Rüzgar Güneş Enerji Kaynakları Bilgi Hesap Formul

Rüzgar enerjisi son yıllarda dünyanın en hızlı büyüyen enerji kaynağı olup, özellikle geçmiş 10 yılda rüzgar enerjisi kullanım kapasitesi oldukça hızlı büyümüştür. 2007 yılı sonu itibari ile Dünyadaki toplam rüzgar enerjisi kullanımı 94.1 GW değerine ulaşmıştır. Bu rakam 1994 yılında 3.5GW, 2004 yılında ise 47GW idi. Dünya’da rüzgar enerjisi kurulu gücündeki büyüme yaklaşık yıllık olarak %30-%35 civarındadır. Ancak rüzgar enerjisinin payı ancak %1’ler seviyesindedir. Almanya ve Danimarka rüzgar enerjisi kullanımında Dünya’da en önde gelen ülkelerdir. 2007 verilerine göre, Danimarka yaklaşık enerjisinin %20 sini rüzgardan karşılarken, bu oran Portekiz ve İspanyada %9, Almanya’da ise %7 seviyelerindedir. Ancak toplam rüzgar enerjisi kurulu gücü bakımından Almanya Dünya lideridir.

Türkiye’de rüzgar enerjisi yatırımları 1998 yılından itibaren, daha çok küçük ölçeli yap-işlet-devret modeli ile uygulamalar artmaya başlamıştır. Türkiye de halen faaliyette olan Rüzgar Santralleri Tablo 1. de verilmiş olup, ilgili verilere göre Türkiye deki toplam kurulu güç 13 santral ile 249.15 MW tır. Bu haliyle ülkemizde rüzgar enerjisinin payı %1 seviyesinin altındadır.

Rüzgar enerji dönüşümü: Bir rüzgar enerji dönüşüm sisteminin temel safhaları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Türbin rotoru aerodinamik olarak dizayn edilmiş kanatları vasıtası ile rüzgar dalga enerjisinin bir kısmını yakalayarak mekanik enerjiye çevirir. Düşük hızlı bu mekanik enerji dişli kutusu yardımı ile yüksek generatör hızı seviyesine çıkarılır.

Eğer generatör yüksek kutup sayısına sahip ise dişli kutusuna ihtiyaç duyulmayabilir. Yüksek dönüş hızına sahip mekanik enerjiye çevrilmiş bu enerji ise generatör aracılığı ile elektrik enerjine dönüştürülür. Daha sonra transformatör ve iletim hatları aracılığı ile yerel elektrik şebekesine elektrik sayacı ve kesici üzerinden bağlanır. Tercih edilen rüzgar enerji sistemi topolojisine bağlı olarak transformatörden önce güç elektroniği üniteleri ile elektrik enerjisi farklı formlarda regüle edilir.

Rüzgar türbinlerinin yapısı ve çeşitleri: Rüzgar türbinleri mekaniksel olarak elektrik generatörüne bağlı iki veya daha fazla kanatları olan rotorları vasıtasıyla rüzgar kinetik enerjisini yakalar. Bu türbin yüksek bir kule üzerine monte edilerek, yakalayacağı kinetik enerjisi artırılmaya çalışılır. Arzu edilen güç üretim kapasitesini elde etmek için bir bölgeye birçok rüzgar türbini kurulur. Bu tür yapılara rüzgar çiftliği denir.

Kanatları kesen rüzgarın tamamı rotorda mekaniksel güce dönüşmez. Rüzgarın kinetik enerjisinden elde edilen mekaniksel güç ifadesi için rotor verimi hesaplanmalıdır.
Rotor kanatları tarafından yakalanan gerçek güç miktarı, rüzgar kanalı girişi ile rüzgar kanalı çıkışı hava akışları arasındaki kinetik enerjilerin farkıdır.

Şebekeye doğrudan bağlı asenkron generatörlerde görüldüğü üzere değişken kayma özelliği generatörün hızını değiştirebilir. Ancak yüksek kayma oranı, rotorda yüksek kayıplara neden olacağından, kayma miktarının %10 seviyelerini geçmemesine dikkat edilir. Bununla birlikte rotor gücü şebekeye aktarılarak generatör hız kontrolü için kullanılabilir. Eğer generatör hızı sadece şebeke frekansından daha yüksek hızlara ulaşacak ise, bu durum için kullanılacak devre senkron üstü (oversynchronous convertor) kaskad konvertör olarak adlandırılır. Bu devrenin enbüyük dezavantajı, yüksek reaktif güç talebidir.

DC bara bağlantılı senkron generatörler (frekans konvertörlü senkron makinalar da denmektedir) şebekeye doğrudan bağlı senkron generatörlerin dezavantajlarını ortadan kaldırabilir.

Tek sabit hızlı sürücü: Elektrik generatörü nispeten daha yüksek hızlarda verimli çalışmasına rağmen, türbin hızı genelde düşüktür. Bu ikisi arasında hız farkı, mekanik dişli kutusu ile kompanze edilmeye çalışılır. Tek sabit hızlı rüzgar generatörleri sabit hızda işletilir. Yıllık enerji üretimi rüzgar hızına ve dişli oranına bağlıdır.

İki sabit hızlı sürücü: Hız, dişli oranının değiştirilmesi ile değiştirilir. Yıllık enerji miktarını optimize eden iki tane işletim hızı vardır. Yıllık enerji üretimi dişli oranı ve rüzgar hızına bağlıdır. İlk dizaynlarda bunun için iki ayrı generatör kullanılıyordu ve bir kemer yardımı ile iki generatör arasında anahtarlama yapılıyordu. Ama daha ekonomik- verimli bir yöntem iki ayrı hızda çalışabilecek asenkron generatör dizayn etmektir.

Değişken hızlı dişli ünitesi: Bazı rüzgar türbinleri iki farklı dişli kutusuna sahiptir. Her bir dişli kutusu ayrı bir generatörü sürer.

Güç Elektroniği Elemanları Kullanan Değişken Hız Sürücüleri: Modern değişken hız sürücüleri güç elektroniği elemanlarını kullanarak generatör çıkışındaki değişken gerilim ve frekansı, sabit gerilim ve frekans çıkışına çevirirler. Klasik olarak silikon kontrollü doğrultucular (scr = slicon-controlled rectifier) ile birlikte inverterler kullanılabileceği gibi, modern dizaynlarda daha çok pwm tristör tercih edilmektedir.

Gücü 1000 kW’ı aşan rüzgar türbinlerinin özellikle zayıf şebekelere bağlantısı söz konusu ise, öncelikle şebekenin bu çapta bir rüzgar türbininin üreteceği akımı kaldırıp kaldıramayacağı kontrol edilmelidir. Yüksek güç seviyelerindeki iletim kayıplarını düşük tutabilmek için uygun yüksek gerilim seviyesi seçilmelidir (0.1-1kV: alçak gerilim; 1-35kV: orta gerilim; 35-230kV: yüksek gerilim).

Rüzgar türbinleri orta ve yüksek gerilim sistemlerine genellikle bir transformatör aracılığı ile bağlanır. Arıza durumunda rüzgar türbinini şebekeden ayırmak amacıyla koruma sistemlerine ihtiyaç vardır. Koruma sistemi şebeke gerilimi ve frekansını korumak için aşağıdaki durumlar oluşmadan önce sistemi açmalıdır:

Tek türbinin yeterli olduğu uygulamalar dışında arazi şartları dikkate alınarak ilgili bölgelerde birden fazla rüzgar türbini (genelde mümkün olan fazla sayıda) aynı rüzgar bölgesine kurulur. Bu tür bölgelere “rüzgar çiftliği”, “rüzgar tarlası” veya “rüzgar parkı” gibi isimler verilir.

Bu şekilde rüzgar çiftlikleri oluşturmanın en önemli avantajları:

• Rüzgar türbinlerinin aynı bölgeye kurulması daha düşük maliyet gerektirir.
• İletim hatlarına bağlantı kolaylığı oluşturur.
• İşletim ve bakım için merkezi bir erişim sağlar

Fotovoltaik Etki: Fotovoltaik etki birbirinden farklı iki malzemenin ortak temas bölgesinin (common junction) foton radyasyonu ile aydınlatılması durumunda bu iki malzeme arasında oluşan elektriksel potansiyel olarak tanımlanabilir. Yeterli enerjiye sahip fotonlar yarı iletken malzemelerde delik-elektron çifti oluşturur. {Delik› + yüklü; elektron›(-) yüklü}
Fotonlar dalga boylarıyla, frekanslarıyla ve enerjileri ile karakterize edilebilirler.

Bir PV hücresinin çalışma prensibi klasik p-n jonksiyonlu diyot ile çok benzerdir. Işık jonksiyon tarafından absorbe edilince, absorbe edilmiş foton enerjisi malzemenin elektron yapısına aktarılır ve jonksiyon civarında oluşan boşluk bölgesinde, ayrışan yük taşıyıcıların oluşmasına neden olur.

Tipik olarak bir PV hücre 25-30 cm2 lik kare bir alana sahip olup, yaklaşık 1W’lık güç üretir. Yüksek güçler elde edebilmek için birçok PV hücre seri ve paralel olarak bağlanır ve büyük bir alana sahip bir modül elde edilir. Bir PV güneş paneli ise ihtiyaç olan akım ve gerilimi üretecek şekilde modüllerin seri-paralel kombinasyonlarını içerir.

Rüzgar enerji santralleri (res)
Rüzgar enerjisi dönüşümü
Rüzgar türbinlerinin yapısı ve çeşitleri
Bir rüzgar enerji santralinin temel bileşenleri
Rüzgar hızı ve güç arasındaki ilişki
Atmosferik şartların rüzgar gücü üzerindeki etkileri
Sıcaklığın hava yoğunluğuna (air density) etkisi
Rakımın(altitude) hava yoğunluğuna etkisi
Kule yüksekliğinin etkisi
Rüzgardan yakalanan güç (mekanik güç)
Rüzgar türbinleri için generatör sistemleri
Dc makina senkron makina asenkron makina
Asenkron generatörün çalışma prensibi
Kendinden uyartımlı asenkron generatör
Rüzgar güç sistemi topolojileri
Şebekeye doğrudan bağli asenkron generatör
Hız kontrollü asenkron generatörler
Şebekeye doğrudan bağlı senkron generatör
Dc bara bağlantılı senkron generatörler
Maksimum güç işletimi için hız kontrolü
Değişken rotor hızının önemi
Rüzgar türbinleri için generatör sürme sistemleri
Rüzgar türbinlerinde moment-hız karakteristiği ve elektriksel yüklenme
Maksimum güç işletimi için kontrol sistem dizaynı
Türbin hız kontrolü için bilinmesi gereken kriterler
Rüzgar türbinlerinde şebeke bağlantı kriterleri
Rüzgar hizinin istatiksel değerlendirmesi
Rüzgar histogramı
Rüzgar hızı olasılık yoğunluk (dağılım) fonksiyonları
Kümilatif rüzgar hızı dağılım fonksiyonu
Ayrık ve sürekli olasılık yoğunluk fonksiyonları
Rüzgar türbin enerjisine yönelik pratik tahmin yöntemi
Rüzgar çiftlikleri
Rotor çapının ve generatör nominal gücünün optimizasyonu
Kapasite faktörü ve enerji tahmini
Rüzgar türbin ekonimisi
Rüzgar türbini için yıllık elektrik maliyeti
Rüzgar enerji santrallerinin şebekeye entegrasyonu

Fotovoltaik güneş enerji sistemleri (pv)
Pv hücrelerinin yapisi ve çalişma prensibi
Pv hücrenin basit eşdeğer devresi
Bir pv modül ve panel’in elde edilmesi
Gölge etkisi ve köprüleme (by-pass) diyotları

Özellikle Rüzgar enerjisinin kullanımı hakkında detaylı bilgiler hesaplama yöntemleri formüller var emeği geçenlere teşekkürler