumlu ve ölçülü kullanımına yardımcı olmaktır. Dünya yapay enerjibunalımı, güneş enerjisinin teknolojik gelişimini ve geleceğini büyük ölçüde etkileyereközellikle üç uygulamaya ağırlık kazandırmıştır. Bunlar; 46
    •  Yapıların ısıtılmasında güneş enerjisinin kullanılması, Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülerek kullanılması ve güneş elektrik santrallerinin geliştirilmesi, Geleceğin yakıtı olan hidrojenin sudan üretilmesinde güneş enerjisinin kullanılması.Hidrojen, güneş enerjisinden yararlanılarak elektrik ve termik yöntemlerleüretilmektedir. Suyun elektrolizi; hibrid elektrokimyasal ve termokimyasal işlevlerlesuyun parçalanması, doğrudan termal ya da termokimyasal işlevlerle suyunayrıştırılması teknolojilerini geliştirmiştir. Likit ya da hibrid biçiminde hidrojenle çalışantermik motorlu araçlar da piyasaya çıkarılmış bulunmaktadır. Uçakların gaztürbinlerinde de yakıt olarak kullanılabilen hidrojen, elektrik santralleri ve endüstriişletmelerinden konutlara kadar pek çok yerde çevreyi kirletmeyen temiz enerji olarakdeğerlendirilecektir.10 MW ‘a kadar güçlerde yalnız güneş enerjisi ile çalışan termik elektrik santrallerinyapılmış olmasının yanında, 800 MW ‘lık güçlere kadar uzanan fosil yakıtlı büyük termikelektrik santrallerinde de güneş enerjisinin yardımcı kaynak olarak kullanılmasıüzerinde durulmaktadır [12]. Yapılan projelere göre besleme suyu ısıtılması, doymuşbuhar üretilmesi, buharın kızdırılması, buharlaştırma ve kızdırma kombinasyonu,buharın tekrar ısıtılması, besleme suyu ısıtması ve hava ön ısıtması kombinasyonu gibibirçok yollarla büyük santrallerin termodinamik çevrimine güneş enerjisinin katkısınısağlamak mümkündür.Yeryüzü güneş santrallerinden başka, uzay uydusu tipinde ve dünya bağlantılı güneşsantrallerinin de projelendirilmesine çalışılmaktadır. Yeryüzünden 36000 km uzaklıktave 10000 MW güce sahip bir uzay santralinden üretilecek elektrik enerjisi, santralın 1km çaplı anteninden mikrodalga ışınımı biçiminde iletilecek, dünyadaki 7 km çaplı biranten de bu enerjiyi doğru akım biçiminde ve %55-75 verimle alabilecektir. 47
    • BÖLÜM 3 GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİGüneş 1,4 milyon km çapıyla, dünyanın 110 katı büyüklüğünde ve dünyadan 1,5x1011m uzaklıkta, yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıklı bir yıldızdır. Yüzey sıcaklığı, yaklaşık6.000 °K olup iç bölgelerindeki sıcaklığın 8x106 °K ile 40x106 °K arasında değiştiğitahmin edilmektedir. Doğal ve sürekli bir füzyon reaktörü olan güneşin enerji kaynağı;4 Hidrojen atomunun 1 Helyum atomuna dönüşmesinde gizlidir. 4 hidrojen atomu4,032 birim ağırlıkta, hâlbuki 1 Helyum atomu 4,003 birim ağırlıktadır. Bu olay sonucu;0,029 birim ağırlık Einstein’ın madde-enerji bağıntısı sonucu enerjiye dönüşmektedir.Yani güneşte, her saniyede 564 milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyumadönüşmekte ve kaybolan 4 milyon ton kütle karşılığı 3,86x1026 J enerji açığa çıkmaktave bu enerji, ışınım şeklinde uzaya yayılmaktadır.Toplam enerji rezervi 1,785x1047 J olan bu yıldız daha milyonlarca yıl ışınmasınısürdüreceğinden Dünya için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Dünyanın çapına eşit birdairesel alan üzerine çarpan güneş gücü, 178 trilyon kW düzeyindedir. Güneş enerjisi,uzaya ve gezegenlere elektromanyetik ışınım (radyasyon) biçiminde yayılır Dünya’yagüneşten gelen enerji, Dünya’da bir yılda kullanılan enerjinin 20 bin katıdır [13, 15].Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar, özellikle 1970lerden sonra hızkazanmış, güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımındandüşme göstermiş, güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendinikabul ettirmiştir [13, 14]. 48
    • Güneş enerjisi, günümüzde konut ve iş yerlerinin iklimlendirilmesi (ısıtma-soğutma),yemek pişirme, sıcak su temin edilmesi ve yüzme havuzu ısıtılmasında; tarımsalteknolojide, sera ısıtması ve tarım ürünlerinin kurutulmasında; sanayide, güneşocakları, güneş fırınları, pişiricileri, deniz suyundan tuz ve tatlı su üretilmesikonularında kullanılmaktadır. Ayrıca güneş pompaları, güneş pilleri, güneş havuzları, ısıborusu uygulamalarında; ulaşım ve iletişim araçlarında, sinyalizasyon ve otomasyonda,elektrik üretiminde kontrollü olarak kullanılmaktadır [13, 16].Güneş enerjisi teknolojileri yöntem, malzeme ve teknolojik düzey açısından çokçeşitlilik göstermekle birlikte iki ana gruba ayrılabilir: Isıl Güneş Teknolojileri: Bu sistemlerde, öncelikle güneş enerjisinden ısı elde edilir. Bu ısı doğrudan kullanılabileceği gibi elektrik üretiminde de kullanılabilir. Güneş Pilleri: Fotovoltaik piller de denen bu yarı iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler.3.1 Güneş Enerjisi ve Araçlarda KullanımıGüneş enerjisi birçok alanda kullanıldığı gibi ulaşım araçlarında da kullanımımümkündür. Elektrik motorlu araçlar otomobil firmalarınca satışa sunulmayabaşlanmış olup tüketici talebinin gün geçtikçe arttığı gözlemlenmektedir. Halen gelişmesürecinde olan güneş pili teknolojileri, elektrikli arabaların enerji gereksiniminikarşılayabilecek düzeye geldiğinde güneş enerjili arabaların günlük hayatta kullanımınıda mümkün kılacaktır.3.1.1 Güneş PilleriFotovoltaik terimi “foto” ve “volta” kelimelerinden oluşmaktadır. Foto “ışık”, Volta iseelektrik birimi olarak kullanılmaktadır. Fotovoltaik “güneş ışığını doğrudan elektriğeçevirme” anlamına gelmektedir. Fotovoltaikler için kullanılan ortak kısaltma PV’dir [17].Fotovoltaik piller için kullanılan ortak terim “Güneş Pilleri” olmakla birlikte, piller hertür ışık altında elektrik üretebilirler (Şekil 3.1). Güneş pilleri, enerjinin korunumuyasasına uygun olarak, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren cihazlardır; ancakenerjiyi depolayamazlar [18]. 49
    • Şekil 3.1 Güneş pili, hücre, modül ve panelGüneş Pillerinin yapısında temel malzeme olarak silikon kullanılmasına rağmen pillerinyapısında bulunan diğer malzemelerin gelişmesi ile birlikte maliyet kayıpları azaltılmışve verimlilikleri arttırılmıştır. Güneş pili maliyetlerinde son yıllarda etkili bir azalmayaşanmaktadır. Ancak fotovoltaik enerji üretim maliyetleri hala konvensiyonel enerjikaynaklarından daha yüksektir. Fotovoltaik sektöründeki yüksek büyüme oranındandolayı, maliyetlerinin giderek azalacağı yönünde beklentiler devam etmektedir [17].3.1.1.1 Güneş Pillerinin Tarihçesiİlk kez 1839 yılında Becquerel, elektrolit içerisine daldırılmış elektrotlar arasındakigerilimin, elektrolit üzerine düşen ışığa bağımlı olduğu gözlemleyerek Fotovoltaikolayını bulmuştur. Katılarda benzer bir olay ilk olarak selenyum kristalleri üzerinde1876 yılında G.W. Adams ve R.E. Day tarafından gösterilmiştir. Bunu izleyen yıllardaçalışmalar bakır oksit ve selenyuma dayalı foto diyotların, yaygın olarak fotoğrafçılıkalanında ışık metrelerinde kullanılmasını beraberinde getirmiştir. 1914 yılındafotovoltaik diyotların verimliliği %1, değerine ulaşmış ise de gerçek anlamda güneşenerjisini %6 verimlilikle elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik diyotlar ilk kez 1954yılında silikon kristali üzerine gerçekleştirilmiştir.Fotovoltaik güç sistemleri için dönüm noktası olarak kabul edilen bu tarihi izleyenyıllarda araştırmalar ve ilk tasarımlar, uzay araçlarında kullanılacak güç sistemleri içinyapılmıştır. Fotovoltaik güç sistemleri 1960’ların başından beri uzay çalışmalarının 50
    • güvenilir kaynağı olmayı sürdürmektedir. 1970’ li yılların başlarına kadar, güneşpillerinin uygulamaları ile sınırlı kalmıştır. Güneş pillerinin yeryüzünde de elektrikselgüç sistemi olarak kullanılabilmesine yönelik araştırma ve geliştirme çabaları 1954’lerde başlamış olmasına karşın, gerçek anlamda ilgi 1973 yılındaki 1. Petrol bunalımınıizleyen yıllarda olmuştur. Amerika’da, Avrupa’da, Japonya’da büyük bütçeli ve genişkapsamlı araştırma ve geliştirme projeleri başlatılmıştır. Bir yandan uzay çalışmalarındakendini ispatlamış silikon kristaline dayalı güneş pillerinin verimliliğini artırma çabalarıve diğer yandan alternatif olmak üzere çok daha az yarı iletken malzemeye gerekduyulan ve bu neden ile daha ucuza üretilebilecek ince film güneş pilleri üzerindekiçalışmalara hız verilmiştir. 1975’ ten sonraki ilk 15 yılda özellikle uzay programları içinsilikon güneş pillerinin üretimi yılda ortalama 100 kW civarındaydı. 1987 yılına doğrutüm dünya içinde yerküre uygulamaları için kullanılan modellerin yıllık siparişi 1986yılında 28.6 MW’ a ulaştı. Güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirme, basit, çevredostu olan fotovoltaik sistemlerin araştırılması ve geliştirilmesi, maliyetinin düşürülerekyaygınlaştırılması misyonu uzun yıllar üniversitelerin yüklendiği ve yürüttüğü bir görevolmuş ve bu nedenle kamuoyunda hep laboratuarda kalan bir çalışma olarak kalmıştır.Ancak son yirmi yılda dünya genelinde çevre konusunda duyarlılığın artmasına bağlıolarak kamuoyundan gelen baskı, çok uluslu büyük şirketleri fosile dayalı olmayan yenive yenilenebilir enerji kaynakları konusunda çalışmalar yapmaya zorlamışlardır. Büyükşirketlerin devreye girmesiyle fotovoltaik piller konusundaki teknolojik gelişmeler vegüç sistemlerine artan talep ve buna bağlı olarak büyüyen üretim kapasitesi,maliyetlerin hızla düşmesini de beraberinde getirmiştir. Yakın geçmişe kadar alışılagelmiş elektrik enerjisi üretim yöntemleri ile karşılaştırıldığında çok pahalı olarakdeğerlendirilen fotovoltaik güç sistemleri, artık yakın gelecekte güç üretimine katkısağlayabilecek sistemler olarak değerlendirilmektedir. Özellikle elektrik enerjisiüretiminde hesaba katılmayan ve görünmeyen maliyet olarak değerlendirilebilecek“sosyal maliyet” göz önüne alındığında, fotovoltaik sistemlerden fosile dayalısistemlerdin daha ekonomik olarak değerlendirilebilir [19]. 51
    • 3.1.1.2 Güneş Pillerinin Çalışma PrensipleriÖncelikle şunu belirtmeliyiz ki güneş arabalarının en önemli parçalarından olan güneşhücreleriyle ilgili çalışma fırsatı bulamasak da aracı revizyon eden ekip olarak bubölüme tezimizde özel bir yer ayırdık.N JonksiyonEn yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılan Silisyum ya da Germanyum dan N tipiyarıiletken elde etmek için Silisyum/Germanyum eriyiğine periyodik cetvelin 5.grubundan bir element, örneğin Fosfor ya da Antimon eklenir. Silisyum/Germanyumun dış yörüngesinde 4, Fosfor/Antimon un dış yörüngesinde 5 elektron olduğu için,Fosfor un/Antimon un, fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir. Bunedenle V. grup elementlerine "verici" ya da "N tipi" katkı maddesi denir. Şekil 3.2 Antimon ilave edilmiş N-tipi yarı-iletkenP JonksiyonP tipi yarıiletken elde etmek için ise, Silisyum/Germanyum eriyiğe 3. gruptan birelement (Alüminyum, İndiyum, Bor gibi) eklenir. Katkı yapılan atomların sonyörüngesine üç adet elektron olduğundan, yabancı atomun girdiği yerde bir elektroneksikliği meydana gelecektir. Buna "boşluk" veya "delik" adı verilir (Şekil 3.3). Sıcaklıkveya uyarılma gibi nedenlerle bu boşluklar serbest elektronlar ile doldurulur.Böylece, yapı içerisinde bir tür boşluk hareketi, başka bir ifade ile pozitif yük hareketioluşacaktır. Boşluk hareketi bir tür pozitif yük hareketi olduğundan, bu tip yapıya 52
    • "pozitif tip (P - tipi) yarıiletken" adı verilir. P - tipi yarıiletkenin elde edilmesindekullanılan üç değerlik elektronlu atoma "alıcı (acceptor) iyon" adı verilir. Şekil 3.3 Bor ilave edilmiş P tipiP - N JonksiyonuPV çalışması P - N jonksiyonlu yarıiletkenin çalışma prensibine dayanır. P ve N tipikatkılandırılmış malzemeler Silisyum içerisinde bir araya getirildiğinde yarıiletkeneklemler oluşturulur. Fosforla katkılandırma (N - katkı) yapıldığında, kristal kafes yapıiçindeki her bir fosfor atomu için bir adet fazlalık elektron bulunur. Şekil 3.4 Silisyuma Bor ve Fosfor ilave edilmiş P-N tipi yarıiletken 53
    • Bazı maddelerin elektriksel özellikleri ışığa bağlı olarak değişmekte ve güneş pillerindeelektrik üretimini bu özellikler oluşturmaktadır. Birbirine benzemeyen herhangi ikimalzemenin eklemi ile fotovoltaik etki oluşturabilmektedir. Fakat güneş pillerindeiletken metaller ile yalıtkan malzemeler arasındaki değerlerde olan yarıiletkenmalzemeler kullanılır. PV piller güneş eneıjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürenyarıiletken kristallerdir. Yarıiletken maddelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için Nya da P tipi katkılanmaları gereklidir. Katkılama, saf yarıiletken eriyik içerisine istenilenkatkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Elde edilen yarıiletkenin N, Pya da PN tipi olması katkı maddesine bağlıdır.Güneş hücreleri güneşten gelen enerjiyi elektrik enerjisine çevirirler. Güneş ışığındakifotonlar, elektronları yarı iletken metalik bir yonga plakasının bir katmanından bir diğerkatmanına hareket ettiren enerjiyi sağlar. Elektronların bu hareketi bir akım yaratır.Güneş pilleri yada fotovoltaik piller, yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrikenerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daireşeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm 2 civarında,kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasında oluyor.Fotovoltaik etki silisyum gibi yarıiletkenmaddelerin içinde oluşur. Fotopil denen fotovoltaik hücreler, bir P-N denklemi, yani ikikatmanlı bir yarıiletken bölge içerir. Bunların birindeki (“delik” diye de adlandırılan ve +elektrik yüküyle sonuçlanan) elektron azlığı ve diğerindeki (- yük sağlayan) fazlalığı, bubölgenin her iki tarafında bir elektrik alanının oluşmasına yol açar. Şekil 3.5 Bir güneş pilinin çalışması 54
    • Yarıiletken tarafından emilen ışık akısının fotonları, yarıiletken parçanın iki tarafındaayrı ayrı toplanan elektron-delik çiftlerini oluşturur. Bunun sonucunda, ekleminaydınlanan yüzüyle ve buraya düşen ışığın yoğunluğuyla orantılı bir elektrik akımımeydana gelir.Açık, güneşli bir havada 1 desimetre çapında bir fotopil, yaklaşık olarak 1watt üretir. Verimi (çıkış gücünün gelen ışık gücüne oranı) kullanılan malzemeye göredeğişir. Fotopiller genellikle çok kristalli yada amorf (biçimsiz) silisyumdan yapılır. Çokkristalli silisyum yüksek güvenilirliğinden ve yüksek veriminden dolayı (yüzde 10-14) ilgiçekiyor. Buna karşılık amorf silisyumun verimi daha düşük ( yüzde 7).Bununla birlikte, daha ince katmanlar halinde kullanılabildiğinden daha az masraflı.Fotopiller, 1950’lerde uyduların elektrik elde etmesi için geliştirilmişti. Günümüzdeyseelektrik elde etmek için bir alternatif enerji kaynağı olarak düşünülüyor. Günümüzelektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi güneş pilleri de,yarıiletken maddelerden yapılıyor. Yarıiletken özellik gösteren birçok madde arasındagüneş pili yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellürgibi maddeler. Yarıiletken maddelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için N yada Ptipi katkılanmaları gerekli. Katkılama, saf yarıiletken eriyik içerisine istenilen katkımaddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Elde edilen yarıiletkenin N ya da Ptipi olması katkı maddesine bağlı. En yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılansilisyumdan N tipi silisyum elde etmek için, silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5.grubundan bir element, örneğin fosfor eklenir. Silisyumun dış yörüngesinde 4, fosforundış yörüngesinde 5 elektron olduğu için, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıyabir elektron verir. Bu nedenle 5. grup elementlerine "verici" ya da "N tipi" katkımaddesi denir.P tipi silisyum elde etmek içinse, eriyiğe 3.gruptan bir element(alüminyum, indiyum, bor gibi) eklenir. Bu elementlerin son yörüngesinde 3 elektronolduğu için kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna boşluk yadadelik denir ve pozitif yük taşıdığı varsayılır. Bu tür maddelere de "P tipi" yada "alıcı"katkı maddeleri denir. P yada N tipi ana malzemenin içerisine gerekli katkımaddelerinin katılmasıyla yarıiletken eklemler oluşturulur. N tipi yarıiletkendeelektronlar, P tipi yarıiletkende delikler çoğunluk taşıyıcısıdır. P ve N tipi yarıiletkenlerbir araya gelmeden önce, her iki madde de elektriksel bakımdan nötrdür. Yani P tipindenegatif enerji seviyeleri ile delik sayıları eflit, N tipinde pozitif enerji seviyeleri ile 55
    • elektron sayıları eflittir. PN eklem oluştuğunda, N tipindeki çoğunluk taşıyıcısı olanelektronlar, P tipine doğru akım oluştururlar. Bu olay her iki tarafta da yük dengesioluşana kadar devam eder.PN tipi maddenin ara yüzeyinde, yani eklem bölgesinde, P bölgesi tarafında negatif, Nbölgesi tarafında pozitif yük birikir. Bu eklem bölgesine "geçiş bölgesi" yada "yüktenarındırılmış bölge" denir. Bu bölgede oluşan elektrik alan "yapısal elektrik alan" olarakadlandırılır. Yarıiletken eklemin güneş pili olarak çalışması için eklem bölgesindefotovoltaik dönüşümün sağlanması gerekir. Bu dönüşüm iki aşamada olur, ilk olarak,eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-delik çiftleri oluşturulur, ikinci olarak ise,bunlar bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır. Şekil 3.6 Güneş pilinin işleyişiYarıiletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluşur. Bubandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını alırlar. Bu yasak enerji aralığına eflit veyadaha büyük enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisinivalans banttaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına çıkmasını sağlar.Böylece, elektron-delik çifti oluşur. Bu olay, PN eklem güneş pilinin ara yüzeyindemeydana gelmişse elektron-delik çiftleri buradaki elektrik alan tarafındanbirbirlerinden ayrılır. Bu şekilde güneş pili, elektronları N bölgesine, delikleri de Pbölgesine iten bir pompa gibi çalışır. Birbirlerinden ayrılan elektron-delik çiftleri, güneşpilinin uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluştururlar. Bu süreç yeniden bir fotonun pilyüzeyine çarpmasıyla aynı şekilde devam eder. Yarıiletkenin iç kısımlarında da, gelenfotonlar tarafından elektron-delik çiftleri oluşturulur. Fakat gerekli elektrik alan 56
    • olmadığı için tekrar birleşerek kaybolurlar. Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde yeralan füzyon süreciyle açığa çıkan ışıma enerjisi, Güneşteki hidrojen gazının helyumadönüşmesi şeklindeki füzyon sürecinden kaynaklanır. Dünya atmosferi-nin dışındagüneı enerjisinin şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m2 değerindedir, ancakyeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyayagelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazla.Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970lerden sonra hızkazandı. Güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımındandüşme gösterdi; çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirdi.Fotovoltaj (FV) güneş pilleri algıladıkları foton enerjisinden eşit sayıda pozitif ve negatifyükler oluşturarak güneş enerjisini doğrudan kullanılabilir yararlı elektrik enerjisinedönüştüren cihazlardır. Oluşturulan pozitif ve negatif yükler fotovoltaj ve fotoakımmeydana getirmek üzere ayrıştırılırlar. Negatif (elektronlar) ve pozitif (delikler) yükleriayrıştırmak için en uygun malzemeler Silikon, Bakır-Kadmium Sülfat ve Galyum-Arsenitgibi yarıiletkenler olup, fotovoltaj güneş pillerinin üretiminde en fazla bunlarkullanılırlar. Şekil 3.7 P-N birleşimli bir diyodun simetrik özellikleri ve diyotun karanlık ışık altındaki akım-gerilim karakteristikleriFV güneş pillerinin çalışması pozitif-negatif (P-N) birleşimli bir diyotun çalışmasınabenzer. Yani elektronlar N katmanından çıkıp bir dış devre üzerinden P katmanına geridönerler ve deliklerle yeniden birleşirler. Şekil 3.7’de bu P-N birleşimi basitçe 57
    • gösterilmiştir. Yarıiletken bir diyot oluşturulurken, pozitif (P) tipi ve negatif (N) tipi ikiyarıiletken malzeme birleştirilir. Örneğin bir Silikon P-N diyotta, P tipi bir malzeme eldeetmek için genellikle saf Silikon malzemeye bir miktar (1:1,000,000 oranında) Boroneklenir. Benzer şekilde N tipi bir malzeme elde etmek için de saf silikona bir miktarfosfor eklenir. Fosfor eklenen Silikon parçasında serbest elektronlar oluşurken, Boroneklenen parçada da boşluklar (delikler) oluşur.Biri Boron, diğeri Fosfor karışımına sahip iki Silikon parçası birleştirilmeden önce, N ve Pmalzemeler doğal yüklerine sahiptirler. Yani proton ve elektronları birbirine eşittir.Hatta malzemelerden birinde kullanılabilir elektronlar, diğerinde ise kullanılabilirdelikler mevcuttur. Ayrıca her iki parça da kendi doğal atomları ve normal elektronsayılarına sahiptirler. P ve N tipi malzemelerin birleştirilmesiyle N tipi malzemedekielektronlar P tipi malzemeye akmaya başlarken, P tipi malzemedeki delikler de N tipimalzemeye akmaya başlar. Bu akış, aniden bir dengesizlik meydana getirir. N tipimalzeme bazı valans elektronlarını kaybetmeye başlar ve böylece net bir pozitif yükesahip olur. P tipi malzeme de bazı ek elektronlar kazandığı için net bir negatif yükesahip olur. Böylece sınır potansiyeli olarak isimlendirilen küçük bir gerilim, birleşmenoktası kenarlarında oluşarak daha fazla elektronun N tipi malzemeden P tipimalzemeye akması önlenir ve geçiş bölgesindeki bütün serbest elektron ve delikler bubölgenin dışına itilirler. P-N birleşimi ve prensip yapısı Şekil 3.8’de verilmektedir.Aslında burada, bir malzeme bloğu içerisinde faaliyete sokulan sürekli birelektromanyetik kuvvet oluşturulmaktadır. 58
    • Şekil 3.8 Boron içeren P tipi ve fosfor içeren N tipi iki silikon parçasının birleşimi ile oluşan P-N birleşme bölgesiDaha önce de belirtildiği gibi, P tipi malzeme de bol miktarda delikler bulunur. Bununnedeni de Silikona karıştırılan Borondur. Benzer şekilde Silikona karıştırılan Fosfornedeniyle N tipi malzemede de bol miktarda elektron bulunur. Boron karışımınedeniyle P tipi malzemede yoğunluk kazanan deliklere P çoğunluk taşıyıcılar, Fosforkarışımı nedeniyle N tipi malzemede yoğunluk kazanan elektronlara da N çoğunluktaşıyıcılar adı verilebilir.Ancak bu çoğunluk taşıyıcıların yanı sıra, hem P hem de N tipi malzeme de azınlıktaşıyıcılar mevcuttur. Yanı çoğunlukla deliklerin bulunduğu P tipi malzeme de bir miktarda elektron bulunur. Ancak bunlar az miktarda olduğundan, P azınlık taşıyıcılar olarakisimlendirilirler. Benzer şekilde N tipi malzemede çoğunluğu oluşturan elektronlarınyanı sıra bir miktar da delik bulunur ve bunlar N azınlık taşıyıcılar olarakisimlendirilirler.P ve N tipi malzemelerdeki çoğunluk taşıyıcılar Silikonla birleştirilen Boron ve Fosfortarafından belirlendiği için ışık ya da termik uyarmalardan etkilenmezler. Ancak, azınlıktaşıyıcıların sayısı, doğrudan doğruya PN birleşimini etkileyen ışık ve ısıya bağlıdır. İştebu azınlık taşıyıcılar, bir FV güneş pilinde elektriğe dönüştürülecek güneş gücününtemel taşlarını teşkil ederler [18]. 59
    • 3.1.1.3 Güneş Pili ÜretimiOksijen zincirine çeşitli grupların eklenmesiyle elde edilen ve güneş pili sisteminintemel elemanı olan Silisyum güneş pili hücresinin yapısında kullanılmaktadır. Üreticileraynı zamanda Solar Cells adlandırılan güneş hücreleri şekillendirmek; taşıma vekullanım açısından kolaylaştırmak amacıyla laminasyon teknolojisini kullanıp hücrelerinönyüzüne optik geçirgenliği anti reflektif (yansıtıcı) cam ile (cover material); her ikitarafında arka ve üst katmanlara yapışmasını sağlayan şeffaf bir malzeme(encapsulation material) olan EVA ile (ethylene vinyl acetate - etilen vinil asetat)kaplayarak bütünün bir metal çerçeveye alınmasıyla oluşturulurlar. PV hücrenin arkakatmanı (black - sheet material) olarak TEDLAR adı verilen malzemelerkullanılmaktadır. TEDLAR, montajı tamamlanmış hücrenin alt kısmını oluşturur ve DCelektrik akımı için gerekli bağlantılar, bu katmanın arkasında yerleştirilen kablo kutusuiçerisinden alınır. Şekil 3.9’ da güneş pili hücresi yapısı verilmektedir. Şekil 3.9 Güneş pili hücresi yapısıÇok dayanıklı bir hale gelmiş olan güneş hücreleri 20 yılın üzerinde kullanım sürelerineulaşırlar. Dilim formunda, yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen(Şekil 3.10), 100x100, 125x125 veya 156x156 mm lik kalınlığı 2,5x10-4m boyutlardaolan Mono- kristal yapıdaki standart hücrenin gücü 0,5 V geriliminde 1 W tır. 60
