III

ÖNSÖZ

Gelişen teknoloji ile beraber enerjiye olan ihtiyaç artmıştır. Dünya enerji ihtiyacı

büyük oranda fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Bu kaynakların sınırlı rezervlere sahip

olması, çevresel kirliğe yol açması günümüz için büyük risk teşkil etmektedir. Bunun

yanında alternatif enerji eldesine yönelik yöntemler son yıllarda hızla gelişmektedir.

Alternatif kaynakların dönemsel olarak elde edilebilmesi ve depolanmasında ortaya çıkan

sorunlar ise hala üzerinde çalışılan konulardır. Çalışmalarımızda dönemsel olarak enerji

üreten güneş enerjisi yardımıyla hidrojen eldesi ve depolanması amaçlanmıştır.

Çalışmalarımız boyunca bize yardımcı olan ve danışmanlığımızı yapan Sayın hocamız

Yrd. DR. ÖĞR. ÜYESİ Cevdet DEMİRTAŞ’a ve Sayın hocamız DR. ÖĞR. ÜYESİ

Mustafa SARIOĞLU’na teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz

Teknik Üniversitesi Rektörlüğü’ne, Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Makina

Mühendisliği Bölüm Başkanlığı’na içten teşekkürlerimizi sunarız.

Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen

ailelerimize şükranlarımızı sunarız.

Süleyman SEVİM

Ergün ABULOĞLU

Umut Volkan ÖZDEMİR

HAZİRAN 2018

TRABZON

IV

İÇİNDEKİLER

ÖNSÖZ ...................................................................................................................... III

İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... IV

ÖZET.......................................................................................................................... VI

ABSTRACT .............................................................................................................. VII

ŞEKİLLER DİZİNİ ..................................................................................................... X

TABLOLAR DİZİNİ ................................................................................................. XI

1. GENEL BİLGİLER ................................................................................................. 1

1.1. Çalışmanın Amacı ................................................................................................. 2

1.2. Çalışmanın Hedefleri ............................................................................................ 2

1.3 Özgünlük ................................................................................................................ 3

1.4. Çalışmanın Kısıtları .............................................................................................. 4

1.5. Çalışmanın Karşılayabileceği Gereksinimler ........................................................ 5

1.6. Literatür Araştırması ............................................................................................. 6

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR ..................................................................................... 8

2.1. Güneş Pilleri .......................................................................................................... 9

2.1.1. Güneş Pili Karakteristikleri ................................................................................ 9

2.1.2. Güneş Pilinin Çalışma Prensibi ........................................................................ 11

2.1.3. Fotovoltaik Güç Hesaplamaları........................................................................ 12

2.1.4. Kullanılan Panelin Özellikleri .......................................................................... 13

2.2. LDR (Light Dependent Resistor) ........................................................................ 14

2.3. Step Motoru ......................................................................................................... 15

2.3.1. Adım Açısı ....................................................................................................... 15

2.3.2. Step Motor Özellikleri...................................................................................... 16

2.3.3. Step Motorun Avantajları ................................................................................. 16

2.3.4. Step Motorun Dezavantajları ........................................................................... 17

2.3.5. Step Motorun Yapısı ........................................................................................ 17

2.3.6. Step Motorunun Kullanılmasının Amacı ......................................................... 18

2.3.7. Step Motorunun Tork Parametreleri ................................................................ 18

2.4. DRV8825 Step Motor Sürücü Kartı .................................................................... 19

2.5. Dişli Çark Mekanizmaları ................................................................................... 19

2.6. Kullanılan Kontrol Ünitesi .................................................................................. 20

2.7 Elektrolit ............................................................................................................... 22

V

2.8. Elektroliz İşlemi .................................................................................................. 23

2.9. Elektrotlar ............................................................................................................ 24

2.10. Elektroliz Kabı .................................................................................................. 26

2.11 Baskı Devre Şeması ........................................................................................... 28

3. BULGULAR .......................................................................................................... 29

3.1 PV Panel Benzetim Sonuçları .............................................................................. 29

3.2. Elde Edilen Hidrojen Miktarı .............................................................................. 33

3.3. Elektrotların Korozyonu...................................................................................... 34

4. TARTIŞMA ........................................................................................................... 35

4.1. Farklı Tasarım Seçenekleri ve Seçim Kriterleri .................................................. 35

4.2. Çevresel Etki ve Güvenlik .................................................................................. 36

4.3. Üretilebilirlik ve Maliyet Hesabı ........................................................................ 37

4.3.1. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz ............................................................. 37

4.3.2. Üretilebilirlik .................................................................................................... 38

4.4. Etik Değerlendirme ............................................................................................. 39

5. SONUÇLAR .......................................................................................................... 40

6. ÖNERİLER ............................................................................................................ 41

7. KAYNAKLAR ...................................................................................................... 42

8. EKLER ................................................................................................................... 44

EK-1 ARDUINO İÇİN KAYNAK KODLAR .......................................................... 44

EK-2 SİSTEMİN GÖRÜNÜŞÜ ................................................................................ 47

EK-3 ŞEMATİK RESİM ........................................................................................... 48

ÖZGEÇMİŞLER ........................................................................................................ 49

VI

ÖZET

Ülkemizde fosil yakıtlar temel enerji kaynağıdır ve bu yakıtlar ithal olarak temin

edilmektedir. Ülkemiz ortalama 7,2 saat/gün güneşlenme süresi ile önemli bir enerji

potansiyeline sahiptir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının öneminin artmasıyla beraber, bu

kaynaklardan elde edilen enerjinin depolanması için yeni yöntemlere ihtiyaç vardır. Bu

amaçla güneş takip sistemli PV panelden üretilen elektrik enerjisinin yardımıyla büyük

rezervlere sahip olan deniz suyunun elektrolizi ile hidrojen üretimi hedeflenmiştir. Güneş

ışınlarından daha etkin olarak faydalanmak amacıyla sabit bir panel yerine, güneş takip

sistemi kullanılacaktır. Bu sistemler sayesinde daha fazla miktarda güneş ışını soğurulur.

Bu sayede panellerin günlük performansları ve verim değerleri artar.

Anahtar Kelimeler: Deniz suyu elektrolizi, Güneş takip sistemi, Hidrojen üretimi,

Yenilebilir kaynaklardan enerji depolanması

VII

ABSTRACT

In our country, fossil fuels are main source of energy and these fuels are supplied by

import. Our country has significant potential with average 7,2 hour/day peak sun hours.

With rising importance of renewable energy sources, new methods are needed for energy

storage from renewable sources. For this purpose, we are aiming to produce hydrogen from

electrolysis of abundant sea water resources by electricity generated by PV panel with solar

tracking system. To utilizing sun radiation more effectively, solar tracking system will be

used instead of static PV panel. By this system more sun radiation can be absorbed. Hence

daily performance and effectiveness of PV panels will be increased significantly.

Keywords: Electrolysis of sea water, Solar tracking system, Hydrogen production,

Energy storage of renewable sources

VIII

SEMBOLLER VE KISALTMALAR

kWh Kilowatt-Saat

DC Doğru Akım

AC Alternatif Akım

PV Fotovoltaik Panel

LDR Fotodirenç (Light Dependent Resistor)

W Watt

m Metre

D Diyot

R Direnç

RS Seri Direnci

V Gerilim

I Akım

IL Fotovoltaik Akım

IP Paralel Kol Akımı

Ω Ohm

P Güç

Rsh Paralel direnç

VOC Açık Devre Gerilimi

ISC Kısa Devre Akımı

FF Dolum Çarpanı

MP Maksimum Güç

PPV Güneş Pilinin Çıkış Gücü

VMP Maksimum Güç Gerilimi

IMP Maksimum Güç Akımı

ηpv Pil Verimliliği

IG Fotovoltik Diyodun Üstüne Düşen Işık Şiddeti

TM Tork

N Açısal Hız

F Kuvvet

r Yol

mA Mili Amper

IX

kB Kilobayt

MHz Megahertz

Ah Amper-Saat

L Boru Uzunluğu

KK Yerel Kayıp Faktörü

v Suyun Boru İçerisindeki Hızı

f Sürtünme Faktörü

∆h Toplam Kayıp

∆p Toplam Basınç Kaybı

g Yerçekimi İvmesi

CdSO4 Kadmiyum Sülfat

dBm Desibel-miliwatt

θS Step Motorunun Adım Açısı

psu Tuzluluk birimi

NS Step Motorun Faz Sayısı

NR Rotorun Çıkıntılı Kutup Sayısı

S Motorun Bir Devir Sayısı İçin Gerekli Adım Sayısı

CW Saat İbresi Yönü

CCW Saat İbresi Ters Yönü

ISO International Organization for Standardization

TSE Türk Standartları Enstitüsü

TÜBİTAK Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu

X

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 2.1.1.1 Güneş pilinin eşdeğer devresi ................................................................. 9

Şekil 2.1.1.2 Fotovoltaik güneş pilinin akım-gerilim grafiği..................................... 10

Şekil 2.1.1.3. Fotovoltaik güneş pilinin maksimum güç grafiği ................................ 10

Şekil 2.1.3.1 Güneş pilinin Multisim ortamında eşdeğer devresi .............................. 12

Şekil 2.6.1. Güneş takip sisteminin Arduino ile Proteus ortamında gerçeklenmesi .. 20

Şekil 2.6.2. Kontrol Algoritması ................................................................................ 21

Şekil 2.7.1. Küresel su kaynakları ............................................................................. 22

Şekil 2.9.1. Akım verimliliği, tuzluluk ve klorin değişimi ........................................ 24

Şekil 2.11.1. Baskı Devre Şeması .............................................................................. 28

Şekil 3.1.1. Fotovoltaik panelin nominal değerlerde V-I ve V-P grafiği .................. 29

Şekil 3.1.2. 15 oC'de V-I ve V-P karakteristiği ......................................................... 29

Şekil 3.1.3. 25 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği ........................................ 30

Şekil 3.1.4. 25 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 30

Şekil 3.1.5. 25 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 30

Şekil 3.1.6. 25 oC'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 31

Şekil 3.1.7. 15 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği ........................................ 31

Şekil 3.1.8. 15 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 31

Şekil 3.1.9. 15 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği ...................................... 32

Şekil 3.1.10. 15 oC'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği .................................... 32

Şekil 3.2.1. Akım-Hidrojen Üretim Oranı grafiği...................................................... 33

Şekil 3.3.1. 6 saatlik çalışma süresi ardından solda bakır, sağda çelik elektrot......... 34

XI

TABLOLAR DİZİNİ

Tablo 2.2.1 Farklı ortamlar için ışık şiddetleri .......................................................... 14

Tablo 4.3.1.1 Malzeme listesi ve 2018 yılı için fiyatlar ............................................ 37

1

1. GENEL BİLGİLER

Teknolojinin sürekli olarak gelişmesi ve bunun sonucunda yükselen bir ivme ile

enerji talebinde bulunması, bu talebi karşılama zorunluluğu doğurmuştur. Günümüzde

enerji ihtiyacının büyük bir kısmı fosil kaynaklarla karşılanmakta ve bu kaynaklar hızla

tükenmektedir. Tükenen fosil yakıt rezervleri ve meydana gelen geri dönüşümü olmayan

çevre sorunları, insanlığı yenilenebilir enerji kaynakları üzerine araştırmaya yöneltmiştir.

