Dalga enerjisi dönüşüm sistemlerinde enerji hasatı için piezoelektrik malzeme kullanılması durumunda sistemlerin modellenmesi ve analizinin yapılması

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan dalga enerjisinden piezoelektrik malzemeler kullanılarak enerji hasatı yapmak (elektrik gücü elde etmek) için dalga enerjisi dönüşüm sistemi benzetimi yapılarak geliştirilen sistem sayısal olarak incelenmiştir. Dalga enerjisi dönüşüm sistemleri; konumlandırıldıkları okyanus ve denizlerin özelliklerine göre, belirli aralıklardaki dalga boyları ile genliklerinde çalışmak üzere tasarlanmıştır. Kullanılamayan ölçekteki dalga enerjisinden yararlanabilmek için yapılan araştırmalarda, dalga hareketlerinin oluşturduğu titreşimlerin dalga enerjisi hasadında piezoelektrik malzeme kullanılmasına imkân verdiği görülmüştür. Piezoelektrik malzemeler, etkiyen kuvvetler sonucu iç yapılarında oluşan yer değiştirmeler sebebiyle voltaj üretmektedirler. Bu voltaj uygun bir çevirici devreden geçirilerek enerji elde edilir. Bu tezin amacı, piezoelektrik malzemeler kullanılarak tasarlanan enerji dönüşüm sistemine değişken özelliklere sahip dalgaların etki etmesi sonucu oluşacak güç miktarının sayısal analizler ile hesaplamaktır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) paket programı olan ANSYS'in Fluent modülünde sayısal yöntemlerle incelenmesi dalga hareketlerinin sistem üzerine etki eden değişken basınç ve kuvvet değerleri için zamana bağlı modellenmesi ile yapılmıştır. ANSYS'in Transient Structural modülünde piezoelektrik malzemelerin bağlı olduğu levhaya etkiyen basınç sonucu meydana gelen şekil değiştirme, piezoelektrik malzemelerin ürettiği gücün hesaplanılmasında kullanılmıştır. Dalgadan üretilen enerji için kullanılan bağıntı ile üretilen elektrik gücü Root Mean Square (RMS) değerine ulaşılmıştır. RMS değerleri genliği 2 m altındaki dalgalar için 1.4 W değerinden az bulunmuştur. Dalga üretecinin su altındaki konum değişikliği, dalga boyu, su derinliği, dalga periyodu üretilen güç miktarını değiştirmektedir.Anahtar Kelimeler: Dalga Enerjisi, Enerji Hasatı, Piezoelektrik Malzemeler, Dalga Üreteci, Sayısal Dalga Tankı, Sıvı Hacmi Methodu.

Modeling and Analysis of The Wave Energy Converting Systems in case of Using Piezoelectric Materials for Harvesting EnergyWave energy conversion system is developed to harvest energy (gain electrical power) from wave energy, which is one of the renewable energy sources, by using piezoelectric materials. Developed system is analyzed numerically.The wave energy transition systems are designed to work on specified wave length and amplitude in accordance with constructed on ocean and sea properties. The investigations about the small scale wave using showed that the vibrations of wave allowed to use piezoelectric material. Some of force impressions on the piezoelectric material so the internal structure removes and product voltage. This voltage is passed the possible converter circuit and get the energy.The purpose of this thesis is to calculate the electrical power which is made by the effect of waves at different parameters on energy generation system designed by using piezoelectric materials by using numerical analysis.Computational Fluid Dynamics Fluent software package in which it is performed with ANSYS Fluent module examination by numerical methods for time-dependent modeling of wave pressure and forces affecting variable values on the system. ANSYS Transient Structural module is used to calculate the power produced by the piezoelectric materials with the effect that the result of pressure occurring strain on the plate piezoelectric materials placed. Electric power generated by the power is calculated from the wave equation used to Root Mean Square (RMS) value has been reached . Amplitudes were less than 1.4 W RMS values for waves under 2 m. Underwater position change of the wave generator, wave height, water depth, wave period and cause the changes in amount of power produced. Key Words: Wave Energy , Energy Harvesting , Piezoelectric Materials, Wave-Maker, Numerical Wave Tank, Volume of Fluid (VOF) Method.