YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

Bizleri çevreleyen dünyada faydalanamadığımız pek çok enerji kaynağı bulunmaktadır. Bunları elektromanyetik alanlar, doğal ve yapay aydınlatmalar, atık ısı ve sıcaklık farkları, hava akımları, titreşimler, sesler ve hatta kendi vücut hareketlerimiz olarak sıralayabiliriz.

Güneş enerjisi çoğunlukla birkaç mV enerji tüketen kablosuz algılayıcılar için düşünülmektedir. Kablosuz algılayıcılar için güç kaynağı tasarlanırken güç kaynağı gereksinimleri ve güneş hücrelerinin verimini etkileyen faktörlerin (güneşe maruz kalma, yoğun bulut ve kar kaplı süre, engellerin neden olduğu gölge, mevsim etkileri, enlem ve boylam, güneş panelinin kurulduğu konum ve açı, güneş hücrelerinin özellikleri, güç şartlandırma özellikleri ve hasat edilen enerjiyi depolamak için kullanılan enerji depolama bileşenlerinin kapasitesi ve kimyası) göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

Enerji Hasadı Uygulamalarında Kullanılabilecek Çevremizdeki Mekanik Enerji Kaynakları aşağıdaki tabloda verilmiştir:

İnsan vücudu/

hareketi

Ulaşım

Altyapı

Endüstri

Çevre

Soluma

Uçak

Köprüler

Motorlar

Akustik dalga

Kan akışı/basıncı

Araba

Yollar

Soğutucu

Okyanus

akıntısı/dalgası

Konuşma

Türbin motoru

Tüneller

Fanlar

Rüzgar

Yürüme

Lastikler

Ev yapısı

Pompalar

Koşma

Raylar

Klima

Kompresör

Kol hareketi

Pedallar

Kontrol anahtarı

Titreşimler

Parmak hareketi

Titreşim

Su/gaz boruları

Kesme ve

doğrama

Tren

Sesler

Frenler

Sesler

Bu tabloya göre enerji hasadı uygulamalarında kullanılabilecek çevremizdeki mekanik enerji kaynaklarından kompresör endüstri alanında örnek olarak verilebilir.

Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren dönüştürücülerinin MEMS ve IC teknolojileri ile entegrasyonunda avantaj ve dezavantajlarının karşılaştırılması aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

Dönüştürücü

Avantajlar

Dezavantajlar

Piezoelektrik

Voltaj kaynağı gerektirmez.

Çıkış voltajı 3-8 V’dur.

Mikrosistemlere entegrasyonu daha zordur.

Elektrostatik

Mikrosistemlere entegrasyonu daha kolaydır.

Ayrı voltaj kaynağı gerektirir.

Pratik zorluklar

Elektromanyetik

Voltaj kaynağı gerektirmez.

Çıkış voltajı 0,1-0,2 V’dur.

Doğru cevap E’dir.

Piezoelektrik etki: Bazı malzemelerin uygulanan mekanik zorlanmaya karşı elektrik yükü üretme kabiliyetidir. Bu zorlama birçok kaynaktan gelebilir. İnsan hareketleri, düşük-frekanslı sismik titreşimler ve akustik ses her zaman karşılaşılabilen örneklerdir.  Piezoelektrik etki tersinir özellik göstermektedir.

Termiyonik emisyon, sıcak bir yüzeyden elektronların yayılmasıdır ve Edison etkisi olarak da bilinmektedir. Isıtılan maddenin elektronları ısıl enerji ile karşılaştırıldığında, maddenin yüzeyinden kaçma kabiliyeti kazanmaktadır. Bu süreçte kaybolan enerji, iş fonksiyonu olarak isimlendirilmektedir. İş fonksiyonu, salındığı yüzeyin bir özelliğidir ve büyüklük olarak elektron volt düzeyinde gerçekleşmektedir.

Termiyonik yayınım, akım yoğunluğu ve elektrotlar arasındaki akımın taşınması tarafından yönetilmektedir. Elektron emisyonu Richardson’ın yasası ile tanımlanır.

