ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ - Deneme Sınavı - 6

Türbin pervanelerinin rüzgâr yönüne göre çevrilmesini sağlarken aynı zamanda sapma hatasını kuvvet uygulayarak minimize etmeye yarayan, elektrik motoru ve dişli kutusuyla çalışan mekanizma sapma mekanizmasıdır. Sapma mekanizması naseli kule üzerinde rüzgâr yönüne göre döndürerek gerekli ayarlamaları yapar.

Pervane düşük hızlı şaftı dakikada 15 ile 60 kere arasında bir devir hızıyla döndürür. Fakat bir jeneratörün elektrik üretebilmesi için dakikada 1200 ile 1800 arası bir dönüşe ihtiyacı vardır. Bu nedenle aradaki dönüş farkını gidermek için dişli kutusu kullanılır. Rüzgâr türbinlerinde dişli kutusu, arabalardaki gibi değişken oranlı dişliler içermez, genellikle tek dişli oranına sahiptirler.

Rüzgâr türbininde öncelikle, rüzgâr ile türbin palaları döner. Sonrasında rotor düşük hızlı şaftı döndürür. Daha sonra dişli kutusu şaft hızını artırır. Burada rotordan yavaş hızlı şaft girer ve dişli mekanizmasıyla hızlı şafta aktarılır. Hızlı şaft ile jeneratörde elektrik üretilir. En son olarak, elektrik, kuleden aşağı kablolarla sevk edilir.

Palalar harici paneller, dâhili boylamsal kirişler ve yıldırım koruma tabakasından oluşur. Harici paneller, bükülme yükünün bir kısmını taşır ve aerodinamik şekli verir. Dâhili boylamsal kişiler kesme ve bükme bir kısmını taşır ve kesit yüzeyinin deformasyonuna ve panellerin burulmasına engel olur. Daha önceleri palalar, iletken malzemeden üretilmediği için yıldırım korumasının gerekli olmadığı düşünülmüştür fakat zamanla yıldırımların palalara zarar verdiği görülmüştür. Bu sebeple palalar yıldırım koruma tabakasına sahiptir. Pala üretiminde plastik içine yedirilmiş fiberler kullanılır. FRP, global yükleri fiberler ile transfer eden ve polimer reçine ile de yükü fiberler arasında dağıtan ve fiberlerin olası yer değiştirmesine engel olan bir yapıya sahip malzemedir.

Rüzgâr türbinleri, ilk geliştirildiği zamanlar gürültülü olmasına karşılık zamanla bu sorun azaltılmış neredeyse ortadan kaldırılmıştır. Özellikle gece görülmesi zor olan rüzgâr türbinlerini mümkün olduğunca kuşların göç yolu üzerine inşa etmemek gerektiği düşünülmektedir. Çok sayıda rüzgâr türbini yan yana görsellik açısında beğenilmeyeceği düşünülebilir. Bunun için mimari ve yerleşim düzeni ile ilgili çözümler önerilmektedir. Güneşli bir günde, diğer uzun yapılar gibi rüzgâr türbinlerinin koşu alanlara gölgeleme etkisinde ve ayrıca güneş ışığını kırpıştırıcı etkisinden bahsedilebilir. Fakat toprağın verimi üzerine rüzgâr türbinlerinin etkisi genellikle ele alınan bir konu değildir.

1960’larda Alman Profesör Ulrich Hutte, modern kanat profilleri kullanan, cam fiber ve plastik yapılı, hatve açısı değişken, hafif ve yüksek verimli palalara sahip bir seri yatay eksenli tasarımlar geliştirdi. Bu tasarım yaklaşımı ile rulman yükünün ve yapısal problemlerin aerodinamik yüklerinin dağıtılarak azaltılması öngörülmüştür. Bu yaklaşım ile pervane göbeğine rulman yerleştirilerek pervanenin öne ve arkaya doğru sallanması ile aşırı rüzgâr yüklerinin dağıtılması sağlanmıştır.

