Organik Yarı İletkenler

Organik yarı iletkenler, yapı taşları karbon ve hidrojen atomlarından ve bazen de azot, kükürt ve oksijen gibi hetero atomlardan oluşan polimerler ya da pi-bağlı moleküller olan katılardır. Moleküler kristaller veya amorf ince filmler şeklinde bulunurlar. Genel olarak elektriksel yönden yalıtkandırlar, ancak elektriksel yükler uygun elektrotlardan enjekte edildiğinde, katkılandıklarında veya ışık yoluyla uyarıldıklarında yarı iletken hale gelirler.

Organik Yarı İletkenler 

Moleküler kristallerde, valans bandının en üst kısmı ile alt iletim bandı arasındaki enerji aralığı , yani bant boşluğu tipik olarak 2,5-4 eV iken, inorganik yarı iletkenlerde bant boşlukları tipik olarak 1-2 eV'dir. Bu da aslında geleneksel anlamda yarı iletkenlerden ziyade yalıtkan oldukları anlamına gelir. Sadece, yük taşıyıcıları elektrotlardan enjekte edildiğinde ya da bilinçli yahut bilinçsiz bir şekilde katkılama ile üretildiklerinde yarı iletken hale gelirler. Yük taşıyıcıları optik uyarım sırasında da üretilebilir. Bununla birlikte, birincil optik uyarımların tipik olarak 0,5-1,0 eV Coulomb-bağlanma enerjisine sahip nötr eksitonlar olduğunun farkına varmak önemlidir. Bunun nedeni, organik yarı iletkenlerde dielektrik sabitlerinin 3-4 mertebelerinde yani oldukça düşük olmasıdır. Bu durum, büyük yekpare haldeki katışıksız malzemelerde yük taşıyıcılarının verimli bir şekilde fotovoltaik üretimini engeller. Verimli fotovoltaik üretimi, donör ve alıcı bileşenler arasındaki yük transferi nedeniyle yalnızca ikili sistemlerde gerçekleşebilir. Aksi takdirde nötr eksitonlar radyatif ya da radyatif olmayan şekilde temel duruma bozunur- bu durumda fotolüminesans yayarak - veya. Organik yarı iletkenlerin optik soğurum kenarı tipik olarak 1,7-3 eV olup 700 ila 400 nm (görünür spektruma karşılık gelir) spektral aralığa eşdeğerdir.

Ağ Bağlantılı Bir Dünyada Telefonlarımızı Kapatmak: Dijital Detoks

         En son ne zaman bir ekrana bakmadan birkaç saat geçirdiniz?  Birçoğumuz için araba kullanmak internet öncesi dönemin son kalesiydi. Araba kullanmak özel, neredeyse zihni arındırmaya yönelik bir deneyimdi. Arabanızın içinde sadece o anda fiziksel anlamda yanınızda olan şeyler vardı. Yine radyoda yerel istasyonlar ne yayınlıyorsa o çalardı değil mi?. Düşünmek için en iyi zamanlardı doğrusu. Birçoğumuz tüm günün en uzun "ekransız zamanını" arabamızda geçirdik (araba kullanırken cep telefonu üzerinden mesajlaşmadığınız sürece!). Ulaşılamaz olmak ve telefonuma sessizce gelen çok sayıda mesaja dikkat etme zorunluluğumun olmamasının benim için çok keyifli olduğunu belirtmem gerekiyor. Ancak yakın zamanda, 10 yıllık artık biraz emektar olarak sıfatlandırabileceğim arabama yeni bir sistem kurdum. Eskiden CD çaların olduğu yerde artık Android Auto ve Carplay özellikli bir ekran var ve düzinelerce widget arasından seçim yapabiliyorum. Gösterge tablomda sesli kontrol ve telefon bildirimleri var. Bunun yeni bir teknoloji olmadığını biliyorum, ancak benim gibi 2023 yılında hala aux kablosu kullanan biri için heyecan verici. Bugün işe giderken kendime "Bu kadarı da çok mu fazla?" diye soruyorum. Arabam telefonumun bir uzantısı haline geldikçe ve dikkatimi çekmek bakımından önümdeki yolla yarıştıkça, dijital kelepçelerin bileklerimi sıktığını hissedebiliyorum. Bağlanabilir olma için iki ucu keskin bir kılıç diyebiliriz. Dünyadaki tüm bilgilere istediğimiz zaman erişebiliriz - ama bu aynı zamanda dünyanın da bize erişebileceği anlamına gelir.

Telefonunuzu Kapatarak Kendinize Vakit Ayırın! : Dijital Detoks

Dikkat Yeteneğimiz Kıymetli Bir Kaynaktır

Akıllı telefonlarımızın kaynaklık ettiği sürekli mesaj yağmuru ve dikkat dağıtıcı unsurlar dikkat süremizi ve konsantrasyonumuzu etkiliyor. Hatta Teksas Üniversitesi McCombs İşletme Fakültesi'ndeki araştırmacılar ekranlarına bakmasak da akıllı telefonların sadece varlığının bile bilişsel yeteneklerimizi sınırladığını tespit ettiler. Akıllı telefon yakınımızdayken, bilişsel yeteneğin bir kısmı, akıllı telefona bakma dürtüsüne direnmek zorunda kaldığı sürekli bir döngüye dönüşüyor. Araç kullanırken akıllı saatlerimizdeki ve gösterge panelindeki anlık bildirimler daha da fazla dikkat gerektirir hale geliyorlar. Akıllı telefonumuzun neredeyse büyülü çekimini görmezden gelmek daha da zorlaşıyor çünkü otomatik olarak az önce aldığımız mesajı ve ona nasıl tepki verebileceğimizi düşünmeye başlıyoruz.

Ben bir açık hava tutkunuyum. Geçen sonbaharda Beynam ormanlarında bir arkadaşımla yaptığımız sohbet, her ikimizin de açık havayı sevmemizin ana nedenlerinden birini açıklıyordu. Cep telefonunun “çekmeme” sinin ne kadar özgürleştirici olduğundan bahsettik çünkü telefon daima bizi hazır bulunmaya zorluyordu. Dünya etrafımızda dönüyordu ama biz içindeyken endişelerimizin sadece kamp ateşimizden yayılan ışığın kenarına kadar ulaşabildiği bir fanusun içinde oturuyorduk. Durmak ve rahatlamak için kendimize ait minik bir an! Elbette günlük yaşamda akıllı telefonunuzu kapatabilirsiniz, ancak yukarıda bahsedilen McCombs araştırması, kapalı bir akıllı telefonun bile dikkat dağıtıcı olduğunu ortaya koydu, çünkü kapalı bir akıllı telefonun açık bir akıllı telefon olmaktan sadece saniyeler mertebesinde uzakta olduğunu biliyoruz. İnternet ve mobil ağ olmadan birkaç gün geçirmek beyne yeniden kalibrasyon için zaman kazandırır.

Benim için en büyük sürpriz ise geri döndüğümde değerli bir kablosuz ağa bağlanabilmekte yatıyor. Favori uygulamalarımı açmanın sıcak bir günde soğuk suyun ilk yudumu kadar rahatlatıcı olmasını bekliyorum. Ama öyle olmuyor. Her seferinde hayal kırıklığı yaratıyor. Tıpkı hatırladığım gibi , hep aynı formatta aynı içerik, ve sadece daha az davetkar! Bir süre dijital dünyadan koptuktan sonra, kendi dikkat çıtanızın ne kadar düştüğünü fark ediyorsunuz.

