Termoelektrik üreteç ile kalorifer radyatörlerinden elektrik üretiminin deneysel incelenmesi
Experimental analysis of producing electrical energy from the heater radiator using thermoelectric generator
Yazar: YAKUP YAĞMUR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KUBİLAY TAŞDELEN
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik üretimi = Electricity generation ; Peltier = Peltier ; Termoelektrik = Thermoelectric ; Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator

Özet:
Termoelektrik teknolojisi 19. yüzyıl ortalarından beri biliniyor olmasına karşılık yeterince işlevsel bir kullanım alanına ulaşamamıştır. En yoğun kullanım alanı elektrik üretim alanı değil soğutma alanı olmuştur. Otomobillerde kullanılan küçük buzdolaplarının yapımında, bilgisayar işlemcilerinin soğutulmasında, otomobil egzozlarında oluşan ısıyı elektrik enerjisine dönüştürme amacıyla kullanılmaktadır. 

Termoelektrik üreteç veya termoelektrik jeneratör ısı enerjisini  doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren cihazdır. Alman Thomas Seebeck tarafından farklı iki metalden oluşan ve metallerin birleşim yerlerinin farklı sıcaklıklarda tutulduğu kapalı bir devrede devamlı elektrik akımının oluştuğunu bulmuştur. Bu oluşuma Seebeck etki veya daha genel bir ifade ile termoelektrik etki denir.

Bu tez çalışmasında, kış aylarında evlerde kullanılan kalorifer radyatörlerinin yüzey sıcaklığı ve duvarın yüzey sıcaklığı gözlemlenmiştir. Bu iki yüzey arası sıcaklık farkı radyatör sıcaklığının yaklaşık yarısı kadar olduğu görülmüştür. Gözlemlenen sıcaklık farkını kullanarak âtıl sıcaklığı ortam sıcaklığında hissedilebilir hale getirmek için sıcaklık farkı ile doğru orantılı olarak elektrik enerjisi üretebilen termoelektrik üreteçler kullanılmıştır. Sıcaklık farkından elektrik üretebilen termoelektrik üreteçlerin, bir yüzü radyatöre (sıcak yüzey) diğer yüzü duvara (soğuk yüzey) temas edecek şekilde bir sistem tasarlanarak sıcaklık farkı oluşturulup elektrik enerjisi elde edilmiştir. Radyatör kanallarında biriken sıcaklığı hızlı bir şekilde odada hissedilebilir hale getirmek için kanal boşluklarının altına sıcak havayı üfleyebilecek şekilde fanlar monte edilmiştir. Termoelektrik üreteçler kullanılarak üretilen elektrik enerjisi ile kalorifer radyatörünün kanal boşluklarına monte edilen fanlar beslenerek ısıl konfor sağlanmıştır. Yapılan bu çalışmada, termoelektrik jeneratör modülleri kullanılarak elektrik enerjisi elde edilmesi ve bu enerji ile ısıl konfor sağlamak hedeflenmiştir.
Deneysel analiz için sıcaklık sensörleri ve akım/gerilim sensörü bağlanarak sıcaklık verileri ve elektriksel parametreler arduino kart ile okunmuş ve SD kart hafızasına kaydedilmiştir. Kaydedilen veriler karşılaştırılarak deneysel analiz gerçekleştirilmiştir.
Kalorifer radyatörünün ve duvarın yüzey sıcaklığını kullanarak sıcaklık farkı elde edilmiştir. Sıcaklık farkından, termoelektrik jeneratörler ile oda sıcaklığında maksimum 3,24 W güce sahip elektrik enerjisi elde edilmiştir. Üretilen enerjiyi faydalı kullanmak adına radyatör kanallarındaki fanlar beslenerek normal oda sıcaklığı 8°C artırılmıştır.

Abstract:
Although thermoelectric technology has been known since the middle of 19th century, it has not reached its a functional area. The most intensive use area is not the electricity production area but the cooling area. It is used in the invention of small refrigerators used in automobiles, cooling of computer processors, heat generated in automobile exhausts, and converting it into electrical energy.

Thermoelectric generator is the device that converts heat energy directly to electrical energy. It was found by German Thomas Seebeck that there was a constant electric current in two different metals and in a closed circuit where metals were held at different temperatures. This formation is called Seebeck effect or, more generally, thermoelectric effect.

In the winter, the surface temperature of the radiators used in homes and the surface temperature of the wall were observed. The temperature difference between these two surfaces was found to be about half the temperature of the radiator. Using the observed temperature difference, thermoelectric generators are used to produce electrical energy in direct proportion to the temperature difference in order to make the inert temperature sensible at ambient temperature. By designing a system in which the thermoelectric generators which can generate electricity from the temperature difference, contact one side of the radiator (hot surface) and the other face to the wall (cold surface), the temperature difference is created and the electrical energy is obtained. Fans are mounted in the radiator ducts so that warm air can blow under the duct cavities to make the accumulated temperature quickly felt in the room. Thermal comfort is provided by feeding the fans we have installed in the channel cavities of the radiator with the electrical energy we produce by using thermoelectric generators. In this study, it is aimed to obtain electrical energy by using thermoelectric generator modules and thermal comfort with this energy.

For the experimental analysis, the temperature sensors and the current / voltage sensor were connected and the temperature data and electrical parameters were read with the arduino card and stored in the SD card memory. Experimental analysis was performed by comparing recorded data.
The temperature difference was obtained by using the surface temperature of the radiator and wall. From the temperature difference, electrical energy with a power of 3,24 W at room temperature with thermoelectric generators was obtained and stored in the battery. In order to use the produced energy beneficially, the fans in the radiator channels are fed and the room temperature is increased by 8 ° C.