• Sonuç bulunamadı

GÜNEŞ ENERJİSİ İLE PELTİER MADDE KULLANARAK ELEKTRİK ENERJİSİ ELDE ETMEK

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "GÜNEŞ ENERJİSİ İLE PELTİER MADDE KULLANARAK ELEKTRİK ENERJİSİ ELDE ETMEK"

Copied!
15
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

TÜBİTAK – BİDEB

LİSE ÖĞRETMENLERİ (FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYLARI

LİSE – 3 (Çalıştay 2013)

FİZİK PROJE RAPORU GRUP PELTE

GÜNEŞ ENERJİSİ İLE PELTİER MADDE KULLANARAK ELEKTRİK ENERJİSİ ELDE ETMEK

PROJE EKİBİ

Şeyda TAN Sevil KÜNBET

PROJE DANIŞMANLARI

Prof. Dr. Salih ATEŞ Doç. Dr. Vildan BİLGİN

ÇANAKKALE

02 ŞUBAT– 10 ŞUBAT 2013

(2)

İÇİNDEKİLER

1. PROJENİN AMACI ………... 3

2. GİRİŞ……… 3

3. KURAMSAL TEMELLER………. 4

4. MATERYAL VE YÖNTEM………6

5.BULGULAR………..8

6. SONUÇLAR ………. .10

7. TARTIŞMA VE YORUM……….. 11

8. KAYNAKÇA……… 13

9. TEŞEKKÜR……….14

10-ÖZGEÇMİŞ……….15

(3)

PROJENİN AMACI

Akım verildiğinde, iki farklı iletkenin arasındaki sınır tabakanın çevresinde ısı absorbsiyonunu oluşturan peltier maddeyi, ters çalıştırılarak sıcaklık farkı ile elektrik enerjisi elde etmektir.

GİRİŞ

Günümüzde, küresel ısınma ve kirlilik, enerji elde etmek için fosil madde esaslı yakıtların ağırlıklı olarak kullanılmasının da etkisiyle, dünyadaki yaşamsal faaliyetleri tehdit edecek bir boyuta ulaşmıştır. Bu nedenle, bugün, günlük hayatta ve sanayide kullanılması zorunlu elektrik enerjisinin, çevreye en az zarar verecek biçimde üretimi, iletimi ve tüketiminin gerçekleştirilmesi konusu çözülmesi gereken en önemli sorunlardan biri haline gelmiştir. Yenilenebilir ve temiz enerji teknolojileri arasında belki de en fazla dikkat çekenlerden bir tanesi, sınırsız güneş enerjisini kullanarak elektrik enerjisi üretilmesini sağlayan termoelektrik teknolojisidir [1].

Son yıllarda, dünya genelinde, ticaret ve üretim sektörleri yapısının değişmesi ile Türkiye de diğer Avrupa ülkeleri gibi katma değeri yüksek ve farklı fonksiyonlara sahip ürünlerin üretimi ve geliştirilmesine yönelmiştir. Uzay uygulamalarında, bina dış yüzey kaplamalarında veya çatılarda, çadır, ceket gibi tekstil malzemelerinde, trafik sinyalizasyon ve haberleşme sistemlerinde, yoğunlaştırıcılarda farklı kapasitelerde enerji üretimi gerçekleştiren fotovoltaik yapılar kullanılmaktadır [2-3].

Yaptığımız literatür çalışmalarında Peltier maddenin kullanıldığı bazı uygulama alanlarını aşağıdaki gibi bulunmuştur:

Mikroişlemci soğutucusu

Lazerler, kızılötesi dedektörler ve CCD matrisler için soğutucu

Elektronik cihaz parçalarının farklı sıcaklık testleri için soğutma odasında

Yarıiletken endüstrisi için su soğutucular

Medikal aletler için seyyar ve kompakt soğutucu

(4)

Biyomalzeme ve ilaç taşımasında kullanılan taşıma kapları için sıcaklık kontrolörlü [4].