Bu kaynaklardan biri de hidrojendir. Hidrojen enerjisi “21. yüzyılın enerji taşıyıcısı”

olmaya en büyük adaylardandır. Hidrojen, yeryüzünde en sık bulunan elementtir. Hidrojen

oksijen ile yüksek bir enerji değeri ile yanıp suya dönüşür. Çok hafiftir ve kolaylıkla hava

ile karışabilir. Yalnızca bu özellikleri bile hidrojenin geleceğin yakıtı olmasına aday

olmasını sağlar. Fosil yakıtların yeryüzüne ve atmosfere verdiği zararlar göz önüne

alındığında bunu önemi daha iyi anlaşılacaktır. Hidrojenin doğada saf halde

bulunmamasından dolayı çeşitli elde etme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çeşitli

yöntemlerden en çok kullanılanları ise fosil yakıtlardan, özellik ile metandan veya

gazifikasyon ile katı yakıtlardan hidrojen elde etme yöntemleridir. [1]

Bu gibi yöntemler, hidrojenin ana kullanım nedenleri olan “fosil yakıtlara olan

bağımlılığı azaltma” ve “temiz enerji kullanımı” gibi nedenlerle bağdaşmamaktadır. Ancak

gelişen teknoloji ile birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarıyla hidrojen elde yöntemleri

giderek çeşitlenmekte ve bu yöntemlerle üretimin payı artmaktadır. Bu yöntemlerden biri

güneş enerjisi ile hidrojen eldesidir. Yerkürede bulunduğu konum açısından güneşlenme

alanı ve süresi oldukça iyi olan ülkemizde güneş enerjisi alternatif enerji kaynağı olarak

öne çıkmaktadır. Son yıllarda yapılan araştırmalar, ülkemizde yılda metrekare başına 1100

kWh’lik güneş enerjisi potansiyelinin olduğunu göstermektedir. [2] Bu nedenle güneş

enerjisi ülkemizde kullanımı en uygun yenilenebilir enerji kaynaklarından birisidir.Güneş

enerjisi ile çalışan sistemlerin hiç şüphesiz en önemli kısmı fotovoltaik sistemlerdir.

Fotovoltaik sistemler güneş ışığı düştüğünde, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine

çeviren sistemlerdir.

2

1.1. Çalışmanın Amacı

Hayata geçirilecek bu sistem güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çevirecek

güneş panelleri ile beslenecektir. Güneş panelinden maksimum verim alabilmek için

güneşin doğuşundan batımına kadar olan süre içerisinde güneş ışınları gün boyu panele dik

olacak şekilde güneşi izleyebilme yeteneğine sahip olacaktır. Ayrıca saf suyun içine çeşitli

kimyasallar çözmek yerine, hali hazırda bulunan deniz suyu rezervleri kullanılarak daha

ekonomik ve daha çevreci hidrojen üretimi amaçlanmaktadır. Tasarıma ait resim EK-3’te

verilmiştir.

1.2. Çalışmanın Hedefleri

Belirtilen sistemler kullanılarak güneş panellerinden elde edilen elektrik enerjisi

kullanılarak deniz suyunun elektrolizi ile hidrojen elde edilecek ve fosil yakılara olan

bağlılığın azalması anlamında çevre dostu bir yakıt üretimi ortaya çıkmış olacaktır. Bir

başka yöntem ise elde edilen hidrojenin karbon içeren artık gazlarla ile tekrar reaksiyona

girmesiyle hidrokarbon yakıt etmektir. Bahsi geçen yöntemle aynı zamanda karbondioksit

geri dönüşümüne katkı yapılabilir ve doğal olmayan yollarla fosil yakıt üretilebilir. Ayrıca

sınrlı rezervlere sahip olan taze su kaynakları yerine, bol kaynaklara sahip deniz suyunun

kullanılması ile içme suyu rezervleri etkilenmeyecektir.

3

1.3 Özgünlük

Bu çalışma kapsamında yaygın olarak kullanılan sabit güneş paneli yerine güneşi

takip eden sistem kullanarak güneş enerjisinden maksimum verim elde etmeye

çalışılmıştır.

Takip sisteminde kullanılan 4 adet ışığa duyarlı direnç (LDR) yardımıyla güneşin

konumu algılanmıştır. Çalışmadaki temel amaç güneş enerjisinden elde edeceğimiz verimi

artırmaktır. Böylelikle daha az panel ile daha fazla enerji üreterek ekonomik kazanç

sağlanacaktır.

Güneş enerjisinden elde edilen enerji deniz suyundan hidrojen elde etmek amacı ile

kullanılacaktır. Bu çalışma ile yenilenebilir bir enerji kaynağı olan güneş enerjisini daha

verimli bir şekilde kullanarak elde edilen enerjiden diğer bol bir kaynak olan deniz

suyunun elektrolizi ile hidrojen elde edilecektir.

Bu yöntemin en önemli avantajı kullanımının basit, ömrünün uzun, yenilenebilir ve

çevre dostu olması ve işlem sırasında sınırlı rezervlere sahip içme suyunu

kullanmamasıdır.

4

1.4. Çalışmanın Kısıtları

Deniz suyunun elektrolizi sırasında bazı kısıtlamalar söz konusudur. Bunlardan en

önemlisi anotta oluşabilecek klorin gazıdır. Elektrot seçiminde bahsedildiği üzere anotta

akım yoğunluğuna, elektrot malzemesine, tuzluluk oranına bağlı olarak baskın ürün olarak

klorin gazı elde edilebilir. Klorin gazı zehirlidir ve çevre sağlığı için tehlike arz eder. Bu

nedenle daha verimsiz olmasına rağmen grafit elektrot veya maliyeti yüksek titanyum

elektrotlar kullanılmalıdır. [3] Diğer bir etken olan akım yoğunluğunun artması hidrojen

eldesini arttırır ve hızlandırır. Fakat akım yoğunluğunun 100mA/cm2 yi geçmesi

durumunda anotta baskın üretim klorin gazı olmaktadır. [4] Bu nedenle akım yoğunluğu

için bu üst değer bir sınır olarak ortaya çıkmaktadır. Bir başka kısıtlama ise elektrolitin

sıcaklığıdır. Bilindiği üzere genellikle sıvı içerisinde gazların çözünürlüğü sıcaklıkla ters

orantılıyken, iyonların çözünürlüğü ise doğru orantılıdır. Ayrıca artan sıcaklıkla beraber

reaksiyonlar için gerekli olan enerjinin bir kısmı karşılanmış olacaktır. Sıcaklığın düşmesi

ile beraber ortaya çıkan hidrojenin su içinde çözünmesi artacak, bu durum ise sistemi

verimsizleştirecektir. Ayrıca hidrojenin suda çözünmesinin bir sonucu olarak suyun pH

dengesini değiştirerek asidik bir etki göstermesine sebep olacaktır.

Bir diğer engel ise sıcaklığın artması ile beraber elektrotların korozyonu

hızlanmasıdır. Elektrot yüzeylerinde oluşan korozyon sonucu elektrotların iletkenliği

düşecek ve sistem verimsizleşecektir. Kullanılamaz hale gelen elektrotların değiştirilmesi

ise ek bir maliyet doğuracaktır.

Sistem enerjisini güneş ışınlarında karşılamaktadır. Bu nedenle hidrojen üretimi

günlük, mevsimsel hava koşulları ve coğrafik konumdan doğrudan etkilenmektedir. Belirli

bir çalışma süresi sonunda elektroliz işlemi sonunda su içinde oluşabilecek çeşitli tuzlar ve

çökeltiler oluşabilir. Bu nedenle prototip üzerinde yapılan deneylerle optimal çalışma

süresi sonunda, elektroliz kabının temizlenmesi gerekecektir.

5

1.5. Çalışmanın Karşılayabileceği Gereksinimler

Enerji, toplumsal refahın sağlanması için gerekli araçlardan ve üretim faaliyetlerinin

ana girdilerinden biri olarak, ekonomik ve sosyal kalkınmanın vazgeçilmez temel

taşlarından biridir. Bu nedenle, endüstrideki gelişmelerin, yaşam standartlarındaki

yükselişin ve artan nüfusun ihtiyaç duyduğu enerjinin yeterli, güvenilir bir şekilde ve

düşük maliyetle sağlanması büyük önem arz etmektedir. Arz güvenilirliği için

sürdürülebilir enerji politikalarının oluşturulması ve enerji kaynaklarında dışa bağımlılığın

azaltılması gerekmektedir. Arz güvenilirliği, kısa dönemde talebin sürekli ve kaliteli bir

şekilde karşılanması, uzun dönemde ise yeterli kapasite yatırımlarının yapılmasını ifade

etmektedir. Günümüzde dünya enerji gereksinimi büyük oranda fosil (kömür, doğalgaz

vb.) ve nükleer yakıtlardan karşılanmaktadır. Yenilenebilir kaynaklardan enerji üretiminde

kullanılan en yaygın yöntemler ise hidroelektrik, rüzgâr ve güneş enerjisi sistemleridir.

Rüzgâr ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları, sabit ve sürekli enerji

üretme olanaklarına sahip olmayıp, mevsimsel ve günlük meteorolojik koşullardan

etkilenmektedir. Özellikle MW kapasiteli rüzgâr ve güneş enerjisi santrallerinde, talebe

uygun sürekli enerji üretiminin güvence altına alınabilmesi için büyük ölçekli enerji

depolama tesislerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada belirtilecek yöntem ile, bu

enerjilerin depolanması için alternatif oluşturulması hedeflenmiştir. Yöntemin

geliştirilmesi ile beraber yukarıda belirtilen arz sürekliliği sağlanarak, temiz, düşük

maliyetli ve yenilenebilir enerjinin kullanım oranı artacaktır.