Sürekli ağ kurmanın getirdiği muazzam baskı üzerine düşünen ilk kişi kesinlikle ben değilim . "Dijital detoks" için yapılan arama sorguları 2013'ten bu yana istikrarlı bir şekilde artıyor. Bu durum, 2013'ün aynı zamanda çoğunluğun akıllı telefon sahibi olduğu ilk yıl olduğunu düşündüğünüzde anlam kazanıyor. Ceplerimizdeki “sürekli dikkat dağıtıcı”ların beynimiz üzerindeki etkisi hakkında çok şey yazıldı (ya da daha doğrusu birçok piksel dolduruldu). Üstelik bu dikkat dağıtıcılar sadece can sıkıcı değil, aynı zamanda yorucudur. Sürekli gelen bildirimler stres ve kaygıya neden oluyor. Hayatlarımızı başkalarının internette önümüze konulan popüler kısa videolarıyla karşılaştırmaktan kaynaklanan depresyon. Bizi dinlendirici bir uykudan alıkoyan hiç uyumayan eğlence dünyası yüzünden kötü uyku.

Biraz da Dijital Detoks Yaptırmak Zamanıdır.

Peki Ne Yapabiliriz?

Giderek daha fazla sayıda Z kuşağı insanı için gereken cevap: Kapaklı telefonlar!

Z kuşağı gençleri internetten önceki dünyanın nasıl bir yer olduğunu bilmiyorlar ve akıllı telefonlardan ve sosyal medyadan uzaklaşmak, dijital çağda bir gencin yapabileceği en "anti-kültürel" şeylerden biri.

Geri kalanımız bağlanabilirliğimize sınırlar koyabilir. Bu, bildirim almadığımız sessiz saatler belirlemek veya ekran süresini sınırlamak için uygulamalar kullanmak anlamına gelebilir. Bağlanabilirliğin sınırlarını zorlamaya yönelik bitmek bilmeyen arayışımızda bazen kendi sınırlarımızı unutuyoruz. Cebinizde bir süper bilgisayar bulundurmanın faydaları yadsınamaz, ancak sınırsız bilgiye erişim ile tüm bu bilgileri işlemek için yalnızca bir beynimiz olduğu gerçeği arasında bir denge bulmamız gerekiyor.

Ardışık Kutuplu Daimi Mıknatıslı Elektrik Motoru : Üst Düzey Performans İçin Geleceğe Yönelik Tasarım

Son yıllarda, sabit mıknatıslı elektrik makineleri, yüksek güç yoğunluğu, yüksek verimlilik seviyesi ve yüksek güvenilirlik gibi sayısız avantajları nedeniyle çok çeşitli endüstriyel uygulamalarda önemli ölçüde popülerlik kazanmıştır. Ancak, son ekonomik krizler motor maliyetlerini önemli bir rekabet faktörü haline getirmiştir. Mıknatısların fiyatı, dengesiz malzeme arzı nedeniyle artmıştır [1]. Maliyetteki bu artış, sabit mıknatıslı makineleri olumsuz etkileyerek maliyet-etkinlik kriterlerini düşürmüştür.

Bu sınırlamayı karşılamak üzere, ardışık kutuplu daimi mıknatıslı makineler (CPM: Consequent Pole Permanet Magnet Machines) gibi alternatif topolojiler araştırılmış ve bunlar Rotor Yüzeyinde Sabit Mıknatıslı motorlar ( SPM :Surface Permanet Motor) için uygun adaylar olarak temayüz etmişlerdir. Aslında, adından da anlaşılacağı gibi, CPM'de, ek kutuplar olarak görev yapan ferromanyetik parçaların yardımıyla, aynı mıknatıslama yönüne sahip mıknatıs kutupları sürekli yön değiştirir bir düzende tasarlanırlar. Sonuç olarak, motor Şekil 1 (b)'de gösterildiği gibi mıknatıs miktarı olarak yarıya düşecek şekilde oluşur.

SPM (a) ve CPM (b)'e ait Rotor Konfigürasyonları

Motor Tasarım Özellikleri

Aşağıda, aynı geometrik parametreleri paylaşan ancak manyetik kutup sayısına göre farklılık gösteren iki elektrik motoru incelenmektedir: 10 mıknatıs ile karakterize edilen SPM ve 5 mıknatıs barındıran CPM. Stator, çift katmanlı konsantre sargı konfigürasyonu ile karakterize edilmiş ve özellikleri her iki yapı için de aynı tutulmuştur. Rotor ve stator çekirdekleri M36'dan oluşurken mıknatıs malzemesi N4212'dir. Motor özellikleri aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.

Tablo: Motor Özellikleri CPM & SPM

EMWorks Çözümü ve Sonuçları

EMWorks2D'nin SOLIDWORKS’te hareket analizi ile birleştirilmiş geçici hal/tranzient manyetik incelemesi , 2D konfigürasyona dayalı olarak yüksüz ve yüklü koşullar altında her iki model performansını simüle etmek ve karşılaştırmak üzere aşağıdaki adımlarda gerçekleştirilmiştir.

 

Yüksüz Analiz

Şekil 2: CPM & SPM için Vuruntu Moment Eğrileri

Vuruntu momenti (cogging torque) açık devre koşullarında değerlendirilen ve mıknatıslar ile stator dişleri arasındaki etkileşimden kaynaklanan önemli bir parametredir. Bu moment yük altında çalışma sırasında dalgalanmaların artmasına neden olabileceğinden istenmeyen bir durum olarak kabul edilir. Şekil 2'de her iki topoloji için öngörülen vuruntu momenti gösterilmektedir. Grafikten, CPM'nin tepeden tepeye vuruntu momentinin SPM'ye kıyasla belirgin şekilde azaldığı görülmekte olup mıknatıs miktarı yarıya düştüğü için bu sonucun meydana gelmesi olağandır.

Şekil 3 : CPM ve SPM için Faz Ters EMF Karakteristikleri

Şekil 3, her iki ters elektromotor kuvveti (back EMF)’ne ait dalga biçiminin de 500 rpm hızda sinüzoidal bir şekil aldığını göstermektedir. SPM motoru tarafından üretilen maksimum ters EMF'nin CPM topolojisinden %17,7 daha yüksek olduğu fark edilebilir.

Yüklü Analiz

Şekil 4:  SPM & CPM için Faz Akı Bağlanımı Eğrisi

Şekil 4, yük altında her iki makine için faz akı bağlanımına ait dalga şekillerini göstermektedir. Burada stator sargısı 20 A'e eşit bir akımla beslenmiştir. SPM'nin maksimum akı değeri 0,186 weber'dir. Öte yandan, demir kısımların güney kutbu olarak işlev gördüğü CPM'de maksimum akı değeri 0,175 Wb'ye ulaşır.

Şekil 5: SPM & CPM için Elektromanyetik Moment Eğrisi

Ardışık kutuplu motorun (CPM ) yük altındaki performansı, elektromanyetik momentin tahmin edilmesi üzerinden değerlendirilir. Moment açısı, amper başına maksimum moment karşılık gelen çalışma noktası değerine ayarlanır. Şekil 5, her iki makine topolojisi için, meydana gelen elektromanyetik moment konumlarının tahmine dayalı karakteristik özelliklerini göstermektedir. SPM için ortalama moment 22,7 Nm iken, CPM durumunda 17,9 Nm'ye eşittir.