Bu çalışmalardan yola çıkarak, elektrik enerjisi ile sıcaklık farkı oluşturan peltier madde, ters çalıştırılarak sıcaklık farkı ile elektrik enerjisi elde edilebilir mi? sorusuna cevap aradık. Deneyde; açık hava ortamında, ısı kaynağı kullanılarak peltier maddenin alt ve üst tabakaları arasında 500C’lik sıcaklık farkı sağlanarak maksimum 2,46 voltluk gerilim farkına ulaşılmıştır. Bu gerilim değeri ile bir LED lamba çalıştırılmıştır. Peltierin alt ve üst yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı ile elde edilen gerilim değerinin doğru orantılı olduğu gözlenmiştir.

KURAMSAL TEMELLER

Isı enerjisi ile elektrik enerjisinin birbirlerine doğrudan dönüşümünü tanımlayan termoelektrik 1821 yılında Thomas Johann Seeback, tarafından keşfedilmiş fakat o zamanda tam olarak anlaşılmamıştır. Seeback ‘in keşfinden 12 yıl sonra 1834 ‘de Peltier Fransız Bilim akademisinde, iki farklı iletken arasındaki birleşme yerinde sıcaklık anormalikleriyle ilgili bir makale yayınlandı. Peltier etkisi akım verildiğinde bir üretimi veya iki farklı iletkenin arasındaki sınır tabakanın çevresindeki ısı absorbsiyonunu içerir. Absorbe edilen yada üretilen sıcaklık miktarı akımla orantılıdır ve orantı katsayısı Peltier katsayısı olarak bilinir [6].

Termoelektrik enerji özellikle ısının atıl durumunda geri dönüşümünün yapılmadığı durumlarda kullanımı ön plandadır. Termoelektrik enerjisi pil ve akülerin şarj edilmesinde aydınlatma elemanlarının çalıştırılmasında, araçlarda yakıt tasarrufu sağlamada kullanılmaktadır [7].

(5)

Termoelektrik Madde Peltier Nedir Nasıl Çalışır?

Şekil 1: peltier madde fotoğrafı

1834’de Peltier iki metalin ekleminde bir akım geçirildiğinde, akım bir yönde aktığında eklemde ısının yutulduğunu, akımın yönü ters çevrildiğinde ise ısının açığa çıktığını bulmuştur. Yarı iletken halinde elektron enerji farkı daha büyük olabilir ve eklemde daha yüksek e.m.k meydana getirir.

Bu e.m.k’in boyutu sadece eklemi meydana getiren malzemeye değil, eklemin sıcaklığına da bağlıdır. Peltier etkisinde faydalanarak Peltier effect p-n eklemlerininin seri olarak bağlanmasıyla TEC Termo elektrik soğutucu modül oluşturulur.

TEC özellikle yeni nesil bilgisayar işlemcilerinin soğutulmasında ve araç tipi buzdolaplarının yapımında kullanılır. Bağlantı uçlarına DC akım uygulandığı zaman, bir yüzey soğurken diğer yüzey ısınır. Watt olarak güçlerine ve boyutlarına göre çeşitli tip ve modellerde üretilir.

Şekil 2: Peltier CPU Soğutucu üzerinde Kullanımı

(6)

TEC modülün iki yüzünün faklı sıcaklıklarda olması ve akımın yönünün değiştirilmeyle yüzey sıcaklıklarının da değişmesi, katılarda ısı iletim katsayısını hesaplanmasında kullanılabilecek bir özelliktir.

Üzerinde çalışılan TEC-12706T125 TEC modülünün boyutları 4 x 4 cm boyutlarındadır. Modüle Vmax 15.4 Volt DC gerilim ve Imax=6 Amper akım uygulandığında modül Q=51.4 watt ısı enerjisi elde edilir. Oda şartlarında T=70 °C sıcaklık ortaya çıkar. Termo elektrik modülün bilinen Q değeri ve üzerine verilen DC gerilim ile T=70 °C kadar ısınması, katı cisimle rin ısı iletim katsayısının bulunmasında kullanılacak deney cihazının temelini oluşturur.

Bu cihazların hareketli parçalarının olmayışı seyyar uygulamalarda bu cihazları uygun kılmaktadır [5].