6

1.6. Literatür Araştırması

1) Güneş takip sistemi ile ilgili olarak, açık devre bilgisayar kontrollü iki eksenli

güneş takip sistemi incelenmiştir. Bu amaçla iki serbestlik derecesine sahip jiroskop

benzeri bir prototip dizayn edilmiştir. Prototipin kontrolü ve gün boyu güneş takibi için,

astronomik denklemlere dayalı bir bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Bu yazılımın yanı

sıra bilgisayar ile prototip arasında veri iletişimini sağlayan bir elektronik devre

tasarlanarak üretilmiştir. [4]

2) Yenilenebilir enerji sistemleri alanında yapılacak araştırmalarda ve uygulamalarda

kullanılmak üzere labview tabanlı çift eksenli güneş takibi yapabilen bir sistem

gerçekleştirilmiştir. Sistem Labview tabanlı ara yüz programı ile güneşten aldığı verileri

anlık olarak bilgisayar ortamına kaydedebilmekte ve grafiklerini oluşturabilmektedir.

Uygulamanın bu özellikleri sayesinde kullanıcı anlık durumların analizini yapabilecek ve

sistem verimliliğinin o anki durumu hakkında bilgi sahibi olabilecektir. Güneş takip

sistemini kullanıcılar otomatik veya manüel kullanabileceklerdir. Diğer çalışmalara göre

Labview tabanlı ara yüz programının geliştirilmesi, sistemin kontrolünü görsel hale

getirmiş ve güneşten alınan veriler anlık olarak izlenebilmektedir. Yapılan uygulama ile

Türkiye’de gelişme aşamasında olan güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etme

konusunda yapılacak bilimsel çalışmalara alt yapı hazırlamak ve güneş enerjisinin

ülkemizde kullanımının yaygınlaştırılmasına katkı sağlanması amaçlanmaktadır. [5]

3) Bilgisayar kontrollü güneş takip sistemi kuzey – güney ekseninde manüel olarak,

doğu – batı ekseninde ise tarih ve zaman tabanlı bir algoritma ile çalışan bilgisayar

yazılımı ile kontrol edilmektedir. Deneysel ölçümler tarih ve zaman tabanlı takip sistemine

sahip panel ve sabit sehpalı bir panel üzerinde gerçekleştirilmiştir. Ölçümler gündüzlerin

uzun ve kısa olduğu iki farklı günde yapılmıştır. Her iki günde sabit ve izleyici panelin

maksimum güç, akım ve gerilim değerleri belli aralıklarla ölçülmüştür. Bu ölçümlerde elde

edilen veriler değerlendirildiğinde izleyici panelin sabite kıyasla çıkış gücünde; 03.09.2010

tarihinde %51, 25.11.2010 tarihinde ise %20,4 oranında artış sağladığı tespit edilmiştir. [6]

7

4) Güneş takip sistemi farklı sistemler içinde kullanılmıştır. Güneş pilinden sağlanan

elektrik enerjisi su ısıtılması, lamba yakılması ve DC motorla güneş takip sistemi

uygulamasıdır Bunların dışında otomatik iki eksenli güneş takip sistemi prototipi ve su

ısıtma uygulaması bulunmaktadır. Güneş paneli çıkış güneş radyasyonu ve diğer iklim

koşullarına son derece bağlıdır. Performans değerlendirmesine dayalı, tabanlı güneş takip

sistemi zamanlayıcı için yeni bir algoritma güneş paneli ile daha fazla güneş ışığı hasat için

önerilir

5) Deniz suyunun elektrolizi ile ilgili diğer bir çalışma ise, şebeke elektriğinden

deniz suyunun elektrolizi sonucu oluşan hidrojeni, oksijen kaynağında yanıcı gaz olarak

kullanarak, metallerin kaynatılması ve kesilmesinde kullanılmıştır.

8

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR

Yapacağımız projede güneş takip sistemiyle güneş enerjisinden maksimum

yararlanma sağlayarak sulama sistemlerinde verimi arttırılmıştır. Güneş panelinin enerji

üretim hacmini arttırabilmek için güneşin hareketini algılayabilen LDR ve step motor

kontrolüne sahip olan, 50 W’ ta çalışan panel yardımıyla projenin elektriksel tasarımı ve

uygulaması gerçekleştirilmiştir. Işığın dikey ve yatay olmak üzere toplamda 4 yönde

konumunu takip eden 4 adet foto direnç elemanı (LDR) kullanılmıştır. Yatay ve dikey

hareketi sağlayacak 6 V'lik 2 step motor, sensörlerin ve sürücü devreleri, çark ve dişli

takımın elemanları projenin mekanik aksamını oluşturmaktadır.

Projenin komut mekanizması arduino kart tasarımı ile gerçekleştirilmiştir.

Arduino hakkında bilgi verilecek olursa; Arduino açık kaynaklı kullanımı kolay

donanım ve yazılımdan oluşan elektronik prototip geliştirme platformudur. Açık

kaynaklı donanım demek yazılım dünyasında olduğu gibi donanımsal olarak şema ve

kart çizimlerini bulabileceğimiz açık olarak yayınlanan projeler demektir. Arduino

temel olarak yazılım ve donanım olarak iki kısımdan oluşmaktadır.

Arduinonun donanımı değişik versiyonlarına göre farklılık göstermesine karşın

genel olarak Atmega mikrodenetleyici RS232-USB çevirici entegre ve besleme

kısmından oluşmaktadır.

Arduino platformunda kullanılan temel bileşenler; Arduino Geliştirme Ortamı

(IDE), Arduino Bootloader (Optiboot), Arduino kütüphaneleri, AVRDude (Arduino

üzerinde mikrodenetleyici programlayan yazılım) ve derleyici (AVR-GCC)

elemanıdır.

Üretilen enerji deniz suyunun elektrolizinde kullanılacak, elde edilen hidrojen

depolanacaktır. Kullanılacak elektrotlar ise ilgili bölümde belirtildiği üzere anot çinko,

katot ise bakır malzemeden imal edilecektir. Ayrıca elektroliz kabı ise inert malzemeden

imal edilecek ve sızdırmaz olarak tasarlanmıştır.

9

2.1. Güneş Pilleri

Güneş pilleri (PV) üzerine gelen ışığı doğrudan elektirik enerjisine dönüştürmeyi

sağlayan yarı iletken malzemelerdir. Yüzeyleri dikdörtgen, daire veya kare şeklindedir.

Yüzey alanı genellikle yaklaşık 100 cm2dir. Kalınlıkları ise 0.2 mm ile 0.4 mm arasında

değişir. En yaygın olarak kullanılanları silisyum barındıran güneş piileridir.

1950'li yıllarda %4 olan verimi, yakın zamanda %15 seviyesine gelmiştir. Verimleri

güneşin 1000 W/m2

enerji yaydığı bölgeye göre hesaplanmaktadır. Ancak ülkemizde bu

değer 1300 W/m2

olduğundan verimleri daha iyi değerlerdedir. 1 m2

alanda kayıpların

ihmal edildiği takdirde 195 Watt elektrik üretilebilir [7].

2.1.1. Güneş Pili Karakteristikleri

Şekil 2.1.1.1 Güneş pilinin eşdeğer devresi

Sıcaklığın ve güneşin ışığın gün içinde değişmediği kabul edilerek bir fotovoltaik

güneş pilinin gerilim-akım değişimini ölçekli çizebilmek için yukarıda gösterilen devre

kurulur. Ayarlı direnç 0 Ω'dan maksimum değerine kadar değiştirilir. Her değer kayıt edilir

ve gerilim-akım grafiği çizilirse Şekil 2.1.1.2. verilen değişim elde edilir.

10

Şekil 2.1.1.2 Fotovoltaik güneş pilinin akım-gerilim grafiği

P= VxI eşitliğindeki gibi güç, akım veya gerilim parametrelerinin en az biri sıfır

olduğu zaman sıfır değerini alır. Gücün maksimum değerde olması için V ve I maksimum

olmalıdır.

Şekil 2.1.1.3. Fotovoltaik güneş pilinin maksimum güç grafiği

11

Pm maksimum çıkış gücü Şekil 2.1.1.3’te görüleceği üzere akım-gerilim

karakteristiğinin dirsek noktasındaki konumdadır. Fotovoltaik pilin maksimum çıkış gücü

akım ve gerilimdeki değişimle orantılıdır. [8] Bu değişim ise fotovoltaik pilin üzerine

düşen sıcaklığa ve gün ışığına bağlıdır. Maksimum gücün sağlanması içinde akım ve

gerilim parametrelerinin sabit tutulması gerekir.

2.1.2. Güneş Pilinin Çalışma Prensibi

Fotovoltaik piller güneş ışığından aldıkları foton enerjisinden pozitif ve negatif

yükler oluşturarak elektrik enerjisini üretirler. Pozitif (delikler) ve negatif (elektronlar)

yükleri ayrıştırmak için en uygun malzemeler Silisyum, Galyum Arsenik (GaAs) gibi yarı

iletken malzemelerdir.

PV pillerin çalışma prensibi şu şekilde ifade edilebilir. Elektronlar N katmanından

çıktıktan sonra P katmanındaki deliklerle birleşirler. Birleştikleri zamanda akım

oluşturabilirler. P-tipi malzeme elde edilirken saf Silikon malzemeye bir miktar Bor

elementi eklenir. Bor eklenen silikonda, silikonun valans elektonu 4 tane, borun valans

elektron sayısı 3 tanedir. Bunlar karıştırıldığında boşluklar (delikler) meydana gelir.

Silikona fosfor eklendiği zaman, fosforun valans elektron sayısı 5 tane olduğundan bunlar

karıştırıldığında elektronlar meydana gelir.

N-tipi ve P-tipi malzemeler birleştirildiği zaman P tipi malzemedeki delikler N

tipine, N tipi malzemedeki delikler de P tipi malzemeye geçmeye başlar. Bu elektron akışı

bir dengesizlik meydana getirir.