    • Şekil 3.10 Bir güneş hücresi3.1.1.4 Güneş Pili ÇeşitleriFotovoltaik teknolojileri, her biri ayrı kristal yapıya sahip atomlara göresınıflandırılabilir. Bube (1998) tarafından, bu kristallerin boyutlarına göre bir soyağacıtanımlanmıştır [20].Tek Kristalli Silikon Güneş PilleriYakın bir zamana kadar güneş pillerinin çoğu saf tek kristalli silikonlardan yapılmıştır.Tek bir silikonla birbirini takip eden kristal kafes seklindeki bu yapılar hemen hemenkusursuz denecek saflıktadır [19]. Silisyum elektriksel, optiksel ve yapısal özelliklerininuzun süre değişmemesi ve silisyum üretim teknolojisinde elde edilen ilerlemeler bumalzemenin öne çıkmasını sağlamıştır. Saf tek kristal üretimi oldukça zor ve pahalı birteknolojiyi gerektirmektedir. Oksijenden sonra yeryüzündeki en çok bulunan elementolan silisyumun en çok bulunan biçimi kum ve kuartzdır. Kumun saflık derecesi çokdüşük olduğundan, kullanılmaya uygun değildir. Ancak, kuartzın %90”ı silisyumdur.Kuartz islenerek %99 silika elde edilir. Ardından, silikadan metalürji kalitesinde silisyumelde edilir. Bunu izleyen aşamada ise, silisyum saflaştırılarak yarı-iletken niteliğinde çokkristalli silisyum elde edilir. Poly-silisyum elde edilmesine kadar olan aşamaların herbirisi yoğun enerji gerektiren ve maliyeti yükselten işlemlerdir [21]. 61
    • Çok Kristalli Silikon Güneş PilleriÇok kristalli silikonlar, tek kristal silikonların küçük taneciklerinden oluşmaktadır. Çokkristalli silikonlardan değişik yollarla direkt güneş pili levhaları yapılmaktadır. Tekkristalli silikonların üretimine benzeyen bu piller eriyen çok kristalli silikonlarınkontrollü şekilde küp seklindeki kalıplara dökülüp soğumasından sonra kare seklindekesilmesi ile oluşur. Çok kristalli fotovoltaik pillerin üretimi tek kristallilere göre dahakolay ve daha ucuzdur. Fakat çok kristalli silikonların verimi daha düşüktür.Çok kristalli pillerin verimlilikleri laboratuar üretimlerinde %18, seri üretimlerde ise%13-14 oranındadır. Her iki hücre pili için de yarı iletken tabakanın kalınlığınınarttırılması ile verimliliğin artacağı savunulmaktadır [19].İnce Film Güneş Pilleriİnce film hücreler, yarı iletken malzemelerin; cam, paslanmaz çelik ya da plastiktenyapılmış geniş yüzeyler üzerine ince film tabakası seklinde kaplanması ile elde edilenhücrelerdir [19]. Güneş pillerinde kullanılan malzemenin ve işçiliğin azaltılması,teknolojinin basitleştirilerek maliyetlerinin düşürülmesi yönünde yapılan araştırma vegeliştirme çalışmalarından, yarı-iletken malzemenin geniş yüzeyler üzerine ince filmseklinde kaplanması yöntemi, farklı bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Bu alandayapılan araştırma ve geliştirme çalışmaları güneş pilleri üretiminde kullanılabilecekbirçok yarı-iletken malzemenin düşük maliyetlerde cam, metal ya da plastik folyo gibitabakalar üzerinde geniş yüzeylere kaplanabileceğini göstermiştir. İnce film fotovoltaikmalzeme genellikle çok kristalli malzemelerdir.Başka bir deyişle ince film yarı-iletken malzeme, büyüklükleri bir milimetrenin bindebirinden-milyonda birine kadar değişen damarlardan oluşmaktadır. İnce film güneşpilleri arasında üç büyük aday öne çıkmaktadır. Bunlar; amorf-silisyum, kadmiyum vetellür elementlerinden meydana gelen bileşiklerdir [21].Optiksel özellikleri uygun seçilen bir yarı iletken malzemede milimetrenin binde birikadar bir kalınlık içerisinde güneş ısınlarının tümüne yakın bir kısmı soğurulabilir.Dolayısı ile ince film fotovoltaik malzemede kalınlık, silisyum üzerinde yapılan pilleregöre çok daha azdır. Ayrıca ince-film malzeme istenen bir biçimde çok farklı malzemeüzerinde ve geniş yüzeylere kaplanabilir, oysa silisyum piller büyütülen kristalin 62
    • boyutları ile sınırlıdır. Fotovoltaik modül yapımında ince filmlerin kullanımı daha kolayve uygundur. Bugün laboratuar verimlilikleri %18’lere kadar çıkmış olan ince film güneşpillerinin uzun dönemde istenen düzeylere ulaşmamış olması, üretici firmalarınkararlılıklarını etkilemektedir. Ancak, ulaşılan düzeyde bile ince film güneş pilleri içinSiemens, BP Solar, Conan gibi firmalar pilot üretim denemelerini sürdürmektedirler.Amorf Silisyum güneş pilleri Amorf silikon olarak bilinen güneş pilleri silikonların çokince tabakalarından oluşmaktadır. Bu silikon atomları yukarıda belirtilen kristalformlara göre daha düzensiz şekilde yerleşmiştir. Amorf silikon hücrelerini üretmekdiğer kristal silikonlara göre oldukça ucuzdur. Ayrıca bir Amorf Silisyum ışığı daha kolayiçine çekmektedir. Bu pillerin üretim işlemleri kristal silikonlar için gerekenden dahadüşük sıcaklıklardadır.Düşük enerji ihtiyacı olan yerlerde daha çok tercih edilmektedir [22]. Soğurma katsayısıçok büyük olan amorf silisyum, 250°C dolayındaki sıcaklıklarda geniş yüzeylere düzgünbir şekilde kaplanabilmektedir. Amorf Silisyum ilk olarak 1981 yılında ticari anlamdaürün olarak satışa sunulmuştur. Bu yıllardaki verimi %10 civarında olan amorf silisyumPV hücrelerin verimi, 1987 yılına gelindiğinde %12,7’lere ulaşmıştır [23]. Amorf-Silisyum malzemesini kristalli-silisyumdan ayıran özellik, silisyum atomlarının malzemeiçindeki düzenlerinin, birinci derece komsu atomların ötesinde gelişigüzel olmasıdır.Malzeme içindeki yapı taslarının gelişigüzel dizilisi amorfsilisyumun elektriksel iletimkalitesini düşürse de, yarı iletken içerisine %5-10 oranında hidrojen katılarakfotovoltaik çevrime uygun düzeyde tutulabilirler [24].Kadmiyum Tellür İnce Film Güneş PilleriPeriyodik tablonun ikinci grubunda bulunan Kadmiyum elementi ile altıncı grubundabulunan Tellür elementinin bir araya gelmesiyle oluşan (II-VI birleşik yarı-iletkenikadmiyum tellür) CdTe’nin, oda sıcaklığında yasak enerji aralığı Eg=1,5eV değeri ilegüneş spektrumundan maksimum dönüşümü elde etmek için gerekli olan değereoldukça yakındır. Yüksek soğurma katsayısı yanında, ince film büyütme teknolojisininbirçoğu ile kolayca üretime olanak tanıması, geniş yüzey alanlı güneş pili üretimindeCdTe birleşik yarı iletkeninin öne çıkmasını sağlamıştır [21]. 63
    • Kadmiyum Tellür modülleri basit ve ucuz galvanize işlemlerine yakın bir şekildeüretilmektedir. Amorf-Silikonda meydana gelen başlangıç performans düşüklükleriolmadan Kadmiyum Tellürün modül verimliliğin %10’u asması istenmektedir. Bumodüller Kadmiyum ve yüksek zehirli madde içerdiklerinden üretimleri boyunca sıkıgüvenlik önlemleri alınması gerekmektedir. BP şirketine bağlı BP Solar 2002’deKadmiyum Tellür üretimlerini durdurmuştur. Diğer Japon firma Matsushita’da 2002’deKadmiyum Tellür üretimini durdurmuştur. Fakat Amerika’da hala Kadmiyum Tellürüretimi mevcuttur [19]. BP solar firması zehirli etkiyi ortadan kaldırmaya yönelik olarakpilot üretime başlamış olup, 10 MW/yıl üretim kapasiteli bir fabrikayı FairfeldCalifornia-ABD kurma çalışmalarını sürdürmektedir. Bu gibi etkenlerin olmasınarağmen BP Solar, Solar Inc. ve Antek gibi çok uluslu şirketler büyük ölçekli üretimler içinciddi adımlar atmaktadır [21]. Bakır indiyum diselenid güneş pilleri Periyodik tablonunbirinci, üçüncü ve altıncı grupta yer alan elementlerin üç ya da daha fazlasının bir arayagelmesi ile oluşan bu bileşikte, yarıiletkenlerin soğurma katsayıları oldukça yüksekolup, yasak enerji aralıkları güneşin spektrumu ile ideal bir şekilde uyuşacak biçimdeayarlanabilir. Bakır indiyum ve Selenyumdan yapılan üçlü bileşik yarı-iletkenle başlayanbu grup (CIS) güneş pilleri olarak anılır. Laboratuardaki küçük alan pillerinin verimliliği%18’e kadar ulaşırken, 900cm2 yüzey alana sahip modüllerin verimlilikleri %15dolayındadır [22].3.1.1.5 Güneş Pili Güç VerimlilikleriFotovoltaik güneş pillerinin sürekli gelişimlerine bağlı olarak verimliliklerinin özetlendiğiçizgilerin geçerlilik süreleri oldukça kısa olmaktadır. Ancak, karşılaştırılmalı bir kaynakolması amacı ile Fraunhofer Enstitüsü tarafından yapılan en yüksek verimliliklerigösteren özet aşağıdaki tabloda verilmiştir [31]. 64
    • Çizelge 3.1 Güneş pillerinde rapor edilmiş en yüksek verimliliklerGüneş pili yapımında kullanılan malzemenin rezerv durumları da oldukça önemlideğişkenler olarak karşımıza çıkmaktadır. Silisyum, doğada en çok bulunan elementolması nedeni ile rezerv konusunda geleceğe yönelik bir sorun yoktur. Diğer seçenekmalzemeleri oluşturan elementlerin rezerv durumları dünyadaki yıllık üretim ve500MW güç üretimi için gerekli miktar Çizelge 3.2de özetlenmiştir. Çizelge 3.2 Güneş pili yapımında kullanılan maddelerin dünya rezervleri ve üretimi 65
    • 3.1.1.6 Güneş Pillerinin Teknik ve Ekonomik Değerleri Çizelge 3.3 Tek kristal silisyum güneş pili Çizelge 3.4 Tek kristal silisyum güneş pillerinde hedeflenen değerler Çizelge 3.5 Çok kristal silisyum güneş pili Çizelge 3.6 Çok kristal silisyum güneş pillerinde hedeflenen değerler 66
    • Çizelge 3.7 Tek ince film güneş pili Çizelge 3.8 Tek ince film güneş pillerinde hedeflenen değerler Çizelge 3.9 Çoklu ince film güneş pilleriÇizelge 3.10 Çoklu ince film güneş pillerinde hedeflenen değerler 67
    • 3.1.1.7 Güneş Pili Sistemlerinde Kullanılan EkipmanlarGüneş pili panelleri uygulamaya bağlı olarak, akümülatörler, invertörler, akü şarjdenetim aygıtları ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneşpili sistemi (fotovoltaik sistem) oluştururlar. Bu sistemlerde yeterli sayıda güneş pilimodülü, enerji kaynağı olarak kullanılır. Şekil 3.11 basit bir güneş pili sisteminin temelelemanlarını göstermektedir [32]. Şekil 3.11 PV sisteminin temel elemanlarıGüneş pili panelleri gün boyunca elektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar.Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzeresistemde, yüke gerekli olan eneıji akümülatörden alınır. Akümülatörler sisteme göreparalel ya da seri bağlanarak akü grubunu oluşturur (Şekil 3.12). Şekil 3.12 Akü grubu 68
    • Gruptaki akülerin hepsinin aynı marka, aynı kapasiteli olması zorunludur. Aksi takdirdeakülerin yük dağılımında dengesizlik olup kısa sürede akülerin bozulmasına neden olur.Farklı tipteki akülerin teknik bilgileri Çizelge 3.11 de verilmiştir [33]. Çizelge 3.11 Farklı tipteki akülerin teknik bilgileriPV sistemlerde en çok kurşun - asit ve NiCd tipindeki aküler kullanılmaktadır. 3-7 yıllıkkullanım süresi olan aküler PV sistemlerde modüllerden sonra en yüksek maliyetesahip olan birimlerdir.Son zamanlarda piyasaya yeni nesil bakımsız akü veya kuru akü olarak tanınan akülergelmiştir. Likit bazda asit içerenler olduğu gibi, yeni nesil VRLA (Valve Regulated LeadAcid) veya SLA (Sealed Lead Acid)/AGM (Kurşun - Kalsiyum Gaz Rekombinasyonu) veGEL teknolojisi akülerde asit sıvı bazda değildir.Aküler sık bakım gerektirirler. Akülerin çalışması için ortam sıcaklığı kabul edilebilirsıcaklıklar arasında olmalıdır. -10C° den sonra her derece ısı düşüşünde kimyasalreaksiyon süresi ikiye katlanır. Aküler fonksiyonlarını en iyi +10C° ile +30C° arasındagösterir. Bu sebepten aküleri dışarıda bırakmamalı, mümkünse kapalı alanda ısıtıcılarve vantilatörler ile saklanmalıdır.Şaıj kontrol cihazı akülerin ömrünü uzatacak şekilde, sıcaklık algılayıcısı ile ortamsıcaklığını en uygun şarj akımını ayarlayabilmektedir. Şaıj denetleyici yardımıyla akününaşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için kullanılan şarj kontrol cihazı(şaıj denetleyici) ise akünün durumuna göre, ya güneş pillerinden gelen akımı, ya dayükün çektiği akımı keser. Şekil 3.13 şarj kontrol cihazının bağlantı şeklinigöstermektedir. 69
    • Şekil 3.13 Şarj kontrol cihazının bağlantı şekliŞarj kontrol cihazı akülerin ömrünü uzatacak şekilde, sıcaklık algılayıcısı ile ortamsıcaklığını en uygun şarj akımını ayarlayabilmektedir. Şarj denetleyici yardımıylaakülerin gerilimi, mevcut kapasite, anlık şarj akımı değerleri ölçülebilir, günlük - haftalıkolarak amper saat değerleri de kayıt edilebilir.Şebeke uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekli olduğu uygulamalarda, sisteme birinvertör eklenerek akümülatördeki 12-24 DC gerilim, 220V, 50Hz lik sinüs dalgasınadönüştürülür. Yeni tip çeviricilerden %85 ile %95 arasında verim alınabilir. 3 tip çeviricivardır. Bunlar: Kare dalgalı çeviriciler; Sinüs dalgalı çeviriciler; Değiştirilmiş sinüs dalgalı çeviriciler. 70
    • Şekil 3.14 Sinüs dalgalı invertör (çevirici)Çeviriciler sistemin pahalı parçalarından biri olmasının yanında, çeşitli güvenlikekipmanlarına da ihtiyaç duyarlar [34]. Çevirici - akü kablosu üzerinden yüksekmiktarda akım geçeceğinden, bu kablo kalınlığın 5 ile 10 cm arasında seçilmesigereklidir. Çizelge 3.12 de farklı tipteki çeviricilerin karşılaştırılması verilmektedir [31].Sistemi dengeleyici diğer unsurlar; kablolar, bağlantı elemanları, devre anahtarları(şalterler), bağlantı kutuları, elektrik sigortaları ve diğer küçük parçalardanoluşmaktadır. Çizelge 3.12 Farklı tipteki çeviricilerin karşılaştırılması 71
    • 3.1.1.8 Dünyadaki Güneş Pili Üreticileri Ve Üretim Teknolojileri Çizelge 3.11 Dünyadaki güneş pili üreticileri ve üretim teknolojileri 72
    • 73
    • 3.1.2 Güneş Pili Kullanım AlanlarıGüneş pilleri, elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada kullanılabilir. Güneşpili modülleri uygulamaya bağlı olarak, akümülatörler, invertörler, akü şarj denetimaygıtları ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir güneş pilisistemi (fotovoltaik sistem) oluştururlar. Bu sistemler, özellikle yerleşim yerlerindenuzak, elektrik şebekesi olmayan yörelerde, jeneratöre yakıt taşımanın zor ve pahalıolduğu durumlarda kullanılırlar. Bunun dışında dizel jeneratörler yada başka güçsistemleri ile birlikte karma olarak kullanılmaları da mümkündür.Bu sistemlerde yeterli sayıda güneş pili modülü, enerji kaynağı olarak kullanılır.Güneşin yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle gece süresince kullanılmak üzeregenellikle sistemde akümülatör bulundurulur. Güneş pili modülleri gün boyuncaelektrik enerjisi üreterek bunu akümülatörde depolar, yüke gerekli olan enerjiakümülatörden alınır. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek içinkullanılan denetim birimi ise akünün durumuna göre, ya güneş pillerinden gelen akımıyada yükün çektiği akımı keser. Şebeke uyumlu alternatif akım elektriğinin gerekliolduğu uygulamalarda, sisteme bir invertör eklenerek akümülatördeki DC gerilim, 220V, 50 Hz.lik sinüs dalgasına dönüştürülür. Benzer şekilde, uygulamanın şekline göre 74
    • çeşitli destek elektronik devreler sisteme katılabilir. Bazı sistemlerde, güneş pillerininmaksimum güç noktasında çalışmasını sağlayan maksimum güç noktası izleyici cihazıbulunur. Aşağıda şebekeden bağımsız bir güneş pili enerji sisteminin şemasıverilmektedir [33]. Şekil 3.15 Güneş pili enerji sistemiŞebeke bağlantılı güneş pili sistemleri yüksek güçte-santral boyutunda sistemlerşeklinde olabileceği gibi daha çok görülen uygulaması binalarda küçük güçlü kullanımşeklindedir. Bu sistemlerde örneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken,üretilen fazla enerji elektrik şebekesine satılır, yeterli enerjinin üretilmediği durumlardaise şebekeden enerji alınır. Böyle bir sistemde enerji depolaması yapmaya gerekyoktur, yalnızca üretilen DC elektriğin, AC elektriğe çevrilmesi ve şebeke uyumlu olmasıyeterlidir. Güneş pili sistemlerinin şebekeden bağımsız (stand-alone) olarak kullanıldığıtipik uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır. Haberleşme istasyonları, kırsal radyo, telsiz ve telefon sistemleri Petrol boru hatlarının katodik koruması Metal yapıların (köprüler, kuleler vb) korozyondan koruması Elektrik ve su dağıtım sistemlerinde yapılan telemetrik ölçümler, hava gözlem istasyonları Bina içi yada dışı aydınlatma Dağ evleri yada yerleşim yerlerinden uzaktaki evlerde TV, radyo, buzdolabı gibi elektrikli aygıtların çalıştırılması 75
    •  Tarımsal sulama yada ev kullanımı amacıyla su pompajı Orman gözetleme kuleleri Deniz fenerleri İlkyardım, alarm ve güvenlik sistemleri Deprem ve hava gözlem istasyonları İlaç ve aşı soğutma3.1.2.1 Güneş Enerjisinin Kara Taşıtlarında KullanımıYalnızca elektrik enerjisiyle çalışan otomobil fikrinin temeli, 1900’lü yılların başınakadar uzanıyor. Ancak asıl ilgi, 1983 yılında Avustralya’da Hans Tholstrup ve LarryPerkins adındaki iki adamın, Perth’den Sydney’e kadar, güneş enerjisiyle çalışan birarabayla yolculuk etmesiyle ortaya çıkar. Geleceğin otomobilinin güneş enerjisiyleçalışan otomobil olacağı fikri, iyice taraftar toplamaya başlar. O günden itibaren de, pekçok kişi, güneş enerjisiyle çalışan otomobiller üzerinde çalışmalar yapmaktadır. Aradangeçen yıllara ve bu konuda çalışan bilim adamlarının küçümsenmeyecek kadar çokolmasına rağmen, ilerleme son derece yavaş bir şekilde sürüyor (Anonim 2006).3.1.2.2 Hedef1996 yılında Hondanın yaptığı "Dream" isimli güneş enerjisiyle çalışan arabaAvustralyada iki kişiyi dört günde 3.000 km boyunca 90 km/h ortalama hız ile taşıdı. Buyolculuğun tamamında yaklaşık 50 kWh enerji kullanılmıştır. Bu miktarda enerji ulusalelektrik şebekesinden 6-7 TL karşılığı alınabilmektedir. Bu mesafenin içten yanmalı birmotorla alındığı hesap edilirse yüzlerce TL tutarla karşılaşılacağı malumdur. Dahadetaylı bir karşılaştırma için aşağıdaki tabloya bir göz atabiliriz. 76
    • Çizelge 3.12 Bir güneş arabası ile popüler bir 4 çeker aracın karşılaştırılmasıYukarıdaki tablo konutlarda uygulanan 2006 yılı şebeke elektrik satış fiyatları göz önünealınmıştır, vergiler hariçtir. 13 lt/100 km yakıt sarfiyatı, ortalama 2,5 TL/lt yakıt ücretinegöre hesaplanmıştır. Buna göre günlük ihtiyaçlarımızda 2,4 tonluk bir makineninkullanımının alternatifsiz olup olmadığını iyi hesap etmek gerekecektir, zira çizelge3.12’ den görülebileceği üzere aradaki maddi farkın yanında belki de daha önemliolarak ön plana çıkabilecek çevresel farklar da mevcuttur.3.1.2.3 Güneş ArabalarıYeryüzünde iki nokta arasında giderken asıl yaptığımız iş yerçekimi kaynaklı potansiyelenerjimizi değiştirmekten ibarettir. Fakat bu iş içten yanmalı motora sahip birotomobille yapıldığında motorun ürettiği mekanik enerjinin ancak %10 kadarının buamaca hizmet ettiği görülür. Kalan kısmı sürtünme kuvvetlerine karşı yapılan iş olarakbir başka deyişle ziyan olur. Motorun kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmeverimi ise zaten %30larda kalmaktadır. Dolayısıyla eğer bitiş noktasının rakımıbaşlangıç noktasınınkinden yüksek ise, yani eğer yükseklik kazanmış isek, kullandığımızyakıtın içerdiği kimyasal enerjinin yalnızca yaklaşık %2,5 kadarını potansiyelenerjimizdeki artışa döndürmüş oluruz. Hele ki yokuş aşağı bir yolculuk yapılıyor isehem enerjimizde hem de kullandığımız yakıtın içerdiği kimyasal enerjinin tümünden 77
    • olmuş oluruz. Halbuki bu yakıtın elde edildiği petrol tükenmeye yüz tutmuş birkaynaktır.Bu verim düşüklüğü fazla yakıt tüketimiyle beraber fosil yakıt tüketiminin yol açtığıçevre sorunlarının da misliyle artmasına sebep oluyor. Otomobil ile ulaşımın sağlandığıbüyük yerleşim merkezlerinde hava kirliliği ve buna bağlı sağlık sorunları da artarkenyaşam kalitesi düşmektedir. Sonuç olarak konvansiyonel kara taşıtlarına ağırlıkvermekle daha fazla çevre ve sağlık sorununa yol açmak için kaynak harcamışolmaktayız. Bu sebeple de temiz otomobil diyebileceğimiz türden araç tasarımlarınayönelik çalışmalar günümüzde git gide artmaktadır. Bu tasarımlardan bir tanesihidrojen kullanan araçlardır. Gerçi bu tür araçlarda da içten yanmalı motorlarkullanıldığı için verimlilik açısından elde edilen fazla bir şey olmuyor fakat yanma ürünüolarak yalnızca su buharı çıktığından aracın çalışması sırasında atmosfere kirleticiunsurlar salınmış olunmuyor. Bu tasarımlar halihazırda prototip aşamasında oluphidrojenin dağıtım ve depolanma gibi sorunlarının çözülmesi beklenmektedir. Şekil3.16da BMW firmasın üretmiş olduğu hidrojenle çalışan bir arabayı görebiliriz. Şekil 3.16 Hidrojen ile çalışan bir arabaTemiz ulaşım arayışlarındaki bir diğer tasarım da elektrikli ulaşım araçlarıdır. Elektriklimotorlar çok daha yüksek verimlerle çalışıyor ve çalışırken de atmosfere kirleticiyaymıyorlar. Buna karşılık yüksek güç taleplerine yanıt vermekte zorlandıklarından kısasürelerde hızlanamıyor ve manevra kabiliyetleri sınırlı kalıyor. İlave olarak kullandıkları 78
    • elektriğin önceden depolanmış olması bunun için de akülerin kullanılması gereklidir.Halbuki yüksek güce sahip akülerin boşalma süreleri halen kısa yeniden doldurmasüreleri ise uzundur. Bu sebep de elektrikli araçların kullanım yoğunluğunusınırlamaktadır.Bu sorunu çözümü ise aracın gereksinim duyduğu elektriği yolda üretebiliyor olmasıdır.Örneğin hem elektrikli ve hem de sıvı yakıtla çalışan içten yanmalı birer motorubulunan hibrid araçlar bunu yapabilmektedir. Bu araçların şehir içindeyken çoğunluklaelektrikli motorunu, akünün zayıfladığı veya hızlı manevra gereği duyduğu durumlardave uzun sürelerle hız yapılan şehirlerarası yollarda da içten yanmalı motorlarıkullanması öngörülüyor. Söz konusu motorlar birbirlerine seri ya da paralel olarakbağlanabiliyorlar. Seri bağlandıkları durumda aracı yalnızca elektrikli motor sürüyor veiçten yanmalı motor da jeneratör olarak çalışıp akünün boşaldığı durumlarda aküyüyüklüyor. Paralel bağlanmaları halinde ise, aracın sürümü için motorlardan biri veyadiğeri devreye girebiliyor. Şekil 3.17de görebileceğimiz bu türden hibrid araçlar,piyasada da halen mevcut durumdalar. Ancak bu teknoloji hem nispeten pahalı hem depetrole bağımlılığın devam etmesi ile tam olarak istenen teknolojiyi sunmayıpşehirlerdeki hava kirliliğinin azalmasına katkıda bulunuyor. Şekil 3.17 Toyotanın ürettiği "Prius" isimli hibrid otomobil 79
    • Kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren düşük sıcaklıklı yakıt hücreleri isebu konuda çok büyük ümit vaat etmektedir. Çünkü söz konusu kimyasal enerjiyimetanol veya hidrojen gibi çok çeşitli kaynaklardan sağlamak mümkün olabilecektir.Ancak halen güç düzeyi ve maliyet açılarından çözülmesi gereken sorunlar mevcut. Tabibir de ilave olarak kimyasal enerji kaynağı olan hidrojen veya metanolü elde etmenintemiz yollarının geliştirilmesi gerekmektedir.Bununla beraber, bizim asıl konumuz olan, elektrikli bir aracın gerek duyduğu elektriğifotovoltaik hücreler aracılığı ile güneş ışınlarından doğrudan elde etmek demümkündür. Tabi ki böyle bir otomobilin aküsü de olmak zorundadır. PV sisteminihtiyaçtan fazla elektrik üretmesi halinde bu akü doldurulacak ve üretimin yetersizkaldığı sırada ise aküde depolanmış elektrik kullanılacaktır. Fikren basit görünse de,böyle bir aracın tasarımı oldukça karmaşık sorunlar içermektedir.3.1.2.4 Güneş Araçlarının Kullanımının KazandıracaklarıYüksek kazanç sağlanan petrol sektörünün, birden bire ortadan kaldırılabilmesikuşkusuz ihtimal dahilinde olmayan bir durum olsa da konu ile ilgili otoriteler olarakniteleyebileceğimiz insanların beyanları, bu teknolojinin tam kullanımının 80 yıl gibi birsürede olabileceği doğrultusundadır. Şekil 3.18 Yıllara Göre Toplam Akaryakıt Tüketimi 80
