Güneş enerjisi (pv) destekli hidrojen üretimi ve hidrojen yakıt pilinde kullanılması üzerine bir araştırma
An investigation on generation of solar powered (pv) and applications in hydrogen fule cells
Yazar: SAJED ZENDEHDEL SHEKARDASHT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ ATEŞ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hidrojen, temiz, çevre dostu, depolanabilir ve taşınabilir özellikleri ile fosil yakıtlara iyi bir alternatif olabilir. Hidrojen tabiatta bol miktarlarda olmasına rağmen büyük çoğunlukla bileşikler halinde bulunur. Bu haliyle de yakıt olarak kullanılamaz. Tabiatta bol miktarda bulunan sudan elektroliz yoluyla hidrojen üretilebilir. Sudan hidrojen üretmek yönünde elektroliz yönteminin kullanması küçük ölçeklerden yüksek kapasitelere kadar etkili bir yöntemdir. 
Bu çalışmada, fotovoltaiklerden elde edilen elektrik enerjisi kullanılarak sudan elktroliz yöntemi ile elde edilen hidrojenin  bir yakıt pilinde kullanılması ile tekrar enerjiye dönüştürülmesine yönelik sistemin matematik modellemesi ve sayısal analizi yapılmıştır. PV panelleri aracılığı ile elde edilen elektrik enerjisi suyun elektrolizi işleminde kullanılmaktadır. Elektrolizörden çıkan hidrojen depolanmakta ve ihtiyaç halinde bir hidrojen yakıt pilinde kullanılarak tekrar enerjiye dönüştürülmektedir. Hesaplamalarda Konyanın geçmiş yıllara ait meteorolojik verilerinin aylık ortalaması esas alınmıştır. Oluşturulan matematik model doğrultusunda MATLAB programlama dili ve onun yardımcı yazılımı olan SIMULINK paket programı aracılığı ile problemin iki aşamada çözümü gerçekleştirilmiştir. PV güneş panellerinden elde edilen enerji ile suyun elektrolizi birinci aşamadır. İkinci aşamada ise elde edilen hidrojenin PEM yakıt pilinde enerjiye dönüştürülmesi modellenerek sayısal olarak çözülmüştür. Elde edilen sonuçlar, benzer konularda daha önce yapılmış olan bazı deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Hem elektroliz yöntemi ile hidrojen eldesi için hem de yakıt pili için bulunan sonuçlar benzer çalışmalardan elde edilen sonuçlarla gayet iyi bir uyum içerisindedir. Yakıt hücresinden elde edilen enerji yoğunluğu; giren hidrojen miktarı, hücre mebranının kalitesi ve hücre basıncı ile yakından ilişkilidir. Elektrolizörden elde edilen hidrojen miktarında ise sıcaklığın önemli bir parametre olduğu görülmüştür.

Abstract:
Clean, environmental friendly, storable and transferrable hydrogen can be a good alternative to fossil fuels due to its mentioned properties. Hydrogen is mostly existed in compounds though it is abundant in nature. It can't be utilized as fuel in this form. Hydrogen can be generated through electrolysis of water which is abundant in nature too. Utilization of electrolysis in hydrogen generation from water is an effective method for a wide range of capacities from small scales to large scales.
In this work, mathematical modeling and numerical analysis of a system dealing with re-conversion of the hydrogen generated via water electrolysis using electrical energy obtained from photovoltaics to energy by means of a fuel cell. The electrical energy obtained via PV panels is used in electrolysis of water. The hydrogen generated by the electrolyzer is stored and re-converted in to electrical energy through a hydrogen fuel cell in case of a necessity. Monthly averages of the past years meteorological data of Konya was grounded on in the calculations. Problem was solved in two phases according to the formed mathematical model by the help of MATLAB coding language and its auxiliary software SIMULINK. Electrolysis of water with the energy coming from PV solar panels is the first phase. At the second phase in the other hand, converting obtained hydrogen into energy in PEM fuel cell was modeled and computationally solved. Attained results were compared to the results of some previous experimental studies. Acquired results of the present study are in accordance with the results obtained in similar work in respect of both hydrogen generation via the electrolysis method and fuel cell. The energy intensity attained from the fuel cell is closely related to the hydrogen input amount, quality of cell membrane and cell pressure. Temperature was seen as an important parameter for generated hydrogen amount by means of the electrolyzer.