Abstract:
Günümüzde enerji tüketiminin giderek artması, yenilenebilir enerji kaynaklarının hızla tükenmesi ve minimum girdi ile maksimum verim elde etme talebi yeni teknoloji arayışlarına hız kazandırmıştır. Atık ısıların değerlendirilmesi enerji yönünden tasarruf sağlamaktadır. Atık ısılardan elektrik üretimi gerçekleştirilerek temiz ve yenilenebilir enerji olarak mevcut elektrik üretimine katkı sağlanmaktadır. Bu yöntem, maliyet, atık ısının etkin kullanımı ve enerji tasarrufu açısından alternatif sunarken aynı zamanda sera etkisini azaltarak çevre dostu bir üretim modeli olarak kabul edilmektedir.Bu çalışmada mevcut atık ısı potansiyelinden yararlanarak termofotovoltaik enerji dönüşümü ile elektrik üretim teknolojisinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Literatürde termofotovoltaik enerji dönüşümü ile endüstriyel sistemlerde ve merkezi ısıtma sistemlerinde kullanılabilirliği araştırılmış ve endüstriyel sistemlerde teorik bir model geliştirilmiştir. Bu modelde, endüstriyel sistemlerdeki atık ısılar, sisteme ısı geçişi yöntemlerinden biri olan ışınım yolu ile incelenmiştir. Üretim aşamasından sonra meydana gelen atık ısı, sisteme termofotovoltaik dönüşüm ile elektrik üretimi sağlanarak geri kazandırılmıştır. Yapılan çalışmada endüstriyel ve merkezi ısıtma sistemlerinde termofotovoltaik sistemin analizi yapılmıştır. GaSb hücre yapısının tabaka kalınlıkları optimize edilmiş ve nihai örnek tasarımı Matlab programı kullanılarak hesaplanmıştır. Yapılan analizde, TPV sıcaklık grafikleri GaSb hücresi kullanılarak elde edilmiştir. Kullanılan sıcaklık parametreleri hücre sıcaklığı ve kaynak sıcaklığıdır. Bu grafiklerle enerji verimliliği, dolum faktörü, açık devre voltajının etkisi ve kısa devre akım değerleri belirlenmiştir. Ayrıca termofotovoltaik sistemin termodinamik analizi yapılarak sonuçlar sunulmuştur. Öncelikli olarak termofotovoltaik sistem üç ayrı bölgeye ayrılarak analizi yapılmıştır. Analizde sistemin her bir parçası ayrı ayrı yapılırken sistemin bütünü ayrıca ele alınmıştır. Sistem öncelikle birinci kanun analizi yapılarak değerlendirilmiştir daha sonra ikinci kanun analizi yapılmıştır. Birinci bölge ısı kaynağının ışınım ile filtrelere ulaşana kadar meydana gelen enerjinin termodinamik analizidir. İkinci bölge ise fotovoltaik sistem olarak değerlendirilen filtre, seçici-yayıcı ve fotovoltaik hücrelerin yer aldığı bölümdür. Son bölge olarak ifade edilen üçüncü bölge ise elektrik enerjisinin depolandığı kısım olarak değerlendirilmiştir. Her bölgenin termodinamik analizi kapsamında, enerji ve ekserji analizi yapılarak sistem parçadan bütüne doğru incelenmiştir. Sonuçlar formüller ve grafikler ile desteklenmiştir. Yapılan çalışmanın mevcut elektrik üretimine alternatif olması ve ileride yapılacak çalışmalara bir kaynak oluşturması amaçlanmıştır.
