Piezoelektrik malzemeler yardımıyla rüzgar enerjisinden elektrik üretimi
Electricity production from wind energy with pizoelectric materials
Yazar: İKRAM BÜYÜKKESKİN
Danışman: DOÇ. DR. SEZAİ ALPER TEKİN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak için bilindik elektrik enerjisi üretim metotları dışında alternatif ve çevreci yöntemler araştırılmaktadır. Piezoelektrik malzemelerden enerji üretimi de yeni yöntemlerden biridir. Yapısı ve çalışma prensipleri itibariyle düşük miktarda elektrik üretebilen bu malzemelerin hâlihazırdaki kullanımları çoğunlukla sensör amaçlıdır. Bu malzemeler verimlerinin artırılması ve yeni yöntemler uygulanması ile elektrik üreteci olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışma piezoelektrik malzemeler kullanarak rüzgâr enerjisinden elektrik üretmeyi amaçlayan bir projeden yola çıkılarak yapılmıştır. İmal edilen bir prototip ile bu metodun uygulanabilirliğini deneysel olarak incelenmiştir. 3 boyutlu yazıcı ile 2 farklı yapıda rüzgâr sapı ve bu saplar ile piezoelektrik üreteçlerin yerleştirileceği bir tabanlık imal edilmiştir. Hazırlanan deney düzeneği rüzgâr tüneline yerleştirilerek, farklı rüzgâr hızlarında düşük ve yüksek türbülanslı akışlarda deneyler gerçekleştirilmiştir. Sapların rüzgâr karşısında yapmış olduğu salınım ile tabana yerleştirilen piezoelektrik malzemelere baskı uygulanması amaçlanmıştır. Bunun sonucunda yuvarlak ve 4 köşeli sap yapılarının düşük ve yüksek türbülanslı akışlarda farklı hızlardaki elektrik üretimi incelenmiştir. Sonuç itibariyle, üretilen elektrik piyasada bulunan farklı uygulama ve amaçlar için hazırlanmış piezoelektrik üreteçleri kullanmamızdan ve ölçü aletlerinden kaynaklanan sıkıntılardan dolayı çok düşük değerlerde kalmıştır. Ancak piezoelektrik malzemelerin farklı tasarım ve uygulamalarla verimliliklerinin artırılabileceği ve standart rüzgâr türbinlerinin kullanılamadığı türbülanslı alanlarda kullanılabileceği gözlenmiştir. Bu avantajlarından dolayı piezoelektrik malzemelerden elektrik üretiminin gelecek vadeden bir yöntem olduğuna ve farklı uygulamalar denenerek daha iyi sonuçlar elde edilebileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Besides the known electric energy production methods in order to meet the increasing energy needs, alternative and environmental methods are being investigated. Energy production from piezoelectric materials is also one of the new methods. The current uses of these materials which can produce electricity in low quantities due to their structure and working principle are mostly for sensor purposes. With the implementation of new methods and increasing the efficiency of these materials, they are started to be used as the electric generator. This study was carried out from a project aimed at generating electricity from wind energy using piezoelectric materials. The applicability of this method was investigated experimentally with a prototype manufactured. By means of a 3-D printer, windstalk in 2 different building sand a platform which piezoelectric generators we replaced with together these stalks were manufactured. Experiments were carried out in low and high turbulent flows at different wind speeds by placing the prepared experimental setup on the wind tunnel. It was aimed to apply pressure to the piezoelectric material placed on the basin by the oscillation of the wind stalks against the wind. As a result, the power generation at different speeds in the low and high turbulent flows of the circle shaped and four-cornered wind stalk structures was investigated. Consequently, because of using piezoelectric generators for different applications and purposes in the electrical market, the electricity produced remained at very low levels. However, it was observed that efficiency of piezoelectric materials with different designs and applications can be increased and these materials can be used in turbulent fields where standard wind turbines cannot be used. Due to these advantages, it was concluded that electricity production from piezoelectric materials is a promising method and by experimenting with different applications, better results can be achieved.