Şekil 6: SPM için Yüksüz Çalışmada Akı Dağılımı

                                      

Şekil 7: CPM için Yüksüz Çalışmada Akı Dağılımı

Şekil 6 ve 7, bahsedilen topolojilerin manyetik akı çizgisi dağılımını ve akı yoğunluğu haritalamasını göstermektedir. SPM'nin CPM'ye kıyasla daha yüksek bir doygunluk seviyesi tanımladığı fark edilebilir, çünkü bu topolojde CPM’in iki katı mıknatıs miktarı kullanılmaktadır. Kutup malzemesindeki değişikliğe rağmen toplam oluk ve kutup sayısı aynı kaldığından, akı çizgileri her iki makine için de benzer davranış sergilemektedir.

Sonuç

Geleneksel rotor yüzeyinde sabit mıknatıslı motor ile ardışık kutuplu bir motor arasında sonlu eleman analizine dayalı bir karşılaştırma, açık devre ve akım ikaz modlarında oluşturulmuştur. EMWorks2D platformu ile moment, ters EMF, akı bağlanımı ve akı yoğunluğu gibi elektromanyetik özellikler tahmin ve analiz edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, ardışık kutuplu makinenin (CPM ), makul bir fiyatla ilginç performans seviyelerini karşıladığı için geleneksel motorlara verimli bir alternatif olduğu sonucuna varılmıştır.

Fotovoltaik Güneş Enerjı̇ Sisteminin Adım Adım Kurulumu ve Bakımı Üzerine Teknik Rapor

1.0 GİRİŞ

Son yıllarda güneş enerjisi, evlerde ve endüstriyel sahalarda farklı kullanımlar için elektriksel gücün genel anlamda verimsizliği ve hiç bir şekilde mevcut olmaması nedeniyle insanların daha fazla ilgisini çekmektedir. Dünyanın, enerji kaynağı olarak doğal gaz ve suyun kullanıldığı pek çok ülkede olduğu gibi fosil yakıt rezervlerinin hızla tükenmesi nedeniyle büyük bir tehditle karşı karşıya olduğu bilinen bir gerçektir. Endüstriyel makine ve ev aletlerinin verimli şekilde çalışabilmesi için insanlarda sürekli bir güç/enerji kaynağı eksikliğine karşı giderek artan bir duyarlılık oluşagelmektedir. Bu durum, güneş enerjisi gibi diğer enerji üretim yöntemlerinin acilen araştırılması ihtiyacını doğurmuştur. Araştırmalar, geleneksel olmayan enerji kaynaklarından enerji elde etmek için güvenilir ve güçlü sistemlerin geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Güneş enerjisinin hasılatı son on yılda muazzam bir hızlı büyüme süreci yaşamış olup bu enerji türü bol miktarda bulunan ve kirliliğe neden olmayan bir kaynak haline gelmiştir. Bu makale, evlerde güneş enerjisi kurulumu için gereken temel bileşenleri listelemektedir; bunlara güneş panelleri (PV modülleri), Şarj kontrolörü, Akü, İnvertör, Bağlantı kabloları dahildir.

Fotovoltaik (Güneş) Güç Sistemine ait Bileşenler

2.0 GÜNEŞ ENERJİSİNİN BİLEŞENLERİ

Güneş enerjisi hasılatı için gereken ekipmanın tasarımı ve kurulumu, bu ekipmanı satın almak için bir miktar para beraberinde uygun bilgi, eğitim ve beceri ile yapılabilecek mutlak manada kolay bir iştir. Güneş enerjisi kurulumu için ihtiyacınız olan bileşenlerden bazıları aşağıda listelenmiştir:

 Güneş sistemi

 Güneş panelleri (fotovoltaik PV modülleri)

 Şarj kontrolörü

 Pil

 İnvertör

 bağlantı kabloları

 Aletler (Ampul, TV, Vantilatör vb.)

 

1.Güneş Sistemi

Güneş Sistemi, Güneş ve Güneş'in etrafında dönen, gezegenleri ve uydularını da içeren her şey olarak tanımlanabilir. Başka bir yıldızın yörüngesinde dönen bir grup gök cismi olarak da adlandırılabilir. Bu makalede güneş sistemi, Dünya ve Güneş'i içeren sistemi ifade etmektedir. Güneş enerjisi, güneşten gelen enerjidir. Bize ışık ve ısı şeklinde gelir. Türkiye güneşten günlük yaklaşık 3.276 x 10^12 kWh, yıllık 1.195 x 10^15 kWh enerji almaktadır ve ülkemiz, güneş enerjisi kurulumu için etkin bir şekilde kullanılacak ve ülkede ortaya çıkabilecek büyük bir güç sistemi arızasında tam bir can simidi olabilecek yaklaşık 4.2 kWh/m^2 ortalama güneş ışınımına sahiptir.

2.Güneş panelleri (fotovoltaik PV modülleri)

Bir güneş pili veya fotovoltaik hücre, fotovoltaik etki sayesinde ışığı doğrudan elektriğe dönüştüren bir cihaz olarak tanımlanabilir. Güneş enerjisinde fotovoltaik sistemler doğrudan güneş ışığını kullanarak elektrik üretir. Güneş enerjisinde termal sistemler aktif veya pasif olarak güneş enerjisini toplar, taşır ve bunu ısı üretmek için kullanır. Işık radyasyonunun emilmesi nedeniyle bir yarı iletkende (daha çok silisyum tabanlı) p-n jonksiyonu/eklenme noktası boyunca gerilim üretilmesine fotovoltaik etki denir. Bu etkiye dayanan cihazlara fotovoltaik cihaz denir. Güneş paneli, güneş enerjisini (güneşten gelen enerji) aküsünü şarj etmek üzere elektriğe dönüştürür. Daha etkili kullanım maksadıyla, bir evde ihtiyaç duyulan elektrik gücünü sağlayabilecek bir aküyü şarj etmek üzere kayda değer miktarda güneş ışığını toplamak amacıyla birden fazla güneş paneli (güneş pilini içeren tekil, ortalama 1,5 -2 m2 alana sahip karkaslı modül/yapı) elektriksel olarak bağlanarak fotovoltaik dizi (array) oluşturulur. Bu panellerin temel bileşeni güneş hücresidir. Bu hücreler üretim teknolojisi olarak, monokristalin, polikristalin, ince film teknolojileri, amorf kristalin, kadmiyum telurid, galyum indiyum fosfit, boyaya duyarlı, bakır çinko kalay sülfit, organik, perovskite gibi çok sayıda alt türe ayrılır. En pahalı olanı monokristalin olup yüksek verim sağlarlar.  Son yıllarda ince film teknolojileri öne çıkmakta olup en önde geleni perovskit malzemelerdir. Laboratuvar ortamında tandem katmanların giderek daha da geliştirilmesiyle monokristalin hücre verimlerini aşan özel tasarımlar gerçekleştirilebilmektedir. İnce film teknolojileri ucuz olmaları nedeniyle tercih edilse de düşük verimleri nedeniyle tüm teknolojileri içeren global  üretim yelpazesinde yüzde 10'u aşmayan bir ağırlığa sahiptir. Güneş paneli bağlantıları, verimli ve faydalı bir çalışma için iki farklı şekilde yapılır. 

 Seri bağlantılar.

 Paralel bağlantılar.

2.1) Seri bağlantı

Seri bağlantı basitçe güneş panelinin pozitif terminallerini diğerinin negatif terminallerine bağlamaktır. Çıkış voltajı, dizideki tüm modülün voltajının toplamına eşittir ve çıkış akımı, tek bir güneş enerjisi için akımın eşdeğerine eşittir. Seri bağlantıda tüm akımlar eşitken, gerilimler bireysel gerilimlerin toplamıdır.

Fotovoltaik Güneş Panellerinin Seri Bağlantısı

Seri bağlandığında, gerilim bu panellerin gerilimlerinin aritmetik toplamına eşittir, seri olduklarında amperaj aynı kalır ve eşittir.