    • Şekil 3.18’de görüldüğü üzere en çok kullanılan petrol ürünleri motorin ve benzintürleridir. Dünya güneş enerjili araç kullanımına geçtiğinde, petrol tüketimi %90oranında azalacaktır.Şüphesiz ki, petrol kullanımı yıllık 18 milyon ton seviyesinden 2 milyon ton seviyelerineindiğinde, çevre kirliliği de aynı oranda azalma gösterecek ve dünya daha yaşanır bir halalacaktır. Unutulmamalıdır ki; güneş enerjili araçların imalat fiyatları yüksek olsa da,kullanım sırasındaki sarf giderleri yok denebilecek kadar az bir seviyededir. Basit birhesapla ayda 100 TL yakıt harcayan bir insanın, güneş enerjili bir araca, fosil yakıtlı biraraçtan 1200 lira fazla ücret ödeyerek sahip olması, aracı aldıktan 10 yıl sonra aracaödediği fazla ücreti karşılayarak, sonraki yıllarda akaryakıt sarfiyatı olmadan kullanımımümkün kılar. Araç kullanımının devam ettiği diğer yıllarda, petrole ödenen maddibedeller düşünülürse, güneş enerjili araç orta vadede kullanıcıya araç için ödediğiparayı da geri kazandıracaktır.3.1.2.5 Güneş Enerjili Araba YarışlarıHans Tholstrup ve Larry Perkinsin 1983 yılındaki yolculuklarının ardından güneşenerjisinin tanıtma ve kullanımını teşvik amacıyla çeşitli yarışlar düzenlenmektedir.1987deki yarış ise bunların içinde ilk uluslar arası olanıdır ve 23 katılımcısı olmuştur. Buyarışların katılımcı yelpazesini genellikle otomobil firmaları ve üniversiteleroluşturmaktadır. Amaç ise güneş enerjisinden olabildiğince verimli olarak yararlanıpbelirli bir mesafeyi en hızlı şekilde bitirmektir. Tabi ki bunu başarabilmek için araçlarınyeteri kadar sağlam da olmaları gerekmekte zira kat edilmesi gereken mesafe 3.000kmyi geçebilmektedir. Bu aşamada otomobillerin geometrik tasarımı, panellerin enyüksek verimle çalışabilecek şekilde yerleştirilmeleri ve hafiflik ön plana çıkmaktadır.Bu araçlarda 700 ile 1.500 W arasında enerji üretilebilmektedir ki bu da 1-2 beygir gücedenk gelecektir.Bu tür yarışların gün geçtikçe sayısı ve katılımcıları artmaktadır. Başlangıçta yalnızcaAmerika ve Avustralyada yapılan yarışlar bugün artık Almanya, İsviçre, Japonya ve artık 81
    • Türkiyede de yapılmaktadır. İlki 2001 yılında yapılan "American Solar Challenge" ise3.700 km ile en uzun mesafeli yarış olma unvanını elinde bulundurmaktadır.The World Solar Challenge3.000 km uzunluğundaki yarış Avustralyada yapılmakta olup yapılan ilk büyük yarıştır.İlki 1987de yapılmıştır ve halen daha dünya şampiyonluğu olarak dikkate alınmaktadır.Yarışmacılar 08:00 ila 17:00 arasında yol almakta olup çok fazla trafik olmadığı için idealbir rotası vardır. Araçlar hızlandıktan sonra kesintisiz olarak kilometrelerce yolalabilmektedir. Yarışmada herhangi bir maddi kısıtlama yoktur, katılanlar istediği üstünteknolojiyi kullanabilmektedir. Bu yarış için rekabet edebilecek bir araç üretimi oldukçamasraflı olacaktır. Sıralamada üstte gelen araçlar 90 km/h hızı aşabilen ortalamalaryakalayabilmektedir. Amaç 3.000 km mesafeyi mümkün olduğunca çabuk bitirmektir.İddialı takımlar günde 650 kmden fazla yol alabilmektedir. Yarışma süresi bittiğindetakımlar yol kenarında kamp yaparak ertesi yarış gününü beklerler.The American Solar ChallengeWorld Solar Challengea benzese de rotasının daha uzun ve daha zor olması gibifarklılıklar taşır. Yol üzerinde kısmen yoğun trafik ve trafik ışıkları da bulunmaktadır.Yarışın başladığı merkezden şehir dışına çıkmak birkaç saat sürebilmektedir. Toplamda3.700 km olan yol zorlu, engebeli ve tırmanışlıdır. Araçların çok kopuk olmasındankaçınmak için yarış üç kısma bölünmüştür. Son kısım ise yaklaşık iki saat süren birbölümdür ve bu da varış noktasında bir kısım etkinliklerin düzenlenmesine olanak tanır.World Solar Challengede ise takımlar arasında günlere varan farklar olabilmekte bu dabasının yarışa hakim olma kabiliyetini kötü yönde etkilemektedir. Yarışta takımlar08:00 ila 18:00 arasında yol alır ve iddialı takımlar yine düz yollarda 90 km/h hızıgeçebilirler fakat ortalama hız daha düşük olmaktadır. Amaç bölümleri en kısa süredetamamlamak ve kalan sürede aküyü şarj etmektir. Hızlı araçlar ertesi bölüme tam doluakülerle girecekken yavaş takımların aküleri ise tam dolu olamayacaktır. 82
    • SunrayceBirleşik devletlerde koşulan ve uzunluğu 1.900-2.400 km olan bir yarıştır. Kullanılacakgüneş hücresi ve akü sistemlerinde kısıtlamalar olan bir yarıştır. Yarıştaki bukısıtlamaların amacı çok yüksek teknolojili araçların önünü kesip maddi olanağı çokfazla olmayan takımların da yarışabileceği daha ziyade bir mühendislik yarışıoluşturmaktır. Yarışta iyi derece yapan araçların yukarıdaki yarışlarda pek başarılıolamamaları yarışın prestijini sarsmaktadır. Her bir yarış günü için uzunluğu yaklaşık250-325 km olan rotalar belirlenir ve başlangıç ve bitiş noktaları kurulur. Bu sebepleyarışın düzenlenmesi daha fazla insan kaynağı ve maddiyat gerektirdiğinden son olarak1999 yılında gerçekleştirilmiştir. Amaç yarış günlerinde belirlenen mesafeyi mümkünolduğunca çabuk almaktır. Araçların kapasitesi daha fazla olsa da, yarış gereğimaksimum hız 88 km/hdır.Formula Sun Grand PrixHer yıl mayıs ayında yapılan yarış bir pist yarışıdır. 08:00 ila 18:00 arasında yol almasınaizin verilen araçlar 3-4 gün süren yarışlarda en fazla mesafeyi almayıhedeflemektedirler. Bu tür yarışların planlanması ve takımlar açısından lojistikhizmetlerin verilmesi daha kolay ve daha güvenlidir. Ulaşılan hızlar ise pistinözelliklerine bağlı olup yol yarışları ile benzer stratejiler kullanılır. Bu yarışta oldukçasert virajlar vardır ve güneş arabalarında kullanılan ince duvarlı yüksek verimli lastiklerçok dayanmazlar. 3-4 saat süren lastik dayanma periyotlarından sonra lastiklerpatlamadan önce pit-stoplar yapılır.İstanbul Formula-GFormula-G yarışı Türkiyede önemi çok fazla anlaşılamadığı düşünülen temiz vegeleceğin enerji kaynağı olan güneş enerjisi kullanımı yaygınlaştırmak için yapılmıştır.Formula-G ilk kez 30 Ağustos 2005 tarihinde 5,3 kilometre uzunluğundaki İstanbul Parkpistinde yapılmış güneş arabaları yarışmasıdır. Pist 5,3 kilometre olmasına rağmen yarışiçin 4 kilometrelik kısım kullanılmıştır. Formula-G, dünyada ilk kez Formula-1 pistindeyapılan güneş arabaları yarışı unvanına sahiptir. 83
    • Yarışmaya 22 katılımcı başvuruda bulunurken, 13ü üniversiteden, 1i liseden olmaküzere toplam 16 araç start almıştır.1. ODTÜ, ODTÜ Robot Toplulugu, MES-e Aracı2. Atılım Üniversitesi, Hasat-Atılım Ekibi, Hasat Aracı3. Yeditepe Üniversitesi, 7TP Takımı, Yugat Aracı4. Sakarya Üniversitesi, Saguar Aracı5. ODTÜ, ODTÜ Takımı, Solarcar Aracı6. Ankara Üniversitesi, Hitit Günesi Takımı, Günebakan Aracı7. Dokuz Eylül Üniversitesi, Solaris Takımı, Erke Aracı8. Yıldız Teknik Üniversitesi, YTU-GESK Takımı, Barracuda Aracı9. Kocaeli Üniversitesi - Elektrik Fakültesi, Ceryan Takımı, Körfez Yıldızı Aracı10. Kocaeli Üniversitesi - Mekatronik Fakültesi, Türk Mekatronik Takımı, Gayret Aracı11. Gazi Üniversitesi, Günsonic Aracı12. İstanbul Teknik Üniversitesi, TÜ GAE Takımı, ARIba Aracı13. Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü - Sabancı Üniversitesi, Energy-1 Aracı14. İnönü Üniversitesi, TATO Takımı, BUG Aracı15. İzmir Amerikan Lisesi, ACI Aracı16. Süleyman Demirel Üniversitesi, ISPARTA Takımı, Solarsonic Aracıİstanbul Park pisti yükseltileri ve alçaltıları olan bir pisttir, bu nedenle bazı araçlar pilleribittiğinde yokuşları çıkamayıp yarışı sona erdiremediler. 2007 yılında yarış saat 12:00da başladı ve 1. olan MES-e aracı yarışı 1 saat 47 dakikada tamamladı. YarışmayıODTÜnün aracı olan MES-e saatte ortalama 22,8 kilometre hız yaparak kazandı. YıldızTeknik Üniversitesinin "Barracuda" isimli aracı ise 8. olmasına rağmen 49,3 km/h hızlaTürkiye rekorunu elinde bulundurmaktadır. Aşağıdaki Çizelge 3.13de yarışın sonucunubazı istatistiki bilgilerle birlikte tablo halinde görebilmekteyiz. 84
    • Çizelge 3.13 2007 Formula G-İstanbul yarış sonuçları tablosuÜlkemizde ilk kez 2007 yılında düzenlenen yarışın düzenlendiği pistin ( İstanbul Park )resimleri aşağıda görülmektedir ( Şekil 3.19 ve 3.20 ). Aşağıdaki Şekil 3.15 ve Çizelge3.14’de pist hakkında bazı bilgileri bulabiliriz. 85
    • Şekil 3.19 Ülkemizde yapılan ilk güneş arabası yarışının start anı Şekil 3.20 İstanbul Parkın üstten görünüşü 86
    • Her yarışta olduğu gibi ülkemizdeki yarışta da bazı kısıtlamalar vardır. Bu kısıtlamalaryarışın özelliğine göre akü kapasitesi, kullanılacak güneş pillerin özellikleri, ağırlık vegüvenlikle ilgili çeşitli önlemleri içerecek şekilde olabilmektedir. Ülkemizdeki yarış içingeçerli kuralları Ek Ada görebilmekteyiz. Çizelge 3.14 İstanbul Parkın teknik özellikleri3.1.2.6 Daha Önceki Yıllarda Yarışmış Bazı Güneş ArabalarıGüneş arabaları genellikle büyük otomobil firmaları veya üniversitelerin öğrencikulüpleri tarafından imal edilip yarışlara katılırlar. Teknolojisi çok pahalı olduğu için,büyük firmalar için sorun olmasa da, üniversite kulüpleri veya amatör ekiplerinçalışmayı tamamlamaları için sponsor bulmaları gerekmektedir. 70 km/h hızı aşmayıhedefleyen bir arabada £750.000i 8 m2 kadar bir güneş hücresi alanı oluşturmak içinharcanacak olan yaklaşık £1.000.000 kadar bir tutar beklenebilir. Ama bu bahsedilenaraç yüksek özellikli bir özel yarış aracıdır. 1996daki "World Solar Challenge" yarışınakatılan South Par University aracının £20,000 bütçeyle yarışa katılabilecek kapasitede 87
    • bir araç yaptığı bilinmektedir. Yarışa katılabilecek kapasiteden kasıt ise 3.000 km birmesafeyi 10 gün içinde alabilecek olmaktır.Fireball IIKanada McMaster Üniversitesinden bir ekibin ikinci aracı olan Fireball II 2001American Solar Challengea katılmış olup teknik sıkıntılar sebebiyle yarıştan çekilmiştir.Bu aracı Şekil 3.21’de görebilmekteyiz. Şekil 3.21 Fireball II isimli güneş arabasının resmiAraçta lityum-iyon pil kullanılmış. Bu pilin 28 kg ağırlığı olup 5 kWh enerji sağlamakabiliyetleri vardır. Güneş panelleri ise BP Solar firmasından sağlanmıştır. %16 verimleçalışan 450 adet pil araca 900 W enerji sağlamaktadır. Araçta Generation Motorfirmasının yüksek verimli fırçasız motoru kullanılmaktadır. Dikiz aynasının aerodinamikkayıplara sebep vermemesi için arka görüşü bir LCD kamera ile sağlanmaktadır. Hafifalüminyumdan yapılmış dört tekerleğin her birinde bisikletlerde kullanılan türdenamortisörler kullanılarak aracın ve sürücünün yoldaki kasis ve tümseklerin meydanagetirebileceği sarsılma titreşimlerden korunuyor.NunaHollanda Delft Teknoloji Üniversitesi öğrencilerinin oluşturduğu Alpha Centauri isimlitakımın yapmış olduğu Nuna1, Nuna2, Nuna3 adlı arabalar sırasıyla World SolarChallenge 2001, 2003 ve 2005i kazanmıştır. Yarış Avustralya kıtası boyunca 3.010 kmuzunluğunda trafiğe açık yolda yapılmakta ve 2 senede bir tekrar edilmektedir. Aşağıda 88
    • Şekil 3.22’de resmi görülen araç aerodinamik açıdan sürtünme kuvvetlerine en azmaruz kalacak ve yüksek hızlara çıkabilecek şekilde tasarlanıp karbonfiberlegüçlendirilmiş plastik gövde ile imal edilmiştir. 5 m uzunluğunda ve 250 kg ağırlığındaolan araç 2001de 91 km/h, 2003de 97 km/h ve 2005de ise 110 km/h ortalama hızladünya rekorunun sahibi olurken takım üyeleri aracın teorik olarak 160-170 km/h hızaçıkabileceğini fakat yasal sınırlamalar sebebiyle bunu ispatlayamadıklarını ifadeetmişlerdir. Şekil 3.22 Nuna III İsimli aracın resmiAurora 1012005 World Solar Challengeda ikinci sırayı alan araçta verimi %24-26 olan galyumarsenür güneş pillerinden oluşturulan 25 panel kullanılmıştır. Metresi 1 kgdan daha azağırlıkta olan bu hücreler ile 1.900 W değerinde enerji üretilebilmektedir. Motortekerinden rejeneratif frenleme yapabilen araç 16 inçlik düşük sürtünme dirençli lastikkullanıyor olup 165 kg ağırlığındadır. Aşağıda resmi ( Şekil 3.23 ) görülebilen aracınboyutları ise 6,628 x 2 x 0,946 dır. Aküsünün ağırlığı 18 kg olup gövdesi carbonfibermalzemeden üretilmiştir. Aracın yarışta 100 km/h hızla günde 6 saat kadar yolyapabileceği öngörülse de yarış sırasındaki bulutlu hava buna müsaade etmemiştir. 89
    • Şekil 3.23 Aurora 101 isimli güneş arabasının görünüşüSolar Miner IV3.700 km süren “The 2003 American Solar Challenge” yarışını Missouri-Rollaüniversitesinden "Solar Miner IV" isimli araç 52 saatte varış noktasına gelerek 69,7km/h ortalama hızı yakalamış ve Amerikanın en hızlı PV arabası olma ünvanını haketmiştir.Yarıştaki en hafif araç "iSun" olup 156 kg ağırlığındadır. Bilinen ilk çoklu kristal yapıdagüneş pili kullanan arabadır ve güneşli bir günde 1kW kadar enerji üretebilmektedir.Kazanan araç "Solar Miner IV" ise aktarma organları kullanmayıp yüksek verimli, 7,5kW gücünde fırçasız bir DC motor kullanmıştır ( Şekil 3.24 ).Yarış GaAs pil ile diğer silikon pilleri kullanan araçların farkını göstermesi açısındanönemlidir. Yarışta ilk 9 sıradaki aracın sekizi GaAs pil kullanmaktaydı ve aralarındasekizinci olan Kansas Üniversitesi takımı GaAs pil kullanan iki takımı geride bıraktıklarıiçin kendilerini başarılı bulmaktaydı. Şekil 3.24 Yarışı kazanan güneş arabası “Solar Miner IV” 90
    • BÖLÜM 4 GÜNEŞ ARABASI TASARIMI, TEMEL SİSTEM YAPISI ve ÇALIŞMA PRENSİBİ4.1 Güneş Arabası TasarlamaGünümüzde güneş arabaları sadece yarış amaçlı tasarlanmaktadır zira günlük kullanımiçin mevcut halleri ile kullanıma pek uygun değillerdir fakat zamanla ilerleyen teknolojiile insanlığın günlük ihtiyaçlarına hizmet edecek olmaları kaçınılmazdır. Bu durumdatasarımlarında en çok hafif olmalarına ve elde ettiği sınırlı enerji en etkin şekildekullanmaları istenir. Aşağıda Şekil 4.1de örnek olarak bir güneş arabası görebiliriz. Şekil 4.1 Bir güneş arabası resmiİyi bir güneş arabası tasarlamak için çok çalışmak, zaman ve maddi imkan gereklidir.Hemen hemen iki yıl sürecek böyle bir projenin ilk kısmı planlamaya ayrılmalıdır.Planlama aşamasında bir zaman çizelgesi çizilmeli ve bu çizelgede neyin ne kadar 91
    • süreceği öngörülmelidir. Öncelikle araçtan ne bekleneceğine karar verildikten sonratasarlamaya başlanmalı ve akabinde hedefe yaklaşmak için aracı oluşturan sistemlerintasarlamaları üzerinde küçük oynamalar yapılmalıdır.Tasarım sırasında tasarıma etki edebilecek konu başlıkları şöyle sıralanabilir;1.Maliyet,2.Etkililik,3.İmal edilebilirlik,4.Kurallara uygunluk,5.Sistem uyumluluğu,6.Zaman kısıtlamaları,7.Ağırlık.Bu başlıkların önem sırası her uygulamada değişiklik gösterebilir. Aracın bütünsistemlerini mükemmel yapmak neredeyse imkansızdır. Örnek olarak tekerlek motorkullanmak verim olarak önemli artılar katarken maliyet olarak önemli bir yükgetirmekle kalmayıp süspansiyon açısından montaj sorunları ile zaman kaybına sebepolur.Tasarımın ilk aşamasında başlangıç tasarımını geliştirmek daha doğru olur ki bu çoksayıda tekrar, dene-yanıl ve analiz gerektiren bir kısımdır. Optimum sonuca ulaşılıncayakadar üzerinde uğraşılabilir faka nerde durmak gerektiğine karar vermek gerekecektir.Aracın inşası muhtemelen bütün tasarımı bitmeden başlayacaktır. İnşa sırasındatasarımlar üzerinde küçük oynamalar yapmak gerekebilecektir çünkü tasarımaşamasında her şeyin eksiksiz olarak düşünülmesi sadece bu konuda yıllarca çalışmışkimseler için ihtimal dahilindedir. Tasarım aşamasından sonra ihmal edilmemesigereken çok önemli bir test aşamasıdır. Parçalar montaj edilmeden önce teker tekertest edilmeli sonra da monte edilmelidir. Kağıt üzerinde her şey doğru olarak görünseve montajdan önce yapılan testlerde de sorun olmasa da sistemler beraberçalışırlarken beklenenden farklı tepkiler verebilir. Bu sebeple testlere ayrılacak zamanaksaklıkların da çıkma ihtimali göz önüne alınarak yeteri kadar uzun olmalıdır. 92
    • 4.1.1 Genel Tasarım EsaslarıHareket halindeki bir otomobil üç çeşit kuvvete iş yapabilmelidir. Bunlardan birincisihavanın ve lastiklerin sürtünme kuvvetine, ikincisi ivmelenme sırasında maruz kalınaneylemsizlik kuvvetine, üçüncüsüyse eğer bir yokuş tırmanılıyorsa, aracın ağırlığına etkieden yerçekimi kuvvetinin yokuş yüzeyi üzerindeki izdüşümüne karşı yapılan iştir. Eğeraraç yokuş aşağı gidiyorsa, bu üçüncü kuvvete karşı yapılan iş negatif olmakta, yaniotomobil sahip olduğu potansiyel enerjiyi kaybederken bunun karşılığında kinetikenerji kazanmaktadır. Eğer hız kazanmak istenmiyorsa frenler kullanılarak bupotansiyel enerji ısı enerjisine dönüştürülebilir. Otomobilin tasarımının yapılabilmesiiçin bu kuvvetlerin maksimum düzeylerinin bilinmelidir, bu da aracın geometrisinin veağırlığının önceden kabaca da olsa bilinmesini gerektirir.Dolayısıyla, aslında bütün tür otomobillerde olduğu gibi, güneş panelli bir aracıntasarımı bir bakıma sondan başlar. Hangi amaca hizmet edeceğinin belirlenmesininakabinde amaca uygun ağırlık belirlenir. Örnek olarak 70 kg ağırlığında bir sürücütaşınacaksa, motor ve akü ağırlıklarının da 30ar kg olduğu, diğer yardımcı elemanlarında 20 kg olacağı düşünülürse, araç gövdesinin kendi ağırlığı dışında 150 kg taşıyacağımanasına gelir ve gövde tasarımı yapılırken bu da göz önüne alınmalıdır.Havanın sürtünme kuvvetini en aza indiren, yani hava dinamiği açısından en uygungeometrilerden birisi uçaklarda da kullanılan kanat geometrisidir. Bu geometride aracınprofili ön tarafta kalın bir bombe şekliyle başlar ve arkaya doğru incelerek bir bıçaksırtına dönüşür. Dolayısıyla profile karşıdan gelip çarpan hava, profilin üst kısmında, altkısmına oranla daha uzun bir yol izler ve daha fazla kinetik enerji kaybeder. Bu sebeplede kanat profilinin arka kısımlarında kanat üzerindeki basınç, kanadın alt kısmındakibasınçtan daha az olur ve bu da kanada kaldırma kuvveti şeklinde etki eder. Böyleceözellikle de yüksek hızlarda aracın ağırlığı oldukça azaltılmış olur. Hatta öyle ki, hafif birsürücü aracı yüksek hızlarda kullanırken bu durum aracın havalanıp takla atmasına dahisebep olabilir. 93
    • Aracın boyutları sürücüyü, motoru ve diğer asgari donanımı barındırabilecek şekildeseçilir. Bu aşamadan sonra gövde üzerine etki edecek kuvvetleri hesaplamayageçilebilir. Bu iş gerçek veya küçültülmüş model boyutlarıyla rüzgar tünellerindesimülasyonla veya daha ucuz bir şekilde özel bilgisayar programları kullanılarak yapılır.Gövdeye çarpan havanın hızı, aracın gidiş yönüne ters esebilecek en yüksek rüzgar hızıile aracın hareket hızının toplamıdır. Bahsedilen bilgisayar programları bu hızlarınverilmesi ve aracın gövde geometrisinin tanımlanması akabinde gövdeyi oluşturanparçalar üzerindeki yüklerin dağılımını verebilmektedir. Örneğin VSAREO böyle biraerodinamik modelleme programıdır.Bu yük dağılımlarının da belirlenip hesaplanmasından sonra gövde bileşenlerininseçimine geçilebilir. Bu bileşenler yeterince dayanıklı fakat hafif malzemelerdenseçilmelidir. Kilit olarak ön ve arka tekerlek yuvaları ve şasi seçilip sonra da şasi üzerinesürücü kabinini, motoru, aküyü ve diğer aksamı taşıyacak olan bir zeminyerleştirilecektir. En üstte de aerodinamik yapıyla birlikte PV hücreler yer alacaktır.Örneğin McMaster Üniversitesi’nde tasarımlanan bir prototipte şasi; ikisi boylamasına,ikisi de enlemesine uzanan dört taşıyıcı elemandan oluşuyor ve karbon elyafıylasandaviçlenmiş bal peteği katmanlarının birbirlerine yapıştırılmasıyla imal edilmişbulunuyor. Zemin tabanı da keza benzeri bir yapıda ve şasiye soğuk kaynaklatutturulmuş durumda. Aerodinamik kabuksa, Kevlar kaplı fenolik bal peteğikatmanlarından oluşmakta ve dış yüzeyinde, güneş gözelerini taşımakta. Tekerlekaskıları krom çeliği alaşımından yapılmış olup, her bir tekerlek dağ bisikletiamortisörleri ve hidrolik fren balatalarıyla donatılmış.Tekerlekler alüminyumdan,lastiklerse, olağan tüpsüz lastiklerin hafiflerinden.Gövde bileşenlerinin geometri ve malzemesi belirlendikten sonra, sürtünmekuvvetlerinin parçaların içinde oluşturacağı gerilim dağılımları hesaplanabilir. ÖrneğinNASTRAN, kompozit yapılar için gerilim dağılımı analizi yapan bir program. Sürtünmekökenli gerilimlerden sonra eylemsizlik kuvvetinin yol açtığı gerilimler dehesaplanmalıdır. Bunların ise hesabı oldukça kolay olup bildiğimiz hız-ivmeformüllerinin yardımıyla bulunur. Eğer aracın kalkış sırasında, örneğin 5 saniyede 30km/saat hıza ulaşabilmesi isteniyorsa, tabi olacağı ivme (v=a.t) a = 30,000 / 5 =6,000 m / sn2 olacaktır. Gövde bileşenlerinin her birinin tabi olduğu kuvvet söz konusu 94
    • olan birim hacmin özgül ağırlığı ile aracın ivmelenmesinin çarpımına eşittir. Buhesaplamalardan sonra seçilmiş olan gövde malzemesi ve geometrisinin maruz kalınanbu kuvvetlere dayanıp dayanamayacağı öngörülür ve optimum sonuca ulaşılıncayakadar denemeler yapılabilir. Bu hesaplamalar sonucunda, gövde elemanlarının baştanseçilmiş olan malzeme ve boyutlarının, hesaplanmış olan gerilimleri taşımak için yeterliolup olmadığına bakılır. Gerekirse boyutlar veya malzeme değiştirilerek, hesaplamalaryeniden yapılır. Bu, optimal tasarımı yakalayana kadar tekrarlanan bir süreçtir.Aküler zemin panosunun arka kısmına ve pano kalıbında bu amaçla oluşturulmuş olanyuvalara, motorsa, örneğin sol arka tekerlek yuvasına yerleştirilebilir. Doğru akımmotorları daha yüksek verime sahip olurlar. Fırçalı olanlar periyodik fırça bakımıgerektirdiğinden, fırçasız olanlar tercih edilmeli. 1kW civarında güç düzeyi yeterli.Sürtünme kayıpların azaltmak amacıyla, dişli, kayışlı yada zincir kullanmaksızın,motorun teker aksın doğrudan sürmesi sağlanabilir. Araç, motora giden akımın birpotansiyometre aracılığıyla arttırılması sonucu ivmelendirilebilir ve aracı kullanan, budurumu ayağının altındaki bir pedal aracılığıyla yönetebilir. Fren yapılması gerektiğinde,motorun bir jeneratöre dönüşmesi ve aracın kinetik enerjisini elektrik enerjisinedönüştürerek, tıpkı benzinli bir arabadaki alternatörün yaptığı gibi, aküyü doldurmakiçin kullanması sağlanabilir. Buna ‘rejeneratif frenleme’ deniyor. McMasterÜniversitesi’nde tasarımlanan prototipte; 112 adet ‘polimer prizmatik’ akükullanılmıştır. Yaklaşık 28 kg ağırlığındaki bu akü sistemi, 5kWsaat’lik enerjidepolayabiliyor. Aerodinamik kabuk, 4,5 metrekare alana sahip ve üzerinde, %16verimle çalışan 450 adet güneş gözesi bulunuyor. Göze sisteminin gücü, parlak güneşlibir günde 900W kadar. Sürtünme kayıplarını azaltmak amacıyla, aracın yanlarına dikizaynaları koymak yerine, aracın arkasına bir kamera yerleştirilmiş ve sürücünün,arkadan gelen trafiği bir LCD ekrandan izleyebilmesi sağlanmış. Bu konuyla ilgili detaylıbilgiler ve hesaplamalar aşağıda verilmiştir.4.1.2 Güneş Arabalarında Genel Enerji AkışıGüneşten gelen enerji gün boyunca yeryüzüne çarpar. Bu enerjinin miktarı gününsaatine, hava durumuna ve coğrafi konuma bağlıdır. W/m2 cinsinden ele alınan budeğer sabahleyin, akşamleyin ve hatta çok bulutlu havalarda sıfıra kadar düşebilir. 95
    • Şekil 4.2 Bir güneş arabasında genel enerji akışıYukarıda Şekil 4.2de bir güneş arabasında enerjinin izlediği yol kabaca verilmiştir.Güneş ışığı aracın PV yüzeyine gelir ve burada elektrik akımı oluşturur. Akım direktolarak bataryalara ya da motor kontrolüne gidebilir veya ikisi birden olabilir. Kontrolöregiden enerji ile arabay hareket veren tekerlek motorun dönmesi sağlanır. Genel olarak,eğer araba hareket halinde ise üretilen elektrik direkt olarak motor kontrolörüne giderama bazen olur ki bu üretim ihtiyaç miktardan fazla olur ve bu fazlalık kısımdepolanmak üzere aküye gönderilir.Güneş arabalarını çoğu tek koltukludur ve konfor açısından pek de istenilen düzeydedeğildir. Çok az sayıda araç yolcu taşır, taşınan yolcu sayısı da birden fazla değildir.Yarışlarda bu tür yolcu taşıyan araçlara daha fazla enerji kazanma limiti verilir.Konvansiyonel araçlarda bulunan bazı özellikler güneş arabalarında da bulunabilir:sinyal lambaları, fren lambaları, gaz pedalı, dikiz aynaları, çeşitli ölçüm aletleri,havalandırma sistemi gibi.Sürücünün aracı sürmekten başka bir diğer görevi de arabanın sistemlerinin durumunuinceleyip araçta ortaya çıkan veya çıkma ihtimali olan sorunları araçtaki bir radyosistemi üzerinden teknik ekibe bildirmektir. Yarışla genelde uzun mesafeli olduğu içinbirden çok sürücü kullanılır. Aracın bir pit takımı olduğu gibi yarış sırasında araca yolgösteren ve takip eden iki araç da eşlik etmektedir. 96