Termiyonik üreteçler için bildirilen toplam ısıl enerji–elektrik enerjisi dönüşüm verimi %5 ile %20 aralığındadır. Bu aralık büyük ölçüde çalışma sıcaklığına bağlıdır.

Fotovoltaik (PV) paneller doğal veya suni ışığın elektrik enerjisine doğrudan dönüştürülmesinde başarı ile kullanılmaktadır. En modern PV hücrelerinde, 1,11 eV bant aralığına sahip silisyum kullanılmaktadır.

Dinamik akışkan enerjisi, hava ve su gibi akışkanlardan elde edilmektedir. Akışkanın kinetik enerjisi iki yöntem ile hasat edilebilir. Birinci yöntemde mikro türbin sistemleri gibi mekaniksel parçalar tarafından elektrik üretilir. İkinci yöntem de ise mekaniksel parçalar kullanmadan akan rüzgâr ve suyun sebep olduğu mekanik titreşim piezoelektrik, elektrostatik ya da elektromanyetik prensipler ile elektriğe dönüştürülebilir. Etrafımızdaki havanın akışı elektrik enerjisi dağıtım hatlarının olmadığı bölgelerdeki algılayıcılara enerji sağlamak üzere kullanılabilir. Rüzgar enerjisi hasadında kullanılan cihazları mikro rüzgar türbinleri, mikro rüzgar kuşağı üreteçler, piezoelektrik rüzgâr hasatçıları ve elektromanyetik rüzgâr üreteçleri olarak sıralayabiliriz.

Meta-malzeme temelli cihazlar kablosuz olarak 900 MHz mikrodalga sinyalini 7,3 V’luk doğru akıma çevirirler ve bu değer 5V civarında güç sağlayan mobil cihazlar için USB şarjlarından daha büyüktür. Bu cihazlar Wi-Fi sinyallerini, uydu sinyallerini ya da ses sinyalleri gibi diğer sinyalleri enerji hasat etmek için kullanılabilirler. Dönüşüm verimi %37’ye ulaşmıştır.

Termoelektrik üreteçler alanı, sıcaklık farkından doğrudan elektrik enerjisi üretimi için çeşitli mekanizmalar ile kurulmuştur. Termoelektrik üretim prosesi Seebeck etkisi ile ifade edilmektedir. Seebeck etkisinin kullanıldığı cihazlarda, n-tipi ve p-tipi iki yarı iletken (örneğin; bizmut selenür, bizmut tellür) malzemeden yararlanılmaktadır. İki yarı iletkenin bağlantı noktaları sıcaklık farkına maruz bırakıldığında doğrudan elektrik enerjisi üretebilmektedir. Her iki yarı iletken de Seebeck katsayısı S(T) olarak isimlendirilen bir özelliğe sahiptir. n- tipi malzemeler negatif Seebeck katsayısına sahip iken p-tipi malzemeler pozitif Seebeck katsayısına sahiptirler.

Soruda verilenlerin tamamı enerji hasadı kaynağı olarak kullanılmaktadır.

Floresan ve kızılötesi gibi ışık kaynakları fotovoltaik hücrelerde güç kaynağı olarak kullanılabilirler.

a-Si çok bileşenli güneş hücrelerinden değildir.

Soruda verilen özellikleri gösteren güneş hücresi, GaAs güneş hücresidir.

Piroelektrik dönüştürücüler ısıyı elektrik enerjisine dönüştürmekte olup diğerleri titreşimden elektrik enerjisi elde eden dönüştürücülerdir.

Kuvvet uyarılması - Piezoelektrik enerji hasat yöntemi

Hız uyarılması - Elektromanyetik enerji hasat yöntemi

olduğundan eşleşmelerden yanlızca

Yer değiştirme uyarılması - Piezoelektrik elektrostatik enerji hasatı yöntemi doğrudur.

Özellikleri verilen enerji hasatçısı elektrostatik enerji hasatçısıdır.

Akustik enerji ses dalgasından elde edilen enerjidir.