N tipi malzeme bazı valans elektronlarını kaybederek pozitif yüke sahip olur. Buna

benzer şekilde P tipi malzeme de valans elektronu aldığından dolayı negatif yüke sahip

olur. Böyle durumlarda sınır potansiyeli denilen bir gerilim, jonksiyon (boşaltım)

bölgesinde meydana gelerek daha fazla delik ve elektronun akışını önler ve bu bölgedeki

tüm delik ve elektronları bölgenin dışına iter. Azınlık taşıyıcılarının miktarı doğrudan N-P

bileşimini etkileyen ısı ve ışığa bağlıdır. Bu azınlık taşıyıcıları fotovoltaik güneş pilini

elektriğe dönüştürecek güneş gücünün temelini meydana getirir. Karanlıkta, oda

sıcaklığında azınlık ve çoğunluk taşıyıcıları birbirine eşit olur.

12

Bir P-N bileşimi doğrudan elektrik üretemez. Eğer P-N iletken uçları bir yarı iletken

yardımıyla birbirine bağlanırsa hiçbir güç üretimi olmaz. Elektron akışı, oluşturulan

gerilimin öteleme yapacak birkaç elektrona sahip olmasına neden olacak kadar dengesiz

ise, P-N bileşiminden elektrik almak mümkündür. Dolayısıyla güneş ışığı altında serbest

elektron oluşturabilen malzemelerden oluşan P-N eklemi elektrik enerjisi üretimini

sağlamak için gerekli şartı yerine getirir.

2.1.3. Fotovoltaik Güç Hesaplamaları

Şekil 2.1.3.1 Güneş pilinin Multisim ortamında eşdeğer devresi

Güneş pilinin Multisim ortamında eşdeğer devresi Şekil devreden yola çıktığımızda;

Diyotun uçları arasındaki direncin sonsuz olduğu andaki ölçülen gerilime açık devre

gerilimi (Voc) denir. Diyotun uçları arasındaki direnç sonsuz olduğu andaki ölçülen akıma

ise kısa devre akımı (Isc) denir.

Işınım altındaki gerilim-akım eğrisinde gerilimlerin pozitif, akımın negatif olduğu

bölgede en büyük güç değerinin (Vmp x Imp), Voc x Isc çarpımına oranına dolum çarpanı

(FF) denir. MP ifadesi maksimum gücü (maximum power) temsil etmek için kullanılmıştır.

Güneş pilinin çıkış gücü (Ppv), formül F3.1'deki gibi ifade edilmektedir.

𝑃𝑝𝑣 = 𝑉𝑚𝑝 𝑥 𝐼𝑚𝑝 = 𝑉𝑜𝑐 𝑥 𝐼𝑠𝑐 𝑥 𝐹𝐹 (F2.1)

13

Bir güneş pilinin verimliliği (ηpv), diyottan alınabilen gücün, fotovoltaik diyotun

üstüne düşen ışığın şiddetine (Ig) oranıdır.

ηpv = Voc x Isc x FF

IG (F2.2)

Panelimizdeki güç ise;

𝑃𝑝𝑣 = 𝐴𝑝𝑣 𝑥 𝐼𝑔 𝑥 η𝑝𝑣 (F2.3)

Bu denklemde Ppv fotovoltaik sistemin ürettiği elektriğin gücü (W), Ig fotovoltaik

yüzeye gelen ışınım miktarını (W/m2), Apv kullanılan güneş pilinin toplam alanını (m

2)

ve ηpv ise güneş pillerinin konulduğu yer, yüzeyin sıcaklığı, iletim kayıpları, çevrenin

sıcaklığı vb. etkenleri içeren sistemin toplam verimi olarak kabul edilir.

2.1.4. Kullanılan Panelin Özellikleri

Maksimum Güç (Pmax): 50 Watt

Maksimum Güç Gerilimi (Vmp): 18 V

Maksimum Güç Akımı (Imp): 2.78 A

Açık Devre Gerilimi (Voc): 21.6 V

Kısa Devre Akımı (Isc): 3.05 A

Boyutlar: 710×505×25 mm

Ağırlık: 3,5 kg

Hücre Tipi: Polikristal Silisyum

14

2.2. LDR (Light Dependent Resistor)

Işık kaynağını algılamada sistemin temel elemanı LDR (fotodirenç) olmaktadır.

Kısaca LDR üzerine düşen ışık miktarı ile ters orantılı bir şekilde direnç değeri 1 MΩ - 250

Ω arasında değişen bir devre elemanıdır. LDR’nin aydınlık ortamlarda direnci minimum,

aydınlık olmayan (karanlık) ortamlarda ise maksimumdur. Hem DC devrede hem de AC

devrede aynı özelliği gösterir. Bu yarı iletken elemanların kimyasal yapısında “Kadmiyum

Sülfat” (CdSO4) maddesi bulunmaktadır. Kadmiyum sülfat, elektriği iletmeyen bir

malzeme üzerine yerleştirilmiştir. İçerisinde iki taraftan sökülmüş aralarında temas

olmayan iletken teller mevcuttur. LDR ile bağlantı kurabilmek için bu iki iletken olan

telden dışarıya doğru uç çıkarılmıştır. LDR’nin üst kısmı ışığın şiddetini algılaması için

şeffaf bir malzeme ile kaplanmıştır.

LDR’nin üzerine ışık düşürüldüğünde valans elektronları koparak belli hıza ulaşmış

olur ve iletken bandına geçerler. Yani akım LDR üzerinde akar ve ortam yalıtkanlığını

kaybeder. Bu durum da LDR’nin değerinin düştüğünü gösterir. LDR’nin en çok tepkime

gösterdiği ışık yeşil ışıktır.

Işık şiddeti Işıklı ortamlar

10-4

lüks Bulutlu gecelerde Ay’ın olmadığı gökyüzü

0.002 lüks Bulutsuz gecelerde Ay’ın olmadığı gökyüzü

0.27 – 1.0 lüks Dolunayda gökyüzü bulutsuzken

3.4 lüks Tan yeri ağarmadan önce

50 lüks Bir oturma odasında

80 lüks Ofislerin lavabo ve koridorlarında

100 lüks Kara bulutlu havalarda

320 – 500 lüks Ofis aydınlatması

400 lüks Bulutsuz bir günde gün doğumu ve batımı

1000 lüks Bulutlu günlerde

10000 – 25000

lüks

Gün ışığında (Güneşin 14irect bir etkisi olmadan)

30000 – 100000

lüks

Güneş Işığı

Tablo 2.2.1 Farklı ortamlar için ışık şiddetleri [2]

15

Tablo 2.2.1’de günlük hayattaki hava şartlarının ve buna karşılık gelen ışık şiddetinin

değerleri belirtilmektedir. Öncelikle gün içerisinde bazı durumlarda ışık şiddetinin ne kadar

değiştiği bilinmelidir. Böylece olumsuz durumlara karşı daha tedbirli olunur ve sistemin

mevcut kararlılığı arttırılabilir.

2.3. Step Motoru

Elektrik enerjisini dönme hareketine çeviren elektromekanik cihazlara step motor

denir. Step motorlara aynı zamanda adım motorları adı da verilir. Açısal konumu adımlar

halinde değişen, çok hassas sinyaller ile sürülebilen motorlara adım motorları denir. Adım

motorları belirli adımlarla hareket ederler. Bu adımlar ile motorun sargılarına uygun

sinyaller gönderilerek step motor kontrol edilir.

2.3.1. Adım Açısı

Herhangi bir uyartımda motorun ve rotorun yapacağı hareketin ne kadar olacağı

motorun adım açısına bağlıdır. Adım açısı motorun yapısına bağlı olarak faklılık

gösterebilmektedir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı değiştirilerek motor hızı

kontrol edilebilir. Adım motorların dönüş yönü uygulanan sinyallerin sırası değiştirilerek

saat ibresi yönünde (CW) ya da saat ibresinin tersi yönünde (CCW) olabilir.

Step motorun adım açısı;

θs = 360

𝑁𝑠 .𝑁𝑟 (F2.4)

θs : Step motorun adım açısı (derece)

Ns : Step motor faz sayısı

Nr : Rotorun çıkıntılı kutup sayısı

16

Step motorun bir devri için gerekli adım sayısının bulunması;

S = 360

θs (F2.5)

S : Motorun bir devir (360 derece) için gerekli adım sayısı

θs : Step motorun adım açısı (derece)

2.3.2. Step Motor Özellikleri

Step motorların hassasiyetlerini mikro step tekniği ile 0.07 dereceye kadar düşürmek

mümkündür. Step motorların 1 devirdeki yapmış oldukları adım sayısı yükseldikçe

hassasiyeti artar. Step motorlar yarım adım şeklinde çalıştırılabilirler. Yüksek ve hassas

pozisyonlama alabilirler. Yüksek duyarlılık ve tutma torkuna sahiptirler. Step motorun iç

yapısında bulunan rotorun açısal hızı küçük olduğundan yapılacak hareket sırasında adım

kaybı yaşanmaz.

2.3.3. Step Motorun Avantajları

Geri besleme ihtiyacı göstermezler ve açık döngülü olarak kontrol edilebilirler.

Motor hareketlerinde konum hataları yoktur. Bozulmadan veya herhangi bir hasara

uğramadan defalarca durdurulup çalıştırılabilirler. Mekanik kısımları oldukça basit

olduğundan bakım gerektirmezler. Sayısal olarak kontrol edilebilirler.

17

2.3.4. Step Motorun Dezavantajları

Adım açıları sabit olmasından dolayı hareketleri sürekli değil darbelidir. Step

motorlarda elde edilebilecek güç ve moment sınırlıdır. Step motorlarında diğer motorlara

göre daha fazla olan titreşimden dolayı bazı hız değerlerinde tork kayıpları yaşanabilir.

Çok yüksek hızlardaki kontrolleri kolay değildir.

2.3.5. Step Motorun Yapısı

Stator: Step motorun hareketsiz olan ve sargılardan oluşan kısmıdır.

Rotor: Step motorun hareketli, S ve N kutbundan oluşan ve tek

parça sabit mıknatıs olan kısmıdır.

Dış Zarf (Gövde): Motorun soğumasına yardımcı olan ve motoru dış

etkilerden koruyan yapıdır.

Rulman: Adım motorlara verilmesi gereken hareketin mümkün

olan en az sürtünmeyle yani güçten en az ödün verilerek iletimini

sağlamak için olan kısımdır.