    • 4.1.3 Tasarımda Dikkat Edilecek HususlarHareket halindeki bir otomobil, üç çeşit kuvvete karşı iş yapabilmek zorunda.Bunlardan birincisi, havanın ve lastiklerin sürtünme kuvvetine, ikincisi, ivmelenmesırasında maruz kalınan eylemsizlik kuvvetine, üçüncüsüyse, bir yokuş tırmanılıyorsaeğer, aracın ağırlığına etki eden yerçekimi kuvvetinin yokuş yüzeyi üzerindekiizdüşümüne karşı yapılan iş. Yokuş aşağı hareket halinde, bu üçüncü kuvvete karşıyapılan iş negatif olur. Yani otomobil, yerçekiminden kaynaklanan potansiyelenerjisinden kaybederken, kinetik enerji kazanır. Bu istenmiyorsa eğer, yani hızınınartmaması isteniyorsa, kaybedilen potansiyel enerjiyi kinetik enerji yerine, fren yapmaksuretiyle ısı enerjisine dönüştürmek mümkün. Otomobilin tasarımını yapabilmek için,aracın maruz kalacağı bu kuvvetlerin tavan düzeylerinin önceden bilinmesi gerekir.Buysa, aracın geometrisinin ve kabaca ağırlığının önceden bilinmesini gerektirir.Dolayısıyla, tüm otomobillerin olduğu gibi, güneş panelli bir aracın tasarımı da, birbakıma sondan başlar: Hangi amaca hizmet edeceğinin kararlaştırılmasından sonra, buamaç için yeterli olacak bir ağırlık belirlenir. Diyelim ki bizim güneş panelliotomobilimiz, yaklaşık 70 kg ağırlığında bir sürücüyü taşıyacak. Yaklaşık olarak motorunağırlığının 30 kg, akü ağırlığının da bir o kadar olduğunu varsayarsak, bu, araçgövdesinin kendi ağırlığına ek olarak 130 kg taşıyacağı anlamına gelir. Şimdi, buunsurları taşıyacak bir gövde tasarlamak ve bunu yaparken de, sürtünme kuvvetlerinien alt düzeye indirgeyecek bir geometri seçmek4.1.4 Güneş Arabalarında Performans KriterleriGüneş arabası yarışları normal pist yarışlarından oldukça farklıdır. Pist yarışlarındagalibi belirleye asıl faktörler yol tutma, hızlanma ve frenleme performansları olurkengüneş enerjili arabalarda enerji sınırlı oduğundan en önemli faktör enerjiyi etkin birşekilde kullanmaktır. Yol tutma, hızlanma ve frenleme ise bundan sonra gelmektedir.Bir güneş enerjisi yarışında takımlar hızlı ve az enerji sarf eden bir araç tasarlamalıdır.Bütün yarışlarda araçlar yarışa tam dolu bir aküyle başlarlar. Yarış başladıktan sonra iseakünün şarjı sadece PV sistemle yapılabilir. Takımların enerjiyi ne kadar verimlikullandıklarını ölçme açısından iyi bir yarış birkaç gün boyu sürmelidir. 97
    • Bu tür araçlarda odaklanılması çok önemli olan üç nokta vardır;1. PV sistem mümkün olduğunca çok enerji üretebilmelidir. Genel olarak PV yüzey 8 m2 ile sınırlandığından modüller dönüştürmede oldukça verimli olmalıdır.2. Araç toplanan sınırlı enerjiyi en verimli şekilde kullanmalıdır. Bunun için dizaynda şu özellikler fazlasıyla dikkat etmek gerekecektir: a) Tekerlekleri düşük yuvarlanma direncine sahip olmalıdırlar. b) Yuvarlanma direncini azaltması açısından araç hafif olmalıdır. c) Aracın aerodinamik sürtünmesi mümkün olduğunca az olmalıdır. d) Motor sürüş sistemi yüksek verimli olmalıdır. e) Bütün küçük alt sistemler az enerji tüketmelidir. Bu da düşük dirençli tel, ışık ve elektronik aygıt kullanmak demektir.3. Araçta yüksek verimli akü kullanılmalıdır. Araç hızlanırken, yavaşlarken ve yokuş inip çıkarken aküye ve terse doğru sürekli enerji akışı olmaktadır. Aküler ise hiçbir zaman %100 verimli değillerdir. Akü şarj veya deşarj olurken enerjinin bir kısmı ısı olarak kaybedilecektir. Yüksek verimli aküler ise az miktarda enerjiyi ısıya dönüştürecektir.Yukarıdaki üç başlık altında aracın performansını etkileyecek en önemli konularincelenmiştir. Sadece bu üç balığa önem vermek yeterli olmayacaktır, bütün sistemleriyi dizayn edilip güvenilir olmalıdır. Hatta güvenilirliğin performanstan daha da önemliolduğunu vurgulamak gerekir ki, araçta bir sorun çıkacak olursa yarışı bitirmek dahimümkün olmayacaktır. Bu durumda temel felsefe olarak öncelikle iyi dizayn edilmişgüvenilir bir araç, sonra da performans konularına odaklanmak alınabilir.4.2 Bir Güneş Arabası Sistemine Genel BakışYalnızca elektrikle ilerleyen otomobiller düşüncesi 1900’lerin başından beri var. Ne varki bu düşünce petrol ürünleriyle çalışan otomobiller arasında hep çok küçük bir oranasahip oldu. Bu anlamda güneş enerjisiyle çalışan otomobiller de aslında elektrikleçalışan otomobil demek. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülerekkullanılmasıyla otomobile itiş gücü sağlanması amaçlanıyor. Bunun için otomobilin 98
    • üstüne yerleştirilen özel parçalar kullanılıyor. Elektrik enerjisine dönüştürülen güneşışığı bir pilin içinde depolanıyor. Hans Tholstrup ve Larry Perkins’in 1983 yılındaAvustralya’da Perth’ten Sydney’e kadar Güneş enerjili bir otomobille gitmesiyle gözlerbir anda bu otomobillere çevrilmişti.Bu otomobiller geleceğin otomobilleri olabilir miydi? O tarihten günümüze dek pek çokkişi güneş arabaları üzerinde çalışmayı sürdürdü. Her yıl yapılan çeşitli yarışlarda buotomobiller geliştiriliyor.Güneş arabalarında motor, güneş hücreleri, motor düzenleyici, aküler, şasi, malzeme,frenler, tekerlekler, gövde tasarımı vb.. gibi birçok alt başlık üzerinde çalışmakgerekecektir. Biz de bu alt başlıkların bölümümüzle ilgili olanları üzerinde durupdiğerleri için de kabaca bilgi verip dikkat edilmesi gereken noktaları belirteceğiz. Esasolarak üzerinde duracağımızı kısımlar ise aşağıdadır.Bununla birlikte güneş enerjisiyleçalışan bir otomobilin ana parçaları üç aşağı beş yukarı şöyledir: Motor: Otomobilin hareket etmesini sağlayan bölüm. Motor düzenleyicisi : Motora ne kadar elektrik gideceğini ayarlar, enerji akışını düzenler. Güneş aksamı : Bu aksam otomobilin üzerinde bulunan güneş panellerinden oluşur. Bir otomobilin üzerinde kaç tane panel olacağı aracın tasarımına göre değişir. Mppt (maximum point power tracker, Enerjiyi düzenleyen birim) : Bu parça Güneş aksamından gelen enerjiyi en üst düzeye ulaştırır. Aracın üzerindeki güneş aksamı çeşitli bölümlere ayrılmıştır ve her bölüm mppt’ye bağlıdır. Bu birim her biri farklı oranlarda elektrik üreten birimlerin verimliliğini en üst noktaya çıkarır. Bu birim olmasa, otomobil yalnızca güneşten o anda gelen verimsiz bir enerjiye mahkumdur. Piller: Burada elektrik depolanr. Bu piller olmasaydı güneş enerjili otomobillerin makul bir performans sergilemesinden söz edemezdik. Güneş enerjisiyle hareket eden bir otomobil, saatte ortalama olarak 70-120 km hıza ulaşabilir. Otomobil bu hızı, kullandığı pillerine borçludur. Araç, piller sayesinde ortalama hzıın bulutlu 99
    • havalarda, tünelde ya da yağmur altında koruyabilir. Oysa bu piller olmasaydı otomobillerin hızı saatte yalnızca 10-20 kilometre olabilirdi. Gövde Tasarımı: Güneş enerjili otomobiller için bugüne dek birçok farklı tasarım kullanıldı, Formula 1 yarışlarında yarışan otomobillerin aksine, Güneş enerjisiyle çalışan otomobillerin yarışlarında belirlenmiş tek bir tasarım kullanılmıyor. Motoru soğutacak radyatör gibi parçaları olmadığı için normal otomobillere göre daha avantajlı oldukları bile söylenebilir. Güneş’ten olabildiğince yararlanmak için gövdeleri genellikle uzun ve geniş tasarlanır. Yere yakın ve düz olan yüzeyiyle, sürtünmeye ve havanın direncine karşı daha dayanıklıdır. Şasi: Aracın şasisi her şeyin üzerine kurulduğu ve aracı bir arada tutan parçadır. Aracın gövdesiyle şasisinin bir olduğu yumurta tipli tasarımlar olduğu gibi farklı geliştirilmiş otomobiller de bulunuyor. Malzeme: Otomobillerin yapılmasında olabildiğince hafif malzemeler tercih ediliyor. Teknolojinin de gelişmesiyle oldukça hafif malzemeler üretilir oldu. Bazı tasarımcılar otomobillerini fiberglas yada karbon fiberden yaparken, kimileri de bambu, pirinçten yapılmış kağıt gibi malzemeler kullanıyor. Tekerlekler: Güneş enerjisiyle çalışan otomobillerin tekerlekleri normal otomobillerinki gibi değil. Onlar gibi seri halde üretilip her yerde bulunmuyor. Bununla birlikte bunları yapan üreticiler var. Normal bir otomobilde bir tekerleğin dönüş direnci 11- 13 kg/ton iken, bu oran güneş enerjisiyle çalışan otomobillerde 2,5 kg/ton’a kadar düşüyor. Frenler: Güneş enerjisiyle çalışan otomobillerde iki tür fren kullanılıyor. İlk tür fren elektrikli. Elektrik motoru, gerektiği zaman güç keserek aracın yavaşlamasını sağlıyor. Bunun yanında tıpkı normal otomobillerdeki mekanik frenlerin benzerlerini görmek de mümkün. Ama Güneş enerjisiyle çalışan otomobillerin yavaşlamak için normal otomobillere göre daha az güce ihtiyacı olduğu için frenler daha küçük. Bunlardan başka bisiklet ve motosikletlerde kullanılan türden frenler de bu araçlarda kullanılabiliyor. Tüm bunlardan başka, otomobilin performansını etkileyen başka şeyler de var elbette. Bunlardan biri güneş hücrelerinin verimliliği. Bir hücre ne kadar verimliyse o kadar iyi elektrik üretir. Bu verimlilik yüzde 8 ile 100
    • yüzde 26 arasında değişebilir. Bunu daha iyi anlamak için şöyle düşünelim: Öğle saatlerinde güneş, metrekarede 1000 watt enerji üretir. Bir Güneş pilini yüzde 20,5 verimle kullanırsak elde edeceğimiz enerji, metrekarede 205 watt olur. Güneş enerjisiyle çalışan ortalama bir otomobildeyse yaklaşık 8 metrekare güneş paneli bulunur.4.3 Güneş Arabalarının Temel BileşenleriŞimdilik profesyonel kullanımı olmayan ve düzenlenen yarışlarla geliştirilmesisağlanmaya çalışılan güneş arabası temel olarak 6 bölümden oluşmaktadır. Bunlar: Gövde (Şasi) Yürüyen Aksam Güneş Panelleri, (PV) Batarya Grubu Motor(lar) Kontrol DevreleriBu bölümler daha önce belirtildiği gibi normal bir elektrikli araçta bulunan bölümlerdir.Güneş arabasında ilave olarak güneş panelleri ve bu panellerden elde edilen elektrikenerjisinin kullanımını ve depolanmasını sağlayan kontrol devreleri bulunmaktadır. Bukısımda güneş arabasının bölümleri ayrıntılı olarak incelenmeye çalışılacaktır.4.3.1 Enerji YönetimiGüneş arabalarında enerji elde edilecek tek kaynak güneştir. Bu işlem de PV hücreleraracılığı ile yapılır. Buradan elde edilen elektrik de aracı hareket ettiren motora iletilir.Bu noktada da hücre dizisinin veriminin yüksek olmasını ne kadar önemli olduğu ortayaçıkmaktadır.4.3.1.1 Güneş JenaratörüFotovoltaik piller (güneş pilleri), algıladıkları foton enerjisinden eşit sayıda pozitif venegatif yükler oluşturarak, güneş enerjisini doğrudan kullanılabilir, yararlı elektrik 101
    • enerjisine dönüştüren cihazlardır. Oluşturulan pozitif ve negatif yükler gerilim ve akımmeydana getirmek üzere ayrıştırılırlar. Elektronlar ve protonları ayrıştırmak için enuygun malzemeler Silikon, Bakır-Kadmium Sülfat ve Galyum-Arsenit gibi yarıiletkenlerolup, fotovoltaik pillerin üretiminde en fazla bunlar kullanılırlar.Belli gerilim ve akım değerini vermek üzere birbirine seri ve paralel bağlanmış güneşhücreleri bir güneş enerjisi modülünü oluşturur. Sistem tasarımında belirlenen güç çıktıdüzeyine ulaşmak üzere birbirine seri ve/veya paralel bağlanan güneş enerjisimodülleri ise Güneş Jeneratörünü oluşturmaktadır. Burada üretilen enerji, güççekilmiyorken bataryalara depolanır, güç çekiliyorken güce eklenir. Modüller aracın üstdış yüzeyine en iyi güneş görecek ve aerodinamik yapıyı bozmayacak şekilde,yapıştırma usulüyle monte edilmiştir. Güneş hücrelerinin dönüşüm verimi, dış yüke çokduyarlıdır. Bu sebeple, yükü ayarlayarak gerilim-akım değerlerini optimum seviyedetutan MPPT (maximum power point tracker) devresi kullanılması, güneşjeneratöründen her zaman en yüksek gücün alınmasını garantiler [16].4.3.1.2 Hücre DizisiGüneş panelinin dizayn edilmesinde birçok faktör ortaya çıkabilmektedir. Öncelikle nekadar güce ihtiyaç duyulduğuna göre hücrelerin boyut, maliyet, cins ve verdikleri güçgibi fonksiyonların içinden optimum olanı seçilmeye çalışılır. Tabi bu yapılırken eğeraraç gövdesi önceden tasarlandıysa, mevcut olan alana göre seçime dikkat etmekgerekecektir. Dizilim yapılırken, hücreler arasına birer mm kadar boşluk bırakılacakşekilde hesap yapılmalıdır. Böylece hücrelerin ısıl genleşme sebebiyle çatlama ihtimaliazaltılacaktır. Hücrelerden dizi oluşturulurken alt birimler olarak paneller kullanılır. Bupaneller aracın geometrisine bağlı olarak düz ya da kavisli olabilirler. Kavisli panellerdehücrelerin hepsinin aynı yöne bakmaları gerekmektedir. Farklı açılı hücreler farklıgerilim üretecek, daha önce gölgelenme konusunda da gördüğümüz gibi, seri bağlıhücrelerde, panelde üretilen gerilim en az güç üreten hücreye bağımlı olarak güçüretebilecektir.Hücrenin ön yüzü negatif, arka yüzü ise pozitiftir. Yani eğer hücreler seri bağlanacaksa,bir hücrenin önü diğerininkinin arkasına bağlanmalıdır. 102
    • 4.3.1.3 Hücrelerin Montajı ve KaplanmasıHücrelerin dış etkilere karşı korunması için kaplanmaları gerekmektedir. Islandığındakısa devre olup bir daha kullanılamaz hale gelebilirler. Fakat bu kaplamanın da getirdiğidezavantajlar vardır. Bu avantajların başında da hücrelerin bu kaplama izole edilmişolmaları ve böylece daha yüksek çalışma sıcaklıklarında daha düşük verimle çalışmalarıgelmektedir. Aslında koruma amacı en önemli hedef olduğunda bu iş için camkullanılması daha doğru olmaktadır, zira sabit PV tesislerde de bu amaçla camkullanılmaktadır. Amacı hız olan bir araçta ise cam kullanılması ağırlığı göz önünealındığında doğru seçim olmayacaktır. Bu tür araçlarda en yaygın olarak kullanılankaplama türü polimer kaplamalardır. Seçimde düşünülecek en önemli faktör isekaplama maddesinin en az yansıtıcılığa sahip olup en fazla geçirgenlik özelliklerinesahip olmasıdır.Böyle bir kaplamada dikkat edilmesi gereken hususları 4 başlıkta toplayabiliriz:1. Yüzey, tasarlanmış şekilden hiçbir bölgede 0,5 mm den fazla ayrık olmamalıdır vegözle görülebilecek şekilde 60 mmden fazla basamak farkı olmamalıdır.2. Kaplamayla ortaya çıkacak hücre performans kayıpları %5den daha az olacakşekilde ortaya çıkmalıdır.3. Yapılan kaplama yüzeyi çeşitli dış etkile karşı koruyabilir olmalıdır.4. Kaplamanın kütlesi en fazla 2 kg/m olmalıdır.Bu kaplamada silikon esaslı malzemelerin kullanılması söz konusu olabilir. Bu türsilikonlar sıvı haldedir ve iyi havalandırılmakta olan bir ortamda tatbik edilmelidir.Aşağıdaki şekle böyle bir uygulama anını görebilmekteyiz. Silikona alternatif olarakpoliüretan da kullanılabilmektedir. Silikon poliüretana göre daha yüksek sıcaklıklaradayanabilirken, poliüretan ise kimyasal etkenlere karşı daha yüksek dayanım gösterir.Kullanım şartlarına göre uygun seçim yapılmalıdır. 103
    • Şekil 4.3 Hücrelerin kaplanmasıKaplanan bütün paneller, daha sonra dizi oluşturacak şekilde bir yerde muhafazaedilmelidir. Kaplama malzemelerinden bazıları biraz daha düşük optik geçirgenliközelliklerine sahipken, toz tutma yıkanabilirlik gibi seçimde etki edebilecek başkafaktörler de ortaya çıkabilmektedir. Eldeki şartlara göre etkenler göz önüne alınarakoptimum kaplama malzemesi seçilmelidir. Bu konuda en kritik nokta ise ısıl genleşmekabiliyetidir. Eğer hücrenin ve kaplama malzemesinin ısıl genleşmesi paralel olmaz iseçatlama gibi sonuçlar meydana gelebilir ki bu da elde edilecek gücün önemli miktardaazalmasına sebep olabilir.Küçük bir tavsiye olarak hücrelerin kaplanmasında alta polietilen koyulmasınıönerebiliriz. Polietilen buz kalıplarında kullanılan malzemedir ve yapışkanlığı en az olanmalzemelerden biridir. Böylece silikon yüzünden hücrelerin kaplanırken alt yüzeyeyapışmasına engel olmuş oluruz. Üst yüzeyde kalan istenmeyen silikon ise kuruduktansonra jilet ile alınabilir. 104
    • Aynı kaplama malzemesi, panellerin araç yüzeyine sabitlenmesinde de kullanılabilir. Buiş daha ziyade yapışkan özellikleri olan silikon kaplama malzemeleri tercih edilmelidir.Bu işlemde öncelikle araç yüzeyi maddeyle kaplanmalıdır ( Şekil 4.4 ). Bu alt tabakahücrelerin alt yüzeyindeki çıkıntıların gömülebileceği kadar kalın bütün hücrelerindestekleneceği şekilde her yerde aynı homojenlikte olmalıdır. Aksi halde çatlaklarınoluşması tekrar gündeme gelir.Yukarıda belirtildiği gibi silikon temelli yapıştırıcılara alternatif olarak en çok kullanılanyöntemlerden biri de çift taraflı yapışkan bantlardır. Yapıştırma yapılırken hücrelerinzarar görmesi halinde değiştirilebileceği ihtimali göz önünde bulundurulmalıdır. Şekil 4.4 Panellerin araca montajıAlt tabakanı oluşturulmasından sonra hazır olarak bekletilen paneller bu tabakanınüzerine yavaşça koyulup yerleştirilir. Bu yerleştirme sırasında baskı sonucu panellerinüst yüzeyine taşan malzeme üretici firmanın önerdiği solvent madde ile kaldırılabilir.Gerekli kuruma ve yapışma sağlandıktan sonra da kablolama işlemi başlayabilir.Hücre dizilerinin oluşturulmasında asıl karşılaşılan sorun düz olmayan yüzeylerehücrelerin yerleştirilmesidir. Düz olmayan bir yüzey ise aerodinamik yapısına önemverilmiş bir araçta karşı karşıya kalınması kaçınılmaz bir durumdur. Anlattığımızkaplama yöntemine alternatif olarak D. Snowdon vd.nin yaptığı çalışma örnekverilebilir. Şekil 4.5de resmedildiği gibi yöntemde ana düşünce aynı olsa da daha 105
    • profesyonel bir çalışma elde edilmiş oluyor. Tabi bunun için de daha çok maddi kaynakve daha çok işgücü gerekiyor. Öncelikle araçla aynı geometriye sahip dişi bir kalıpyapılıyor. Bu kalıbın içinde elastomer malzeme olarak EVA ( etil vinil asetat )kullanılarak aracın üst geometrisine uygun şekilde elastik özelliklere sahip, vakumedilmiş ve kaplanmış bir panel yapısı elde ediliyor. Bu yapı ise daha sonra yine silikonesaslı bir yapışkanla araç yüzeyine monte ediliyor. Böyle bir çalışmanın yapılması iseaşağı yukarı 7.000 adam.saat sürebilmektedir. Şekil 4.5 Çok tabakalı laminant yapı4.3.1.4 Enerji KazanımıBir güneş arabasında enerjinin depolandığı akünün dışında hareket halinde iken güneşpanellerinden başka güç elde edilebilecek bir sistem yoktur. Aslında pratikte başkaenerji kaynakların da beraber yararlanmak mümkündür fakat uygulamada bu araçlarzamanımızda sadece yarışlar için tasarlanmakta olup bu yarışlarda da güneşten başkabir enerjinin kaynak olarak kullanılmasına izin verilmemektedir.Güneş arabaları yarışlarında yüzey alanı olarak en fazla 8 m2ye izin verilmektedir. Akükapasitesi için ise dünyada genel olarak limit 5 kW iken ülkemizdeki yarışın diğerlerineoranla çok daha kısa olması sebebi ile 1 kW sınır olarak seçilmiştir. Yine yarışa göregüneş hücresi tipleri ve akülerle ilgili sınırlamalara gidilebilmektedir. Uzayteknolojisinde kullanılan yüksek verimli güneş hücreleri ile hafif ve yüksek verimliaküler başta olmak üzere, titanyum şasi ve süspansiyon, pahalı motorlar ve gövdemalzemeleri kullanılarak önemli fiziksel değerlere ulaşabilen araçlar da mevcuttur.Fakat yarışın düzenlenme stratejisine göre çeşitli sınırlamalarla amatör yarışmacılarında katılabileceği organizasyonlar yapılmaktadır. Her ne olursa olsun sonuçta oldukçalimitli bir enerji kullanımı söz konusudur ve bu enerji oldukça dikkatli kullanılmalıdır. 106
    • Ortalama değerler verilecek olursa yeryüzü mertebeli ( terrestrial grade, yeryüzündekullanılan ) güneş hücreleri 800-1.000 W kadar güç üretebilmektedir. Uzay mertebeli (space grade ) güneş hücrelerinde ise bu değer 1.200-1.800 W seviyelerine çıkmaktadır.Bu değerler güneşli bir gün için alınmış olup, bulut olması koşulunda çok daha azolacaktır. Örnek olarak, yeryüzü mertebeli güneş hücreleri ile çalışacağımız göz önünealınırsa bir yarışta kullanılacak güç,Toplam güç = 0,9 kWh + 0,8 kW x 9 h = 3,3 kWh ( 4.1 )0,9 kWh : 1 kWh kapasiteli aküden elde edilen enerji. Akülerin tamamen boşalmasıdurumunda zarar göreceğinden %10 bir emniyet payı düşünülüp 0,9 kWh olarak elealınmıştır.0,8 kW : Güneş dizisinin üreteceği güç olarak alınmıştır.9 h : Yarışın süreceği zaman olarak düşünülmüştür.Belli bir araç için enerji kazanımını hesaplamak istersek;Ep = Ap x IT x Ƞ ( 4.2 )Denklem ( 4.2 )ye göre enerji kazanımı 3 faktöre bağlıdır:Toplam IşınımIşınım güneşten alınan birim alan başına düşen güçtür ve alan metre başına watt ileölçülür. Güneşin açısı ve atmosferin geçirimi gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Bir yüzeyedüşen toplam ışınımın ise 3 bileşeni vardır. Şekil 4.6yı esas alırsak, bu üç bileşeniaşağıda görebilmekteyiz. Şekil 4.6 Açılı bir yüzeydeki ışınım geometrisi 107
    • Yukarıdaki formülden panellere gelen toplam ışınım bulunabiliyor olsa da, günümüzdegelişen teknoloji vasıtası ile panellere gelen toplam ışınım miktarı meteorolojik verileraracılığı ile de elde edilebilmektedir.4.3.1.5 Panel Alanı ve VerimiPanel alanının hesabı eğer düzemsel bir yüzeyse gayet basittir. Düzlemsel olmayandurumlarda ise çeşitli matematiksel metotlarla bu alan elde edilebilir. Düzlemselolmayan bir güneş paneli yüzeyinde, örmek olarak şekil 4.7ye bakılabilir, en doğrusonucu yüzeyi çeşitli bilgisayar programlarına taşıyarak ve gerekli değişkenleritanımlayarak toplam elde edilen ışınımı bulmak verecektir. Şekil 4.7 Düzlemsel olmayan panel alanına sahip bir güneş arabasıYeryüzüne gelen güneş ışınımına müdahale şansımız olmadığından ve genel olarak butür yarışlarda hüre alanı sınırlandığından elde edeceğimiz enerjide en önemlifaktörlerden biri güneş hücresi verimidir. Kullanacağımız güneş hücresinin verimiüretici firma tarafından belirlenmiş olup tüketiciye sunulmaktadır. Fakat bu verim,pratikte kullanım şartları altında elde edilememektedir. Zira üretici firma bu şartlarıideal koşullar altında elde etmektedir. Bu ideal koşullardan farklılığı oluşturan enbelirgin değişken ise sıcaklıktır. Verilen bu fabrika verisi verim değeri 25 °C sıcaklıkşartları altında elde edilmiştir ki bu sıcaklık şartı, güneş altında çalışan bir cihaz içinulaşılması hemen hemen imkansızdır. 108
    • PV pillerin konutlarda veya başka sabit olarak çalışacağı uygulamalarda hücrelere çeşitlisoğutma teknikleri uygulanarak bu ideal koşullara yakın kalma şansı olsa da, bir güneşarabasında böyle bir soğutucu uygulama şimdiye kadar literatürde yer almamıştır veyakın gelecekte de pek mümkün görülmemektedir. Üretici firmalardan bir kısmı güneşhücresinin sıcaklık ile verim ilişkisini veren grafikleri sunmaktadır. Bunların eldeedilemediği taktirde aşağıdaki denklemler kullanılarak sıcak çalışma şartları sebebi ilekaybı kesin olan bu enerji miktarının yanlış sonuçlara götürmemesi için hesaplanmasıgerekmektedir.Ƞ = Ƞ0 [1 – α (TP – T0 ) ] ( 4.4 )Formülde T0 için 25°C, Ƞ0 için ise üretici firmanın 25°C için verdiği verim değerialınmalıdır. α ise deneysel olarak elde edilen sıcaklık katsayısı olup bu değer yerinekullanacağımız sıcaklıklar için α = 0,003 alınabilir. Burada önemli bir nokta olarak Tp,panel sıcaklığını bulmak ortaya çıkmaktadır. Bu değeri de aşağıdaki denklemden eldeedebiliriz;TP = TA + ΘI ( 1 + ΘTA TA ) ( 1 – ΘW W ) IT ( 4.5 )Formülde geçen deneysel sabitler ise;ΘI : 0,0138ΘTA : 0,031QW : 0,042 şeklindedir.Bu değerler 2007 yılında belirli şartlarda yapılan deneysel çalışmalar ürünü olduğundanher koşulda kesin sonuçlar vermesi beklenemeyecektir. 109
    • 4.3.2 Elektrik ve Elektronik Sistemi4.3.2.1 Aküler (Elektrik Pilleri)Güneş arabalarının kalbi piller ve güç sisteminden oluşan elektrik aksamıdır. Elektriksistemi sisteme giren ve sistemden çıkan bütün gücü denetler ve idare eder Pil grubunormal bir arabadaki benzin depoları gibidir. Güneş arabasındaki bu pil gurubuenerjinin daha sonraki kullanımlar için saklanmasını sağlar. Güneş enerjisi hareketetmeye bu dolu pil grubuyla başlar ancak harekete başladıktan sonra sadece güneşpanellerinde üretilen enerji pilleri yeniden doldurmak için kullanılır. Pilin kapasitesininmaksimum miktarı pilin tipine göre değişiklikler gösterir. North Amerikan SolarChallenge (Kuzey Amerika Güneş Arabası Yarışmaları) takımları şu pil tiplerinikullanmaktadırlar:• Lead - Acid (kurşun-asit)• Nikel – Metal - Hidrit(NiMH)• Nikel - Kadmiyum (NiCad)• Lityum – İyon• Lityum Polimer• Nikel – Demir Şekil 4.8 Bir güneş arabasının elektrik düzeneğinin şematik gösterimi 110
    • Şekil 4.9 Bir güneş arabasında elektrik sistemiBir güneş arabasının elektrik sistemi can damarı olarak tanımlanabilir. Aracın hareketinisağlayan asıl parçalar bu sistemdedir. Bu sistemin genel olarak şemasını yukarıda şekil4.8de görebilmekteyiz. Aşağıda ise bileşenleri hakkında detaylı bilgi verilmiştir.Nikel – Kadmiyum Piller: Nikel-Kadmiyum piller yüksek güç yoğunluğu ve ortalamauzun ömürlü olma gibi bazı avantajları vardır. Ancak bu iyi özellikler, geri dönüşümleridoğru yapılmadığı zaman barındırdıkları yüksek toksik ve çevreye verdikleri zararlarsebebiyle pek de tercih edilmezler. Şarj etme işi son derece önemlidir, zira aşırıısınmaya ve genelde patlamaya eğilimlidirler. 111