2.2) Paralel bağlantı

Paralel bağlantı basitçe güneş panelinin pozitif terminallerini bir sonrakinin pozitif terminallerine ve negatif terminallerini bir sonrakinin negatif terminallerine bağlamaktır. Bu bağlantı türünü kullanırken gerilim aynı kalır ancak amperaj yani akım değeri kullanılan panellerin akımlarının aritmetik toplamı kadardır. Yani, çıkış gerilimi dizideki tek bir güneş panelinin eşdeğer gerilimine eşittir ve çıkış akımı, dizideki tüm güneş panellerinin akımlarının toplamına eşittir.

Fotovoltaik Güneş Panellerinin Paralel Bağlantısı

Paralel bağlı güneş panelleri ile daha fazla akım (amperaj) elde edilirken gerilim panel gerilimine eşittir.

3) Şarj Kontrol Cihazı

Şarj kontrol cihazı güneş enerji fotovoltaik sistemin akülerini şarj etmek için kullanılır, akünün aşırı şarj veya aşırı deşarj olmamasını sağlar; akü tamamen şarj olduğunda güneş panelinden enerji akışını durdurur ve akü minimum seviyeye boşaldığında ona bağlı her DC yükünü devreden çıkarır. Bu şarj kontrolörleri programlanabilme özellikleri sayesinde akülerinizin şarj rejimini gerektiği şekliyle regüle ederek düzenlemektedir. Bu programların kalitesi akülerinizin ömrünü belirler. Bu nedenle sadece kaliteli şarj kontrolörleri kullanılmalıdır, çünkü aküler herhangi bir güneş enerjisi sistemi kurulumunun en pahalı parçasıdır. DC yükler doğrudan şarj kontrolörünün çıkışından beslenir. Uygun nitelikte bir şarj kontrolörü seçme prosedürü, PV dizisinin çalışma gerilim ve akımının belirlenmesiyle başlatılır. Yani şarj kontrolörü, güneş PV dizisi tarafından üretilen maksimum akım ve gerilim altında uygun şekilde çalışabilecek şekilde boyutlandırılmalıdır.

4) Akü

Akü, gün boyunca güneş paneli tarafından üretilen elektrik yükünü depolar. Yük tarafına yeterli elektrik sağlanamadığında güneş panelinin çıkışına yardımcı olur. Aküler, herhangi bir güneş enerjisi sisteminin önemli maliyet unsurlarından biridir ve güneş enerjisi sistemindeki en kırılgan nitelikteki bileşenidir. Akü, bulutlu havalarda ihtiyaç duyulan elektriksel gücü sağlamak için yeterli Amp.saat depolama kapasitesine sahip olmalıdır. Aküler sığ çevrim deşarjlı (otomobillerde marş sistemi için) veya derin çevrim deşarjlı (PV sistemi için) olabilir. Sığ çevrimli aküler Ah kapasitelerinin günde sadece %10 ila %20'sini boşaltırlar, bu noktadan sonra yeniden şarj etmeden boşaltmak akü ömrünü kısaltır. Derin döngülü aküler, Ah kapasitesinin %60 ila %80'inin boşalmasına izin verecek şekilde tasarlanmıştır. 1 amperlik deşarj hızına sahip bir akü, 4 amperlik deşarj hızına sahip bir aküden daha yüksek bir Ah kapasitesine sahip olacaktır. 100 saat boyunca 1 amper verebilen bir akü 100Ah @ C100 kapasiteye sahiptir. Aynı akü 20 saat boyunca yalnızca 4 amper verebilir. O zaman kapasitesi 80Ah @ C20'dir. C100, 100 saat boyunca deşarj olmuş, C20 ise 20 saat boyunca deşarj olmuş anlamına gelir. En çok kullanılan türleri kurşun-asit, lityum-iyon, nikel kadmiyum ve akış tır.  Son yıllarda güneş enerjisi uygulamalarında lityum iyon piller yaygınlık kazanmıştır.  Aküler seri ve paralel bağlanır.

5) İnvertör

Bu, 12 volt DC akımı evdeki elektrikli cihazlarınıza güç sağlamak için 110-120 volt AC akıma dönüştürecek olan ekipmandır.

İnvertör, AC cihazlarda kullanılmak üzere aküden gelen doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) çeviren bir cihazdır. Akü invertöre DC voltajı sağlar ve invertör DC voltajını normal AC voltajına dönüştürür. Bir güneş PV sisteminin çıkışı, ihtiyaç duyulan elektrik yükünün türüne bağlı olarak DC veya AC olabilir. Eğer bir DC yüke güç sağlamak için kullanılıyorsa, o zaman bir invertöre gerek yoktur. Ancak elektrik yükü AC olduğunda invertör gereklidir. Fotovoltaik güç sistemine özel invertör tercih edilebilir; Fotovoltaik sistem invertörlerinin fotovoltaik dizilerde maksimum güç noktası izleme ve ada modda çalışmaya karşı koruma gibi bazı özel işlevleri vardır. Modifiye sinüs dalgası ve saf sinüs dalgası invertörlerini içeren iki tür invertör vardır.

Not: İnvertörün boyutu, kullanmayı planladığınızın yaklaşık üç katı olmalıdır, bunun nedeni tüketici ürünlerinin her zaman en iyi bileşenleri kullanmamasıdır ve bu, ünitenizin, nominal değerleri düşük bir cihaz satın alıp onu önünde sonunda bozulmaya/yanmaya zorlamanız durumuna kıyasla daha uzun süre dayanmasını sağlamanın bir yoludur. Bir invertör satın almadan önce aşağıdakileri göz önünde bulundurmanız gerekir:

i. Maksimum yük; derecelendirme, herhangi bir zamanda çalıştırılacak tüm ac yüklerin watdeğerinden daha büyüktür.

ii. Maksimum dalgalanma; İnvertör, motorlar bağlanacaksa dalgalanacak şekilde tasarlanmıştır.

iii. Çıkış gerilimi

iv. Giriş akü voltajı gereksinimleri.

6) Kabloların Bağlanması

Bir bileşeni diğerine bağlamak için kullanılırlar. Üretilen elektrik (elektrik akımı) bunların üzerinden yüke akar. Tavsiye edilen kablo boyutu 2,5 mm'dir

3.0 GÜNEŞ ENERJİSİNİN ADIM ADIM KURULUMU

Fotovoltaik güneş enerjisi santrali kurulumu çok kolaydır. Ancak asıl işe başlamadan önce halletmeniz gereken en önemli meseleler, kurulumun gerçekleştirileceği konut/ev için toplam elektrik tüketimini bilmektir. Bu da, tüm sistem bileşenlerinin kapasitesini, toplam panel sayısını, aküleri ve şarj kontrolörünün kapasitesini ve gereken uygun invertörü tespit amacıyla güç değerlerini kontrol etmek üzere tüm tüketici cihazların tüketim ve güç özelliklerini bilmekle olur. Akabinde bileşenler gerçek kurulumdan bir gün önce sahaya taşınır. Kurulumdaki aşamalar şunları içerir:

1-Fotovoltaik PV modüllerini düzenleyin: Panelin arkasındaki etiket değerleri arasında maksimum watt, voltaj ve amper bulunur. Bundan sonra, paneli gerekli ihtiyaca göre kablolayın. Tercihen paralel bağlantı kullanmak faydalıdır (akımlar eklenirken voltajlar aynı kalır). Daha sonra paneli/modülü binanın çatısına 4-5 cm boşluk bırakarak ve çatı yüzeyine paralel olarak monte edin. Fotovoltaik modülü yere de monte etmek mümkündür. Fotovoltaik panel dizisinin genellikle gün ve mevsim boyunca sürekli değişen güneş ışınlarına dik olarak yerleştirilirmesi en tercih edilir durum olacaktır. Ülkemizde bulunduğumuz enlem dolayısıyla teknik olarak 20 derece açı ile kurulum yapılması gerekir.