MATERYAL VE YÖNTEM Düzenekte kullanılan malzemeler;

 TEC1-12703 12V 45W Termoelektrik Peltier Soğutucu Modülü

 TEC1-12704 12V 60W Termoelektrik Peltier Soğutucu Modülü

 LED lamba

 Voltmetre

 Dijital termometre

 Isıtıcı

Deney yöntemi kullanılmıştır.

(7)

Deneyin Yapılışı:

Deney 1:

Materyal ve yöntem kısmında belirtilen malzemeler kullanılarak şekil 3a ve şekil 3b’deki deney düzeneği hazırlanmıştır. Düzenekte, TEC1-12703 12V 60W termoelektrik Peltier soğutucu modülü kullanılmıştır.

Şekil 3a: deney düzeneği fotoğrafı

Şekil 3b: deney düzeneği fotoğrafı

(8)

Isıtıcı yardımı ile peltier maddenin alt ve üst tabakaları arasında sıcaklık farkı oluşturulmuştur. Bir dakika aralıklarda peltier maddenin ısıtıcıya dokunan yüzeyinin ve dış ortamın sıcaklık değerleri termometreler ile alınmıştır. Maddenin uçlarında oluşan gerilim farkı değerleri ise voltmetre ile alınmıştır. Alınan bu değerler ile tablo 1, 2, 3 oluşturulmuştur. Tablolardan yararlanılarak, gerilimin zamana bağlı değişim grafiği (grafik 1), sıcaklık değişiminin zamana bağlı değişim grafiği (grafik 2), gerilimin sıcaklık değişimine bağlı grafiği (grafik 3) çizilmiştir.

Deney 2:

TEC1-12703 12V 45W termoelektrik Peltier soğutucu modülü kullanılarak, alt ve üst yüzeyleri arasında ani sıcaklık farkı oluşturulmuştur.

BULGULAR

Deney sırasında peltier maddenin temas halinde olduğu dış ortamın sıcaklığı 120C ölmüştür. Bu sıcaklık değeri deney boyunca sabit kabul edilmiştir. Peltier maddenin temas ettiği ısıtıcı yüzeyi sıcaklık değerleri 1’er dakikalık periyotlarla termometre yardımı ile ölçülüp, sıcaklık farkı değerleri tablo 2 ve tablo 3 doldurulmuştur.

t (dakika) 0 1 2 3 4 5 6 7

V (volt) 0,10 0,31 0,43 0,50 0,59 0,82 1,22 1,73

Tablo 1: zaman-gerim değerleri tablosu

t (dakika) 0 1 2 3 4 5 6 7

∆T (0C) 6 18 40 55 61 63 67 70

Tablo 2: zaman-sıcaklık farkı değerleri tablosu

∆T (0C) 6 18 40 55 61 63 67 70

V (volt) 0,10 0,31 0,43 0,50 0,59 0,82 1,22 1,73

Tablo 3: zaman-sıcaklık farkı değerleri tablosu

(9)

Grafik 1: zamana bağlı gerilim grafiği

0 10 20 30 40 50 60 70 80

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Sıcaklık Değişimi(C)-Zaman(dak.)

Sicaklik Degisimi(C)- Zaman(dak.)

Grafik 2: zamana bağlı sıcaklık değişimi grafiği

(10)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

6 18 40 55 61 63 67 70

Sıcaklık Değişimi(C)-Gerilim(volt)

sicaklik degisimi(C)- gerilim(volt)

Grafik 3: sıcaklık değişimine bağlı gerilim grafiği

 Grafik 1 incelendiğinde peltier maddeden elde edilen gerilim, beklenildiği gibi zamanla artmıştır.

 Grafik 2 incelendiğinde peltier maddenin alt ve üst yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı, beklenildiği gibi zamanla artmıştır.

 Grafik 3 incelendiğinde peltier maddeden elde edilen gerilimin, alt ve üst yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı artışı ile arttığı gözlenmiştir.

 TEC1-12703 12V 45W termoelektrik Peltier soğutucu modülü kullanılarak, alt ve üst yüzeyleri arasında ani sıcaklık farkı 50 0C olduğu anda voltmetrede 2,46 voltluk gerilim değeri okunmuştur.