    • Gümüş - Çinko Piller: Bu piller herhangi başka şarj edilebilir pil çeşidine göre en yüksekenerji yoğunluğuna sahip pillerdendir. Bunların tek dezavantajı çok kısa ömürlüolmalarıdır ve sadece bir kaç şarj etmeden sonra ömürleri biter.Nikel - Çinko Piller: Bu piller gümüş – çinko pillere göre yaklaşık on şarj etmekapasitesiyle daha uzun ömürlü ve daha az pahalıdırlar. Ayrıca enerji yoğunluğu gümüş– çinko pillerin aralığını aşmaz ancak kurşun-asit pillerinkinden de daha fazladırKurşun – Asit Piller: Bu pillerin iyi bir enerji etkinliği ve görece ucuzluk gibi bir çokavantajı vardır. Bunların güneş arabası yarışmalarında kullanılması için bir kaç kezsonuna kadar şarj etme-boşaltma kapasitesi olmalıdırLityum – İyon Piller: Bu piller dizüstü bilgisayarlardaki yüksek performanslarıylabilinirler. Pilin enerji yoğunluğu sadece bunların gümüş – çinko tipleriyle daha iyi halegetirilir, fakat ömürleri çok daha uzundur, örneğin yüzlerce kez şarj edilebilirler ve çokdaha ucuzdurlar.Pil grubu birbirinden ayrı ve tellerle bağlı çeşitli modüllerden oluşmuştur. Bunlar gereklivoltajı üretirler. Genelde arabaların elektrik sistemine bağlı olarak 84 ve 108 voltarasında sistem voltajı kullanılır. Kimi arabalar daha düşük voltajda da çalışır.Tahrik Bataryası aracın temel güç kaynağıdır. Motorun, fazla güç ihtiyacına karşılıkvermek ve fazla enerjiyi depolamak için gereklidir. Uygun gerilim ve kapasite değeri içinpiller seri ve/veya paralel bağlanarak batarya grubu oluşturulur. Kurşun asit aküler,güneş enerjili araçlarda birim kütleye düşen kapasitenin az olması ve şarjdeşarjverimlerinin düşük olması nedeni ile tercih edilmezler. Nikel metal hidrit, lityum iyon,lityum polimer gibi gelişmiş batarya sistemleri kullanılır. Bataryaların hızlı ve güvenlişarj olmalarını sağlayacak, şarj kontrol devresi kullanılması gereklidir [16].Bir güneş arabasında en temel elektrik bileşenlerinden biri de akülerdir. Üretilenfazlalık enerjinin, güneşsiz ya da fazladan enerji gerektiren zor koşullarda kullanılmasıiçin depolanmasını sağlayan aygıtlardır.Batarya paketi konvansiyonel bir arabadaki benzin deposu gibi görev görür. Yarışbaşlarken araçlar dolu aküyle başlarla fakat başlangıçtan itibaren akünün dolumusadece fotovoltaik piler aracılığı vasıtasıyla güneş ile mümkündür. Genel olarak 112
    • kullanılacak akü tipine göre ağırlık sınırlamaları vardır ve bu sayede de eşitsizlikolmasının önüne geçilmektedir. Genel olarak güneş arabalarında kullanılan pillerkurşun asitli, nikel metal hidrit ( NiMH ), nikel kadmiyum ( NiCd ), lityum iyon ve lityumpolimerdir.Bir batarya paketi gerekli sistem voltajını sağlamak üzere birleştirilmiş birden çokmodülden oluşabilir. Takımlar oluşturdukları sisteme göre 100 V civarı gerilimlerdesistemler kullanırlar, tabi çok daha düşük voltajlar kullanmak da mümkündür. Buradabelirleyici etken hesaplamalar sonucu elde edilecek ihtiyaç değerleridir.İdeal bir akü, belirli şartlarda verilen enerjiyi saklayıp istenen şartlarda gerisunabilecektir. Eğer aküye verilen enerjinin tamamı geri alınabilseydi verim %100olacaktı. Fakat bu özelliğe sahip, ve de istenilen kadar hafif bir akü mevcut değildir.Aküler ağır, elektriği depolama ve salıvermede de %100 verimli değildir. Yineihtiyaçlara göre olabileceğin en iyisi seçilebilir. Bu seçimi yaparken de optimumaulaşmak için aşağıda sıralanmış bazı terimler göz önünde bulundurulmalıdır.Enerji Yoğunluğu: Akünün kilogram ağırlığı başına depolayabileceği enerji miktarıdırBirimi Watt.saat / kilogram olup yüksek yoğunluk tercih edilecektir.Amper-Saat Kapasitesi: Akünün tutabileceği toplam şarj kapasitesidir. Amper saatkapasitesi tüm akü sistemlerinde şarj ve deşarj oranının fonksiyonudur. İyi dizaynedilmiş bir aküde amper saat kapasitesi olarak %90 verimlidir ki bu da 100A-hlik birşarjın aküye verildiğinde 90 A-h kadarının geri alınabileceği manasına gelir.Watt-Saat Kapasitesi: Akünün tutabileceği toplam enerji miktarıdır. Akülerdekikullanılabilir enerji bütün akü sistemlerinde şarj ve deşarj oranlarına bağlıdır. Yüksekakımlarda şarj ve deşarj yapılması akünün Watt-saat kapasitesini azaltacaktır çünküenerjinin daha fazla bir yüzdesi ısıya dönüşecektir.Şarj Verimi: Şarjdan sonra geri alınacak şarj ( amper-saat ) yüzdesidir. Güneşarabalarında düşük şarj verimi olan aküler istenmeyecektir, zira zaten enerji çokkıymetlidir. Su bazlı elektrolit kullanılan akülerde şarjın bir kısmı suyun elektrolizindekaybedilecekken, organik veya polimer esaslı elektrolitin kullanıldığı aküler ( lityumiyon, lityum polimer ) neredeyse %100 verime ulaşabilirler. 113
    • Enerji Verimliliği: Aküler bir voltaj eğrisi boyunca şarj ve daha düşük bir şarj eğrisiboyunca de deşarj edilirler. Örnek olarak bu eğrileri Şekil 4.10da görebilmekteyiz. Şekil 4.10 Tipik bir akü için şarj-deşarj eğrileriEğer akünün şarj verimliliği %100 ise, verim ortalama deşarjın şarj gerilimine oranıolacaktır. Şarj veriminin de formülize edildiği, akülerin enerji verimi ifadesini aşağıdagörebilmekteyiz.Enerji Verimliliği = ( VDeşarj / VŞarj ) x Şarj Verimi ( 4.6 )Aküler az şarjlı durumda deşarj voltajı düşük olduğundan kötü verimde çalışırlar. Tamşarjlı durumda ise gerilim yüksek olduğundan yine düşük verim gündeme gelmektedir.Bu durum şekil 4.10da görülebilmektedir. Grafikten de okunabildiği üzere, akülerin enverimli çalıştığı şartlar %25 ile 75 arasında şarjlı olduğu durumlardır.Bu şartlar altında ideal akü seçiminde esas olarak yüksek enerji yoğunluğu ve yüksekenerji verimi göz önüne alınmalıdır. Enerji yoğunluğu hakkında bilgi almak çok dahakolay olacaktır fakat her ikisi de çok önemlidir. 2000li yıllara kadar birçok güneşarabasında en yüksek enerji yoğunluğu değerine sahip gümüş-çinko akülerkullanılmaktaydı. Bu seçim artık günümüz teknolojisinde lityum iyon veya lityumpolimer akülerin çıkarılmasıyla bu yöne kaymıştır ve bu tür akülerin seçimi enerjiyoğunluğu açısından doğru olacaktır. Enerji yoğunluğu da daha önce tanımlandığı üzere 114
    • aracın daha az ağırlıkta üretilmesine etki etmektedir. Ancak daha önce de dendiği gibienerji verimliliği de değerlendirilmelidir. Hemen hemen bütün akü üreticileri enerjiyoğunluğu hakkında bilgi vermekte fakat bunlardan çok azı enerji verimliliği konusundaveri bildirmektedir. Birçok tasarımcı seçim yaparken esas olarak enerji yoğunluğunudeğerlendirmektedir ama enerji verimliliğindeki artışın daha fazla ağırlık taşımakabiliyeti doğuracağını unutmamak gerekir. Konuya örnek vermek gerekirse kurşun-asitakü yerine nikel-kadmiyum akü kullanımını karşılaştırabiliriz. Nikel-kadmiyum akülerinenerji yoğunlukları daha yüksek olsa da enerji verimlilikleri daha azdır. %100doğrulukta bir değerlendirme sayılamasa da, tarihsel olarak güneş arabası yarışlarınabakıldığında ise kurşun asit akülü araçların nikel-kadmiyum akülü araçlara oranla dahaiyi performans verdiği bilinmektedir.Akülerin de paralel veya seri bağlanması mümkündür. Hücrelerdeki ile aynı şekilde seribağlanan akülerin gerilimleri, paralel bağlanama durumunda ise akım değerleritoplanmaktadır. İhtiyaç duyulan değerlere göre istenilen sayıda akü paralel veya seriolarak bağlanabilmektedir. Örnek olarak elimizde 0,08 A ve 2 V gerektiren küçük birmotor olduğunu düşünelim. Bu motorun beslenmesi için elimizde 1,25 VDC ve 0,045 Adeğerlerinde akülerden bulunduğunu düşünürsek;2V / 1,25V = 1,6 adet, yani 2 adet akü seri olarak bağlanmalıdır.0,08A / 0,045A = 1,78 adet, yani yine 2 adet akü de paralel olarak bağlanmalıdır.Bu duruma göre ikisi seri ikisi de paralel olarak bağlanacak toplam 4 akünün devresiniaşağıdaki şekilde görebilmekteyiz ( Şekil 4.11 ). 115
    • Şekil 4.11 Seri ve paralel bağlanmış bir akü devresi4.3.2.2 Elektrik MotoruElektrik motoru bir güneş enerjili otomobilin en temel ve en önemli elemanıdır.Optimal güçte ve veriminin yüksek olması önemlidir. Motorun gücü, tekerleğe zincir yada kayış ile aktarılabileceği gibi, tekerlek ve motor akuple olarak kullanılabilir. Busayede mekanik kayıp olmaz ve sistem verimi yükselir. Çoğu takımın, akuple hattabütünleşmiş sistemleri tercih edilmektedir. Ancak, tekere akuple edilebilecek birmotorun, devir aralığı düşük olduğundan, çok gelişmiş motorlara gereksinimduyulmaktadır. Ayrıca, daha yeni teknoloji olan ve özel devrelere ihtiyaç duyan fırçasızDC motorlar, yüksek verimleri sebebiyle fırçalı motorlara göre daha fazla tercihedilmektedir [16].Elektrik motorları elektrik enerjisini hareket enerjisine çeviren cihazlardır. Budönüşümü meydana getiren zincir ise; Manyetik bir alandaki bir kablodan bir akımgeçtiğinde manyetik alan vektörünün ve akım vektörünün bulunduğu düzleme dik birkuvvetle karşılaşır. Bu durum şekil 4.12de görülebilmektedir. 116
    • Şekil 4.12 Akım taşıyan bir kablodaki manyetik alan kuvvetiMotor mekanizması da motor şaftının dönmesini sağlayacak şekilde düzenlenmiştir. Budönen şaft ise iş yapımında kullanılabilecektir.Bir elektrik motorunun iki ana kısmı vardır. Sabit duran kısım, stator, ve dönen kısım darotor olarak adlandırılır. Manyetik alanı ise stator veya rotordaki endüvi sargısınaverilen akım ortaya çıkarır.Elektrik motorları sağlanan akımın cinsine göre doğru akım ve alternatif akımlı motorlarolmak üzere ikiye ayrılabilirler. Aynı zamanda manyetik alanlarını oluşturma açısındansürekli manyetik ve elektromanyetik olmak üzere de sınıflandırılabilir. Güneşarabalarında ise tekerlek motorlar ve fırçasız doğru akım motorların kullanılması doğruolacaktır. Fırçalı motor da kullanılması mümkündür fakat daha ucuz olsalar da bumotorlarda fırçasızlara göre %10 kadar daha az verim elde edilebilmektedir. Tekerlekmotorda adından da anlaşılacağı üzere direkt olarak tekerleğe entegre edildiğindentransmisyon düzeneğine gerek yoktur, fakat fırçasız doğru akım motorlarındatransmisyon sistemine gerek vardır. Bunlar arasında seçim yapılırken verim ve maliyetgibi hususlar düşünülmelidir. Fırçası doğru akım motorları tekerlek motorlara göreyüksek güçte daha az, düşük güçlerde ise daha fazla verimlidir. . Fırçasız motorlardayüksek verimlere çıkılabilmektedir ama karar verilirken ilave kullanılacak sistemlerinkarmaşıklığı ve meydana getirebileceği sorunlar da göz önüne alınmalıdır. 117
    • 4.3.2.3 Maksimum Güç Noktası İzleyiciGüneş panellerinin güç çıkışlarını bataryanın voltajı ile eşleştirip, maksimum şarjıgaranti etmektedir. 100 Watt lık bir güneş panelinden, batarya optimum voltajdaolmadıkça 100 Watt güç çıkışı alınamaz. Örneğin; bataryalardaki gerilim 12.4 volt olsunve klasik şarj kontrolörlerden biri kullanılsın. 100 Watt bir güneş paneli kullanılıyorsa,bu panel 6 amper akım ve 16.5 volt ( 16.5 volt x 6 A = 100 Watt ) değerlerine sahiptir.Bataryadaki gerilim 12.4 volt olduğundan 6 amper akımla sadece 12.4 volt x 6 A = 75watt enerji depolanabilir. Bu da, panelin çıkış gücünden %25 kayıp olduğu anlamınagelir. Mppt (Max. Power Point Tracker) kontrolörler, akımı arttırarak bataryaların solarpanelden çıkan tüm gücü depolayabilmesini sağlar.Şarj kontrolörler güneş panelleri ile bataryalar arasına konumlandırılır. Güneşpanellerinin elektriksel karakteristiği, sıcaklığa, ışık şiddeti ve açısına, bağlanan yükegöre çok değişim gösterir. Mppt devresi güneş panellerinin çıkışına bağlanır vepanellerin karakteristiği değişsede, en verimli akım - voltaj değerlerinde çalışmaşartlarını oluşturur. Bu sayede panellerden elde edilen güç koşullara göre %10–30 akadar arttırılabilir. Mppt devreleri, özellikle güneşin yeryüzüne az ulaştığı soğuk kışaylarında, yükselen panel voltajları sebebiyle çok yarar sağlamaktadır [16].Güneş dizisini kullanmanın en kolay yolu direkt olarak aküye bağlamaktır. Eğer dizivoltajını akü voltajından daha yüksek yapacak seri olarak bağlanmış yeterli hücre varise, güneş panelleri güç üreterek aküyü şarj edecektir. Bu yöntem basit, ucuz vegüvenilirdir.Eğer bağlantı yukarıda belirtilen şekilde yapılmışsa, genel olarak paneller güç üretipaküyü şarj edecektir. Bu yöntem ile yaklaşık olarak %75 verim elde edilebilecektir vebasitliği ve düşük maliyeti sebebiyle birçok araçta da kullanılabilmektedir.1. Eğer panellerin gerilimi ile akünün gerilimi eşit ise, sistem neredeyse %100e yakınverim ile çalışır.2. Eğer akü voltajı panellerin voltajından daha düşük ise, verim voltajların oranı kadarolacaktır. 118
    • 3. Eğer akü gerilimi panellerin gerilimden yüksek ise, verim çok ciddi olarakdüşecektir.4. Eğer akü voltajı, açık devre voltajından ( sıfır akımda hücrenin verdiği gerilim )büyük ise, güç üretilemeyecektir.Öyle ise bu basit tasarımda ilk hedef elde edilen gerilimi her zaman akü gerilimindenyüksek tutmaktır. Hücre dizisi gerilimini yüksek tutmak her zaman güç üretileceğindenemin olmak manasına gelse de doğru çözüm olamayacaktır çünkü bu şartlarda üretilengüç miktarı az olacaktır. Optimum nokta bulunarak bu değerlerde çalışılacaktır ve dahaönce de söylendiği gibi bu şartlarda verim %75 civarında olacaktır. Şekil 4.13 Örnek bir güneş hücresinin I-V karakter eğrisiYukarıdaki paragrafların akabinde MPPTlerin ne için kullanıldıkları ortaya çıkmıştırdenilebilir. İdeal olarak hücre dizisi sürekli olarak en fazla gücü üretebilecek gerilimdeçalışmalıdır. MPPTnin görevi de budur. %97-98 gibi yüksek verimlerle çalışarak ilkanlatılan yönteme göre oldukça avantajlıdırlar. Yukarıdaki şekil 4.13de görülen vegüneş ışınımı ve hücre sıcaklığına göre farklılık gösterebilen V-I eğrisinde bir maksimumgüç noktası mevcuttur ve MMPT de bu değerde güç üretimini sağlamaktadır.4.3.2.4 İleri Düzey Kontrol Sistemleriİvme kontrolü, aracın kalkış ve hızlanmalarında ivmeyi belli değerlerdetutarak/sınırlayarak gereksiz güç harcamalarını önler. Sistem hız bilgisinin, zamana göredeğişimini kontrol eder ve belli değer üzerine çıkması durumunda, sürücü devresine 119
    • gücün kısılmasını sağlayacak uyarı gönderir. Seyir kontrol sistemi ise, aracın seyriboyunca belirlenen aşamalarda (seyredilen rotadaki konumuna yada zamana göre)genellikle hızını yada enerji sarfiyatını istenen değerlerde sabitlemek ve otomatikdeğişmesini sağlamak amaçlı kullanılır.Pilotun direksiyonu tutması ve sistemin doğru çalışıp çalışmadığını izlemesi, sistemçalıştığı sürece yeterlidir. Hız, pozisyon (GPS ya da gidilmiş yol), harcanan/kalan enerji,güneşten alınan enerji gibi birçok veriyi analiz eden ve buna göre karar verip aracıayarlayan bir sistemdir. Ayrıntılı enerji hesapları gerektirir [16].4.3.2.5 Güç SistemleriGüç sistemleri bu araçların en karmaşık ve ayrıntılı bileşenlerini oluştururlar. Bir güçsisteminde en yüksek güç hatları, motor kontrolörü ve data edinme sistemi bulunur.Güç sisteminin birincil işlevi sistem içerisindeki elektriği izlemek ve denetlemektir.En yüksek güç hatları güneş panellerinden gelen elektriği, gücü en yüksek seviyeyeçıkarmak ve depolanmak üzere pillere veya itici güç için motor kontrolörlerine iletmeküzere düzenler. Güneş panelleri pilleri doldururken en yüksek güç hatları pilleri aşırıyüklemeden kaynaklanan zararlardan korumaya yardımcı olur. Güneş arabasındakullanılan en yüksek güç hatlarının sayısı arabanın tasarımına bağlı olarak değişikliklergösterir. En yüksek güç hatları son derece düşük ağırlıktadır ve genelde %95’inüzerinde bir etkinlik gösterirler.Motor KontrolörüMotor kontrolörü gaz pedalından gelen sinyaller temelinde motora gönderilen elektriğidenetler. Motor kontrolörü içerisindeki elektriği idare etme süreçleri bu tartışmanındışındadır. Üreticiler genelde motor kontrolörünü motorla birlikte sunarlar. Çoğu güneşarabası bütün elektrik sistemini denetlemek için karmaşık bir data edinme sistemikullanırlar. Tekrarlamak gerekirse tam bir elektrik sisteminin şu bileşenleri vardır :güneş panelleri, piller, motor kontrolörü ve motor. En azından bir arabada pil voltajınınve akımın denetlenmesi gereklidir. Data edinme sisteminden elde edilen bilgi aracınkarşılaşacağı problemlerin çözümünde faydalı olacaktır. En yüksek güç hatları güneş 120
    • panellerinden gelen elektriği, gücü en yüksek seviyeye çıkarmak ve depolanmak üzerepillere veya itici güç için motor kontrolörlerine iletmek üzere düzenler. Güneş panelleripilleri doldururken en yüksek güç hatları pilleri aşırı yüklemeden kaynaklananzararlardan korumaya yardımcı olur. Güneş arabasında kullanılan en yüksek güçhatlarının sayısı arabanın tasarımına bağlı olarak değişiklikler gösterir. En yüksek güçhatları son derece düşük ağırlıktadır ve genelde %95’in üzerinde bir etkinlik gösterirler.Motor kontrolörü gaz pedalından gelen sinyaller temelinde motora gönderilen elektriğidenetler. Motor kontrolörü içerisindeki elektriği idare etme süreçleri bu tartışmanındışındadır. Üreticiler genelde motor kontrolörünü motorla birlikte sunarlar. Çoğu güneşarabası bütün elektrik sistemini denetlemek için karmaşık bir data edinme sistemikullanırlar. Tekrarlamak gerekirse tam bir elektrik sisteminin şu bileşenleri vardır:güneş panelleri, piller, motor kontrolörü ve motor. En azından bir arabada pil voltajınınve akımın denetlenmesi gereklidir. Data edinme sisteminden elde edilen bilgi aracınkarşılaşacağı problemlerin çözümünde faydalı olacaktır.Motor kontrolörü ana güç sistemi ile motor arasındaki ara yüzdür. Sürücününivmelendirmesinden gelen ( gaz pedalı ) sinyallere göre motoru kontrol eder, ne kadardevirde dönüp ne kadar güç tüketeceğini belirler ( Şekil 4.14 ). Yüksek verimli bir dizaynelde etmek için motor, kontrolöre bağlanmalıdır. Tasarımcıların kendi kendilerine bukontrolörün dizaynını yapması imkansızdır fakat satın alınan bu parçayı en iyi şekildeçalışması için optimize etmeyi gerek satıcının teknik bilgileri gerekse de araç üzerindeyapılan deneylerle öğrenmelidir. Genelde alınan elektrik motoru ile birlikte motorkontrolörü de tedarik edilebilmektedir. Şekil 4.14 Motor kontrolörü ve motor 121
    • Güneş araçlarında kullanılan tek tip motor kontrolörü vardır ve bunlar kalite kalitedeğişmek kaydıyla %90 verime kadar çıkmaktadırlar. Bu durumda alınan motora göretavsiye edilen uyumlu kontrolörü seçmek verim açısından kazanç sağlayacaktır. Buparça bir bakıma aracın beyni olarak da tanımlanabilir, zira motora ne kadar akımverileceği gibi karmaşık bir kararı verir ve bu da aracın ivmelenme, yavaşlama veyasabit hızda kalma seçeneklerinden birinde hareketine devam etme opsiyonunu seçer.4.3.3 Sürüş TakımlarıGüneş arabasının sürüş takımı normal bir arabanınkinden olukça farklıdır. Konumuzaçısından belirtmek gerekirse sürüş takımı elektrik motoru ve motor gücününtekerleklere iletilmesini sağlayan ve dolayısıyla arabayı hareket ettiren araçlardanoluşmaktadır. Üretilen düşük enerji miktarı ( 5 beygir gücünden daha az) sebebiylegüneş arabaları genellikle tek çekişli olur. Güneş arabasında kullanılan motorun tipiaçısından bir sınırlama yoktur.Motorlar genellikle 2 ila 5 beygir gücü arasında olurlar. En yaygın motor tipi çift sargılıfırçasız DC motorlardır. Bu motor oldukça hafiftir ve devir gücünde %98 verim sağlar.Ancak standart bir fırçalı DC motordan daha pahalıdırlar. Çok vitesli transmisyonlargüneş arabalarında nadiren kullanılır. Çift sargılı motorlar elektronik transmisyonolarak kullanılabilirler. Sargılar arasındaki geçişler motorun hız oranında değişiklikleryapar. Düşük hızdaki sargılar kalkış ve geçiş için yüksek tork sağlarlarken yüksek hızsargıları daha yüksek verimliğe sahiptir ve normal sürüş için en uygundur. Şekil 4.15 Güneş arabasının şanzıman ve motor bağlantı şekli 122
    • Güneş arabalarında 3 çeşit temel transmisyon tipinin farklı varyasyonları kullanılır.1. Tek indirgemeli doğrudan tahrikli sürüş2. Değişken oranlı kayışlı sürüş (Variable ratio belt drive)3 . Hub MotorGeçmişte en yaygın motor tipi doğrudan tahrikli transmisyon idi. Bu tipte motor birzincir ya da volan kayışı vasıtasıyla tekerleğe bağlıdır. Bu güvenilir ve kolayca tamiredilebilir bir transmisyon şeklidir. Tabi ki hizalama sırasında özel bir önem gösterilirse.Verimlilikleri düzgün tasarlandığında %75 i bulur. Şekil 4.16 Güneş arabalarında kullanılmakta olan bir motorÇok az arabada gücü tekerleklere iletmek için değişken oranlı kayışlı sürüşkullanılmıştır. Vites aralığı motorun hızı arttıkça değişkenlik gösterir. Bu da düşükhızlarda motora daha fazla kalkış torku kazandırır. Ancak yine de araba yüksek hızdadaha etkin bir sürüş kazandırır. Değişken oranlı kayışlı sürüş tam bir hizalama ve dikkatlibir kurulum sağlandığında etkin bir şekilde çalışır. 1995 yılından itibaren vites kutusuzsürüşün yaygınlığı artmıştır. Hub motor herhangi bir dış transmisyon ihtiyacını ortadankaldırır çünkü motor şaftı bu geçişi tekerlek üzerinden direkt olarak sağlar.Bu durumsürüş takımının etkinliğini çok büyük oranda arttırır ve tekerleği hareket ettirmek içingereken hareketli parçaların sayısını azaltır. Bir hub motoru düşük vites eksikliğini telafietmek için düşük beygir gücü kullanır. Sonuçta bu durum sürüş takımının etkinliğindekademeli bir düşüş eğilimine neden olur ancak sürüş takımları hala %95’e varan bir 123
    • etkinlik gösterebilmektedir. Ancak yine de bu tür bir motorun kullanılması diğermetotların hepsinden çok daha sadece ve çok daha etkindir.4.3.3.1 Fırçasız Doğru Akım Motorları“Fırçasız” terimi servo motorların özel çeşitlerini temsil etmek için kabul görmüştür.Adım motoru ve asenkron motorun yapılarında fırçalar ve komütatör (kollektör)kullanılmasına rağmen fırçasız motor olarak adlandırılmamaktadır. Çünkü “fırçasız”motor, fırçalar ve komitatöre sahip bir doğru akım servo motora benzer performanselde etmek için fırça ve komitatör takımının mekanik sınırlamalarını ortadan kaldırmakamacıyla komitasyon işlemi elektronik olarak yerine getirilecek şekildetasarlanmaktadır. Komitasyon terimi, genellikle doğru akım makinalarında endüstrisargılarında akımın yönünü değiştirme işlemi olarak bilinir. “Fırçasız doğru akımmotoru” terimi alternatif akım makinasının, yarıiletken invertörün ve rotor konumsensörünün bir kombinasyonunu isimlendirmek için kullanılır. Bu kombinasyonsonucunda, klasik doğru akım makinalarındaki gibi doğrusal moment-hızkarakteristiğine sahip bir sürücü sistemi meydana getirilir. Bir alternatif akım makinesistator ve rotordan meydana gelmektedir. Stator kısmında faz sargıları ve rotor yataklarıvardır. Bir fırçasız motorda çok sayıda faz sargısı olabilir. Motorun rotoru dönen kısımolup kalıcı mıknatıslardan yapılır ve manyetik akının kaynağıdır.Motorun otomatik (self) senkron olarak çalışabilmesi için konum sensörü ve yarıiletkeninvertöre gerek vardır. Yarı iletken invertör konum sensöründen gelen konum bilgisinegöre komitasyon sağlamak için kullanılır. Zıt EMK dalga şekli (trapeziodal) olanotomatik-senkron motorlar için “Fırçasız DA Motoru” terimi, zıt EMK şekli sinüsoidalolan otomatik-senkron motorlar için “Kalıcı Mıknatılı Senkron Motor” terimikullanılması genel kabul görmüştür. Yamuk zıt EMK’li makine için rotor konum sensörüolarak basit konum dedektörleri kullanılır. Örneğin Hall-Etkili sensörler rotor manyetikalanını algılar ve böylece faz anahtarlama noktalarını tespit edebilirler. Sinüsoidal zıtEML’li makine ise daha hassas konum bilgisi gerektirir. Çünkü stator sargılarınauygulanan akımın dalga şeklinin hassas olarak izlenmesi gerekir. Fırçasız doğru akımmotorunda moment fonksiyonu yamuk iken Kalıcı mıknatıslı motorda moment 124