Pervanenin dönmesini sağlayan kanat geometrili yapılara pala denir. Yatay eksenli türbinler yeryüzüne paralel olan eksen etrafında dönen palalara sahip iken düşey eksenli rüzgâr türbinleri ise yeryüzüne dik olan eksen etrafında dönen palalara sahiptir.

Rüzgâr türbininin en hayati parçası palalar ve pala tasarımlarıdır. Palaların aerodinamik analizi sürükleme veya taşıma kuvveti esas alınarak gerçekleştirilir. Yelkenli gemilerde olduğu gibi palalar rüzgâr gücünü pervaneyi itmek için kullanır.

Güç(P) birimi watt’dır.

Anemometre rüzgâr hızını algılar ve bu bilgiyi kontrol ünitesine gönderir.

Büyük rüzgâr değirmenlerinin ilk kullanımı 1888 yılında Ohio’da Charles F. Brush tarafından gerçekleştirilmiştir.

Ülkemizdeki ilk rüzgâr santrali 1995 yılında Yap-işlet-Devret modeli ile İzmir Çeşme’de Demirer Holding tarafından kurulmuştur.

2005 yılında Yenilenebilir Elektrik Kaynakları kanununun yürürlüğe girmesi ile Türkiye’nin birçok bölgesinde özellikle kıyılarımıza yakın bölgelerde rüzgâr çiftlikleri kurulmaya başlamıştır.

Bir rüzgâr türbininden 500 evin elektrik ihtiyacı olan yıllık 4.500.000 kWh(kilovatsaat) elektrik elde edilebilir.

Bir rüzgâr türbininden elektrik elde etmek için birçok parçayı bir araya getirip beraber çalıştırmak gerekir( şekil 5.1). Hatve-rotor-pala-düşük ve yüksek hızlı şaft-kule jeneratör-dişli kutusu-anemometre-kontrol birimidir.

Bazı kaynaklarda motor sehpası olarak da adlandırılmaktadır. Büyük türbinlerde, nasel bir arabayı içine alacak kadar büyüktür ve bir türbin teknisyeninin içerisinde çalışırken ayakta durabilmesine olanak tanır.

Ticari amaçlı güneş pili üretiminde kullanılan malzemelerin başında kristal-silikon malzeme gelmektedir. Kristal-silikon, mükemmel düzenli yapı (tek kristal) veya rastgele düzenli yapı (monokristal, multikristal, polikristal) olarak üretilebilir. Silikon dışında fazla pahalı olmayan cam, plastik veya paslanmaz çelik üzerine birkaç mikrometre kalınlığında ince filmler de güneş pili olarak kullanılmaktadır. Tek kristal silikon güneş pilleri, diğer malzemelerle üretilen güneş pillerine göre üretim maliyeti daha yüksek olmasına rağmen verimi en yüksek olan pillerdir. Bu sebeple numaralandırılmış açıklamalardan I doğru fakat II yanlıştır. Güneş pilleri uzay teknolojilerinde uydu ve uzay istasyonlarında güç kaynağı olarak kullanıldığı için, I ve III numaralı açıklamalar doğrudur.

Cam, plastik veya paslanmaz çelik üzerine birkaç mikrometre kalınlığında ince filmler güneş pili olarak kullanılmaktadır. Bu filmlerde, yarı iletken materyallerden amorf-silikon (a-Si), galyum arsenit (GaAs), bakır iridyum selenyum (CuInSe2) ve kadmiyum telur (CdTe) en çok kullanılanlar arasındadır. Platin ise yarı iletken değil, iletken bir materyaldir.

Bu tip bir yapıda, elektronlar tarafından tamamen doldurulan band değerlik bandıdır. Boş olan üst band ise iletim bandıdır. Bu iki band arasındaki uzaklık ise yasak enerji aralığı olarak isimlendirilir. Silikon için 1,1 eV’dir.

İletkenliği kontrollü şekilde yapmak için kristal yapının içine safsızlık atomları koyma işlemine katkılama denir. Her 10.000 silikon atomuna karşılık 1 katkı atomunun olmasına aşırı katkılama denir. Diğer tarafta, her 100 milyon sikilon atomuna karşılık 1 katkı atomunun olmasına ise zayıf katkılama denir.