SONUÇLAR

1) Grafik 1 incelendiğinde peltier maddeden elde edilen gerilimin, beklenildiği gibi zamanla artmıştır.

2) Grafik 2 incelendiğinde peltier maddenin alt ve üst yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı, beklenildiği gibi zamanla artmıştır.

3) Grafik 3 incelendiğinde peltier maddeden elde edilen gerilimin, alt ve üst yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı artışı ile arttığı gözlenmiştir.

(11)

4) TEC1-12703 12V 45W termoelektrik Peltier soğutucu modülü kullanılarak, alt ve üst yüzeyleri arasında ani sıcaklık farkı 50 0C olduğu anda

voltmetrede 2,46 voltluk gerilim değeri okunmuştur.

5) Peltier maddeden elde edilen gerilim ile led lamba yakılmıştır ( Şekil 4, Şekil 5).

Şekil4: Led lambanın sönük durumu Şekil5: Led lambanın ışık verdiği durumu

Isı enerjisi ile yarı iletkendeki taşıyıcı konsantrasyonu artırılarak yoğunluk farkı oluşturulmuştur. Böylelikle bir taraftan diğer tarafa taşıyıcı difüzyon gerçekleştirilmiş ve peltier madde planlandığı gibi tersine işletilerek termoelektrik olarak elektrik enerjisi elde edilmiştir.

TARTIŞMA VE YORUM Çalışmanın geliştirilebilir yönleri:

Bu düzenek;

 Seri bağlanan peltier maddeler yada daha yüksek sıcaklık farkına dayanıklı peltier maddelerin kullanılmasıyla elde edilen verim artırılabilir.

 Güneş enerjisinden kaynaklanan ısı farkından yararlanılarak çalıştırılabilir.

 İklim sıcaklığının sıfır derecenin altında olduğu bölgelerde ocak ve soba çevresinde oluşan ısı farkından yararlanılarak çalıştırılabilir.

 Bacalarda oluşan ısı farkından yararlanılarak çalıştırılabilir.

(12)

 Katı yakıt ile çalışan kalorifer kazanlarının çevresinde oluşan ısı farkından yararlanılarak çalıştırılabilir.

 Yazın klimalı, iç dış sıcaklık farkı fazla olan ortamlarda pencere sistemi gibi tasarlanarak çalıştırılabilir.

 Bünyesinde soğuk hava deposu bulunduran mekanların duvarlarında oluşan ısı farkından yararlanılarak çalıştırılabilir.

 Düzenek taşınabilir hazırlanıp, yaz ve kış iklimlerine göre iç ve dış mekanlarda kullanılabilir.

Çalışmanın eksik yönleri:

 Enerji kaynağı olarak güneş kullanıldığında ışınım gücünün yetersiz olduğu iklim şartlarında verim çok düşecektir.

 Elde edilen elektrik enerjini depolayacak ekonomik sistemler yoktur.

 Geleneksel yakıtlara göre maliyeti yüksek olabilir.

.

(13)

KAYNAKLAR

1-Green, M. A., 2000, “Photovoltaics: technology overview” Energy Policy, Cilt 28, No 14, 989-998.

2-Frankl, P., Masini, A., Gamberale, M. ve Toccaceli, D., 1998, “Simplified life-cycle analysis ofPVsystems in buildings: present situation and future trends”, Progress in Photovoltaics: Research andApplications, Cilt 6, No 2, 137-146.

3- Swanson, R.M., 2000, “The Promise of Concentrators”, Progress in Photovoltaics:

Research andApplications, Cilt 8, No 1, 93-111.

