Güneş Enerjili Buhar Türbini Projesi
Bu yazı ile sizlere üniversite zamanında yaptığım güneş enerjili buhar türbini adlı projemi anlatmaya çalıştım. Sistem parabolik oluklu solar sistemin bir minyatürüdür. Yarım silindir şeklindeki bir düzeneğin merkezine yerleştirilmiş bir bakır boru içerisindeki suyun ısıtılarak mikro kontrollü vanalar vasıtasıyla otomatik olarak buhar fazına geçtiği zaman türbine püskürtülmesiyle çalışır.
1) Güneş Enerjili Buhar Türbini Çalışma Prensibi
Güneş enerjili buhar türbini oluşturulan kollektör sistemiyle üzerine düşen ışınımı parabolik şekliyle merkez noktasına odaklar. Odaklanan kısımda bulunan bakır boru buradaki odaklanılan ışınımı alarak bünyesindeki suyu ısıtır. Borunun giriş ve çıkış taraflarında bulunan selenoid vanalar boru yüzeyine yapıştırılan sıcaklık sensöründeki bilgiye göre kontrol devresiyle açılıp kapanıyor. Boru yüzeyi sıcaklığı belli bir değere ulaştığında çıkış vanası açılarak konserve kutusundan yapılan türbine çarparak elektrik üretimini gerçekleştiriyor. Buhar tamamen boşaldıktan sonra giriş vanası da açılarak besleme tankından su girişi gerçekleşiyor. Böylece sistemin döngüsü tamamlanmış oluyor.
Proje ve Kullanılan Malzemeler
- 19 litrelik iki adet pet şişe
- 1 adet 50×80 cm karton
- 1 adet 6 metrelik araba filmi
- 90 cm uzunluğunda bakır boru
- 2 adet selenoid buhar vanası
- 1 adet 10 barlık manometre
- Çok sayıda t, rakor, yüksük, nipel
- 6 adet teflon bant
- Konserve kutusu
- 12 V’luk DC motor
- 2 adet sunta
- Arduino Uno
- 2 adet 12V’luk manyetik röle
- PT 100 Sıcaklık sensörü
- Delikli Plaket
- 1 adet güç kaynağı
- 19 adet 2x75cm ayna
2) Proje İmalat Basamakları
2.1) Kollektör İmalatı
Kollektör için pratik olması açısından 2 adet 19 litrelik pet şişe kullanıldı. Bu pet şişelerin konik kısımlar kesilerek taban merkezleri borunun girebileceği şekilde delindi.
Daha sonra bu şişeler birleştirilerek enlemesine merkez noktasından kesildi. Bunun içine yerleştirilecek olan yansıtıcı imalatı yapıldı. 2x75cm’lik 19 adet ayna kesilen pet şişenin yarım C şekline gelen tabanının çevresine göre yerleştirildi. Bu ölçülerden boy şişelerin birleşiminden elde edilen boy en ise şişenin taban çevresi yani πr ‘den yaklaşık 40 cm’dir.
2.2) Boru Bağlantıları
Boru olarak ısıl iletkenliği yüksek olması bakımından bakır boru tercih edilmiştir. Boru 90 cm boyunda ve 1/4” çapındadır. Bir ucuna su giriş vanası olarak rakor, yüksük ve nipelle selenoid vana bağlanmıştır. Diğer uca ise bir t ile manometre ve ardına buhar vanası bağlanmıştır. Buhar vanasından sonra ise boru çıkışına çapı düşürüp suyun buhar olarak çıkması ve kinetik enerji kazanması için 0,5 mm çapında bir brülör memesine benzeyen dar bir çıkış kaynaklandı.
2.3) Elektronik Devre ve Kablolama
Sistemin otomatik kontrolü Arduino Uno devre kartına gömülen program ile sağlanmaktadır. Bu devre kartına PT 100 sıcaklık sensöründen gelen analog bilgiye göre çıkışta transistörlerle sürülen röleler yardımıyla giriş ve çıkış vanası kontrol edilir. İlk durumda elektrik sinyali olmadan kapalı konumdaki vanalar sinyal gelince program döngüsüne göre ilk başta buhar vanası açılır. Belli bir süre buhar tahliye edildikten sonra giriş vanası da açılarak sisteme su girişi olur. Bu su girişi sonucu boru üzerindeki sıcaklık düştüğü için sensör bilgisiyle vanalar kapanıyor.
2.4) Buhar Türbini İmalatı
Sistemimizin artık son aşaması olan türbin kısmı için ton balığı konserve kutusu kullanıldı. Öncelikle kapağı çıkarılarak düzeltildi ve 24 adet bıçak oluşturuldu. Bu bıçaklara ise buhar için aerodinamik form verildi. Daha sonra konserve kutusu da yatak olarak kullanıldı. Türbin DC motor ile iç içe bağlandı ve kutuya dikkatlice yerleştirildi. Ön tarafa da türbin hareketinin görünmesi için şeffaf koli bandı sarıldı.
3) Sistem Blok Diyagramı
Sistem çeşitli parametrelere göre çalışıyor. Bunlar; Sıcaklık, Işınım, Zaman, Rüzgar hızıdır. Bu parametrelere göre oluşturulan blok diyagramı aşağıdaki gibidir.
4) Arduino Kodları
Sistemin elektronik kontrolü için kullandığım kodlar aşağıdaki gibidir.
int vanagiris = 10;
int vanacikis = 11;
int analoginput=A0;
int temp=0;
int a=0;
void setup() {
// initialize serial communication at 9600 bits per second:
Serial.begin(9600);
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);
pinMode(A0, INPUT);
}
void loop() {
analoginput = analogRead(A0);
float temp = analoginput * (5.0 / 2047.0);
temp=(analoginput/10)-10;
delay(200);
Serial.println(temp);
if (temp >= 31){ // 31 değere derece değildir.
digitalWrite(vanagiris, LOW);
digitalWrite(vanacikis, HIGH);
delay(10000);
digitalWrite(vanagiris, HIGH);
digitalWrite(vanacikis, HIGH);
delay(50000);
}
else if(temp < 31 ){
digitalWrite(vanagiris, LOW);
digitalWrite(vanacikis, LOW);
delay(50000);
}
}
Sonuç
Mekatronik mühendisliği proje uygulaması dersinde mekanik parçalar, elektronik aksamlar, sensörler ve mikrodenetleyici kullanılarak güneş enerjisinden buhar üretilip türbinle elektrik elde edilmiştir. Her ne kadar sistemin denendiği bölgenin güneşlenme süresi, ışınım yetersizliği ve bulutluluk oranının fazlalığı nedeniyle yüksek verimde buhar elde edilemese de üretilen buhar-su karışımı türbini döndürerek 5V’luk bir LED lambayı çalıştırmıştır. Böylelikle büyük çaplı sistemlerin güzel bir prototipi bu proje ile ortaya konmuştur.
Güneş ışınımının yetersiz olduğu bölgelerde sistem daha verimli hale getirilmek isteniyorsa yansıtıcı yüzey alanı arttırılıp bu yüzey kesinlikle krom-nikel sac olmalıdır. Aynı zamanda profesyonel işçilikle maksimum verim elde edilebilir. Güneş enerjili buhar türbini projesinde de görüldüğü üzere güneş enerjisini termal olarak kullanarak ne kadar büyük bir enerjiye yön verdiğimizi benimsemiş olduk. Ancak Dünya üzerine güneş enerjisini kullanılabilir enerji formlarına dönüşebilmesi için gerekli Ar-Ge çalışmalarının yapılması gerekiyor.