    • fonksiyonu sinüsoidaldir. Fırçasız hub motorlar genellikle 3, 4 veya 6 fazlı olaraküretilirler.Fırçasız Doğru Akım Motorlarının Avantajları● Yüksek verim,● Doğrusal moment/hız ilişkisi,● Yüksek moment/havim oranı,● Az bakır gerektirir,● Fırçalar ve komitatör yoktur,● Daha az bakım,● Tehlikeli ortamlarda kullanılabilir.Fırçasız motorların uygulama alanlarındaki hızlı artış bu makinaları artık genel makinesınıfına girmeye aday konumuna getirmektedir. Bu motorlar birçok avantaja sahiptirler.Öncelikle verimleri yüksektir. Gerekçe, yüksek verim en büyük katkılarından biridir.Kontrolleri çok kolaydır. Çünkü fırçasız motorlar klasik fırçalı doğru akım motorlarabenzer bir doğrusal moment-hız eğrisine sahiptirler. Fırçasız motorlar yüksek birmoment/hacim olmasına rağmen eşdeğer güçteki diğer motor tiplerinden çok dahaküçük boyutludur.4.3.4 Mekanik ve Yapısal BileşenlerMekanik ve fiziksel bileşenler, bir güneş arabasının ana hatlarını oluşturmaktadır. İyi birtasarım ve malzeme seçimi, araç verimini ve sürüş stratejisini yakından ilgilendirmekteve etkilemektedir. Prensipte bir güneş arabasının mekanik sistemleri son derecebasittir. Tasarım hedefleri çeşitli yol durumlarıyla başa çıkmak için gerekli gücüsağlarken sürtünmeyi ve ağırlığı en aza indirmektir. Titanyum ve bileşik metaller gibihafif metaller etkin bir araç için gerekli olan dayanıklılık ve ağırlık oranını maksimizeetmek için kullanılır. Mekanik sistemler süspansiyon, frenler, direksiyon, tekerlekler velastiklerden oluşur. 125
    • Araçlar tipik olarak üç yada dört tekerleklidir. Genel üç tekerlekli konfigürasyonun ikiön tekerleği ve bir arka tekerleği vardır. Dört tekerlekli araçlar bazen geleneksel araçlargibi tasarlanırlar. Diğer dört tekerlekli araçların ise ön tekerlekleri ortada birbirine dahayakındır. Çoğu süspansiyon sistemleri güneş arabalarına uygulanabilir. Bunun sebebiarabalar arasındaki kasa ve şasi tasarımları açısından görülen belirgin çeşitliliklerdir. Ençok kullanılan ön süspansiyon çeşidi çift çatal süspansiyondur. Trailing armsüspansiyonu ( üç tekerlekli araçlar için ) motosikletler-dekine benzemektedir ve arkatekerlekte kullanılır. Güvenlik son derece önemli bir konudur. Bu nedenle güneşarabaları standart frenleme performansını mutlaka yakalamalıdır ve her güneşarabasında iki bağımsız fren sistemi bulunmalıdır Disk frenleri ayarlanabilirlikleri vefrenleme güçleri sebebiyle en çok kullanılan frenlerdir. Bazı arabalarda mekanik olarakhareket ettirilen frenler kullanılırken bazılarında hidrolik frenler tercih edilir.Mekanik frenler hidrolik frenlere oranlara genellikle daha küçük ve daha hafiftirlerancak bunlar kadar frenleme kuvveti sağlamazlar ve düzenli ayar gerektirler. En yükseketkinliğe ulaşmak için frenler, kızaklamayı yok etme yoluyla bağımsız hareket etmeküzere tasarlanırlar. Güneş arabasının direksiyon sistemleri büyük çeşitlilik gösterir.Aracın yönlendirilmesi için kritik olan tasarım faktörleri güvenilirlik ve etkinperformanstır. Direksiyon sistemi tam bir sıralama ile tasarlanır. Çünkü en ufak birsıralama hatası önemli kayıplara ve yüksek lastik aşınmasına sebep olabilir.Yakın geçmişte araçlarda hafif ve düşük sürtünme sağlayan bisiklet tekerlekleri velastikleri kullanılmaktaydı. Bu tekerlek ve lastikler genellikle aracın ağırlığı arttıkça aşırıyüklemeye maruz kalırdı ki bu durum performansı ve güvenliği son derece etkilerdi. Nevar ki güneş arabası yarışlarının popülerleşmesi sebebiyle bir kaç üretici firma sadecegüneş arabaları için tasarlanmış lastikler tasarlamaya başladılar. Bu lastikler düşüksürtünme katsayısına sahip hafif lastiklerdir. Hem güvenliği hem de performansıarttırırlar.Güneş arabalarının mekanik sistemleri genellikle basittir ve sürtünme ile ağırlığı en azaindirmek asıl hedeftir. Kompozit malzemeler ve titanyum gibi alaşımlar genellikle düşükyoğunluk/dayanım oranına sahip olduğundan tercih edilirle fakat bunlar için de maddikaynak gerekecektir. 126
    • Mekanik sistem süspansiyon, fren, direksiyon ve tekerlekleri içerir. Her birinintasarımında diğerinin de düşünülmesi uyum ve montaj açısından kolaylık sağlayacaktır.Süspansiyon sistemi aracın güvenliği ve performansı açısından oldukça önemlidir.Burada yapılacak bir yanlış aracın kontrolden çıkmasına sebep olacaktır. Tasarımyapılırken ilk olarak oluşan maksimum gerilimlere dayanabilecek minimum malzemekullanılmalıdır, yalnız ağırlıktan kaçma için de limitlere çok yaklaşmamak gerekecektirçünkü istenmeyen sonuçlar ortaya çıkabilecektir.Önemli bir güvenlik sorunu da frenlerdir. Ağırlığın azlığında dolayı normal araçlara göreçok daha az kuvvet gerektirecek frenler mekanik ve hidrolik esaslı olabilirler. Mekanikesaslı sistemler küçük ve hafiftirler fakat yüksek fren gücü uygulayamaz ve bakımisterler. Ama yine de bir güneş arabası için kullanımları daha avantajlı olacaktır.Alternatif olarak rejeneratif fren sistemleri kullanılabilirler. Bunlarda fren yapılırkenoluşan sürtünme elektriğe çevrilerek tekrar aküye gönderilirler. Böyle bir sisteminkurulmasına karar verilemeden önce iyi düşünülüp iyi hesap yapılmalıdır. Kazanılacakenerji miktarı oldukça cüzi olup harcanan emek ve sistemin verimine getirebileceğimuhtelif dezavantajlar düşünülünce yapılıp yapılmamasına dair tereddüttekalınabilmektedir.4.3.4.1 Pilot Kontrol BileşenleriÇoğu güneş arabası, tek koltuklu ve sürücüler için çok az konfor sağlayan arabalardır.Çok az araba bir yolcu ya da bir gözlemci taşıyabilir. Sürücüler ve yolcular; rahatsızkoltuklar, kramplara sebep olan oturma pozisyonları ve yüksek kokpit sıcaklıkları ilekarşılaşırlar. Şekil 4.17 Bir Güneş Aracının Kokpiti 127
    • Güneş arabalarında, normal arabalarda karşılaştığımız türden standart özellikler vardır;örneğin dönüş sinyalleri (ön ve arka) stop lambaları, gaz pedalı, aynalar, havalandırmave direksiyon bileşenleri mevcuttur. Sürücülerin ve yolcuların güvenliğini sağlamak için5 ya da 6 noktada güvenlik koşumu ve kasklar vardır. Arabayı kullanmanın yanı sırasürücünün en önemli görevi arabanın sistemlerini gözlemlemek ve muhtemelproblemleri izlemektir [16].4.3.4.2 Gövde ve ŞasiBir güneş arabasının en ayırt edici kısmı gövdesidir. Güneş arabaları, çeşitli gövdesınıflarına ayrılabilir. Ancak her araba kendine özgüdür, zira boyut sınırlamaları dışındahiçbir standart yoktur. Gövde tasarlanırken temel hedefler; aerodinamik sürtünmeyi enaza indirmek, güneş ışınımına maruz kalma oranını en yükseğe çıkarmak, ağırlığı en azaindirmek ve en yüksek güvenliği sağlamaktır.Güneş arabasının gövdesi, güneşten olabilecek en yüksek elektrik enerjisini eldeedebilmek için özel olarak şekillendirilmesi gereken, aynı zamanda aracın hava ilesürtünmesini en az ve yere basmasını en uygun hale getirmek için aerodinamikkurallara uygun olarak yapılandırılması gereken bir bölümdür. Güneşten en yüksekenerjiyi alabilmek için mümkün olduğunca geniş üst yüzeye sahip ve yayvan olmasıgereken bu bölümün aynı zamanda da düşük güçlü bir enerjiyle hareket sağlanabilmesiiçin olabildiğince hafif olması gerekmektedir [35]. Şekil 4.18’de yarışlarda kullanılantipik bir güneş arabası gövdesi görülmektedir. Şekil 4.18 Güneş arabası tipik gövde yapısıŞekil 4.18’de görüldüğü gibi güneşten elektrik enerjisi üretmek için kullanılan güneşpanellerinin yerleştirileceği yer olan aracın üst yüzeyi, güneşten en üst seviyede 128
    • yararlanabilmek için mümkün olduğunca geniş ve düz yapılmaktadır. Pilot kabini vetekerleklerin çıktığı yerlerin kenarları ise hava ile sürtünmeyi en aza indirgeyecekşekilde kapatılmaktadır. Burada gövdenin uzunluk, genişlik ve yüksekliği ise katılınacakolan yarışın koşullarına göre belirlenmektedir.Daha geniş güneş paneli yerleştirebilmek için boyutları mümkün olduğunca büyüktutulmak zorunda olan gövdenin aynı zamanda da hafif olabilmesi gerekmektedir. Buamaçla güneş arabalarında gövde malzemesi olarak uçakların gövde yapımındakullanılan kompozit malzemesinin kullanılması en uygun olmaktadır. Çok ince etkalınlıklarında çelik sağlamlığını yakalayan bu malzeme istenildiği gibişekillendirilebilmektedir. Bu malzemenin dezavantajı ise çok pahalı olması veülkemizde henüz çok yaygınlaşmamış olmasıdır.Güneş arabalarında gövde malzemesi olarak kullanılan diğer malzemeler ise Polyester,Plastik, Bez ve Tahta’dır. Bu malzemelerden en çok kullanılanı polyester olup kompozitteknolojisinde olduğu gibi bir kalıp hazırlanarak bu kalıbın üzerine kaplama şeklindeyapılmaktadır. Kompozite göre çok daha ucuz olan bu yöntem kullanılarak yapılangövde kompozit malzemeyle yapılana göre en az 3 kat daha ağır olmaktadır. Tahta veyasunta kullanılarak yapılan gövde ise sağlam olmasına rağmen polyesterden çok dahaağır olmakta aynı zamanda şekillendirme problemleri ortaya çıkmaktadır. Plastik veyabezden yapılan gövdeler ise dayanımı düşük olduğu için pek tercih edilmemektedir.Güneş arabalarında her zaman ilk etapta enerjinin mümkün olabildiğince azharcanmasına dikkat edilir. Bu da aracın hafif ve iyi bir aerodinamik yapıya sahipolmasıyla mümkün olacaktır. Belli bir standart olmayıp istenildiği gibi bir dizaynyapılabilmektedir. İyi tasarlanmış bir gövde yüzlerce Watt enerji tasarrufuna sebepolabilmektedir, bu sebeple de bu araçların tasarımlarında en fazla zamanı belki de bukısım almaktadır. 129
    • Şekil 4.19 Güneş arabası gövde ve şasisiDaha önce de değinildiği gibi aracın gövdesini oluşturacak yapı, pillerden gelen sınırlıenerjiyi en az derecede harcayacak kadar hafif ve herhangi bir kaza anında sürücügüvenliğini sağlayacak kadar da sağlam olmalıdır. Bu iki nokta göz önüne alındığında ikialternatif malzeme ortaya çıkmaktadır. Bunlar da cam-fiber ve karbon-fibermalzemelerdir. Cam- fiberlerin maliyetleri ve ağırlıkları düşük olup yüksek elastikmodül ve çekme mukavemeti değerlerine sahiptir. Önceleri yüksek maliyetinden dolayısadece havacılık ve silah sanayinde kullanılan karbon-fiber ise zamanla üretimmaliyetlerinin azalması sonucunda kara taşıtlarında da sıklıkla kullanılmayabaşlanmıştır. Çok yüksek mukavemet değerlerine sahip karbon-fiberin maliyeti dışındayüksek sertliğinden dolayı kırılgan oluşu da dezavantajları içerisinde sayılabilir. Budeğerleri gösteren bir Çizelge 4.1de görülebilmektedir. Çizelge 4. 3 Cam-fiber, karbon-fiber ve çeliğin bazı mekanik ve fiziksel özellikleri Mekanik/Fiziksel Özellik Cam-fiber Karbon-Fiber Paslanmaz Çelik Yaklaşık Yoğunluk (kg/m3) 2.100 1.600 7.916 Elasitk Modül (Gpa) 45 145 193 Çekme Mukavemeti (Mpa) 1.020 1.240 862Şasi ise aracın omuriliği olarak tanımlanabilir. Ağırlığın mümkün olduğunca az,dayanımın ise fazla olması istenir. Tabi ki bu çalışmalar yapılırken her zaman önceliğinemniyetin olduğu akıldan çıkarılmamalıdır. Aşağıdaki şekilde bir güneş arabasının şasive gövdesi görülebilmektedir.Etkin bir güneş arabası şasisi geliştirilirken, zorluk çıkartacak ilk şey en yüksekdayanıklılığı ve güvenliği sağlarken ağırlığı en aşağıya çekmektir. Her ekstra ağırlık 130
    • üretilmesi gereken daha fazla enerji demektir. Bunun anlamı tasarımda ağırlığı en azaindirmekle uğraşılmasıdır ve burada da odaklanılması gereken şey şasidir. Ancakgüvenlik birincil meseledir ve şasi tam dayanıklılık ile güvenlik gerekliliklerinisağlamalıdır. Güneş arabalarında kullanılan üç tip şasi vardır (Şekil 4.17) [16]. Uzay çerçevesi Yarı - monokok MonokokBir uzay çerçevesi şaside, yükleri ve gövdeyi taşımak için birbirine bağlanmış ya dakaynakla eklenmiş tüp yapısı kullanılır. Gövde, şasiye ayrı olarak eklenen hafif, yüktaşıyamayan bileşik bir kaplamadır. Yarı - monokok şaside ise yükleri taşımak içinbileşik krişler ve bölmeler kullanılır. Monokok şasi de ise yükleri taşımak için gövdeyapısı kullanılır. Her üç tip şasi de dayanıklı hafif araçlar ortaya çıkarır. Birçok güneşarabasında bunların birer kombinasyonu kullanılır.Birbirine birleşik aerodinamik gövde ve panel en çok kullanılan biçimdir. Bu tasarımküçük bir ön yüzey alanını, düşük ağırlığı ve geniş bir görüş açısı sağlayan bir kabinkubbesini bir araya getirir. Sabitlenmiş ya da eğik olarak sürücü kabini üzerine monteedilmiş düz panelleriyle, Tasarım hafiflik, ucuz imalat sağlamasına karşın, gövde dışındakalan süspansiyonlar ile çapraz rüzgarlara karşı açık olma nedeniyle aerodinamiketkinlikten taviz vermeye sebep olur.Katamaran biçimler ise, indirgenmiş ön yüzey alanı ve düşük aerodinamik sürüklenmesağlar. Buna ek olarak kuzey / güney yönlü yarış rotalarında kavisli donanım güneşinufukta hareket ettiği sabahın ilk saatlerinde ve öğleden sonraları oldukça güçlü halegelir. Son olarak, kendine has özellikleri olan tasarımlar mevcuttur. Bu tip tasarımlardaaerodinamik etkinlik ve güç toplama kapasitesi tasarımdan tasarıma değişir. 131
    • Şekil 4.20 Güneş arabalarında kullanılan gövde şekilleri4.3.4.3 AerodinamikGüneş arabasının tasarlanmasında yüksek verimlilik oldukça önemlidir. Bunu başarmakiçin arabadaki tüm sistemler tek tek tasarlanmalıdır. Arabayı tasarlayan kimse,arabadaki sürüklenmeyi en düşük seviyede tutmalıdır, fakat yine de enerji unsurlarınıntüm kaynaklarını en yüksek seviyeye çıkarmalı ve bunlara öncelik vermelidir.Bir nesnenin, aerodinamik olabilmesi için üzerinden ve etrafından geçen akışın, (havaya da su akışı gibi) kolaylıkla geçmesi ve nesnenin hızı, ivmelenmesi ve hareketiüzerinde büyük bir etki yapmaması gereklidir. Aerodinamik bir araç oluşturmayaçabalarken, takip edilmesi gereken çeşitli kurallar vardır. Aşağıda bu kurallara dair ufakaçıklamalarda bulunacağız. Aracın aeorodinamik dizaynı şu kriterler içerisindesürdürülmektedir.Kural 1: Tasarımcı, arabanın tüm korumasız yüzeyleri üzerine, tamamıyla ekli bir akışolduğuna emin olmalıdır. Ekli akış şöyle ortaya çıkar: Bir nesnenin etrafındaki bir akışınhareketi, nesnenin şekli sebebiyle, fiziksel olarak başından sonuna dek bu şekli takipetmeye zorlanır. Akış bir yandan da nesnenin yüzeyinden ayrılır ve düzensiz birtürbülans akışı ile şeklin geriye kalanı boyunca yuvarlanırKural 2: Birinci kural uygulanırken, diğer yandan da arabanın tüm yüzey alanıminimuma indirgenmelidir. Tüm yüzey alanı, nesnenin akışa maruz kalan alanıdır.Kanat şeklinde, uzunlukkalınlık oranı tavsiye edilen değerin üzerine çıkarıldığında sorunortaya çıkar. Bu oranı yükseltmek yoluyla, tüm yüzey alanı da sabit biçimde artar. 132
    • Bunun anlamı yüzey sürtünmesinin de artmasıdır. Bunun bir diğer sonucu dasürüklenme katsayısının artmasıdır.Bir güneş arabası ile normal bir otomobil arasındakifark güneş arabalarında sürüklenme kavramı tüm yüzey alanına dayanırken,otomobiller için bu arabanın ön yüzeyiyle ilgili bir prensiptir.Kural 3: Düzgün sınır katmanı akışı maksimumda olmalı ve ayrıca aracın mümkün olanen fazla alanında bu akış sağlanmalıdır. Düzgün sınır katmanında hava pürüzsüz birşekilde hareket eder. Düzgün akış, türbülans şeklindeki akışa göre daha az bir yüzeysürtünmesine neden olur. Üçüncü kuralın uygulanabilmesi için arabanın ön kısmı,üzerinden geçen hava akımını aşamalı şekilde hızlandırmalıdır.Kural 4: Yüzey pürüzsüz olmalıdır. Buradaki amaç ihtiyaç duyulan düzgün akışaulaşmaktır.Kural 5: Akış güneş arabası üzerinde kaldırma gücü yaratmamalıdır. Temel olarakkaldırma gücü varsa, orada sürüklenme gücü var demektir.Kural 6: Kanat uçlarındaki sürüklenme minimuma indirgenmelidir. Bunun için de arabagövdesinin yan kenarları inceltilmeli ve yuvarlanmalıdır [16]. Çoğu güneş arabasınınşekli, devasa kanatlar olarak düşünülebilir, böylece araba bir kanat şeklindetasarlanırsa, normal bir kanatın sürüklenme kuvvetine maruz kaldığı kadar birsürüklenme elde edilir.Kural 7: Arabanın ön yüz alanı yukarıdaki kurallara uyularak, minimumda tutulmalıdır.Arabanın karışık sürüklenmesi minimumda tutulmalıdır.Kural 8: Bu tip sürüklenme, kubbe şeklindeki sürücü penceresi ya da çamurluklar gibielemanlar gövdeye eklendiğinde ortay çıkar. Örneğin; çamurluklar ve ana gövde farklısınır katmanlarına sahiptir. Ancak iki eleman bir araya geldiğinde, bunların sınırkatmanları da bir araya gelmiş olur. Sonuç olarak bir basınç sürüklenmesi meydanagelir ki; aslında bu bir karışık sürüklenmedir.Kural 9: Hava akımı sürüklenmesi de minimumda tutulmalıdır. Hava akımı arabanın içyüzeyine girdiğinde, bir enerji kaybı olur. Bu tip sürüklenmenin yaygın olduğu yerlereşu örnekler verilebilir. Tekerleklerin ana gövdeden dışarıda olduğu, gövdeye eklenmiş 133
    • parçaların olduğu yerler ya da pencereler veya havalandırma deliklerinin olduğu yerler[16].Aerodinamik direnç araç hızlı giderken gördüğü toplam direnç kuvvetinin önemli birkısmını oluşturmaktadır. Düşük hızlarda çok önemli olmasa da 40 km/s ve üzeri hızlardaçok önemlidir. Aerodinamik direnç kuvvetinin formülünü aşağıda görebilmekteyiz.DA = (0.5) ρ VA2 A Cd ( 4.7 )Hava akımına dik bir plaka için aerodinamik direnç katsayısı 2,0 dır. Bu değer pürüzsüzbir damla şekli için 0.05 olabilirken iyi bir güneş arabası için 0,1 ila 0,3 arası bir değerhedeflenmelidir. ACd direnç alanı olarak tanımlanır. İyi araçlarda bu değer 0,1-0,35arasında olmalıdır. Aerodinamik olarak kaybedilen güç hesaplanmak isterseaerodinamik direnç kuvvetinin hızla çarpılması yeterli olacaktır. Şekil 4.21 Aerodinamik direncin oluşmasıBir aracın aerodinamik dirence az maruz kalması için araca karşı gelen hava akımınındüzgün şekilde aracı sıyırıp geçmesi istenir. Bunun gerçekleşmesi için de aracıngeometrisinin buna izin vermesi gerekmektedir. Kullanım şartlarından dolayı günlükhayatımızda kullandığımız araçlarda bu yapıyı elde etmek çok zordur fakat bir güneşarabasında bu konuya önem verilebilir ve başarılı bir araç yapmak için de verilmesikaçınılmazdır. Aerodinamik yapısı iyi bir araç ile konvansiyonel bir aracın hareketesnasında karşı karşıya kaldığı hava akımları temsili olarak Şekil 4.18degörülebilmektedir. 134
    • BÖLÜM 5 GÜNEŞ ARABASI İMALATI5.1 Şase Tasarım ve İmalatıŞase tasarımı Solidworks programında yapılmıştır. Malzeme olarak alüminyum profilseçilmiştir (Şekil 5.1). Alüminyum oksidasyona karşı üstün direnci ile tanınır. Budirencin temelinde pasivasyon özelliği yatar. Endüstrinin pek çok kolunda milyonlarcafarklı ürünün yapımında kullanılmakta olup dünya ekonomisi içinde çok önemli bir yerivardır. Alüminyumdan üretilmiş yapısal bileşenler uzay ve havacılık sanayii içinvazgeçilmezdir. Hafiflik ve yüksek dayanım özellikleri gerektiren taşımacılık ve inşaatsanayiinde geniş kullanım alanı bulur. Araç performansı açısından alüminyumu buyüzden tercih etmiş bulunuyoruz. Dayanım ve esneme oranlarının iyi olmasınoktasında, kullanılan malzemenin dikdörtgen kesitli olması ve kaynaklı birleştirmeyapılması uygun görülmüştür. Sonrasında ısıl işlem ile malzemeyi daha mukavim birhale getirdik. Kaynak olarak malzeme türüne uygun şekilde MIG/MAG kaynağıkullanılmıştır.Tasarım yapılırken; Dayanıklılık ve uzun ömürlü olması, Ergonomik olması, Sürücü konforu, Ön takım ve yürüyen aksam montaj ölçüleri, 135
    •  Arka tekerlek ve motor montaj ölçüleri, Elektrik bağlantı durumu ve konumu, Aracın denge ve sürüş sırasında yola tutunma durumu, Amortisör bağlantı noktaları, Tekerlek dönme açıları, Frenleme ve ani frenleme durumlarında aracın gösterdiği tepkileri en aza indirme, Üzerini örtecek kasanın montajı ve kasa montajından sonra aracın yerden yüksekliği, Sürüş esnasında olabilecek bir kaza durumunda sürücünün can güvenliğini korumak ve alacağı zararı en aza indirmek, Aracın uluslar arası federasyonlarca belirtilen ölçülere uygun olması, parametreleri göz önüne alınmıştır. Şekil 5.1 Aracın şase tasarımının Solidworks’de yapılması 136
    • Şekil 5.2 Aracın şase tasarımı önden görünüşŞekil 5.3 Aracın şase tasarımı sağdan görünüşŞekil 5.4 Aracın şase tasarımı üstten görünüş 137
    • Şekil 5.5 Aracın şase tasarımı soldan görünüşİmalatta alüminyum profiller, tasarıma uygun biçimde kesilerek kaynak işleminegeçilmiştir (Şekil 5.2). Kaynak işlemi için kullanılan elektrotlar, alüminyum için özelüretilmiş olup (alüminyum elektrot), kaynak kalıntılarını temizlemek için peloxkullanılmıştır. Tüm borular dikişli tercih edilirken, ortada bulunan devrilme çubuğudikişsiz 2” çelik borudan ısıtılarak bükülmüş, ana şaseye kaynaklı birleştirme ile monteedilmiştir. Şekil 5.6 Aracın şase imalatı 138
    • 5.2 Kasa Tasarımı ve İmalatıŞekil 5.7’de de görüldüğü üzere kasa tasarımında yağmur damlasından esinlenilmişolup, aerodinamik yapı ön planda tutulurken, güneşin geliş açılarının değişimidurumunda kokpit çıkıntısının gölgelenmeye yol açmaması, güneş panellerinin ölçülerive montaj rahatlığı, uluslararası kuruluşların belirlediği ölçüler, sürü kolaylığı ve dengegöz önüne alınmıştır (Şekil 5.7). Şekil 5.7 Örnek kasa tasarımıİmalat aşamasında kasa, alt ve üst iki ayrı parça olarak kalıplandırılmıştır. İnşaat demiriüzerine kafes teli kaplama, alçı sıvama ve son kata kumaş kaplama yapılarak kalıplaroluşturulmuştur (Şekil 5.8). Hazırlanan kalıplar üzerine tek kat cam elyafı serilerek,bakalit sürülmek suretiyle fiberglass bir kabuk oluşturulmuştur (Şekil 5.9). Son olarakboyama işlemi yapılarak araç kasası imalatı tamamlanmıştır (Şekil 5.10). Sürücününaraç içine giriş çıkışı, güneş panellerinin boyutu ve yerleşimi, motor ve motorsürücüsüne, batarya paketine, Mppt ve ön takıma müdahale edilebilmesi, araçkabuğunun montajından sonra da bütün mekanik ve elektrik aksamına müdahale gözönüne alınarak kokpit kapağı kesilmiş, sol taraftan menteşe ile alt kabuğa bağlanmıştır.Kokpitin ön kısmında şeffaf mika malzeme kullanılarak sürücünün yol görüşüsağlanmıştır. Burada malzemenin mika seçilmesinin sebebi kaza olduğunda ve camınparçalanması sonucunda ortaya çıkacak sürücü yaralanmalarını önlemektir. 139
    • Şekil 5.8 Örnek üst kabuk kalıbı imalatı Şekil 5.9 Örnek üst kabuk imalatı 140
    • Şekil 5.10 Kasa imalatı bitmiş boyama sonrası5.3 Yürüyen Aksam, Yön Verme Düzeneği ve Süspansiyon5.3.1 Direksiyon Sistemleri Revizyonu5.3.1.1 Direksiyon SistemleriAraçların üzerinde kullanılan direksiyonların amacı aracın istenilen yöne sevkinisağlamak ve gidişi kontrol altında bulundurmaktır.Direksiyon dişli kutuları direksiyon simidi üzerinden verilen döndürme hareketinidoğrusal harekete çevirerek direksiyon bağlantılarına iletir. Hareketin iletimi sırasındadöndürme kuvvetini artırarak sürücüye kolaylık sağlar. Sürücünün döndürme kuvvetidişliler tarafından çoğaltılır. Rot bağlantıları aracılığı ile dingil başlarına ve tekerleklereiletilir. Mekanik direksiyon çeşitleri beş çeşittir. Sonsuz vida–sektör, sonsuz vida–dönerbilyeli somun, kam–levye, pinyon-kremayer, sonsuz vida–rule makara mekanikdireksiyon çeşitleridir. Günümüzde daha çok pinyon-kremayer ile döner bilyalıdireksiyon çeşitleri kullanılmaktadır. 141
    • GörevleriDireksiyon sistemi aracın istenilen yöne kolay ve zahmetsiz yönlendirilmesine olanaksağlar. Direksiyon sistemi bir bakıma aracın kılavuz ve yol gösterici sistemidir. Araç dar ve virajlı yollarda sürülürken direksiyon sistemi ön tekerlekleri çabuk, kolay ve muntazam bir şekilde çevirebilmelidir. Direksiyonu çevirmek için uygulanacak kuvvet, olumsuz bir etken yok ise fazla olmamalıdır. Araç dönüş işlemini tamamlandıktan sonra direksiyon simidi düz konuma sürücü fazla efor sarf etmeden dönebilmelidir. Bozuk yol yüzeyinden gelen darbelerin direksiyon hakimiyetinin kaybedilmesine neden olmamalıdır. Şekil 5.11 Direksiyon sistemiGenel YapısıSürücünün direksiyon simidine uyguladığı çevirme hareketi ,sistem tarafından öntekerleklerin yönlendirilmesinde kullanılmaktadır. Aynı zamanda sistem, sürücüye yoldurumu ve araç dinamiği hakkındaki bilgileri de aktarmaktadır.Gelişen teknoloji ile birlikte araçlara eklenen sistemlerden dolayı ağırlıkları artmıştır.Aynı zamanda araç hızlarında da artış olmuştur. Daha fazla güç kullanma gereğiduyulmuştur. Uzun süre kullanılan sonsuz dişli sistemlerinin yerini hafif ve çabuk tepkiveren sistemler almıştır. 142