18

2.3.6. Step Motorunun Kullanılmasının Amacı

Step motorlar giriş işaretine cevap verdiklerinden dolayı bilgisayar ve yazılımlarla

kontrol edilmeleri kolaydır. Kontrol edilebildikleri içinde her an bu motorların hızları,

konumları ve dönüş yönleri bilinebilir. Bu özelliklerinden dolayı step motorlar ile çok

hassas konum kontrolü yapılabilir.

“Güneş Takip Sistemli PV Panel ile Deniz Suyundan Hidrojen Eldesi” adlı

projemizde güneş ışınlarından en üst düzeyde verim elde edebilmek için güneş panelimizin

güneşi hatasız bir şekilde takip etmesi yani konum kontrolünün çok hassas olması

gerekmektedir. Bu sebepten dolayı, hatanın en az, verimin en yüksek olması için step

motor kullanmamız uygun görülmüştür.

2.3.7. Step Motorunun Tork Parametreleri

Tork, dönme momenti demektir. Mekanik devrelerde sürtünme kuvvetleri, milin tork

etkisindeki açısal hızına sınır getirmektedir. Bir mekanik devrede motor, tork kaynağıdır.

Motor mili, tork etkisi ile dönmeye zorlanır. Motorda tork ile açısal hızın çarpılması ile

mekanik güç bulunur.

P = Tm x n (Mekanik Güç = Tork x Açısal Hız) (F2.6)

Tm = F x r (Dönme Momenti [Tork] = Kuvvet x Yol) (F2.7)

Tork ve güç birbirleri ile orantılıdır. Sabit güç altında itme kuvveti artarken hız

düşer, hız arttığı zaman da itme kuvveti düşer. Bundan dolayı dönme torku da düşer.

19

2.4. DRV8825 Step Motor Sürücü Kartı

DRV8825 motor sürücü kartı, kanal başına 1.5 A akım verebilmektedir. Zorlama ve

ani durumlarda bu değer 2.2 A’e kadar çıkabilmektedir. Sürücü ayarlanabilir akım

sınırlaması, aşırı akım ve aşırı sıcaklık koruması ve altı mikro step çözünürlük (1/32 Step)

özelliklerine sahiptir. 8.2 V ve 45 V arasında geniş bir çalışma voltajı aralığı ile birçok

projede rahatlıkla kullanmak mümkündür.

Özellikleri;

Basit step ve yön ara yüzleri

6 farklı step çözünürlüğü; full step, half step, 1/4 step, 1/8 step, 1/16 step,

1/32 step

Ayarlanabilir akım kontrolü

Maksimum motor gerilimi 45 V’tur.

Kısa devre koruması vardır.

2.5. Dişli Çark Mekanizmaları

Hareket ve güç iletiminde kullanılan, üzerinde eşit aralıklı ve özel profilli girinti ve

çıkıntıları bulunan silindirik veya konik yüzeyli elemanlara dişli çarklar denir.

Dişli mekanizmalarındaki nispeten küçük ve genelde döndüren dişliye pinyon, daha

büyük olan dişliye çark adı verilir. Konik dişliler, güç aktarma sistemlerinin bir parçası

olarak endüstride oldukça fazla kullanılan ve genelde 90 derece güç aktarımının gerekli

olduğu uygulamalarda kullanılan dişli çeşididir. Kullanım yerlerine ve şekillerine göre

farklı açılarda çalışabilmektedirler.

Projemizde 4 adet alın dişli kullanılacaktır. Dişlinin ikisi motora sabit olarak, diğer

ikisi ise güneş panelinin ucuna monte edilecektir. Böylece güneşin en ufak hareketi bile

güneş paneline yansıyacaktır. Aynı zamanda motordan elde edilen mekanik enerjinin

doğrultusunun değiştirilmesi amacı ile kullanılacaktır.

20

2.6. Kullanılan Kontrol Ünitesi

Potansiyel hesaplamalar sırasında sensörlerden alınan bilgiler "Ardunio" olarak

bilinen mikroişlemci ile bilgisayar ortamına aktarılacaktır. Mikroişlemci ile LDR lerden

alınan değerlerin farklarını alıp, farkın belli bir değerin üstüne çıkınca step motorlarının

dönüş yönüne karar verir. LDR'den alınan bilgiyi fonksiyon aracılığıyla lükse çevirdikten

sonra panelin üzerine düşen ışık şiddeti miktarını belirler. Motorun mekanik aksamına

yerleştirilen potansiyometrelerden alınacak gerilimleri yine bir fonksiyon aracılığıyla

konum açısına çevirir. Sistemde iki adet step motor kullanacağımızdan, iki adet DRV8825

entegresi kullanılacaktır. Arduino 5V’luk gerilim ile çalıştığından step motorların ihtiyacı

olan 6V’ta DRV8825 entegreleri devreye girecektir.

Ardunio sayısal ve analog girişlere sahiptir. Açık kaynak kodlu bir kontrol ünitesidir.

Kullanılacak olan, Ardunio Uno R3'tür. İşletme gerilimi 5 V değerdedir. Önerilen giriş

gerilimi 7- 12 V arasında değerde çalışmaktadır. Anlık belleği 32 KB hafızaya sahiptir.

Çalışma hızı 16 MHz değerindedir.

Şekil 2.6.1. Güneş takip sisteminin Arduino ile Proteus ortamında gerçeklenmesi

21

Şekil 2.6.2. Kontrol Algoritması

Ek-1’de Arduino Ide ile yazılmış kaynak kodlar verilmiştir. Prototip üretimi

gerçekleştirildikten sonra, kod üzerinde gerekli revizyonlar yapılmalı, kodlar ortama göre

kalibre edilmelidir.

22

2.7 Elektrolit

Elektrolit, serbest iyon içeren ve elektriksel iletkenliğe sahip ortam anlamına

gelmektedir. Hidrojenin sudan elektrolizi için saf su yeterli iletkenliğe sahip değildir. Bu

nedenle tuzlar, asitler, bazlar veya su içinde iyonlaşabilen diğer katkılar su ile çözelti

olarak hazırlanarak elektroliz işlemi gerçekleştirilebilir. Fakat dünya üzerinde taze su

kaynakları da sınırlıdır. Bu projede yer yüzünün %70’ini kaplayan bol bir kaynak olan

deniz suyu elektrolit olarak kullanılacaktır. Deniz suyu içerdiği tuzlar ve çözünmüş diğer

iyonlar nedeniyle iyi bir elektrolittir. Aşağıda global su kaynaklarının miktarını gösteren

şekle yer verilmiştir.

Şekil 2.7.1. Küresel su kaynakları [10]

23

2.8. Elektroliz İşlemi

Elektroliz, elektrik akımı yardımıyla bir sıvı içerisinde çözünmüş kimyasal

bileşiklerin ayrıştırılması işlemidir. Bu değişiklik maddenin yükseltgenmesinden veya

indirgenmesinden kaynaklanır. [11]

Bu çalışmada deniz suyu elektrolize uğrayacaktır. Katot ürünü olarak H2, anot ürünü

olarak ise O2 elde edilmesi hedeflenmektedir. Deniz suyunun elektrolizi sırasında katotta;

2H2O +2e → 2H+ + 2OH

-

Na+ + e → Na

Reaksiyonları gerçekleşirken, anotta ise;

2Cl- → Cl2 + 2e

2H2O → O2 + 4H+

+ 4e

reaksiyonları gerçekleşir. Elektrotlar kısmında belirtildiği gibi anot ürünü olarak

klorin eldesi istenen bir durum değildir. Baskın ürünün oksijen olması için, akım

yoğunluğu düşük tutulmalı ve oksijen seçici elektrotlar kullanılmalıdır. Bu alanda yapılan

çalışmalar MnO2 kaplamalı anot elektrotları yardımıyla dikkate değer bir klorin üretimi

sağlanmadan, %95 verimle oksijen eldesi mümkündür. [4]

24

2.9. Elektrotlar

Elektrotlar; elektrolit çözeltiye elektrik akımını ileten, artı yüklüsüne anot, eksi

yüklüsüne katot adı verilen iletken çubuk veya levhalardır. Çeşitli metaller ve çok farklı

malzemeler elektrot olarak kullanılabilir. Elektrotların iyi bir aşınma, korozyon direncine

ve iletkenliğe sahip olmaları gerekmektedir. Bu sebeple oksitlerinden daha kararlı halde

bulunan soy metaller oldukça iyi elektrot malzemeleri olmasına karşın maliyetleri oldukça

yüksektir.

Deniz suyunun elektrolizi sırasında anotta zehirli ve tahriş edici bir gaz olan klorin

oluşabilir. Teorik olarak anotta oksijen oluşması için gerekli akım yoğunluğu(<1mA/cm2),

klorin gazı için gerekenden oldukça düşüktür. Fakat pratikte akım yoğunluğu 100 ile 1000

mA/cm2 arasındadır. Ayrıca kütle transferi sınırlamaları ve reaksiyon kinetiği

kombinasyonu klorin oluşumunu baskın hale getirir. Uygun elektrot kullanılarak anot

ürününün %99 oranında oksijen olması sağlanabilir. Ayrıca akım yoğunluğunun düşük

tutulması da oksijen üretiminin baskın olmasını sağlayabilir.

Klorin gazının anot ürünü olup olmamasını etkileyen diğer bir unsur ise, kullanılan

deniz suyunun tuzluluk oranıdır. Tuzluluk oranları bölgelere ve sıcaklıklara göre

değişkenlik gösterebilir. Türkiye’nin Karadeniz kıyılarında tuzluluk oranı 17-34 psu

arasında iken, Akdeniz kıyılarında minimum tuzluluk 38 psu dur. [12] Şekil 3.9.1’de akım

verimliliği ve klorin gazı miktarının tuzluluk oranı ile değişimi verilmiştir.

Şekil 2.9.1. Akım verimliliği, tuzluluk ve klorin değişimi [4]

25

Belirtilen sakıncalar nedeniyle deniz suyunun elektrolizinde platin kaplamalı

titanyum, kurşun dioksit veya grafit elektrotlar anot olarak kullanılabilir.

Bu projede titanyum maliyeti, kurşun dioksit ise kurşunun toksik özellikleri

nedeniyle tercih edilmemiş ve grafit elektrot kullanılacaktır. Katot olarak ise bakır

kullanılacaktır. Şekil 3.9.2 ve 3.9.3’te elektrot malzemesine, akım verimine bağlı olarak

klorin gazı oranı değişimi ve katot malzemelerinin deneyler sonucunda karşılaştırılmalı

sıralamaları verilmiştir.