2. Şarj kontrolörü: Güneş PV dizisini kurduktan sonra yapılacak bir sonraki şey, şarj kontrol cihazını (akünün aşırı şarj veya aşırı deşarj olmamasını sağlamak için kullanılır hatırlayalım! ) daha ince kesitte kablolar kullanarak doğrudan güneş panellerinin çıkış terminallerine bağlamaktır.

Not: DC yükler doğrudan şarj kontrol cihazına bağlanabilir. Bağlantıdan sonra, bir sonraki adım olan akünün bağlanmasına geçiyoruz..

3. Akü: Aküler, ihtiyacınıza bağlı olarak seri veya paralel bağlantıda düzgün bir şekilde bağlanır ve ardından aküyü şarj kontrol cihazında seçilen / gösterilen bağlantı noktası üzerinden bu cihaza bağlayın. Bağlanacak bir sonraki şey invertördür.

4. İnvertör: Bir sonraki kurulum sırası invertörde olup , yukarıda anlattığımız gibi invertör, AC yüklerimize güç sağlamak için, güneş panelinden aküye gelen DC özellikli akımı AC akıma dönüştürür. Akü terminalini 2,5 mm kablo ile invertöre bağlayın. Son olarak, invertörden evdeki harici yüke elektriksel bağlantıyı oluşturun.. İnvertörün elektriksel kapasitesi fotovoltaik panel dizisininki ile aynı olmalıdır.

4.0 FOTOVOLTAİK GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİNİN BAKIMI

Güneş panellerinin hareketli parçaları yoktur ve bu nedenle potansiyel anlamda mekanik arıza noktaları yoktur. Bu nedenle uygun şekilde kurulmuş PV sistemi çok az bakım gerektirir. Evde kullanım için güneş enerjisi sisteminin kurulumunun ardından, en iyi bakım uygulaması, başta aküler ve paneller olmak üzere tüm elektrik kontaklarının yeterince temas sağladığından emin olmak için ekipmanı genel hatlarıyla incelemektir. Önleyici ve düzeltici bakımı içeren iki bakım tekniği ile sistemi çalışır durumda tutabiliriz. Güneş enerjisi sisteminin farklı bileşenlerinin bakımına bir göz atalım:

1. Güneş Panellerinin Bakımı :Fotovoltaik panel dizisini, günün serin saatlerinde özellikle gözle görülür bir toz ve kir birikimi olduğunda yıkamalısınız. Tüm kabloların ve destek noktalarının sağlam olduğundan emin olmak için sistemi periyodik olarak inceleyin. Ayrıca, panellerinizi gölgeleyen herhangi bir bitki yahut ağaç büyümesinin söz konusu olup olmadığını ve yine panel ve bağlantı kutularında kuş yuvaları bulunup bulunmadığını kontrol edin. Sistemin performansının bir önceki yılın değerlerine yakın olup olmadığını görmek için sistemin çıkışını yıllık olarak gözden geçirin (panel dizisinin her zaman temiz olduğunu varsayarak). Panellerin cam muhafazasını münkün mertebe sert cisimlerle çizmeyin.

2. Akü Bakımı: Akü, fotovoltaik güneş enerjisi sistemlerinde çok önemli bir bileşendir ve bu nedenle uygun bakım yapılmalıdır. Uzun ömürlü olmaları isteniyorsa akü aylık olarak temizlenmeli, elektrolit seviyeleri kontrol edilmeli ve yüksek şarj durumunda tutulmalıdır. Aküleri temizlerken akü asidine dikkat etmek ve terminallere kısa devre yaptırmamak gerekir. Asit dökülmesini önlemek için temizlik sırasında aküyü dışarıya çıkarmalı, dökülen elektroliti durulamak için yakınlarda bol miktarda su bulundurmalıdır.

3.Şarj Kontrol Cihazı Arızası: Şarj kontrol cihazı, akü gerilimi kullanılan akü tipi için belirlenen ayar gerilimini aşar veya akülerdeki elektrolit ciddi şekilde kabararak akü plakalarının üstlerinde çok fazla nem birikmesine neden olursa bozulabilir. Akü grubu kapasitesi uygun seçilmemişse şarj kontrolörü yine arıza verme ihtimali taşır.

4) Sistem üzerinde alınması gereken bazı genel önlemler/bakımlar şunlardır:

4.1) Tüm konektör şeritleri, kontrol düğmesi, anahtarlar vb. üzerindeki vidaların sıkılığını gözlemleyin, uygun şekilde temasta olduklarından emin olun. Bu daha çok eski veya açıkta kalan kablolar için önemlidir.

4.2) Böceklerin orada yuva kurmadığından emin olmak için bağlantı kutularına bakın ve ayrıca dış hava şartlarına maruz kaldıklarında bu kutuların su geçirmez olduklarından emin olun.

4.3)Düzgün çalışır durumda olduklarından emin olmak için anahtarları inceleyin.

4.4) Sigortaların muayene anı itibarı ile atıp atmadığını kontrol edin. Atmışsa, nedenini bulun ve aynı boyutta yenisiyle değiştirin veya onarın.

4.5) Şarj kontrol ünitesindeki gösterge lambalarını inceleyin. Fotovoltaik güneş sistemine ait şarj kontrol cihazı göstergesi güneş doğduğunda “açık/devrede”olmalıdır. Eğer yanmıyorsa. akülerin şarj edilip edilmediğini kontrol edin. Diğer LED gösterge lambalarının çalışıp çalışmadığını kontrol edin (yani akü dolu ve düşük gerilim).

4.6) Sağlam olduklarından emin olmak için topraklama kablolarını kontrol edin.

5.0 SONUÇ

Bu çalışmada bir fotovoltaik güneş enerjisi sistemi ele alınmıştır. Özel bir ev, çiftlik evi, küçük bir şirket, bir eğitim kurumu için enerji ihtiyacının bir kısmı, kullanılan sahadaki ihtiyaca bağlı olarak güneş enerjisinden üretilen elektrikle sağlanmıştır. Bu sistemin varlığı tek bir kaynağa olan bağımlılığı azaltır ve enerji güvenliğini arttırır. İnsan doğasına uygun olarak, bilhassa özel mülk durumundaki konutlarda kişilerin bireysel çıkarlarına yönelik bir üretimi teşvik yöntemi sayesinde bu tür bir sistemin verimliliğini artırmak mümkündür. Fotovoltaik sistemler uygun maliyetli, çevresinde kirlilik yaratmayan ve bakım gerektirmeyen sistemlerdir. Geleneksel enerjinin kolaylıkla temin edilemediği uzak yerlerde kullanılabilirler.

Mikro ElektroMekanik Sistemler (MEMS) ve Uygulamaları

Mikro-elektro-mekanik sistemler (MEMS) birçok uygulama için önemli bir teknolojidir ve çeşitli alanlardaki işlevler için uzun yıllardır kullanılmaktadır. Bu eski bir teknoloji olsa da, üretim teknolojisindeki ilerlemeler sayesinde, giderek özellikler daha güçlü, cihazlarsa daha küçük hale gelmekte ve daha fazla malzeme ile MEMS üretilebilmektedir. Birçok farklı malzemeyle daha fazla özellik, yapı ve cihazın üretilebiliyor olması MEMS için geniş bir uygulama sahası imkanı doğurmuştur.

