Yeni bir yoğunlastırıcı güneş enerjisi sistemi tasarımı ve stirling motor ve jeneratör birimlerinin uygulaması

Abstract

Bu tez çalışmasında, Matlab-2012a benzetim programı kullanarak yeni bir beta tipi Stirling motor modeli geliştirlimişitir. Bu motora ilk kez üç fazlı sabit mıknatıslı yeni bir jeneratör eklenerek deneysel bir çalışma modeli gerçekleştirilmiştir. Modelde, Güneş enerjisinden elektriksel güç elde edebilmek için, sabit sıcaklıkta, ama farklı basınçlarda (1-5 bar) aralığında gazlar kullanılarak sistemin elektro-mekanik ve termo-mekanik özellikleri mühendislik performansı ve kullanılabirlik verimleri iyleştirilmişitir. Çalışmada, Stirling motor ve jeneratör için; basınç-hcmim ilişkisi, rotorun dönme hızı-çalışma gaz ilişkisi, rotorun momenti - ürettiği elektriksel güç ilişkisi, basınç-hcmim ilişkisi deneyleri, ortamdaki çalışma gazların (helyum ve hava ortamları)'nın sıcaklıkları-rotorun dönüş hızı gibi çeşitli fiziksel deneyler gerçekleştilmişitir. Sonuçlar teorik modellerle desteklenmiştir. Tasarlanan ve çalışan Stirling motor, 1 barlık basınç altında 1.5 kW gücü ve 600 K sıcaklık, uç sıcaklıkta üretebilmiştir. Bu çıkış güçü, belli basınç ve yüksek sıcaklık altında kontrollü olarak artılarak 270 W maksimum elektriksel güç elde edilmişitir. Tez kapsamında yapılan deneysel ve benzetim çalışmalarında, Stirling motor için kapalı hacim ortamında çalışma gazı olarak helyum ve hava kullanılmıştır. Sonuç olarak, helyum çalışma gazında havaya göre üretilen gücün en az 5 kat daha iyi olduğu görülmüştür. Ayrıca büyük miktarda (DNI) absorbe etmek için GPS cihazı, iki kademeli motor, her bir koordinat için bir tane ve dişli kutu kullanılarak bir çift eksenli Güneş izleme tasarlanmıştır.

In this thesis, a new beta type Stirling engine model has been developed by using Matlab-2012a simulation program. For the first time, this engine combined with a new permanent magnet generator with three-phase. In the model, in order to obtain electrical power from the solar energy, at a constant temperature, but at different pressures (1-5 bar), the electro-mechanical and thermo-mechanical properties of the system are improved by the engineering performance and the efficiency of use. In the study, for engine and generator; various physical experiments are done such as pressure-volume relation, rotational speed-working-gas relation of rotor, torque relation of rotor produced by engine, pressure-volume relation tests, temperature of working gases (helium and air media) and rotation speed of rotor. The results are supported by theoretical models. In the sımulation, the designed engine is able to produce 1.5 kW power at 600 K temperature under 1 bar pressure. In the experiments, the power under a certain pressure and under high temperature ıs obtained as 270 W. In experimental and simulation helium and air are used as working gas in the closed volume. As a result, it is seen that helium working gas provides at least 5 times better electrical power than that produced by air. In addition, the GPS device to absorb a large amount (DNI), a two-stepper motors, one for each coordinate, and a dual-axis solar tracking using the gear box is designed.