Şekil 2.9.2. Akım verimliliği, elektrot malzemesi ve klorin değişimi [4]

Şekil 2.9.3. Elektrot malzemelerinin karşılaştırılması [13]

26

2.10. Elektroliz Kabı

Elektroliz yaparken kullanacağımız kap öncelikle iletken olmamalıdır. Kullanılacak

kabın iletken olması kabın yüzeyinde korozyon oluşumuna neden olur. Eğer kapta

korozyon meydana gelirse zaman içinde kapta zedelenmeler hatta zamana bağlı olarak

delinme gibi istenmeyen durumlar ortaya çıkar. Eğer çözelti kabı özel üretim bir kap ise bu

gibi tersliklerin oluşumu tekrar üretim aşamasına dönmeyi gerektirerek artı maliyete sebep

olur. Çözeltiyle veya işlem artıklarıyla herhangi bir tepkimeye girmemesi en çok dikkat

edilmesi gereken durumların başında gelmektedir. Elektroliz işlemi sonrasında kullanılan

deniz suyu, oluşan yan ürünlere göre asidik veya bazik duruma gelebilir. Bu nedenle kap

malzemesi asit baz tepkimelerine inert olmalıdır. Aksi taktirde asit baz tepkimeleri

sonucunda ortaya çıkacak zehirli gazlar, kabın delinmesi tehlikesi çevre ve insan sağlığını

tehdit edebilir.

Yukarda belirtilen kısıtlayıcı koşullar dikkate alınırsa kap malzemesinin metal esaslı

olmaması açıktır. Eğer zorunlu olarak metal kullanılması gerekiyorsa kabın iç yüzeyi inert

bir malzeme ile kaplanmalıdır. Eğer metal kullanma zorunluluğu yoksa ve elektroliz işlemi

sonunda hidroflorik asit oluşumu gözlenmiyorsa cam veya seramik malzeme kap

malzemesi olarak kullanılabilir. Fakat deniz suyu az miktarda dahi olsa flor içerdiğinden,

zaman içerisinde elektroliz sırasında oluşan hidrojen ile reaksiyona girerek hidroflorik asit

oluşacak ve seramik esaslı malzemelerin zarar görmesine neden olacaktır. Bu nedenle

projede kap malzemesi olarak asit ve bazlarla tepkimeye girmeyen sentetik esaslı plastik

malzeme kullanılacaktır.

Elektroliz kabı elektroliz sonrasında oluşacak olan hidrojen ve oksijeni ayrı ayrı

depolayacak şekilde tasarlanacaktır. Aksi taktirde basınç ve sıcaklık etkileriyle aynı

ortamda bulunan hidrojen ve oksijen tepkimeleri patlamalara neden olabilir ve risk teşkil

eder.

27

Gazların sıvı içerisindeki çözünürlükleri sıcaklıkla ters orantılı basınçla doğru

orantılıdır. Elektroliz kabının hidrojen depolanan bölümü vakum basıncında tutularak

oluşan hidrojenin suda çözünmesi engellenecek veya azaltılacaktır. Kabın bu bölümü

hidrojenin içine difüze olamayacağı malzemeden imal edilmelidir. Aksi taktirde üretilen

hidrojenin bir kısmı kaçaklarla kaybedilir ve sistem verimsizleşir. Kabın oksijen depolanan

bölümü ise oksitlenmeye karşı dirençli olmalıdır.

28

2.11 Baskı Devre Şeması

Kontrol kartının, motor sürücülerinin üzerine yerleştirileceği baskı devre kartının

tasarımı aşağıda verilmiştir. Baskı devre diğer elektronik komponentler ve bağlantı

kablolarıyla kompakt bir yapı oluşturacak şekilde tasarlanmıştır. Üzerinde bulunan pinler

ile parçaların takılıp çıkartılması, aynı model parçalar kullanılmak şartı ile değiştirilmesi

oldukça basit ve kolaydır.

Şekil 2.11.1. Baskı Devre Şeması

29

3. BULGULAR

3.1 PV Panel Benzetim Sonuçları

Aktif sıcaklık nominal değere ulaştığında (25 oC), aktif parlaklık 7500 lüks

olduğunda panelin gerilim-akım ve gerilim-güç grafiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Şekil 3.1.1. Fotovoltaik panelin nominal değerlerde V-I ve V-P grafiği

Aydınlık sabit olduğu zaman, sıcaklığın değişik değerlerinde gerilim-akım ve

gerilim-güç grafiği aşağıda verilmiştir.

Şekil 3.1.2. 15 oC'de V-I ve V-P karakteristiği

Sıcaklık nominal değerde olduğu zaman parlaklığın değişik değerlerinde gerilim-

akım ve gerilim güç grafikleri aşağıda verilmiştir.

30

Şekil 3.1.3. 25 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği

Şekil 3.1.4. 25 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği

Şekil 3.1.5. 25 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği

31

Şekil 3.1.6. 25 oC'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği

Sıcaklık 15 oC'de olduğu zaman parlaklığın değişik değerlerinde gerilim-akım ve

gerilim güç grafikleri aşağıda verilmiştir.

Şekil 3.1.7. 15 oC'de 500 lükste V-I ve V-P karakteristiği

Şekil 3.1.8. 15 oC'de 1000 lükste V-I ve V-P karakteristiği

32

Şekil 3.1.9. 15 oC'de 5000 lükste V-I ve V-P karakteristiği

Şekil 3.1.10. 15 o

C'de 9000 lükste V-I ve V-P karakteristiği

Aydınlık şiddeti arttıkça fotovoltaik panelin gücü ve akımı artmaktadır. Maksimum

gerilime ulaştığında sönümlenerek sıfıra inmektedir. Sıcaklık arttığı zaman akımın

sönümlenerek sıfırlanması azalmaktadır. V-P karakteristiğinde ise sıcaklık arttığı zaman

gücün sıfırın altına düşmesi önlenir ve sönümlenmesi azalarak sıfırlanır. Aşırı güç kaybını

önler.

33

3.2. Elde Edilen Hidrojen Miktarı

Kullanılan panelin nominal akım değeri 2.78 A için elde edilecek hidrojen miktarı

aşağıda verilen grafikten belirlenebilir.

Şekil 3.2.1. Akım-Hidrojen Üretim Oranı grafiği [14]

Verilen grafik yardımıyla üretilecek hidrojen miktarı 25 NL/hr olarak ön

görülmüştür. Akımın yükseltilmesi ile elde edilecek hidrojen miktarı artırılabilir. Fakat

yöntem bölümünde belirtildiği üzere akım yoğunluğunun 100mA/cm2 değerini aşması

durumunda klorin oluşumu gözleneceğinden, akımın yükseltilmesi ancak elektrotların

yüzey alanlarının arttırılması ile mümkündür.

Alternatif olarak üretilecek hidrojen miktarı aşağıda verilen amprik denklemden elde

edilebilir. Ncells hücre sayısı, I akım (A), F Faraday sabiti (96487 J/Vmol), Ru gaz sabiti, T

sıcaklık (K) ve P basınç (Pa) için;

𝛥𝑁𝐻2=

𝐼

2∗𝐹∗ 𝑁𝑐𝑒𝑙𝑙𝑠 (F 5.1)

𝑉𝐻2= 𝛥𝑁𝐻2

∗𝑅𝑈∗𝑇

𝑃 (F 5.2)

34

3.3. Elektrotların Korozyonu

Çelik, çinko ve bakır elektrotlar ile yapılan deneyler sonucunda bakır elektrotların en

iyi akım verimine sahip oldukları görülmüştür. Fakat korozif bir ortam olan deniz suyunda

kısa sürede korozyona uğramış ve üzerinde oluşan tabaka nedeniyle akım geçirgenlikleri

azalmıştır.

Çelik elektrotlar ise elektrik iletkenliklerinin bakır kadar yüksek değerlerde

olmaması nedeniyle sistemi bir miktar verimsizleştirmiştir. Buna rağmen bakırla

kıyaslanamayacak kadar uzun sürede korozyona uğramışlardır. İlk kullanımdaki

verimlerini uzun süre devam ettirmişlerdir.

Çinko elekrotlar ise suyun elektrolizi sırasında elektrolitik bir kaplamaya sebep

olmuşlardır. Anot olarak kullanılan çinko, katot olarak kullanılan bakır ve çeliğin

yüzeyinde bir tabaka oluşturmuş ve kaplama sağlamıştır. Fakat bu kaplama özellik ile

bakırda iletkenliğin çok düşmesine, dolayısı ile sistemin veriminin düşmesine neden

olmuştur. Aşağıda 6 saatlik çalışmanın ardından çelik ve bakır elektrotların resimlerine yer

verilmiştir.

Şekil 3.3.1. 6 saatlik çalışma süresi ardından solda bakır, sağda çelik elektrot

35

4. TARTIŞMA

4.1. Farklı Tasarım Seçenekleri ve Seçim Kriterleri

Projede elektrolit olarak deniz suyu kullanılmasına rağmen, gerek görüldüğü

takdirde, tuz-su veya başka çözeltiler ile hidroliz işlemi gerçekleştirilebilir. Özellikle

denizin olmadığı iller veya bölgelerde diğer su kaynaklarının kullanımı bu yöntem

değişikliği ile mümkündür. Fakat kullanılacak diğer çözeltilere uygun elektrot, akım

yoğunluğu ve gerilim kontrol edilmelidir. Seçilecek çözeltinin elektroliz kabına zarar

vermeyecek özelliklere sahip olması gerekmektedir.

Büyük ölçeklerde hazırlanan sistemlerde belirli aralıklar ile yerleştirilmiş birden çok

elektrot kullanılması mümkündür. Projenin tamamlanmasından sonra sistem kapalı bir

sistem yerine, sürekli akışlı bir sistem olarak tasarlanabilir veya belirli çalışma süresi

sonunda elektroliti değiştirmeyi sağlayan otomasyon çözümleri geliştirilebilir. Ayrıca

oksijen seçici elektrotlar ile yöntemin çevreciliği, ömrü ve verimi arttırılabilir. [14]

Elektrolit bölümünde değinildiği üzere, işlem sonrasında kimyasal yapısı değişen

deniz suyu doğaya salınmamalıdır. Fakat tekniğin geliştirilmesi ile deniz suyunun işlem

sonrasında nötr hale getirilerek doğaya salınması için bütünleşik sistem veya teknik

geliştirmek mümkündür.