Güzel ve faydalı bir video linki veriyorum:    (TIKLAYINIZ) 

 MEMS nedir?

MEMS, işlevsel bileşenler oluşturmak için hem mekanik hem de elektrikli bileşenleri bir araya getiren küçük entegre sistemlerdir. MEMS'in çeşitli unsurlarını üretmek ve tüm ayrı bileşenler için kullanılan malzemelerin bileşimini yapılandırmak ve değiştirmek için birçok farklı süreç vardır. Bunlar, elektronik bileşenlerin üretimi için entegre devrelerin kullanımından mekanik bileşenlerin üretimi için çeşitli gelişmiş mikro işleme, litografi ve biriktirme yöntemlerine kadar uzanmaktadır.

 MEMS cihazları birçok bileşenden oluşur ve nispeten karmaşık olabilir. Çeşitli bileşenler silikon, çeşitli metaller, seramikler ve polimerik malzemeler gibi birçok malzemeden yapılabilir. Bir MEMS cihazının bileşenleri mikrometre aralığında üretilir, ancak çok sayıda bileşen içerse bile cihazın tamamı buna rağmen birkaç milimetre boyutunda olabilir.

Yüzeysel Mikroimalatlı MEMS Rezonatör ( Firma: MNX )

 MEMS'in önemli uygulamaları

MEMS cihazları, bir silikon çip üzerinde birçok farklı mekanik mikro yapı, mikro sensör, mikro aktüatör ve mikroelektronik içermektedir. MEMS'teki çok sayıda bileşen nedeniyle, onunla oluşturulan tüm bileşenler mikro düzeyde algılama, kontrol ve harekete geçirme işlevlerine yönelik olarak tasarlanabilirken makro düzeyde işlevler ve avantajlar da sunarlar. Örneğin, MEMS kullanılarak optik, radyasyon, termal, manyetik, kimyasal ve mekanik aktüatörler de dahil olmak üzere birçok farklı aktüatör geliştirilmiştir. MEMS cihazlarının bu geniş yelpazesi ve kullanılabilecek bileşen ve malzeme sayısı göz önüne alındığında, MEMS için özellikle endüstriyel, otomotiv, fotonik, yaşam bilimleri ve RF sektörlerinde birçok önemli uygulamasının bulunduğu görülecektir.

 Algılama uygulamaları alanından bahsedilecek olursa MEMS, basınç sensörleri, ivmeölçerler, radyasyon sensörleri, termal sensörler, manyetik sensörler, akış sensörleri, gaz sensörleri, kimyasal sensörler ve biyolojik sensörlerde kullanılmaktadır. Bazı endüstrilerde, basınç sensörleri yüksek sıcaklıklara sahip endüstriyel ortamlarda ve tıbbi uygulamalarda kullanılır. Bazı otomotiv uygulamalarında, hava yastığı açılma sensörü görevi gören ivmeölçer ve karbon monoksit konsantrasyonunu ölçmek için gaz sensörü olarak kullanılır

 Endüstriyel sektörde MEMS, sıvı nozulları, menteşe mekanizmaları, termal inkjet yazıcı kafaları, mikromekanik valfler, mikropompalar ve veri depolama cihazlarındaki mikrokonumvericiler olarak belirli uygulamalar için kullanılmaktadır. MEMS ayrıca ekranlar, kızılötesi görüntüleme uygulamaları, projeksiyon ekranları, fiber optik iletişim cihazları, ayarlanabilir lazerler, optik anahtarlar, fotonik anahtarlar ve dalga boyu bağlama uygulamaları gibi optik ve fotonik uygulamalarda da yaygın olarak kullanılmaktadır.

 Çeşitli tıbbi ve yaşam bilimleri uygulamalarında MEMS kullanılmaktadır. MEMS, karıştırma ve pompalama bileşenlerinin bir parçası olarak mikroakışkan cihazlarda, hücre kültürlerini ve DNA'yı (ve bunların hibridizasyonunu) analiz edebilen mikroelektrot dizilerinde ve çip üzerinde PCR ve çip üzerinde elektroforez cihazlarında kullanılmaktadır.

 MEMS'in sıklıkla kullanıldığı bir diğer özel alan ise RF uygulamalarıdır. MEMS bileşenleri mikromekanik kapasitörler ve indüktörler, mikroelektromekanik rezonatörler, mikroelektrostatik rezonatörler, kiriş rezonatörler, bağlanmış rezonatör-bant geçiren filtreler, mikroelektromekanik anahtarlar, membran şönt anahtarlar ve konsol (cantilever) anahtarlarda kullanılmaktadır.

Mikroelektrostatik (Comb-Drive) MEMS Rezonatör

MEMS uygulamalarının yelpazesi burada sunulabileceklerin ve hatta MEMS'in gerçek tanımının çok ötesine geçmektedir. MEMS'i diğer karmaşık sistemlerden ayıran tanımlanmış özellikler olsa da, mikrometre boyutundaki cihazları kullanan diğer entegrasyon teknolojileri ve bunların kullanıldığı alanlarla da bazı örtüşmeler vardır. Bu nedenle, MEMS ve diğer benzer entegrasyon sistemleri genellikle mikrosistem teknolojileri (MST) terimi altında özetlenmektedir. Bunun bir örneği MEMS'e benzeyen mikro-opto-elektromekanik sistemlerdir (MOEMS). Bununla birlikte, mekanik ve elektronik bileşenlere ek olarak MOEMS, belirli işlevleri yerine getiren ve bileşene farklı makro özellikler ve işlevsel kapsamlar kazandıran minyatürleştirilmiş optik donanım ve özellikler de kullanır.

 Sonuç

MEMS, birçok farklı elektronik ve mekanik bileşen içeren ve bu bileşenlere dayalı farklı işlevlere sahip karmaşık ve çok yönlü sistemlerdir. MEMS için kullanılabilecek çok çeşitli malzeme ve bileşenler nedeniyle, endüstriyel üretim, otomotiv, yaşam bilimleri, RF, optik ve fotonik dahil olmak üzere birçok farklı sektörde çok sayıda uygulama için tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Üretim yöntemlerindeki ilerlemelerin her zamankinden daha büyük işlevselliğe sahip daha küçük boyutlara yol açmasıyla, uzun yıllardır mevcut olan MEMS uygulamalarının kapsamının büyümeye devam etmesi muhtemeldir.

MacAdam Elipsi

 Bilhassa Led lambaların üretim kalitesinden bahsedilecek olduğunda karşımıza çıkan MacAdam Elipsi aydınlatma tekniğinin önemli bir kavramı olarak karşımıza çıkıyor.

Konuya ilgi duyanlar için ingiliz dilinde 2 video veriyorum: 

MacAdam Ellipses Video in Youtube

Bridgelux Dedication To The Quality of Light

Şimdi  gelelim yazımıza. Wikipedia sitesinde bulunan bilgileri türkçeye kazandırdık ve anlatılanlar kısaca şöyle: 

David L.(ewis) MacAdam'a göre MacAdam elipsi, CIExy (renksellik) diyagramında,referans renk tonu etrafında yer alan ve sınırları içerisinde mukayese renklerinin eşit uzaklıkta algılandığı sahadır. 

