Yeni bir piezoelektrik rüzgar enerjisi hasatçısı tasarımı ve uygulaması

Abstract

Bu tez, yeni bir üçlü piezoelektrik enerji hasat (PEH) cihazının tasarım ve imalatını konu almaktadır. Cihazın tasarımı ve imalatına ek olarak maksimum güç noktasını izleme (MPPT) devresi de bu cihaza eklenmiştir. İmal edilmiş bulunan cihaz, pervanesini döndüren rüzgar enerjisini elektrik enerjisine doğrudan çevirmekte olup piezoelektrik levhalardan üretilen dalgaformunu, yüksek toplam harmonik bozulmayı (THD) en aza indirerek bataryada depolayabilmekte veya anlık olarak kullanabilmektedir. Piezoelektrik levhalar, farklı kütlelere (böylece farklı doğal frekanslara) sahip olup cihazın bu özelliği sayesinde geniş uyartım bandında etkili enerji üretmesi planlanmıştır. Tasarlanan cihazda; uçlarına sabit mıknatıslar yerleştirilen piezoelektrik katmanlar, dönme eksenine göre 120°'lik açılar oluşturacak şekilde yerleştirilmiş olup bu geometri çok düşük rüzgar hızlarında bile dönebilen döner eksene bağlı diğer sabit bir mıknatısla bir itme oluşturur. Bu etki, üç piezoelektrik tabakayı 120°'lik faz kayması ile enerji hasadı yapmasına imkan vermektedir. Döner eksene bağlı sabit mıknatıs ve katmanların uçlarına yerleştirilen diğer sabit mıknatıslar birbirlerine fiziksel olarak temas etmediğinden, bu durum tasarlanan cihazın uzun ömürlü çalışmasına olanak vermektedir. MPPT devresi yardımıyla sistemden maksimum güç elde edilen cihaz, Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Alternatif Enerji Araştırmaları Laboratuvarında (ALENAR) farklı rüzgar hızlarında başarıyla test edilmiştir. Cihazın 1.7 m/s gibi düşük rüzgar hızlarında bile çalışabildiği ispatlanmış olup cihaz, enerji çevrim süreçlerine iyi bir adaydır.

This dissertation subjects the design and implementation of a new triple piezoelectric energy harvester (PEH). In addition to the design and implementation of the device, a maximum power point tracking (MPPT) circuit has also been added to the device. The implemented device can convert the wind energy to the electrical energy by the help of a rotating propeller; thereby the total harmonic distortion (THD) of the generated waveform can be storred into a battery or used instanteneously after the maximal decrease of THD. The piezoelectric layers have different masses (i.e. different natural frequencies) and this feature is planned to generate energy in a wide frequency band, efficiently. In the designed device, thepiezoelectric layers having permanent magnets (PMs) at their ends with 120 degrees according to the rotating axis and another magnet sticked on the central rotating axis can cause a repelsion. This effect enables the device to harvest energy with a 120 phase shift at even very low wind speeds.Since the magnet located at the central rotating axis and the ones located at the end of layes do not physically contact, this situation enables the device to operate for long life span. The device, which generates maximum power due to the MPPT circuit has been tested succesfully under different wind speeds at the Alternative Energy Researches Laboratory (ALENAR) of Technology Faculty, Gazi University. It has been even proven that the device can operate under very low wind speeds such as 1.7 m/s and that makes it a good candidate for the energy conversion processes