Yöntem, enerjisini doğrudan güneşten karşılamaktadır. Yeterli güneşlenme süresine

sahip olmayan bölgelerde, rüzgâr veya diğer yenilenebilir kaynaklar enerji kaynağı olarak

kullanılabilir. Böyle bir değişim için elektroliz bölmesinde herhangi bir değişikliğe gerek

olmadığı ön görülmektedir. Bu yöntemler tek başlarına enerji kaynağı olarak

kullanılabildikleri gibi, diğer kaynaklarla beraber de kullanılabilir. [15]

Elde edilen hidrojen yakıt hücrelerinde doğrudan kullanılabileceği gibi, gelişen

teknikler ile beraber CO2 gibi artık gazların katalizör yardımı ile tekrar metan gazına

dönüştürülmesinde hammadde olarak da kullanılabilir.

36

4.2. Çevresel Etki ve Güvenlik

Tasarımda deniz suyunun elektrolizi ile üretilecek hidrojenin yenilenebilir, verimli

ve çevre dostu bir yakıt olarak kullanılması hedeflenmiştir. Lakin deniz suyunun elektrolizi

sırasında daha önceki kısımlarda belirtildiği üzere birtakım sınırlamalar ve tehlikeler

mevcuttur.

Bu tehlikelerden biri katotta klorin gazı oluşmasıdır. Elektroliz işleminin

incelenmesinde belirtilen koşullara uyulmadığı takdirde çevre ve insan için oldukça zararlı

bu gazın doğaya salınması kaçınılmazdır. Bu nedenle akım yoğunluğu 100mA/cm2 yi

aşmamalı ve uygun elektrot kullanılmalıdır.

Diğer bir olumsuz çevresel etki ise elektroliz işlemi sonrasında deniz suyunun

kimyasal özelliklerinin değişmesi sonucunda asidik veya bazik hale gelmesidir. Bu nedenle

işlem sonunda kalan elektrolit ek işlemlerden geçirilmelidir. Katotta oluşan oksijene ek

olarak, sistemdeki değişimler sonucunda başka gazlar oluşumu mümkündür. Bu nedenle

katottan elde edilecek oksijen gazı işlem sonrasında direk olarak tahliye edilmemeli ve

solunmamalıdır. [16]

H2 halinde bulunan hidrojen oldukça aktiftir ve reaksiyona girme riski oldukça

yüksektir. Hidrojen depolanan kabın yalıtımının sağlanamaması, oksijenle temas etmesi,

uygun basınç ve sıcaklık koşullarının dışına çıkılması durumunda yangın ve patlama

tehlikesi vardır.

Elektrotların yüzeyinde belli bir çalışma süresi sonunda korozif bir tabaka oluşumu

beklenir. Deniz suyunun bileşiminde, eser miktarda bulunan maddelerde göz önüne

alındığında, bu oluşan tabaka zehirli, tahriş edici olabilir. Bu nedenle elekrotlara çıplak elle

temas edilmemelidir. Bu elektrotların değişimleri sırasında mutlaka koruyucu eldiven

kullanılmalıdır. Aynı güvenlik önemleri elektrolize uğramış deniz suyunun değişimi

sırasında da geçerlidir. Koruyucu eldiven, maske ve gözlük kullanılmalıdır. Atık deniz

suyu uygun şekilde depolanmalı, uygun işlemlerden geçirildikten sonra tahliye edilmelidir.

Prototipte kullanılacak olan otomatik kontrollü güven paneli risk teşkil etmese de

daha büyük ebatlarda yapılacak olan sistemlerde güneş takip sisteminin dönme hareketini

yaptığı alana sistem çalışma halindeyken girilmemelidir. Aksi takdirde otomatik dönüşler

sırasında oluşabilecek kazalar yaralanmalarına sebep olabilir.

37

Belirtilen olumsuz etkiler ve risklere rağmen, uygun prosedür takip edildiğinde,

yöntem ileride yapılabilecek gelişmelerle beraber günümüzdeki diğer yöntemlere göre hala

oldukça çevrecidir, yenilenebilir ve temizdir.

4.3. Üretilebilirlik ve Maliyet Hesabı

4.3.1. Malzeme Listesi ve Ekonomik Analiz

MALZEMENİN

ADI AÇIKLAMA ADET

BİRİM

FİYAT

[TL]

SATIR

TOPLAM

[TL]

PV panel (50W) Enerji üretimi 1 200 200

Foto direnç

(LDR)

Panelin ışığa göre

konumunun

belirlenmesi

10 1 10

6V Step motor Hareket mekanizması 2 40 80

Elektroliz kabı Çözeltinin bulunduğu

kap/tank 1 150 150

Çözelti Deniz suyu - - -

Arduino kart Kontrol entegresi 1 30 30

DRV8825 Motor sürücü

entegresi 2 40 80

Mekanik sistem Taşıyıcı sistem ve

hareket mekanizması 1 200 200

Direnç LDR üzerinden geçen

akım kontrolü 10 1 10

Elektrot Elektroliz işlemi için

elektrik iletkeni 2 60 120

TOPLAM 880

Tablo 4.3.1.1 Malzeme listesi ve 2018 yılı için fiyatlar

38

4.3.2. Üretilebilirlik

Yenilenebilir enerji kaynaklarının diğer fosil kaynaklara göre maliyet bakımından

oldukça tasarruflu olduğunu bilinmektedir. Bu nedenle bir üretim aşamasında kaynak

olarak güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, dalga enerjisi gibi yenilenebilir bir kaynak kullanmak

başlangıç olarak fazla maliyetli gibi görünse de uzun vadeli hesaplar yapıldığında oldukça

tasarruf sağlandığı gözlemlenmektedir.

Çalışmada kullanılan güneş enerjisini diğer yenilenebilir kaynaklarla

karşılaştırıldığında, yönteme uygunluk açısından en ideal olanının güneş enerjisi olduğunu

rahatlık ile görülebilmektedir.. Rüzgâr enerjisini düşündüğümüzde çok büyük alanlara,

arazilere ihtiyaç duyulacağından alınacak olan arazilerin, arsaların olması maliyeti

arttıracağından güneş enerjini seçmek daha avantajlıdır. Bir diğer yenilenebilir enerji

kaynağı olan hidroelektrik enerji düşünüldüğünde ilk yapım maliyetinin çok fazla

olmasının yanında kurulum aşamasının çok uzun olması da caydırıcı sebeplerin başında

gelmektedir. Ayrıca üretilecek olan enerjinin kapasitesi yağış miktarına bağlıdır. Çevresel

olarak düşünüldüğünde ise deprem ve benzeri durumlarda sel tehlikesi oluşturarak

yerleşim alanlarını su altında bırakabilir. Bir diğer yenilenebilir enerji kaynağı olan dalga

düşünüldüğünde hava koşullarından çabuk etkilenebilir olması ve ayrıca her dalga boyu

için yeni bir sistemin geliştirmek gerektiğinden çalışma da güneş enerjisini kullanmak

oldukça verimli, zahmetsiz ve çevresel açıdan temiz bir enerji kaynağıdır.

Türkiye’nin yıllık güneşlenme süreside dikkate alınarak yapılan bu kıyaslamada

güneş enerjisi kullanmak çok ekonomik olacaktır. Güneş enerjisi verim bakımından diğer

kaynaklara göre düşük verime sahiptir. Verim arttırmaya yönelik çalışmaların başında

gelen ve çalışmamızda kullandığımız güneş takip sistemi bu verimi %15 kadar arttırıştır.

39

Güneş Enerjisinin Avantajları

Yenilenebilir enerji kaynağıdır,

Doğal malzemeler kullanılır,

Çok ekonomiktir,

Dış kaynaklara bağımlı değildir ve her ülke kullanabilir,

Çevresel açıdan temiz enerji kaynağıdır.

Dünya üzerinde bolca bulunan ve ülke bazında bakıldığında da ülkemizde bolca

bulunmakta olan deniz suyunun projede diğer bir kaynak olarak kullanılması maliyet

bakımından ekonomik olduğunun bir başka göstergesidir. Güneş enerjisinden elde edilen

elektrik enerjisi ile deniz suyunu elektroliz ederek depolanacak olan hidrojenin daha sonra

yakıt, kimyevi madde üretimi vb. alanlarda kullanılması da göz önüne alındığında

yapılacak olan proje çok hızlı bir üretim olmasa da maliyet bakımından oldukça ideal bir

üretim mekanizmasıdır.

4.4. Etik Değerlendirme

Tasarımın her aşamasında mühendislik etiğine uyulmuştur. Sistemin neden

olabileceği zararlar, teşkil edebileceği tehlikeler, yöntemin kusurları ve yetersizlikleri

herhangi bir aldatmaya veya yanlış anlaşılmaya mahal vermeyecek şekilde açıklanmıştır.

Çevre ve insan sağlığını olumsuz etkileme riski bulunan tüm durumlar gerekçeleri ve

önlemleri ile beraber çalışma da belirtilmiştir. Yöntemi ticari ve şahsi kullanım amacıyla

gerçekleştirecek her gerçek ve tüzel kişi veya kişiler, uyarılara ve kısıtlara uymak ile

mükelleftir.

Tasarımı hazırlayanlar sadece kendi çalışma alanlarındaki uzmanlıklarını kullanmış,

kendi uzmanlık alanları dışındaki konularda, konunun uzmanı kişilerin görüş ve önerileri

dikkate almıştır.

40

5. SONUÇLAR

Yapılan testlerde akım yoğunluğunun 150 mA/cm2 değerini geçmesi durumunda

klorin gazının oluştuğu gözlemlenmiştir. Yine yapılan testlerde beklentiye uygun olarak

hidrojen ve oksijen oluşumu sonrasında işlem uygulanmış deniz suyu asidik özellik

göstermiştir.

Çalışmada bir risk olarak belirtilen hidroflorik asit oluşumu ise fark edilir miktarda

gözlenmemiştir. Hidroflorik asit oluşumunun kaba olarak tespiti için işlenmiş deniz suyu

cam ile temas halinde 24 saat bekletilmiştir. 24 saat sonunda cam malzemede herhangi bir

erozyon veya korozyona rastlanmamıştır.

Elektrot denemelerinde ise beklentilere uygun olarak, bakır elektrot katot olarak

kullanıldığında çok kısa sürede ciddi korozyona uğradığı gözlemlenir iken, bakır

elektrotun anot, çelik elektrotun katot olarak kullanıldığı durumda ise görece çok daha

uzun süre iletkenliğin devam ettiği, dolayısı ile hidrojen üretiminin verimli şekilde devam

ettiği gözlemlenmiştir.