MacAdams Elipsi

Problem

MacAdam, 1931 yılında renk uzayını karakterize etmek için ortaya konan CIExy diyagramı ile renk tonları arasında beliren renk kontrastlarının algılanması arasındaki uyumsuzluk üzerinde uzun ve sıkı bir şekilde çalıştı. Kendisi bir süre sonra CIExy diyagramındaki mesafelerin algılanan mesafelere karşılık gelmediğini keşfetti: 

Diyagramdaki herhangi bir referans renk tonuna eşit uzaklıkta olan renk tonları, normal görüşlü, renk körü olmayan denekler tarafından farklı renk kontrastı seviyelerine sahip olarak algılanmaktadır.

Bu nedenle eşit şiddetli renk kontrastları, daha önce varsayıldığı gibi CIE tabanındaki referans renk tonunun etrafındaki bir dairenin dış çizgisi üzerinde değil, tam olarak bir MacAdam elipsinin dış çizgisi üzerinde yer alır. Üç boyutlu CIE renk uzayı için koşullar daha da karmaşıktır ve bu halde elipsoitlerle hesaplama gerçekleştirilir.

Çözüm

Bu sorun, CIE-xy renk uzayının uygun şekilde işlemsel olarak dönüştürülmesiyle çözülebilir. Henüz CIE sisteminin geliştirilmesinin başlangıcındayken bu renkölçüm (colorimetry) sorununu çözmek için çeşitli girişimlerde bulunulmuştur. Yıllar içinde CIE, renk algısına daha iyi karşılık veren çeşitli renk uzayları ve renk çizelgeleri geliştirmiştir. Bunlar arasında
CIE 1960 UCS (1960)
CIE L*u*v* (CIELUV) (1976) ve
CIE L*a*b* (CIELAB) (1976). sayılabilir.

CIELUV ayrıca bir "yan ürün" olarak, CIE 1960 UCS renk tablosundan daha iyi bir eşuzaklığıyla, standart renk tablosuna karşılık gelen bir gösterime sahiptir.

CIE tavsiyelerinin aksine, CIExy renksellik diyagramı literatürde hala en sık kullanılan diyagramdır. MacAdam tarafından kabul edilen renk uyartısının algılanmasındaki renkselliğe bağlı hassasiyet, renk uzaylarında henüz tam olarak ortadan kaldırılamamıştır ve örneğin DIN99 renk uzayı aracılığıyla sürekli olarak değişikliklere ve iyileştirmelere uğramaktadır. Gelişen bilgisayar gücü sayesinde, 1931'dekinden daha yüksek hesaplama gücüne sahip formüller artık mümkündür, çünkü o zamanlar hesaplamalar sadece sürgülü cetvellerle veya elle yapılabiliyordu.

XYZ değerleri spektral dağılımdan türetilir ve CIE tarafından önerilen renk uzaylarının değerleri yalnızca bunlara ek olarak daha fazla dönüşüm gerçekleştirilmesiyle elde edilir. Y değerliği ve tetiklenen uyartı arasındaki logaritmik ilişkiye göre, XYZ renk uzayı, küp kök kullanılarak logaritmasal bir yaklaşımla Luv ve Lab renk uzaylarına dönüştürülür.

Yüksek Güç Uygulamalarında Disk Kondansatörler

Yüksek kapasitans değerleri gerektiren yüksek gerilim uygulamaları özel kondansatör teknolojileri gerektirir. Yüksek gerilim disk kapasitörleri, 50 kV'a kadar çalışma gerilimi, 5000 pF üzerinde kapasitans, düşük endüktans ve %0,5'in çok altında bir dağılım faktörü (DF) gerektiren uygulamalarda kullanılır. Tipik uygulamalar arasında enerji depolama ve lazer boşalması yer alır. X-ray sistemleri, yüksek gerilim güç kaynakları, parçacık hızlandırıcılar ve iyon pompaları gibi bir çok uygulamada yarım dalga gerilim katlayıcıları  kullanılır. Gerilim katlama için kullanılan bu devreler iki diyot, iki kapasitör ve bir AC giriş gerilim kaynağından oluşur.

 Yarım Dalga Gerilim Katlayıcı

Yarım dalga gerilim katlayıcının devre şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Pozitif yarım dalga süresince D1 diyotu, içinden akım akacak şekilde ileri yönde kutuplanmıştır. Bu akım C1 kondansatörüne akar ve onu giriş gerilimi nin tepe değeri (VM) ‘ne şarj eder. Ancak, D2 diyotu ters yönde kutuplanmış olduğu için C2 kondansatörüne akım akmaz. D2 diyotu C2 kondansatörüne akacak akımı engeller. Bu nedenle, C1 kondansatörü pozitif yarım dalga sırasında elektriksek yük olarak dolarken, C2 kondansatörü dolmaz.

  

Şekil 1: Yarım dalga gerilim katlayıcının devre şeması 

 Negatif yarım dalga süresince D1 diyotu ters yönde kutuplanmıştır.  Bu nedenle, negatif yarım dalga süresince C1 kondansatörü dolmaz.  Aksine bu kondansatörde depolanmış olan yük (Qm) boşalır.

 Negatif yarım dalga süresince, D2 ileri yönde kutuplanmıştır,  böylece giriş gerilimi VM ve C1 kondansatörünün gerilimi VM, C2 kondansatörününün gerilimine eklendiğinden C2 kondansatörü 2 VM değerine kadar dolar. Bu nedenle, C2 kondansatörü negatif yarım dalga süresince hem giriş besleme gerilimi VM hem de C1 kondansatöründeki gerilim tarafından doldurulur.  Nihai durumda  C2 kondansatörü 2VM büyüklüğünde bir gerilime sahip olacaktır.  Çıkış tarafından devreye bir yük bağlanırsa, C2 kondansatöründe  2VM gerilim altında depolanmış yük boşalır ve çıkışa doğru akar.

 Bir sonraki pozitif yarım dalga süresince D1 diyotu ileri ve D2 diyotu tıkama yönünde kutuplanmıştır.  Bu nedenle C1 kondansatörü VM’ ye kadar  dolarken C2 kondansatörü dolmadan kalır.  Ancak C2 kondansatöründe depolanan yük boşalır ve çıkış yüküne akar. Yarım dalga gerilim katlayıcı böylece çıkış yüküne 2VM'lik bir gerilim sürer.

 Excimer lazer

Eksimer lazerin çalışma prensibi, bir eksimer molekülündeki lazer etkisine dayanır. Bu, etki molekülün bağlı (birleşik) bir uyarılmış , ancak itici (ayrışan) bir temel duruma sahip olmasına dayanmaktadır. Ksenon ve kripton gibi soy gazlar çok inerttir ve normalde kimyasal bileşikler oluşturmazlar. Bununla birlikte, uyarılmış bir durumda (elektrik boşalmaları veya yüksek enerjili elektron ışınları tarafından tetiklenme durumunda ) kendileriyle (excimer) veya flor ve klor gibi halojenlerle (exciplex) geçici olarak bağlı moleküller oluşturabilirler. Bu şekilde uyarılan bağ, fazla enerjisini kendiliğinden veya uyarılmış emisyonla serbest bırakabilir, bu da temel durumda çok hızlı bir şekilde (bir pikosaniye mertebesinde) iki tane bağlanmamış atoma geri ayrışan güçlü bir itici molekülle sonuçlanır. Bunun sonuncunda da pompalama meydana gelir (Bkz : population inversion ).

 Uyarılmış durum bir elektriksel boşalma ile başlatılırsa, temel devre topolojisi tipik olarak bir kondansatör bankası olan depolama kondansatörünün bir flaş lambasında kullanılacağı şekilde oluşturulabilir.