    • Direksiyon sistemi sürücünün ön tekerlekleri çevirerek yönlendirmesi içintasarlanmıştır. Bu iş direksiyon simidinin sürücü tarafından döndürülmesi ilegerçekleştirilir.Direksiyon simidinden tekerleklere kadar uzanan bütün parça ve bağlantılar bu sistemioluşturur. Ön tekerlekler aracın gidiş yönünü bulmasına yardımcı olmaktadır.Tekerlekler direksiyon deve boynu ya da dingil başları tarafından taşınmaktadır.Direksiyon, deve boynu yada dingil başları salıncak kollarına mafsallarla bağlanmıştır.Küresel mafsallar dingil başının sağa sola dönmesine müsaade eder. Tekerlekler dedingil başlarına tespit edilmiş olduklarından dingil başının ya da direksiyon deveboynunun sağa sola hareketi tekere de aynı hareketi yaptırır ve böylece araç istenilenyöne sevk edilmiş olur.Basit Bir Direksiyon Sistemi Çalışma PrensibiDireksiyon simidi direksiyon dişli kutusu, rotlar, direksiyon deve boynu kolları vetekerleklerden ibarettir. Ön tekerlekler, ön akslar üzerindedir. Ön akslarda başlık pimiyada küresel mafsallar üzerinden salıncak kollarına, diğer taraftan da rotlarabağlanmışlardır. Direksiyon simidi herhangi bir yöne döndürüldüğü zaman, direksiyondişli kutusunun içindeki sektör dişlisi komuta kolunun sağa ya da sola hareket etmesineyol açar. Komuta kolunun bu ileri geri çalışması direksiyon deve boynuüzerinde etki yapar ve direksiyon deve boynunu ya da dingil başını iter veya çeker.Bunlara bağlı olarak tekerlekler istenilen yöne doğru dönmeye zorlanır ve böyleceistenilen yönde hareket eder.Direksiyon Sisteminin ParçalarıYönlendirme hareketleri direksiyon simidi, direksiyon mili, direksiyon dişli kutusu vedireksiyon bağlantı kolu yardımıyla ön tekerleklere iletilmektedir. Direksiyon simidinindairesel hareketi direksiyon mili vasıtasıyla direksiyon dişli kutusunda bulunan istavrozdişlisine iletilmektedir. Direksiyon mili aracın gövdesine tespit edilmiş olan direksiyonkolonu borusu ile desteklenmektedir. Sürücünün yönlendirme hareketlerinintekerleklere iletilebilmesi için çeşitli parçalara gereksinim duyulmaktadır. Bu parçalararacın tipine bağlı olarak farklılık gösterebilmektedir. 143
    • Direksiyon SimidiGöreviDireksiyon simidi sürücünün uyguladığı hareketi direksiyon milinin dönmesini sağlar.Pasif emniyet sebeplerinden dolayı günümüzde daha çok emniyet direksiyon simitlerikullanılmaktadır. Sürücü, direksiyon simidi vasıtasıyla sürüş yönünü değiştirir. Ayrıcasürücüye sabit sürüş ve viraj tutuşu için bir his sağlar ve emniyetli kullanımı sağlar.Yapısal ÖzellikleriDaha çok hafif metal alaşımlarından yapılır. Üzerlerine örtü malzemesi kullanılaraksürücünün daha iyi bir şekilde direksiyon simidini kavraması sağlanır.Direksiyon Mili ve Kovanı (Kolonu)Direksiyon mili sabit ve ayarlanabilir olmak üzere iki çeşittir.GöreviDireksiyon siminden direksiyon dişli kutusuna güç aktarımını sağlar. Bazı araçlardakoruma için bir direksiyon kolonu borusu ile kaplıdır. Direksiyon mili ve etrafını sarandireksiyon kolon borusu direksiyon sütunu olarak adlandırılır. Direksiyon kolonudireksiyon simidinin hareketini direksiyon kutusuna ileten ana direksiyon mili ile bu miligövdeye bağlamaya yarayan kolon borusundan oluşmaktadır. Direksiyon kolonuüzerinde aynı zamanda herhangi bir kaza anında darbeyi sönümleme mekanizması dayer alır. Bu mekanizma bir çarpışma anında sürücünün zarar görmesine nedenolabilecek darbeleri emer. Kolon gövdeye kırılabilir bir braket ile bağlanmıştır. Birdarbe geldiğinde bu braket kırılarak darbeyi sönümler. Direksiyon ana mili direksiyondişli kutusuna kayıcı mafsal veya mafsal istavrozu ile bağlanmıştır. Böylelikle yoldandireksiyon kutusu vasıtasıyla gelen titreşimler direksiyon simidine azaltılmış bir şekildeiletilir.Direksiyon Dişli KutusuGünümüzde en çok iki çeşit direksiyon dişli kutusu kullanılmaktadır. Kremayer ve dönerbilyalı direksiyon dişli kutuları daha çok kullanılmaktadır. Direksiyon simidi üzerindenverilen dairesel hareketi doğrusal harekete çevirerek direksiyon bağlantılarına iletir. 144
    • Hareketin iletilmesi sırasında döndürme kuvvetini artırarak sürücüye kolaylık sağlar.Sürücünün, direksiyon simidine uyguladığı döndürme kuvveti dişliler tarafındançoğaltılır ve rot bağlantıları aracılığı ile dingil başlarına ve tekerleklere iletilmesineyardımcı olur.ÇEŞİTLERİMekanik Direksiyon Dişli KutularıDireksiyon dişli kutuları direksiyon simidi üzerinden verilen dönel hareketi doğrusalharekete çevirerek direksiyon bağlantılarına iletir. Hareketin iletimi sırasındadöndürme kuvvetini artırarak sürücüye kolaylık sağlar. Sürücünün döndürme kuvvetidişliler tarafından çoğaltılır ve rot bağlantıları aracılığı ile dingil başlarına vetekerleklere iletilir. Şekil 5.12 Kremayer tip direksiyon dişli kutusu Şekil 5.13 Döner bilyeli direksiyon dişli kutusu 145
    • Hidrolik Yardımlı Direksiyon SistemleriHidrolik yardımlı güç direksiyonları direksiyon döndürme kuvvetini azaltmak vesürücüye aracı daha kolay bir şekilde sevk ve komuta etme imkanı vermek üzeredüzenlenmiştir. Bunu gerçekleştirmek için direksiyon dişli kutusunda meydana getirilenkuvvetin artırılması gerekir. Bunun için hidrolik basıncından yararlanılmıştır. Şekil 5.14 Hidrolik direksiyon sistemiElektrik Yardımlı Direksiyon SistemleriElektrik yardımlı direksiyon sistemi sürücü tarafından çevrilen direksiyonu bir elektrikmotoru aracılığıyla destekler. Bu motor gerçekte bir sonsuz dişliyi hareket ettirir. Şekil 5.15 Elektrik yardımlı direksiyon distemi 146
    • Rotlar ve Rot BaşlarıUzun Ara RotKomuta kolu ve sağ sol rotlara bağlanmıştır. Komuta kolunun hareketini rotlara aktarır.Uzun ara rot avara kola da bağlıdır. Şekil 5.16 Uzun ara rotRotKremayer ve döner–bilyeli direksiyonun üstündeki ayar borusunun içine vidalanmıştır.Bu mafsallar arasındaki mesafenin ayarlanmasını sağlar.Rot BaşıRot başları rotların ucuna bağlanarak deve boynunu ,uzun ara rotu ile rotları birleştirir. Şekil 5.17 Rot başıKısa rotKomuta kolunu deve boynuna bağlar. Komuta kolunun sağa ve sola hareketini ileri vegeriye aktaran bir bağlantı gibi çalışır. Şekil 5.18 Kısa rot 147
    • Deve BoynuKısa ve uzun rotların hareketini direksiyon mafsalına aktarır. Şekil 5.19 Deve boynuDireksiyon MafsalıÖn tekerleklere uygulanan yüke destek olur. Direksiyon mafsalları süspansiyonkollarının rotilleri veya king pimleri etrafında dönerek, ön tekerleklere yön verir. Şekil 5.20 Direksiyon mafsalıAvare KolAvare kolunun mili gövdeye bağlanmıştır. Diğer ucu bir döner bağlantı ile uzun ara rotabağlanmıştır. Bu kol uzun ara rotun bir ucuna desteklidir ve uygun konumda uzun ararotun hareketini sınırlar. Şekil 5.21 Avare kolu 148
    • 5.3.1.2 Güneş Arabası Mevcut Direksiyon SistemiAraç üzerinde bulunan mevcut direksiyon sistemi sağ taraftan tahrikli, kremayer vepinyon tipi direksiyon dişli kutusuna sahiptir. Şekil 5.22 Kremayer direksiyon dişli kutusuKremayer ve Pinyon Tipi Direksiyon Dişli Kutusu ÇalışmasıDireksiyon mili bir üniversal mafsal üzerinden pinyonun miline bağlanır. Pinyondöndürüldüğü zaman kremayeri harekete zorlar. Pinyon kremayer ile devamlıkavraşma halindedir ve sadece dönel hareket yapabilir. Bu nedenle ancak kremayerhareket eder. Kremayerin sağa-sola çizgisel hareketi direksiyon bağlantılarına iletilir.Kremayerin uçları elastiki bir mafsal ve kısa rot üzerinden direksiyon kollarına (deveboyunlarına) bağlanmıştır. Böylece dişlinin ve kremayerin üzerindeki her hareketdoğrudan doğruya direksiyon kollarına iletilir.5.3.1.3 Mevcut Sistemin Revize İşlemleriMevcut Direksiyon SistemiMevcut durumdaki direksiyon sisteminde, dişli kutusu aracın en sağ kısmındadır yalnızdireksiyon simidi aracın ortasındadır, önceki sistemde mevcut hareket iletimininkullanım zorluğu birçok mekanik kayıp meydana getirmektedir ve ayrıca sürücü için 149
    • kullanım zorluğu yaratmaktadır, direksiyon sisteminin yataklandığı profil, sürücü aracagirip çıkarken zorluk yaratmaktadır. Yataklama profili sürücünün hareket kapasitesinisıfıra indirmektedir. Hareket iletimi birçok küçük pinyon dişlilerden meydana geldiğiiçin, moment kaybı ve direksiyon simidini döndürme sayısı artmaktadır.AmaçMevcut direksiyon sisteminde dişli kutusunu merkeze alarak, sürtünmelerden veboşluklardan doğan mekanik kayıpları ortadan kaldırarak, sürücü içinde kullanımkolaylığı sağlamaktır. Şekil 5.23 Önceki sistemdeki direksiyon dişli kutusu Şekil 5.24 Dişli kutusuna önden bakış 150
    • Araca önden bakıldığında Direksiyon Dişli Kutusu sol taraftadır. Dişli kutusundan Pinyondişliye küresel mafsal ile bağlı olan direksiyon milinden sürücünün döndürmehareketleri dişli kutusuna aktarılmıştır. Şekil 5.25 Direksiyon simidi ve dişli çarklarDireksiyon simidinden alınan dönme hareketi, küçük dişli çarklarla aracın sağ tarafınaaktarılarak direksiyon miline hareket iletilmiştir. Şekil 5.26 Direksiyon simidinden mile hareket aktarımı 151
    • Şekilde görüldüğü gibi hareket, dişli çarkların en son dişlisinden küresel mafsalladireksiyon miline aktarılmıştır. Şekil 5.27 Dişlilerin yataklandığı deliklerDireksiyon sistemi bütün komponentleriyle sökülmüştür. Şekil 5.28 Direksiyon sisteminin tamamen sökülmesi 152
    • Dişli Çark sistemini ve direksiyonu yataklayan alüminyum profil kesilerek çıkartılmıştır.Direksiyon Sisteminde Dişli Kutusunun Merkeze Getirilmesi İşlem Basamakları A B Şekil 5.29 a) Dişli kutusu bloğu ve rot kolu b) Pinyon dişli Şekil 5.30 Krameyer dişli kesim aşaması hazırlık Şekil 5.31 Krameyer dişli kesim aşaması 153
    • Kremayer dişli 3 eşit parçaya kesilmektedir. Şekil 5.32 Krameyer dişli kesim işlemi sürüyor Şekil 5.33 Krameyer üç parçaya bölünmüş hali Şekil 5.34 Krameyer üzerinde puntalama işlemi 154
    • Kaynak işlemi yapılarak Kremayer dişlisi merkeze alınması için puntalama işlemiyapılmıştır. Herbir parça merkezden 5mm çapında delinerek küçük pimlerlemerkezleme yapıldıktan sonra kaynak işlemiyle birbirlerine kaynatılmıştır.Kaynak işlemi için tornada, kaynakta elektrotun dolduracağı kesit oluşturulmuştur,belirli açılarla kaynak yapılacak ağızlara pah kırılmıştır.Kaynak işlemi yapılırken ısıl çekmeleri önlemek için öncelikle pimlerle merkezlenenparçalar, punta atılarak birbirlerine kenetlenmiştir. Birbirine kenetlenen parçalar,kaynak makinasının akımı kısılarak kontrollü biçimde kaynak yapılması için tedbiralınmıştır.Kaynak, milin belirli hızda döndürülerek eşit tevzide elektrot kaynağı uygulanmayaçalışılmıştır. Her parça kaynatılmadan önce tornada hareketli puntoyla merkezlenerekmilde seyim olmamasına dikkat edilmiştir.Kaynak işlemi yapıldıktan sonra Kremayer dişlisinin dengeli bir şekilde soğumasınadikkat edilmiştir. Dengeli soğuma Isıl gerilmeleri minimum değerlere kadarindirgemiştir.Kremayer dişli soğuduktan sonra kaynaktan meydana gelen curuflar temizlenerek,Kremayer dişli ile aynı hassasiyette olması için kaynağın kabası torna ile belirli miktardapaso verilerek düzeltilmiştir.Kremayer dişliye yataklık ve muhafazasını sağlayan kovan, ölçülü kesilerek kısaltmaişlemi yapılmıştır.Kovan bir ucundan dişli kutusuna sıkı geçirildiği için kısaltma işlemi kesilerek aradan birmiktar parça alınmış ve kaynak edilerek birleştirilmiştir.Kremayer dişli, dişli kovanına yerleştirilerek Pinyon dişli ve diğer parçaları düzgün birşekilde takılıp monte edilmiştir. 155
    • Şekil 5.35 Direksiyon dişli kutusu ortada Şekil 5.36 Direksiyon dişli kutusu revizyon sonrasıDireksiyon dişli kutusu ortaya alınmıştır. Şekil 5.37 Direksiyon mili yataklama öncesi 156
    • Alüminyum profil kesildikten sonra direksiyon mili boşta durmaktadır. Bunun içinyataklama yapılmıştır. Direksiyon mili yataklama yapmak için kesilmiştir. Şekil 5.38 Direksiyon mili kesim işlemleri Şekil 5.39 Direksiyon mili kesim sonrasıDireksiyon milini bilyalı yatağa takabilmek için bilyalı yatağı mile geçecek şekildetornada delik açılmıştır. Şekil 5.40 Bilyalı yatak için torna işlemi 157
    • Yatak içerisine bilyalı rulman sıkı geçme yapılmıştır Şekil 5.41 Bilyalı rulman sıkı geçme işlemiYatağa yerleştirilmiş bilyalı rulman mil üzerine geçirilmiştir. Şekil 5.42 Bilyalı rulmanın mil üzerine geçirilmesiBilyalı yatak gres yağı ile yağlanarak yerine alıştırılmıştır. Şekil 5.43 Yatağın gres yağı iel yağlanması 158
    • Kesilen yüzeylere kaynak ağzı açılarak yüzey tornalama yapılmıştır. Şekil 5.44 Kesilen yüzeylerde tornalama işlemiParçalar birbirine özenle kaynatılmıştır. Şekil 5.45 Kesilen parçaların kaynak işlemi Şekil 5.46 Yatağın direksiyon sistemine montajı 159
    • Yatak direksiyon sistemine takılarak ortadan tahrik sağlanmıştır. Şekil 5.47 Revize edilmiş direksiyon sistemi son hali üstten Şekil 5.48 Revize edilmiş direksiyon sistemi son hali yandan 160
    • Süspansiyon Sistemi Şekil 5.49 Sağ arka amortisör takoz yırtığıYaylı hidrolik amortisör özel ATV motosiklet amortisörü kullanımı, yaprak yayın ağırolması sebebi ile tercih edilmiştir. Şekil 5.50 Solidworks amortisör yerleştirilmeden önce Şekil 5.51 Solidworks’ de süspansiyon sisteminin gösterilmesi 161
    • Şekil 5.52 Solidworks’ de süspansiyon sisteminin gösterilmesi önden görünüş5.4 Fren SistemiAracın ön iki tekerleğinde hidrolik kontrollü disk fren sistemi kullanılmıştır. İki fren tekpedaldan kontrol edilirken, tepki süreleri ve oranları aynıdır. Kullanılan diskleralüminyum alaşımlı çelik olup ön takımdaki tekerlek göbeklerine iki adet cıvata vesomun kullanılarak montajları yapılmıştır. Örnek bir üç tekerlekli güneş aracında araç,arka tekerinde kampana ve ön iki tekerinde disk fren varken, 60 km/h hızla seyirhalindeyken, ani frenleme durumunda 5,8 metrede durabilmektedir. Bu durumdatasarladığımız bu aracın durma mesafesi takriben 6,5-7,5 m arası olacaktır. Dahasonraki aşama olarak ikinci fazda, disk frenlere bağlı iki adet stop lambası da frenlemeyapıldığını arkadaki araca bildirmek amacıyla aracın arka bölümüne yerleştirilmesiplanlanmaktadır. Şekil 5.53 Disk fren 162
    • Şekil 5.54 Hidrolik kontrollü ön iki disk freni5.5 Motor ve Motor SürücüsüMotor olarak 2500 W fırçasız doğru akım motoru kullanılmıştır (Şekil 5.54). Motor vekontrolör bağlantısına ilişkin planlanan blok diyagram Ek B’de, bağlantı şekli ise Ek C’desunulmuştur. Motor ve montaj ölçüleri Ek D’de sunulmuştur. Motor sürücüsünün,köprü tipi olması planlanmakta olup, motorun çalışma şartlarına uyumlu olarak, aşırıyüksek ve aşırı alçak gerilim düzeylerinde motorun çalışmasını engelleyerek korurken,aracı kullanan kişiye de bir led ile hata bildirimi yapması düşünülmektedir. Fırçasızdoğru akım motorlarına ilişkin blok diyagram Ek E’de sunulmuştur. Motorun elektrikselözellikleri şöyledir;Çalışma gerilimi: 48 VAzami akım : 20ANominal Güç: 1200 WAzami Hız : 40 km/hAzami Sürekli Tork : 103 NmAğırlık : 10.3kg motor, 0.97 kg motor kontrolcüsüVerim : % 91.1 163
    • Şekil 5.55 Akif1000 1200W fırçasız doğru akım motoru Şekil 5.56 Hub motoru montaj öncesiŞekil 5.57 Sağ arka tekere Hub motorunun montaj sonrası 164
    • 5.6 Maksimum Güç Noktası İzlyecisiAraçta kullanmayı düşündüğümüz mppt cihazı, Motec firmasının PV4830 modelidir.Üzerindeki Lcd ekran sayesinde, eş zamanlı bilgilendirme ve ayarlanabilme özelliğinesahiptir. Ayarlanabilme özelliğinin daha detaylı kullanımının bilgisayar kontrolü ileyapılabilmesi için, cihaz üzerinde seri ve usb bağlantı noktaları da bulunmaktadır.Ayrıca batarya ısısını kontrol ve aşırı ısınmalarda şarjı kesme amaçlı ısıl sensör girişi demevcuttur (Şekil 5.56).Motec PV 4830 mppt cihazının özellikleri:PV gerilimi: 130 VDCÇıkış Akımı: 30 ABatarya Şarj Gerilimi: 12/24/36/48 VDCGüç Dönüşüm Verimi: %97Şarj Düzeni: Multistage charge, CC/CV, RelieveÇalışma Sıcaklığı: -20~60°CSoğutma: Fan KontrollüAğırlık: 5,5 kgÖlçüler: 36X26X12 (WxDxH) Şekil 5.58 Motec PV 4830 mppt şarj kontrolcüsü 165
    • 5.7 AküAraçta, şarj akımları düşük olmasına rağmen, deşarj konusunda daha kararlı olacağıiçin, kurşun asit kuru tip akü tercih edilecektir (Şekil 5.57). Kuru aküler; tam kapalı,bakımsız, stasyoner tip olup, 10 yıl ömür beklentilidir. İçlerinde herhangi bir sıvıelektrolit bulunmadığından, dik ya da yatay her pozisyonda çalıştırılabilirler. Genelkullanım amaçları sabit tesislerde enerji sağlamaktır. Toplamda yaklaşık 1000Wkapasiteli, 4 adet Select marka kuru akü kullanılacak olup, özelliklerinin aşağıdaki gibiolması beklenmektedir:Gerilim: 12 VoltAkım: 12 AhÖlçüler: 97 x 150 x 99Ağırlık: 3.93 kg Şekil 5.59 Select kuru akü 166
    • 5.8 Güneş Modülleri ve Elektrik Sistemi5.8.1 Güneş Modülleri6 m2’ lik yüzey güneş modülleri 4 x 7 ve 3 x 8 şeklinde hücre dizilimi ile meydanagetirilmesi planlanmaktadır. Bu işlem sonucu seçmiş olduğumuz mono-kristal güneşhücreleri (Şekil 5.58) seri bağlanarak 14 V - 3,51 A (4 x 7’ lik seri) 12 adet ve 10,5 V –3,51 A (3 x 8’ lik seri) 2 adet olacak şekilde birleştirilerek modül haline getirilecektir.Kapsülleme işlemini, modüller yarı esnek olacak şekilde “Gochermann” isimli firmayaAlmanya’daki tesislerde kendileri yapabiliyorlarmış (Şekil 5.59). Modüllerde muhtemelolarak kullanılacak güneş hücrelerinin özellikleri aşağıdaki gibidir:Başlıca Materyal: Mono-kristal SilikonDış Ölçüleri: 100 mm x 100 mm (±0,5 mm)Kalınlık: 300 μm (±100 μm)Ön yüzeye temas eden tip: 2 devamlı gümüş çubukArka: 2 x 4 dikdörtgensel gümüşÖn kutupsallık: NegatifArka: PozitifYansıtmaz tabaka: Silikon NitridTest gerilimi: 500 mV*Test akımı: > 3,4*Güç: 1,72 W*Verim: %17,2*Değerler 1000 W/m2 ışınım 25° C-75° C sıcaklıkta ölçülmüş ortalama değerlerdir.(Üreticinin belirttiği değerler.) 167
    • Şekil 5.60 Güneş pili Şekil 5.61 Kapsülleme işlemi yapılmış yarı esnek güneş modülü örneği5.8.2 Elektrik Sistem DüzeniToplam 6,2 m2 alan kaplayan güneş modüllerinden, 14 V – 3,51 A değerindeki 3 modülseri bağlanırsa 42 V - 3,51 A gerilim ve akım değerlerine ulaşılmış olur. Aynı şekildediğer modüllerde seri bağladığımızı düşünelim.Aracın solundaki modül dizilimi sağ taraftın simetriği olacak şekilde yerleştirmekistiyoruz. Böylece sağdaki ve soldaki dizilimin şarj ettiği akü, 12 V – 12 A iki adetaküden oluşacaktır. Bu akü çıkışları seri bağlanarak 48 V – 12 A değerine ulaşmaktadır.Bu değer motorun çalışması için kabul edilebilir aralıkta olup, motor sürücüsüyardımıyla motora iletilir. Burada elektrik enerjisi hareket enerjisine dönüşür ve arabayıhareket ettirir (Şekil 5.60). 168
    • Şekil 5.62 Birincil elektrik sistem düzeniAraçta kullanılması düşünülen ikinci elektrik sisteminde, 10,5 V – 3,51 A iki adet güneşmodülü paralel bağlanacaktır. Daha sonra, şarj kontrolörüne iletilen bağlantı aracınstop lambaları ve korna düzeneği için gerekli olan 6 V - 6 A değerine sahip akününşarjını sağlamış olacak (Şekil 5.61). 169
    • Şekil 5.63 İkincil elektrik sistem düzeniBirincil ve ikincil elektrik sistem düzeni panel montajı araç kasası üzerinde yapıldıktansonra oluşturulacaktır. Mppt, akü ve motor bağlantıları panel montajı yapıldıktan sonraaraç üzerinde gerçekleştirilecektir.5.9 Ölçüm ve Deneylerde Kullanılacak Olan Ölçüm Cihazları5.9.1 Dijital Pens AvometreAvometre, akım (Amper), gerilim (Volt), direnç (Ohm) ve kısa devre ölçebilen elektronikbir alettir. Avometre sözcüğü, Amper, Volt ve Ohm kelimelerinin baş harflerindenyararlanılarak oluşturulmuştur. Avometreler, elektrik ve elektronik sektöründekullanılırlar. Analog ve dijital olarak imal edilirler. Üzerindeki komutatörle istenilenölçme değeri seçilip ölçme yapılır. Günümüzde avometreler oldukça gelişmiş ve birçokyeni özellik eklenmiştir. Dijital avometre güneş modülü çıkışı, mppt çıkışı, akü çıkışıgerilim ve akım değerlerini gözlemlemek amacı ile kullanılacak olup aynı zamandamppt veri ekranında görüntülenen değerlerin doğruluğunu saptamak amacı ile dekullanılabilir. 170
    • 5.9.2 Güneş Işınımı Ölçüm CihazıGüneş ışınımı ölçümü için piranometre özellikli HOBO H8 4 kanallı veri toplama cihazıile birlikte verileri kayıt etmek ve verileri anlık gözlemlemek amaçlı bilgisayarkullanmayı hedefliyoruz. Cihazın yazılımı sayesinde, belirlenen zaman aralıklarındaalınan ışınım değerleri kayıt edilebilecektir.5.9.3 Motor Devri Ölçüm CihazıMotor devrini ölçmek amacıyla bisikletler için üretilmiş hız, devir, mesafe bilgilerinigözlemleyebildiğimiz hız ölçüm cihazı kullanılabilir. Cihazın algılayıcısı motora takılanjant üzerine monte edilmiş bir mıknatısın karşısına yerleştirilir. Dönüşün gerçekleştiğidairesel çapın belirtilmesi sonucu motor dönüş hızı, dakikada yaptığı devir ve gidilenmesafe bilgilerini gözlemlememize olanak tanımış olur. 171
    • BÖLÜM 6 DENEYSEL BULGULAR VE TARTIŞMABu bölümde, daha önce başka üniversitelerde ve revizyon öncesi araç ile yapılan deneysonuçlarından yola çıkarak tasarlamak istediğimiz güneş arabasına ait çeşitliperformans analizlerine ulaşmayı hedefledik.6.1 Güneş Işınımına Göre Güneş Modülü Gerilim ve Akım Değerleri6.1.1 Güneş Işınımı Gerilim İlişkisi2008-2009 yılı güneş arabaları çalışmaları ortalama verilerine göre, güneş ışınımı, güneşmodüllerinden alınan akım ve gerilim değerlerini doğrudan etkilemektedir (Çizelge6.1). Düşük ışınım değerlerinde gerilim değeri azalma gösterse de, akımdaki düşüşkadar şiddetli değildir (Şekil 6.1). Yapılan ölçümler sırasında ortam sıcaklığı ortalama27 °C olarak gözlemlenmiş. 172
    • Çizelge 6.1 Güneş ışınımına göre ölçülmüş güneş modülü gerilim akım değerleri6.1.2 Güneş Işınımı Akım İlişkisi 173
    • Şekil 6.1 Güneş ışınımına göre gerilim ve akımın güç ile karşılaştırılması a)Işınıma göre akım-güç ilişkisi b) Işınıma göre gerilim-güç ilişkisiÖlçümler Ağustos 2008, Eylül 2008, Ekim 2008, Mart 2009, Nisan 2009 ve Mayıs 2009aylarında, ortalama hava sıcaklığı 27°C de, İstanbul ilinde, 2-4 m/s rüzgar hızışartlarında yapılmıştır. Veriler anlık veriler olup, elektronik solar metre, maksimum güçnoktası izleyici veri ekranından okunmuş ve avometre ile paralel ölçüm yapılarakgözlemlenen verilerin doğrulanması sağlanmıştır. Ölçümler esnasında ortamsıcaklığının 40°C’nin üzerine çıktığı durumlarda, değerlerin düştüğü tespit edilmiştir. Budurum bize yüksek sıcaklıklarda güneş pili verimlerinin düştüğünü göstermektedir(Şekil 6.2). Şekil 6.2 Sıcaklığa bağlı gerilim ve akım değişim grafiği 174
    • 6.2 Akü Şarj ve Deşarj Sürelerinin BelirlenmesiBu alanda yapılan deneylere göre, aküler genel olarak %97 (%3 doluluk oranının altınainildiğinde MPPT’nin çalışmadığı gözlenmiştir) oranında boşaltıldıktan sonra ortalama1000W/m2 ışınım, 27°C ortam sıcaklığında, akü şarj akımı 5 A (güvenlik sınırlarıiçerisinde en yüksek değer) değerindeyken, dolum süresi gözlemlenmiş ve 153 dkolarak tespit edilmiştir. Akü doluluk oranları %100 iken, motor 833 rpm devirde sürekliolarak, yüksüz şekilde çalıştırılmış ve deşarj süresi, şarj işlemi devam ederken 72 dakikaolarak ölçülmüştür. Bu gözlem esnasında motoru çalıştıran gerilim 58,87 V ve çektiğiakım 11,13 A olarak, avometre yardımı ile deney süresince ölçülmüştür.Şarj işlemi devam etmeden yapılan deneyler neticesinde bu süre, 53 dk olarakgözlemlenmiştir. Buradaki 19 dakikalık fazla çalışma süresi, akü deşarj olurken sisteminaküyü tekrar şarj etmesinden kaynaklanmaktadır. Araç seyir halinde aküyü deşarjederken, yaklaşık %20 oranında tekrar şarj etmektedir [27].6.3 Mesafenin Hesaplanması16” çapındaki bir janta entegre ettiğimiz motorun, 72 dakika olarak bulunanan şarjsüresi boyunca 506 rpm devir ile gidebileceği mesafeyi şu şekilde hesaplayabiliriz;ÖrnekTekerleğin yarı çapı;R = 16” = 42 cmr = 42 / 2 = 21 cm’ dir.Tekerleğin çevresi;Ç = 2πr = 2 x π x 21 = 131,88 cm’ dir.1 dakikada 506 devir yapan motorun takıldığı tekerlek dakikada;506 x 131,88 = 66731,28 cm = 0,67 km mesafe gidebilir.Saatte gidebileceği mesafe ise;0,6673128 x 60 = 40,04 km dir. 175
    • Yapmış olduğumuz sistem tam kapasite dolu akü ile motor döndüğü sürece ortalama1000 W/m2 ışınım değeri ile şarja devam ettiği takdirde 72 dakika seyir halindebulunabileceğini gözlemlemiştik, bu süre göz önüne alındığında aracın 72 dakikada;0,6673128 x 72 = 48,04 km mesafe gidebileceğini hesaplayabiliriz.Başka bir deyişle aracımız ortalama 1000 W/m2 ışınım değeri ile şarj edildiği takdirde40,04 km/h hızla 72 dakikada 48,04 km mesafe gidebilmektedir.Yapılmış olan çalışmalardaki bu hesaplarda sürtünme, araç ağırlığı ve diğer kayıplar gözönüne alınmamıştır. Ölçümler yapılırken aracın arka tekerleği havaya kaldırılarak yer ileteması kesilerek ölçümler yapılmış.6.4 Sistem Performansının DeğerlendirilmesiKurulum ve testleri yapılmış olan sistemin analizini yaparsak, ortam sıcaklığı 27°Cşartlarında;Örnek300 W/m2 ışınım değeri için bir analiz yaparsak;Güneş modüllerinden elde edilen toplam enerji: 60,96 W (38,1 V –0,8 A 2 adet)Akü şarjı için kullanılan güç: 300W (60 V – 12 A)Motorun harcadığı güç: 468 W (58,99 V – 7,93 A)1300 W/m2 ışınım değeri için bir analiz yaparsak;Güneş modüllerinden elde edilen toplam enerji: 627,216 W (43,8 V – 7,16 A 2 adet)Akü şarjı için kullanılan enerji: 300W (60 V – 12 A)Motorun harcadığı güç: 468 W (58,99 V – 7,93 A) 176