4-http://tr wikipedia.org/wiki/peltier-so

5-http://320 volt.com/wp-content-uploads-2008/08/Peltier-termoelektrik-sogutucu- nedir-nasil-çalışir.pdf

6-Pişkin M.B 2006 ‘’Yarı İletken Alaşımlarının Elektrik ,Termoelektrik ,Fiziksel ve Kimyasal Özelliklerinin İncelenmesi ve Sanayi Uygulamaları’’Y.T.Ü.Fenbilimleri Enstitüsü Doktara Tezi.İstanbul

7-Gönülşen B.Isıdan Doğrudan güce Teknoloji Dünyası,Mühendis ve Makine 49,587

(14)

TEŞEKKÜR

May Çalıştayları koordinatörü Prof. Dr. Mehmet AY’a, proje kapsamında engin bilgileriyle bize yardımcı olan danışmanlarımız Prof. Dr. Salih ATEŞ, Doç. Dr. Vildan BİLGİN’e, tüm sabrıyla kişisel gelişimimize yardımcı olan sayın hocamız Uğur DEĞİRMENCİOĞLU’na tüm çalıştay ekibine, konuk katılımcılara ve katkılarından dolayı TÜBİTAK’a teşekkür ederiz.

Bütün çalıştay boyunca saygısını, güler yüzünü ve yardımını esirgemeyen Arş.

Gör. Sezen APAYDIN’ a teşekkür ederiz.

(15)

GRUP ÜYELERİNİN ÖZGEÇMİŞLERİ

Şeyda TAN

1972 yılında Diyarbakır’da doğdu. İlkokul, ortaokul Diyarbakır’da liseyi İzmir’de tamamladı. Üniversiteyi Dokuz Eylül Üniversitesi Buca Egitim Fakültesi Fizik Anabilimdalı ‘da okudu ve 1993 yılında mezun oldu. Göreve 1994 yılında M.E.B bağlı olarak Ankara’da İlkokul öğretmenliği ile başladı.1998 -2011 yılları arasında İzmir’de özel dersanelerde Fizik Öğretmeni olarak, 2011 yılından itibaren M.E.B bağlı olarak Manisa ili Gölmarmara İlçesi Çok Programlı lisesinde göreve devam etmektedir.

Sevil KÜNBET

1980 yılında Giresun ilinin Bulancak ilçesinde doğdu. İlkokul, ortaokul ve liseyi Giresun Bulancak ilçesinde tamamladı.Üniversiteyi Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi Fizik Öğretmenliği 2003 mezunu.Gazi üniversitesi Eğitim Fakültesi Eğitim Bilimleri Enstitüsü 2010 Yüksek lisans mezunu. ITAP FOO 2011 M.E.B Bilim Olimpiyat danışmanı. 2003-2010 yılları arasında Ankara Özel Sınav Dergisi Dershanelerinde Fizik Öğretmenliği, 2010-2012 yılları arasında Milli Eğitim Vakfı Koleji Özel Fen ve Anadolu Liseleri Fizik Öğretmenliği yapmıştır. 2012-……..Ankara Üniversitesi Geliştirme Vakfı Özel Anadolu Meslek Lisesi Fizik Öğretmenliği yapmaktadır.

Referanslar

Benzer Belgeler

This study is in line with the results of research from Roojil (2020); Sartika (2020); SLamet (2020) which states that interactional justice does not have a significant effect

Tam üç yan~~ a~~lmas~~ güç Ilgaz silsilesinin sarp tepeleriyle çevrili bir bo~az~n içindeki köyün aç~k arazisini olu~turan bu yamaçtaki antik alanda bulunmu~~ stoa ve di~er

DENE IKTI ÖRNEK UZAY OLAY.. kez havaya

Radyoaktif kaynaktan peş peşe alınan sayımlarda gözlenen dalgalanmaların istatistiksel mi yoksa tesadüfî mi olduğunu saptamak için için χ 2 testi yapılır. ST7

Tanım olarak, herhangi bir fotopikin yarı yüksekliğindeki tam genişliği (YYTG) enerji ayırma (EA) gücünün bir göstergesidirE. Bu tanım, ayırma gücü hesabı için

P/V oranı, her pikin genişliği YYTG (kanal sayısı olarak) belirlendikten sonra, en yüksek sayımının olduğu pikin tepe noktasından itibaren, 2xYYTG kadar pikin

Yükseltecin şekillendirme zamanına karşı enerji çözme gücünü kanal ve keV cinsinden ayrı ayrı çiziniz.. Elde ettiğiniz

 Puls üreteci üzerindeki rate (Hız) ayarını değiştirerek osiloskop ekranında gözlenen dalganın frekans değişimini gözlemleyiniz.. Ayarladığınız frekans