Yapılan deneylerde üretilen hidrojen miktarını hassas olarak belirlemek mümkün

olmamıştır. Sonuç raporunda, birim enerji başına üretilen hidrojen miktarı literatürden

akım-hidrojen miktarı eğrileri kullanılarak belirlenmiştir.

Yakıt pillerindeki hızla gelişmelerin meydana geldiği ve bu tekniğin henüz kuluçka

döneminde olduğu göz önünde bulundurulur ise, yöntemin daha büyük ölçeklerde

geliştirilmesi ile beraber uygulanabilir, kolay, temiz, yenilenebilir hidrojen üretimi

sağlamak oldukça olasıdır. Çalışmada belirtildiği üzere elektroliz ile hidrojen üretimi

toplam üretim içinde oldukça düşük bir paya sahiptir. Uzun sahil şeritlerine ve etkin güneş

enerjisi potansiyeline sahip ülkemizde yöntemin gelişmemesi ve uygulanmaması için

hiçbir neden yoktur.

PV panelin sabit ve takip mekanizmalı hallerinin aynı konumda 3’er gün ara ile sabit

kapasiteli bir pili boş halden şarj etmeleri gözlemlenmiştir. İki durum arasında yapılan

kıyaslamada güneş takip sisteminin sistemi %15 daha verimli hale getirdiği görülmüştür.

41

6. ÖNERİLER

Yöntem birçok fosil kaynak temelli yöntemden daha temiz bir enerji üretme

yöntemidir. Buna rağmen deniz suyunun elektrolizi sırasında bir takım çevresel risklerin

olduğundan bahsedilmişti. Ayrıca elekrotların ömrü, işlenmiş deniz suyunun deşarjı, PV

panellerin halen düşük verimlerde çalışıyor olması, hidrojenin depolanma zorlukları gibi

birçok engel çözüm beklemektedir.

Yöntemin faal olarak uygulaması olarak Energy Absorber isimli deniz taşıtı

gösterilebilir. Güneş, rüzgâr ve hidrojen kombinasyonlu bu taşıt, hiç yakıt almadan 2022

yılına kadar 50 limanı ziyaret edecek. Taşıtta hidrojen tanklarının kullanılması, eş değer

elektrik bataryalarına göre 10 kat daha az ağırlık anlamına gelmektedir. Energy Absorber

deniz suyunun elektrolizi için özel imal edilmiş, MnO2 kaplamalı yumuşak çelikten imal

edilmiş özel elektrotlar levhalar kullanmaktadır.

Yakın gelecekte fosil yakıtların biteceği, bilim dünyası tarafından sıklık ile

savunulan bir görüştür. Bu görüş ve zorunluluk doğrultusunda, artan finansal araştırma

destekleri ile beraber hidrojen teknolojilerinin hızla gelişeceği beklenen bir durumdur. 21.

yüzyılın ilk çeyreğinin sonuna yaklaşırken, tüm dünyada yenilenebilir enerji teknolojileri

hızla gelişmekte, fakat enerji ihtiyacının karşılanması ve sürekli olarak sağlanması

konusunda şimdilik termik makinalar karşısında yetersiz kalmaktalar. Enerjinin

depolanması anlamında basınç enerjisini depolama, elektrik pilleri ve hidrojen depolama

yöntemleri öne çıkmaktadır. Bu açıdan çalışmada belirtilen olumsuzlukların giderilmesi

önümüzdeki 2. çeyrek için oldukça elzemdir.

42

7. KAYNAKLAR

1. Godula-Jopek, A., Hydrogen Production by Electrolysis, WILEY-VCH GmbH,

Gliwice, 2015.

2. Varınca, K. B. ve Gönüllü, M. T., Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli ve Bu

Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma, I.

Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi Kongresi, Haziran 2016, ESOGÜ, Eskişehir,

Bildiriler Kitabı, 270 – 275.

3. Turner, J. A., Sustainable Hydrogen Production, Science, 2004, Vol 305, 972-

974.

4. Bennett, J. E., Electrodes for Generation of Hydrogen and Oxygen From

Seawater, Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 5, 1980, 401-408.

5. Vyas, H., Parkar, T., Verma, R. ve Vishwakarma, P., Solar Tracking System,

International Journal of Research in Science & Engineering, 2017, Special Issue,

292 – 296.

6. Partain, L.D., Solar Cells and their applications, John Wiley & Sons, New York,

1995

7. Rizk, J., and Chaiko, Y., Solar Tracking System: More Efficient Use of Solar

Panels, World Academy of Science, Engineering and Technology Vol : 2, 2008,

786 – 786.

8. Perdahçı, C., Güneş Pili Verilmleri ve Ekonomik Analizi, Elektrik Mühendisliği

Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, Türkiye,

1996.

9. Abdallah, S., The effect of using sun tracking systems on the voltage current

characteristics and power generation of flat plate Photovoltaics, Energy Convers.

Manag. 2004, vol.45, 1671-1679.

10. Abdel-Aal, H.K., Zohdy, K.M. ve Abdel Kareem, M., Hydrogen Production

Using Sea Water Electrolysis, The Open Fuel Cells Journal, 2010, 3, 1-7.

11. El-Bassuoni, A. M. A., Sheffield, J. W. ve Veziroğlu, T. N., Hydrogen and Fresh

Water Production From Sea Water, International Journal of Hydrogen Energy,

1982, Vol. 7, 919-923.

12. Alkan, A., Zengin, B. Serdar, S. ve Oğuz, T., Long-Term Temperature, Salinity

and Chlorophyll-a Variations at Southeastern Coastal Site of the Black Sea,

Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 2013, 13, 57-68.

13. Slama, R. B., Hydrogen Production by Water Electrolysis Effects of the

Electrodes Materials Nature on the Solar Water Electrolysis Performances,

Natural Resources, 2013, 4, 1-7.

14. Kato, Z., Bhattarai, J., Kumagai, N., Izumiya, K. ve Hashimoto, K., Durability

Enhancement and Degradation of Oxygen Evolution Anodes in Seawater

Electrolysis for Hydrogen Production, Applied Surface Science, 2011, Vol. 257,

8230-8236.

43

15. Balaji, R., Kannan, B. S., Lakshmi, J., Senthil, N., Vasudevan, S., Sozhan, G.,

Shukla, A.K., Ravichandran, S., An Alternative Approach to Selective Sea Water

Oxidation for Hydrogen Production, Electrochemistry Communications, 2009,

Vol. 11, 1700-1702.

16. Badea, G. E. ve Corbu, I., Seawater Electrolysıs for Hydrogen Productıon,

Journal of Sustainable Energy, 2007, 2, 39-44.

17. Mousazadeh, H., Keyhani, A., Javadi, A., A review of principle and sun tracking

methods for maximizing solar system output, Reneable. Sust. Energy Rev., 2009,

vol., 13, 1800–1818.

18. Wakchaure, V., Jagtap, J., Lakshmipraba, B., Solar Tracking System,

International Research Journal of Engineering and Technology, Vol. 4, 2017,

1770-1772.

19. Solar tracking: an efficient method of Improving solar plant efficiency”, IJEEE,

Ocak 2015, Volume 7, Issue 01, 199 – 203.

44

8. EKLER

EK-1 ARDUINO İÇİN KAYNAK KODLAR

#include <Servo.h>

Servo horizontal;

int servoh = 90;

Servo vertical;

int servov = 90;

int ldrlt = 0; //LDR top left

int ldrrt = 1; //LDR top rigt

int ldrld = 2; //LDR down left

int ldrrd = 3; //ldr down rigt

void setup()

Serial.begin(9600);

horizontal.attach(9);

vertical.attach(10);

void loop()

int lt = analogRead(ldrlt);

int rt = analogRead(ldrrt);

int ld = analogRead(ldrld);

int rd = analogRead(ldrrd);

int dtime = analogRead(4)/20;

int tol = analogRead(5)/4;

int avt = (lt + rt) / 2;

int avd = (ld + rd) / 2;

int avl = (lt + ld) / 2;

int avr = (rt + rd) / 2;

int dvert = avt - avd;

int dhoriz = avl - avr;

45

EK-1 ARDUİNO İÇİN KAYNAK KODLAR (DEVAM)

if (-1*tol > dvert || dvert > tol)

if (avt > avd)

servov = ++servov;

if (servov > 180)

servov = 180;

else if (avt < avd)

servov= --servov;

if (servov < 0)

servov = 0;

vertical.write(servov);

if (-1*tol > dhoriz || dhoriz > tol)

if (avl > avr)

servoh = --servoh;

if (servoh < 0)

servoh = 0;

46

EK-1 ARDUİNO İÇİN KAYNAK KODLAR (DEVAM)

else if (avl < avr)

servoh = ++servoh;

if (servoh > 180)

servoh = 180;

else if (avl == avr)

horizontal.write(servoh);

delay(dtime);

47

EK-2 SİSTEMİN GÖRÜNÜŞÜ

48

EK-3 ŞEMATİK RESİM

49

ÖZGEÇMİŞLER

Umut Volkan ÖZDEMİR 04.01.1993 tarihinde İstanbul’un Üsküdar ilçesinde doğdu.

İlköğrenimini Kadir-Rezan Has İlköğretim Okulunda, lise öğrenimini Göztepe İhsan

Kurşunoğlu Anadolu Lisesi’nde tamamladı. 2014 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi,

Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı.

İngilizce ve Almanca bilmektedir. Öğrenimine 4. Sınıf olarak devam etmektedir.

Süleyman SEVİM 27.05.1996 tarihinde Yalova’nın Merkez ilçesinde doğdu.

İlköğrenimini Gazi Osman Paşa İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Fatih Sultan

Anadolu Lisesi’nde tamamladı. 2014 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik

Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı. Öğrenimine 4.

Sınıf olarak devam etmektedir.

Ergün ABULOĞLU 16.05.1996 tarihinde Sakarya’nın Adapazarı ilçesinde doğdu.

İlköğrenimini Konuralp İlköğretim Okulu’nda, lise öğrenimini Şehit Yüzbaşı Halil İbrahim

Sert Anadolu Lisesi’nde tamamladı. 2014 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi,

Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü'nde Lisans Programı'na başladı.

Öğrenimine 4. Sınıf olarak devam etmektedir.