    • BÖLÜM 7 SONUÇYenilenebilir enerji kaynaklarının detaylı bir şekilde ele alınmasıyla başlayan bu tez,Güneş enerjisi odaklı ilerledikten sonra bu enerjinin taşıtlarda kullanılmasının önemininaltını çizip, sıfırdan sadece buradaki bilgileri özümseyerek uygulamaya konulabilecekşekilde bir güneş arabasının nasıl yapılacağına, bir güneş arabasında yer alan tümsistemleri mantık akışında ve kritik noktaların üzerinde durarak ele almış, okulumuzbünyesindeki 2006 yılında derece almış olan “Barracuda” isimli güneş arabasınınergonomik ve teknik olarak revizyonu üzerinde çalışarak güneş arabası imalat aşamalarıtek tek incelemiş ve sıfırdan en ekonomik ve verimli bir araç yapabilmenin anahtarlarınıbarındıran, teorik ve pratik bilgi birikimi olarak uzun günler süren araştırmalarınbirikimini içeren altın değerinde bir başucu zihni sihir kitabı halini almıştır. Bunlaraparalel şekilde MSC Adams, Solidworks gibi yazılımları etkin bir şekilde kullanarakaraştırmayı, analizi ve uygulama üçlemesinin entegre bir şekilde yürüdüğü oldukçaverimli bir proje olmuştur bizim için.Revize işlemlerinde direksiyon sisteminin dişli kutusu ortaya alınarak, mekanik kayıplarortadan kaldırılmış ve direksiyon döndürme tur sayısı azaltılarak dönüş kolaylığı veanında tepki verme gibi yetkinlikler ve kolaylıklar araca sağlanmıştır. Bir öncekisistemde direksiyon döndürme hareketinin aktarımını sağlayan dişli çark sistemiortadan kaldırılarak sürtünme ve boşluklar ortadan kaldırılmış ve iki küresel mafsal ieldesteklenmiş mile direksiyon hareketi başarılı bir şekilde aktarılmıştır. 177
    • KAYNAKLAR[1] Başbakanlık Dış Ticaret Müşteşarlığı, http://www.dtm.gov.tr, 21 Mart 2011.[2] Hammad M., Khatib T., Energy parameters of a solar car for Jordan, Energy conversion and management ISSN 0196-8904 CODEN ECMADL, 37 (12): 1695- 1702 (1996).[3] Peter Pudney M.App.Sc, B.App.Sc, “Optimal energy management for solar powered cars”, University of South Australia, (2000).[4] Howlett P., Pudney P., Tarnopolskaya T. and Gates D., Optimal driving strategy for a solar car on a level road, IMA Journal of Management Mathematics, 8 (1): 59-81 (1997).[5] B. Kennedy, D. Patterson and S. Camilleri; Use of lithium-ion batteries in electric vehicles, Journal of Power Sources, 90 (2): 156-162 (2000).[6] Lovatt, H.C. Ramsden, V.S. Mecrow, B.C.CSIRO, “Design of an in-wheel motor for a solar-powered electric vehicle”, Electrical Machines and Drives, 1997 Eighth International Conference on , 444 (1997).[7] King, R.J,” Photovoltaic applications for electric vehicles”, Photovoltaic Specialists Conference, 1990, Conference Record of the Twenty First IEEE, (2): 977-98 (1990).[8] R. Nejat Tuncay, Özgür Üstün, Murat Yılmaz, Arda Tüysüz, Kaan Titiz, Anıl Şahin, Can Gökçe, Ali Yıldırım, “Güneş enerjili yarış aracının elektrik tasarım ölçütlerinin, yol performans simulasyonunun ve enerji yönetim sisteminin geliştirilmesi”, ELECO’2006, International Conference on Electrical and Electronics Engineering, Bursa, Turkey, (2006).[9] Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi, Türkiye Enerji Raporu, Aralık 2008.[10] Güneş, M., “Fotovoltaik Sistemin Sağladığı Elektrik Enerjisi İle Çalışan Bir Uygulama Sisteminin Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Elazığ, 1999.[11] Yeager, K.E., “Electric Vehicles and Solar Power: Enhancing the Adventages of Electricity”, IEEE Power Engineering Review, Vol. 2, No.10, October 1992. 178
    • [12] Duffie, J.A., Beckman, W.A., “Solar Engineering of Thermal Processes”, John Wiley and Sons Inc, 1991. [13]DPT, (1985). Beşinci Beş Yıllık Kalkınma Planı, Yayın No: 19, Ankara.[13] Varınca, K. B, Varank, G, “Güneş Kaynaklı Farklı Enerji Üretim Sistemlerinde Çevresel Etkilerin Kıyaslanması ve Çözüm Önerileri”, Güneş Enerjisi Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi, İçel, (2005).[14] Yıldız Teknik Üniversitesi Güneş Enerjili Sistemler Kulübü, http://www.gesk.yildiz.edu.tr, (2009).[15] Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü Resmi internet sayfası, http://www.eie.gov.tr, (2008).[16] Gebze Yüksek Teknoloji Üniversitesi, http://web.gyte.edu.tr/enerji (2008).[17] Quaschning, V., “Understanding Renewable Energy Systems”, Toronto, ON, Canada, 117 (2005).[18] Güven, S.Y.,”Günes pil destekli çevre aydınlatma ve sulama sisteminin örnek bir uygulaması”, Mühendis ve Makine, 548: 46-48 (2006).[19] Özgöçmen, A.,”Güneş Pilleri Kullanarak Elektrik Üretimi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2007).[20] “Enerji Günes Pilleri”, Habitat, 1-3, http://www.youthforhab.org.tr/tr/yayinlar/enerji/gunespilleri/gunespilleri.ht ml,(2006).[21] Gilbert M. M., “Renewable and Efficient Electric Power Systems”, John Wiley & Sons Hoboken, USA, 471-486, (2004).[22] Korkmaz, A., “Günes enerjisinden direk elektrik üretimi”,Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 58, (2001).[23] Oktik, S., “Fotovoltaik günes pilleri ve güç sistemleri; dünü bugünü yarını”, Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Türkiye 8. Enerji Kongresi, Ankara, 47, (2000).[24] Büyükdeğirmenci T., Nas A., Sarfati M., Özdemir M., “Elektrik Makinalarında Akım Denetimi ve Algılayıcılar”, İTÜ Elekrik Mühendisliği, (2007).[25] ASLAN S., ELİDENK A., Güneş Arabaları, Ege Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, 2009.[26] GÜLBAHAR Levent, , Rüzgar Türbinleri, Enerjinin Olduğu Her Yerde, Aneltech, 22-24, Şubat 2009.[27] Hydroelectricity [online], Ultra International, http://www.alternative_enerji_resources.net, Kasım 2009.[28] Dalga Enerjisi, Alternatürk, http://www.alternaturk.org, Temmuz 2009.[29] Güneş Elektriği ve Türkiye, Solar Bazaar, http://www.solar-bazaar.com, 2010.[30] Güneş Enerjisi Verileri, http://www.eie.gov.tr/turkce/gunes/veri.html, 2010. 179
    • [31] KEÇEL Selçuk, Türkiye’nin Değişik Bölgelerinde Evsel Elektrik İhtiyacının Güneş Panelleri İle Karşılanmasına Yönelik Model Geliştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Gazi Üniversitesi, FBE, Eylül 2007.[32] ÖZGÖÇMEN Ayşe, Güneş Pilleri Kullanarak Elektrik Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara, Gazi Üniversitesi, FBE, Elektrik Mühendisliği, Mayıs 2007.[33] POLATKAN Deniz Selkan, Yenilenebilir Güç Ve Enerji Kaynağı Güneş Ve Fotovoltaik – Güneş Elektriği Sistemleri, Fotoelektron, Aktif Ve Pasif Enerji kaynakları Bina Teknolojileri Yenilenebilir Enerji-Photovoltaic Sistemin Kurulumu, 39-40, 2003.[34] AKYOL Ş. Melih, KILIÇ Muhsin (Prof. Dr), Konutların Elektrik Talebinin Güneş Plleri ile Karşılanması Ve Ekonomik Yönden Jeneratörlerle Karşılaştırılması, 54- 63, 2003.[35] Gupta, N., Alapatt, G.F., Podila R., Singh, R., Poole K.F., "Prospects of Nanostructure-Based Solar Cells for Manufacturing Future Generations of Photovoltaic Modules". International Journal of Photoenergy, 2009. 180
    • EK-A İSTANBUL FORMULA-G YARIŞ KURALLARI ELEKTROSOLAR ve ALTERNATİF ENERJİ ARAÇLARI İÇİN TEKNİK KURALLARKATEGORİLERGüneş enerjili YARIŞ arabaları en az 150 kg, en fazla 300 kg olabilir. TARİFLERGüneş elektrikli araçlar, itkilerini güneş enerjisinin doğrudan ya da dolaylıdönüştürümüyle elde eden araçlara verilen addır.Güneş itkili yarış arabaları (Kategori I) bir sürüm aküsü aracılığıyla itkisini araçüzerindeki bir güneş enerjisi jeneratöründen sağlayan,en az üç tekerlekli, maksimum300 kg ağırlıklı araçları tanımlar.ARAÇLARIN TEKNİK KİMLİK BELGELERİFIA gözetimindeki organizasyonlara katılan tüm araçların, ASN tarafından verilen ve FIAteknik temsilcisi tarafından onaylanmış bir FIA teknik kimlik belgesi bulunmasıgerekmektedir. Aracın tam bir tanımının yer alacağı bu teknik belgede ayrıca aracıntam olarak tanımlanması için gerekli tüm verilerin bulunması gereklidir.Teknik kimlik belgesinde, aracın güç devreleriyle, bunların yerlerinin çizimleribulunmalıdır. Bu teknik kimlik belgesi araçların kontrolü sırasında yetkililere verilmekzorundadır. Katılımcının bu belgeyi vermememsi halinde, hakemlerin aracı yarış dışıbırakmak yetkisi vardır.Araç için teknik kimlik belgesini, varsa eğer belgeye ilişkin değişiklikler ya da eklerlebirlikte ASN/FIAdan almak, katılımcının sorumluluğundadır. 181
    • GENEL ÖZELLİKLERAğırlık (Asgari ağırlık)Aracın ağırlığı, sürücü, yük, alet edevat ya da kriko olmaksızın aracın çıplak ağırlığıdır.Tüm sıvı tankları (lubrikasyon, soğutma, fren, akü elektroliti dahil gerene yerde ısıtmaiçin gerekli sıvılar, imalatçı tarafından belirlenen normal düzeylerinde olmalıdır. Kokpitcamı ya da far silecek suları, fren soğutucu sistem, yakıt ve enjeksiyon sularınındepolarıysa tartı sırasında boş olmalıdır.Araçlar tartıda belirlenmiş asgari ağırlıktan daha hafif olmamalıdır.Boyutlar:Rallilere katılan güneş arabalarının, yerden 1 mden daha az olmayan yükseklikte en azbir noktası bulunmalıdır (Ör: üzerinde turuncu bayrak bulunan bir anten). Pist yarışınakatılacak araçların boyu 5 myi, eniyse 1,8 myi geçmemelidir.Yükseklik:Aracın bir yanındaki lastiklerin tümünün havası boşaltıldığında, aracın hiçbir noktasıyere değmemelidir. Bu test, araçların sürücüleri üzerindeyken düz bir yüzeydegerçekleştirilecektir.SAFRA:Aracı izin verilen ağırlık tavanına çıkarmak için , sağlam ve blok yapıda olmaları, aletleryardımıyla araca sabitlenebilme ve mühürlenmeye elverişli olmaları koşuluyla araçlaraağırlık bağlanabilir. Ağırlık, kokpit tabanında görünür bir yere sabitlenmeli vegözlemciler tarafından mühürlenmelidir. Yedek bir lastik, bu koşullara uyması halindeağırlık olarak kullanılabilir. Bir aküyse, ağırlık olarak kullanılamaz.MOTOR:Farklı tasarımlarda da olsalar, yarışa katılacak araçlarda yalnızca elektrik motorlarıkullanılabilir. Başka tür motorların kullanımı kesinlikle yasaktır. Dayanıklı malzemedenyapılmış ve imalatçının adını, motor numarasını, tasarlanmış güç çıktı düzeyini,motorun tipini, seçilen voltajı ve IP korunma kodunu içeren bir plaka sürekli olarakmotorun üzerinde bulundurulacaktır. Aracın incelenmesi sırasında bu kimlik kartı 182
    • yetkililere gösterilecektir. Bir aracın teknik kimlik kartının verilmemesi halindehakemler yarışçıyı yarışa katılmaktan men edebilir. Araç için gerekli bu kimlik kartını,form üzerindeki değişiklikler ya da eklentilerle birlikte ASN/FIAdan temin etmek, yarışakatılan ekibin sorumluluğundadır. Teknik kimlik kartı üzerindeki verilerin ve içindekiçizimlerin doğruluğu, katılımcının sorumluluğundadır.AKTARMA ORGANLARI:Aracın hareketi tekerlekler aracılığıyla gerçekleştirilmelidir. Minimum ağırlığı 200 kgolan üç ya da daha çok tekerlekli araçların tümünde, çalışır durumda ve sürücününoturduğu yerden kolaylıkla kullanabileceği bir geri vites bulunmalıdır.Yarış koşullarında her araç, hareketsiz durumdan başlayıp %18lik bir yokuşutırmanacak yetenekte olmalıdır. 200 kgdan daha ağır 3 ya da daha çok tekerlekliaraçlar ayrıca yarış koşullarında geri vitesle kalkış yapabilmelidir.ŞASİ:Şasi, üzerine bağlı tüm parçaları içerir. Şasinin/çerçevenin yapımında titanyumkullanımı yasaktır. Titanyum alaşımlı cıvata ve somunların kullanımıysa serbesttir.TEKERLEK ve LASTİKLER:Tekerlek, göbek, kenar ve lastikten oluşur. Tekerleklerde havalı lastiklerin kullanılmasızorunludur. Araçta en fazla 6 tekerlek bulunabilir. Lastiklerin herhangi bir yöntemleısıtılması ya da kimyasal işleme tabi tutulması yasaktır. Aracın dışına taşmamakkoşuluyla tekerleklerin kenar ve lastiklerinin boyutları ve yapıldıkları malzeme(titanyum dışında) serbesttir.ŞASİ NUMARASI:Araca özel bir numara, şasinin kolayca erişilebilecek bir yerine, kolayca görülebilecekbir biçimde kazınmış olmalıdır. Ayrıca dayanıklı malzemeden, aracın yapımcısını,markasını ve şasi numarasını içeren bir plaka da kolayca erişilebilecek bir yeretakılmalıdır. 183
    • KAPORTADış kaporta: Hava akımının yaladığı, aracın tüm bağlı parçaları. İç kaporta: Kokpit vebagaj.Kaporta, tümüyle kapalı, tümüyle açık, ya da açılıp kapanabilir (convertible) türlerdeolabilir.Kaportanın her tarafı tam ve özenli yapılmış olmalıdır. İğreti parçalar ya da geçiciçözümler kabul edilmez. Güneş enerjili yarış arabalarında yalnızca gövdeye tam olarakbağlı parçaların kaportayla örtülmüş olması zorunludur.ELEKTRİK EKİPMANITanımlar:Sürüş Aküsü (Depolama Aküsü):Sürüş aküsü, güç döngüsüne enerji sağlamak üzere elektriksel olarak birbirine bağlı tümikincil güç kaynaklarından oluşur.Güç kaynağı:Kapalı bir bölmede de tutulabilecek, akü modülleri ve tutucu çerçeve ya da tabladanoluşur biçimde bir araya getirilmiş mekanik bir birimdir.Akü modülü:Tek bir hücre ya da elektriksel olarak bağlanmış ve mekanik olarak bir araya getirilmişbir dizi hücreden oluşan bir birimdir.Hücre:Pozitif ve negatif elektrotlardan ve elektrolitten oluşan, elektrokimyasal enerjidepolama düzeneği. Bu düzeneğin nominal voltajı, elektrokimyasal bağlanma içingerekli nominal voltajdır.Sürüş aküsü tanımı, güneş jeneratörü ya da şarj ünitesince sağlanan elektrik enerjisinigeçici olarak depolayan herhangi bir ekipman için kullanılır. Sürüş aküsü, aracın yarışöncesi incelenmesinde kontrol edilir ve mühürlenir. Hakemler, yarış sırasında akününtümü olmamak kaydıyla, baş denetçinin gözetiminde kısmen değiştirilmesine izin 184
    • verebilir. Araçta gövdeye bağlı her akü, aracın sürüş aküsünün bir parçası sayılır. Araçtabulunan ve normal olarak kuru piller, küçük şarj edilebilir piller ya da kendi güneşhücreleriyle çalışan aygıtlar dışında, araçta bulunan tüm elektrikli ekipman, kullanacağıenerjiyi aracın sürüş aküsünden almalıdır. (Bu kural haberleşme ekipmanı için degeçerlidir).Yarışa katılacak araçlarda aşağıdaki akü tiplerine izin verilebilir:-Kurşun-asit-Nikel-kadmiyum-Nikel-demir-Nikel-çinko-Çinko-brom-Nikel-metal-hidrit-Lityum-iyonBu liste dışındaki kombinasyonlar için, kullanılacak kimyasal işlemlerin tümayrıntılarıyla birlikte yarıştan üç ay önce komisyona başvurulması gerekmektedir.İstemin incelenmesi için ücret istenebilir.OPERASYON VOLTAJI:Voltaj, iki nokta arasında 1000 voltu geçemez.ENERJİ GERİ KAZANIMI:Aracın kinetik enerjisi tarafından sağlanan enerji aracın itkisinde kullanılabilir. Yarışöncesinde bu tür aygıtlarda depolanmış enerji tutulmasına izin verilmez.HARİCİ ENERJİ KAYNAKLARI KULLANIMI:Aracın performansını artırmak için herhangi bir harici enerji kaynağı kullanmakkesinlikle yasaktır. Aracın soğutma sistemi, aracın kendi sürüş aküsünden alacağı güçleçalışabilir. 185
    • Tanımlar:Güneş hücresi:Bir güneş hücresi, Güneşten gelen ışınımı elektrik enerjisine dönüştürmekte kullanılanbir fotovoltaik elemandır. Araçlarda her türden güneş hücresi kullanılabilir.Modül:Bir modül, bir mekanik birim meydana getirmek üzere bir araya getirilen güneşhücrelerinden oluşur.Güneş jeneratörü:Bir güneş jeneratörü, istenen sayıda güneş hücrelerinden oluşmuş modüllerin birbirinebağlanmasıyla ortaya çıkar. Yarış süresince güneş jeneratörünün boyutları büyütülemezve küçültülemez. Bir arıza halinde, arızalanmış modüller değiştirilebilir. Elektronikaraçlarla, güneş jeneratörünün verimi optimize edilebilir. Güneş jeneratörü aracasağlam biçimde sabitlenir ve araç hareket halindeyken aracın gidiş yönüne görekonumunun değişmesine izin verilmez.Araç hareket halindeyken güneş jeneratörünün tüm aktif yüzeyinin güneş almasızorunludur. Araç dururken aküleri doldurmak için güneş jeneratörünün yüzey konumudeğiştirilebilir ya da araç kriko yardımıyla güneşe bakacak biçimde yatırılabilir.Güneş jeneratörü ile sürüş aküsü arasına iki ölçüm noktası (artı ve eksi kutuplu)konularak güneş jeneratörünün toplam güç çıktısının ölçülebilmesi sağlanmalıdır.Ölçüm sırasında jeneratörün tümünün, aracın öteki devreleriyle olan elektriksel bağıkesilmelidir.Güneş Jeneratörünün GücüEn az 300 Watt tepe gücünde olan jeneratörünün tümü, yarışan aracın üzerineyerleştirilir. Yarış araçlarında toplam çıktı 800 Watt tepe noktasını aşamaz. 186
    • Elektrik Donanımının ÇizimiAracın elektrik donanımının tüm güç devrelerini gösteren A4 boyutlarında (21 x 29,7cm) bir çiziminin verilmesi zorunludur. Çizim, aküleri, sigortaları, devre kesicileri, güçayar düğmelerini, kapasitörleri, motor kontrol araçlarını, motor ya da motorları, şarjünitesini ve bağlantı kablolarını içermelidir.Araca tepeden bakan ikinci bir çizimle de bu bileşenlerin araç içindeki yerleri açıkçagösterilmelidir.GÜVENLİK DONANIMI:Dizaynı ya da yapımı tehlike yaratabilecek araçlar, hakemlerce yarıştan men edilebilir.Fren telleri, elektrik kabloları ve elektrik ekipmanı, araç dışına monte edildiğinde (taşdarbesi, paslanma, mekanik arıza gibi) hasar riskinden, kaporta içine monte edildiğindede ateş riskinden korunmalıdır.Frenler:Bir pedalla harekete geçirilen iki devreli bir fren sistemi zorunludur. Aynı pedal, tümtekerleklerdeki frenleri harekete geçirmelidir. Fren sıvısının dışarı sızması ya dafrenleme kuvvetini aktaran sistemde bir arıza olsa bile frenleme kuvveti araçtakidingillerden en az birinde etkili olabilmelidir. Karbon fren diskleri kullanılamaz. Frenegüçlü basıldığında motorun otomatikman durması zorunludur. Motor, frenleme etkisinigüçlendirmek için de kullanılabilir.Frenlerin denenmesi araç viteste değilken yapılmalıdır. Frenlemeyi sağlayacak aygıtlar,bir yapısal bozulmaya uğramadan maksimum yükü karşılayacak biçimde yapılmalıdır.Bu aygıtlar en az 1200 N düzeyinde bir minimum yüke dayanabilmelidir.Dört tekerlekli araçlar:Dört tekerlekli araçlarda ana fren zorunludur. Bu fren dört teker üzerinde de etkiyapmalı ve çift devreli bir frenleme sistemi olarak tasarlanmalıdır. Her devre en azfarklı taraflardaki iki tekerlek (bir diğer deyişle en az bir dingil) etki yapacak biçimdeçalışmalıdır. Devrelerden biri çalışmazsa, tek devreyle kategorideki araçlar içinbelirlenmiş ters ivmelenme (hız kesme) değerinin üçte biriyle araç yavaşlatılabilmelidir.Ortalama hız kaybı: 5,8 m/s2 olmalıdır. 187
    • Dörtten daha az sayıda tekerlekli araçlar:Bu araçlar birbirinden bağımsız iki fren sistemiyle donatılmalıdır. Frenlerden biri öndingildeki tekerleklerden en az birine kumanda etmeli, ikinci frense arka dingilüzerindeki tekerleklerden en az birine kumanda etmelidir.Ortalama hız kesme oranı: Her iki fren birden kullanıldığında 4,5m/s2 Tek fren kullanıldığında 2,5 m/s2Bağlama düzenekleri:Hem kaput, hem de bagaj kapağı için en taşınacak büyük yükler (Ör: yedek lastik,tutturulmalıdır. En az iki bağlama düzeneği bulunmalıdır. Araçta şarj kablosu, aletçantası vb.) yerlerine sıkıca tutturulmalıdır.Emniyet kemerleri:FIA standartlarına göre iki omuz kemeri, bir karın kemeri ve iki bacak kemerininbulunması ve kullanılması zorunludur.Yangın söndürücüler:Güneş enerjili yarış arabalarında yangın söndürücü bulunması zorunlu değildir.Rollbarlar:Zorunludur. Bu araçlarda kullanılacak rollbarlar en az 350 N/mm2 dayanıklılığında en az38 x 2,5 mm çapında soğuk çekimli, dikişsiz çelik ya da en az 350 N/mm 2 dayanıklılıktaen az 40 x 2.0 mm çapında karbon çelik borulardan yapılı olmalıdır. Bunlar minimumstandartlar olup, çelik kalitesi seçilirken uzama özelliği ve kaynak tutma yetisine dikkatedilmelidir. 188
    • Güvenlik kafesleri:Sabit plastik kaportalı kapalı araçlarda bir güvenlik kafesi bulunmalıdır. Bu kafeslerindirenci: Yanlara doğru 1,5 w, Öne-arkaya 5,5 w, Düşey yönde 7,5 w olmalıdır w = aracın ağırlığı + 75 kgGeri görüş:Sürücünün bir dikiz aynası ve aracın arkasında en az 50 cm genişliğinde ve 10 cmyüksekliğinde bir açıklıkla arkasını görmesi sağlanır. Bu mümkün olmadığı taktirdebaşka yollarla (örneğin 2 dış ayna) bu olanak sağlanır. Ralli ve pist yarışlarında iki dışaynanın araçlarda bulunması zorunludur.Çekme halkaları:Araçların hepsinde, biri önde ve bir arkada olmak üzere, kolayca görülebilecek yerlerdekırmızı, turuncu ya da sarıya boyalı çekme halkaları bulunmalıdır. Bu halkalaryardımıyla araçlar, ancak serbestçe hareket edebilir durumdayken çekilebilir. Buhalkalar, aracı yukarı kaldırmak için kullanılamaz.Ön cam ve pencerelerGüneş enerjili pist yarış arabaları için lamine cam zorunluluğu yoktur. Tüm pencereler,kırıldığında ciddi yaralanmalara yol açmayacak malzemeden yapılmalıdır. Sürücüyegörüş alanı sağlayacak tüm pencereler berrak olmalı ve görüntüyü çarpıtmamalıdır.Uzun süre kullanımdan sonra bile ışığın %70ini geçirebilmelidir.Elektrik güvenliği:Tüm araçlar, düşük voltajlı elektrik aksamıyla ilgili olarak ulusal yetkililerce konulmuşkurallara uymak zorundadır. Aynı şekilde Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC)ninya da IECnin ulusal temsilcilerinin koyduğu kurallara da uyulmalıdır.Elektrik ekipmanının hiçbir noktasında yere ve sistemin topraklamasına verilen 500volttan daha yüksek voltaj olmamalıdır. Sistem topraklamasıyla şasi ya da kaporta 189
    • arasında 50 volttan daha yüksek bir voltaja izin verilemez. Voltaj, herhangi iki noktaarasında 1000 volt tavanını aşamaz.Güç devresinin voltajının 42 voltu aştığı durumlarda, bu güç devresi, yedek güçdevresinden uygun bir yalıtkanla ayrılmalıdır. Elektrik ekipmanının koruyucumahfazaları üzerinde ya da yanlarında "Yüksek Voltaj" uyarı sembolleri bulunmalıdır.Bu sembol kenarları 12 cm olan bir üçgen içinde kalın ve siyah bir şimşek işaretidir. Güç devresi, elektrik donanımının aracın hareket etmesi için kullanılan tüm parçalarını kapsar. Yardımcı devre (network) elektrik donanımının sinyal, ışık düzeni ya da iletişim için kullanılan kısımlarını kapsar.Elektrik donanımının tüm parçaları en az IP 44 tipi (toza ve su sıçramasına karşı güvenli)koruma altına alınması gerekmekteyse de IP 55 tipi koruma tavsiye edilir.Genel devre kesici:Sürücü normal pozisyonda dik ve bağlı durumda direksiyon başındayken sürücü, tümsürüş akü donanımıyla enerji tüketen birimler arasındaki tüm elektrik iletişimini,kıvılcım çıkarmayan bir devre kesici ile (acil durdurma düğmesi aracılığıylakesebilmelidir. Düğme, sürücünün kolayca görebileceği ve icabında dışarıdan dakolayca erişilebilecek bir yerde olmalıdır. 190
    • EK-B FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORUKONTROLÖR BAĞLANTISI BLOK DİYAGRAM 191
    • EK-CFIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORU KONTROLÖR BAĞLANTI ŞEKLİ 192
    • EK-D MOTOR VE MONTAJ ÖLÇÜLERİ193
    • 194
    • EK-E MSC ADAMS ANALİZLERİ195
    • 196
    • 197
    • 198
    • ÖZGEÇMİŞLERKİŞİSEL BİLGİLERAdı Soyadı : Açelya USLUDoğum Tarihi ve Yeri : 27.09.1988 - ANKARAYabancı Dili : İngilizce ve AlmancaE-posta : acelya-u@hotmail.comÖĞRENİM DURUMUDerece Alan Okul/Üniversite Mezuniyet YılıLisans Makine Mühendisliği Yıldız Teknik Üniversitesi Haziran 2011Lise Fen Bilimleri Büyükşehir Hüseyin Yıldız Haziran 2006 Anadolu LisesiİŞ TECRÜBESİYıl Firma/Kurum Görevi2010 Arçelik A.Ş. AR/GE Yapısal Tasarım2009 Tongün A.Ş. Kalite ve Ürün Geliştirme2008 Kontech A.Ş. Üretim Mühendisliği 199
    • ÖZGEÇMİŞLERKİŞİSEL BİLGİLERAdı Soyadı : Kerem EYUPOĞLUDoğum Tarihi ve Yeri : 09.11.1988 - ISTANBULYabancı Dili : İngilizce, Almanca ve İtalyancaE-posta : kerem.eyupoglu@turkcell.com.tr keremeyupoglu@gmail.comÖĞRENİM DURUMUDerece Alan Okul/Üniversite Mezuniyet YılıLisans Makine Mühendisliği Yıldız Teknik Üniversitesi Haziran 2011 Endüstri Mühendisliği Yıldız Teknik Üniversitesi Haziran 2010Lise Fen Bilimleri Kadir Has Anadolu Lisesi Haziran 2006İŞ TECRÜBESİYıl Firma/Kurum Görevi2011 Turkcell A.Ş. Business Analyst & Proejct Manager2009 Mercedes Benz Turk A.Ş. Quality Management & Kaizen2008 Tofaş Türk Otomobil Fabrikası A.Ş. Professional Marketing 200
    • ÖZGEÇMİŞLERKİŞİSEL BİLGİLERAdı Soyadı : Erdi ÇELİKKAYADoğum Tarihi ve Yeri : 26.03.1989 - ISTANBULYabancı Dili : İngilizce ve AlmancaE-posta : celikkayaerdi@hotmail.comÖĞRENİM DURUMUDerece Alan Okul/Üniversite Mezuniyet YılıLisans Makine Mühendisliği Yıldız Teknik Üniversitesi Haziran 2011Lise Makina Abdurrahman ve Nermin Haziran 2006 Bilimli Anadolu Teknik LisesiİŞ TECRÜBESİYıl Firma/Kurum Görevi2010 İnan Makina Sanayi ve Ticaret A.Ş. Metod Mühendisliği2006 Baysan Makine Dişli Sanayi Cad- Cam Operatörlüğü Mercedes Benz Turk A.Ş. Motor Montaj2005 201