  Darbeli uygulamalarda kondansatörleri doldurmak için en yaygın kullanılan yöntemler tam ve kısmi boşalmadır. Adından da anlaşılacağı gibi, tam boşalmada kondansatör her boşalmada sıfıra kadar boşaltılır.  Akabinde akım beslemesi etkinleştirilir, kondansatör ayarlanan gerilime kadar doldurulur ve boşalma döngüsü tekrarlanır. Yüksek gerilim kesme anahtarı genellikle bir SCR veya daha yüksek gerilimli uygulamalar için bir tiratrondur.

 Kısmi boşalmada, kondansatörden yüke boşalma esnasında devreyi açıp kapatmak için katı hal anahtarları kullanılır ve bu durum devre tasarımcısının temin edilen enerji ile birlikte darbe genişliğini değiştirmesine olanak tanır. Uygun olarak boyutlandırılan kondansatör genellikle her boşalmada enerjinin yalnızca küçük bir yüzdesinin kondansatörden eksilmesine olanak sağlayacak kadar büyük seçilir. Bu nedenle bu durumda "kısmi boşalma" terimi kullanılır.

 Her iki durumda da, güç kaynağının boyutunu belirlemek ve şarj süresini hesaplamak için standart formüller kullanılabilir. Bir uygulama için gereken enerji miktarını tahmin etmenin en kolay yolu bu formülleri kullanmaktır.

Sonuç

Disk kapasitörler oldukça basit bir prensibe dayanır, ancak modern üretim yöntemleri sayesinde çok zorlu uygulamalarda bile tercih edilmektedirler. Yüksek gerilimde sahip olduğu özellikleri ve kısa dolma boşalma  süreleri sayesinde hızlı bir şekilde yüksek güç sağlayabilirler ve bu nedenle modern üretim sistemleri için uygundurlar.

 

Havai Hatların Yerine Yeraltı Kabloları Kullanan Çok Yüksek Gerilim Şebekeleri

Mannheim Elektrik Sistemleri ve Elektrik Ekonomisi Araştırma Derneği'nin CableCop projesinde görevli araştırma ekibi, alternatif gerilim altında işletilen iletim hatlarının bazı kısımlarının yeraltına döşenmesinin çok yüksek gerilim şebekesi üzerindeki etkilerini araştırdı. Dört Alman iletim sistemi operatörü de proje ortağı olarak projede yer aldı. Uzmanlar şebeke planlaması için bulgularını bir kılavuzda özetlediler.

CableCop projesinin arka planında, enerji dönüşümünün yol açtığı şebeke genişlemesi bağlamında pek çok vatandaşın yeraltı kablolarını yerüstü elektrik hatlarına tercih etmesi yatıyor. Bir çok kişi bu hatların çevremizi ve genel peyzajı oılumsuz etkilediğini düşünmektedir.

Çok yüksek gerilim hatları şimdiye kadar çoğunlukla havai hatlar olarak inşa edildiğinden kablo teknolojisine yönelik araştırmalara büyük ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durum özellikle alternatif gerilimle çalışan yeraltı kabloları için geçerlidir zira bugüne kadar çoğunlukla doğru gerilim altında çalıştırılmışlardır. Böylesi elektriğin düşük kayıplarla uzun mesafelere taşınması için çok uygun olsa da, güç temininde standart olarak kendini kabul ettiren alternatif gerilim olmuştur. Alternatif akım/gerilim sayesinde elektriğin üretim tesisinden evlere kadar farklı gerilim seviyelerine dönüştürülmek suretiyle nispeten kolay bir şekilde getirilebileceği anlamına gelmektedir.

Çok yüksek gerilim seviyesindeki alternatif akım şebekesinde, yeraltı elektrik hatları dengeleyici akımlar nedeniyle oluşan ve rezonans olarak bilinen salınımlar üretir. Bunlar alternatif akım şebekesindeki olası kablolama mesafe ve kapsamını sınırladığından ve hatta şebeke kararlılığını tehlikeye atabileceğinden, uzmanlar rezonansların nasıl oluştuğunu, aşırı gerilimlerin hatlar boyunca nasıl yayıldığını ve bu olayların şebeke empedansını, yani alternatif akıma gösterdiği direncin seyrini nasıl etkilediğini araştırmaya odaklandılar.

Karmaşık Yapıdaki Yeraltı Kablo Şebekeleri Hassas Bir Şekilde Planlanmalıdır

Alternatif akım yeraltı kablo teknolojisinin karmaşık doğası, uzmanların şebekeleri ayrıntılı biçimde planlarken ayrıca kapsamlı analizler yapmasını gerektirmektedir. Bu nedenle projenin amacı, çok yüksek gerilim kablolarının yeraltına döşenmesinde sistemle ilgili risklerin daha iyi değerlendirilebilmesi ve bu risklerin en iyi şekilde nasıl önlenebileceğiydi. Şebeke planlaması ancak bu bilgiyle hızlı bir şekilde ilerleyebilirdi.

Araştırma ekibi, yeraltı kabloları tarafından rezonansların nasıl meydana geldiğini kaydetmek üzere şebekede ilgili tüm işletme araçlarını bir simülasyon yazılımı kullanabilmek için yapay olarak oluşturulmuş verilerle ortaya konulan modellerde kullanılabilecek şekilde tanımlayarak işe giriştiler.

Bu yaklaşımı temel alan bilim insanları, tekil şebeke bölümleri oluşturmalarına olanak tanıyan yeni bir yöntem geliştirdiler. Daha sonra duyarlılık testleri yardımıyla söz konusu bölümlerdeki yeraltı kablo sistemlerini analiz ettiler. Şebekede yer alan çok sayıda unsur nedeniyle, bilim insanlarının bu hesaplama ve simülasyonları için mümkün olan en küçük fakat model için hala temsil gücüne sahip olan şebeke bölümlerini seçmeleri zor oldu. Bu aynı zamanda bunun için henüz yerleşik bir yöntem bulunmaması nedeniyle de zorluklar içeriyordu.

Ayrıca, çok yüksek gerilim şebekeleri kritik altyapının bir parçasıdır. Bu nedenle araştırmacılar, laboratuvar çalışmalarının ardından gerçek çok yüksek gerilim şebekesinde yaptıkları metrolojik incelemeler sırasında, teknik riskleri en aza indirmek için şebekeye müdahale etmemeye dikkat etmek zorunda kaldılar.

 Kablolamayı İlgilendiren Özel Durumlar Gelecekte Daha Gerçekçi Şekilde Dikkate Alınabilecekler

Bir Kablo Serme Makinesi 380 kV Yeraltı Kablosu Seriyor

Hassasiyet analizleri şebeke empedansını hangi faktörlerin etkilediğini göstermiştir: Bunlar arasında kısmi toprakaltı kablolarının doğru şekilde tanımlanmış konfigürasyonu, toprağın daha alt derin kısmında tesis edilmiş olası yüksek gerilim şebekelerinin yapısı ve farklı çalışma ve anahtarlama durumları yer almaktadır. Ekip ayrıca, ilgili frekans aralığında rezonansları olmayan, doğrusal transfer davranışına sahip ölçüm transduserlerinin kullanmanın çok önemli olduğunu keşfetti. Şebeke frekansının hem büyük hem de küçük sinyal bileşenlerini güvenilir bir şekilde kaydedebilmek için, ara ölçüm transduserlerinin ve gerçek ölçüm sisteminin optimum ölçüm aralığı seçilmelidir.

Proje paydaşları, model ve yöntemleri gelecekte gerçek çok yüksek gerilim şebekelerinde kullanılabilecek şekilde geliştirmiştir. Burada, kullanılan yazılımın halihazırda denenmiş ve yaygın olması oldukça önem arz etmektedir. