Enerji Sistemleri ve Termal (Isısal) Modelleme

Tüm sistemler üç temel unsur ile çalışır. Girdi-Sistem-Çıktı. Verim çıktının girdiye oranıdır ki bu değer hiç bir sistem sürecinde 1’i geçemez, geçerse enerjinin korunum prensiplerini bozar ki şimdiye kadar böyle bir doğa olayı gözlemlenmedi. Aşağıdaki görsel doğal veya insan yapımı olan tüm bu sistemlerin çalışma biçimini anlatan bir görseldir.

 

 

Yenilenebilir enerji sistemleri de girdi ile çalışır ve eğer “en iyi olan” (optimal) bir sistem kurmak isterseniz termal modelleme şarttır. Çünkü sistemdeki parametreleri, deneysel olarak küçük aralıklarla değiştirip “en iyi olan” bir sistem kurmanız mümkün değildir. Tatbikî bu durum güneş enerjisi sistemleri için de geçerlidir ve Dünyamız için bu sistemlerin girdisi Güneş enerjisidir. Modellemelerde girdiyi en doğru ve güncel bir şekilde tespit edebilmek, “en iyi olan” sistemi en doğru bir şekilde tespit etmenin anahtarıdır.

Bu yazımızda termal modellemenin bazı temel noktalarına değineceğiz. Bunu GÜNAM bünyesinde halen yürütmekte olduğumuz bir AB projesinde yaptıklarımızı özetleyerek yapacağız.  Proje uzun soluklu ve bir niş ürün tasarlamakla ilgili. Bir odaklayıcı Güneş enerjisi toplayıcısı. Eğer uygun ve ucuz bir odaklama yapısı oluşturabilirseniz şu anda yoğun uygulama alanı bulan düzlem fotovoltaik uygulamalara da bir alternatif çözüm getirirsiniz. Çünkü bu sistemlerde kullanacağınız en pahalı sistem elemanı güneş pili çok çok ufalır ve sistem maliyetini düşürür. Aslında bu da projenin ana hedefi. Çevreci gelişmeyi sağlamak için düşük sistem maliyetli –ve dolayısıyla düşük karbon ayak izli-  yenilenebilir enerji ile çalışan niş ürünler ve yerinde çözümlerdir.

Termal modellemenin temelinde, tüm doğa yasalarının temelindeki enerji korunum prensipleri yatar. Sistemi tüm parçalarıyla bir basit elektriksel devreye indirgersiniz ve bu devreyi analiz ederek denklemleri oluşturursunuz ve de bu denklemleri dijital ortamda çözersiniz. Oldukça basit ama dikkat, bilgi birikimi ve tecrübe gerektirir. Yapacağınız bir küçük hata nedeni ile model, kuracağınız “en iyi olan” sistemin büyüklüğünü Dünyamızın büyüklüğünden daha büyük olması gerektiği sonucunu verebilir. Aşağıda verilen görseldeki gibi, oluşturduğunuz devrenin farklı noktalarında enerji korunum denklemlerini yazarsınız ve bu denklemleri birlikte çözersiniz.

AB projesi çerçevesinde hem bu termal modeli kurguladık hem de bir mini sistem tasarladık; AB’li paydaşlarımız dan biraz öndeyiz. İlk deneysel sonuçları elde ettiğimiz gibi ilk termal modelleme sonuçlarına da ulaştık. GÜNAM bünyesinde tasarladığımız bu sistem Fresnel mercek denilen bir mercekle oluşturulmuş odaklayıcı ve termal soğutuculu bir Güneş enerjisi niş ürünü. Aşağıda kurduğumuz bu sistemin gösterildiği bir örneklemedir.

 

 

Böyle bir sistem için bir elektriksel devre kurarsınız, akım (ısı akışı), voltaj (sistemin iki noktası arasındaki sıcaklık farkı) ve direnç (sistem parametreleriyle elde edilen değerler ki burası işin en zor tarafı; çünkü birçok yaklaşım yapmak zorundasınız ) değerlerini kullanarak denklemler oluşturursunuz ve bunları tekrarlayarak çözme (iterasyon) yoluyla çözersiniz. Sonrasında, dijital ortamda yazdığınız yazılım ile sistem parametreleriyle oynayarak “en iyi olan” sistemi bulursunuz ve onu hayata geçirirsiniz. Bu “en iyi olan” sistemi, laboratuvar veya endüstride, sistem elemanlarını farklı özelliklerde tasarlayıp deneyler yaparak yapamazsınız, bu mümkün değil.

Aşağıdaki şekil termal modellemesini yaptığımız odaklayıcı sistemin odağına koyulan alıcı kısmın kesitini gösteriyor.

 

 

Prof. Dr. Bülent AKINOĞLU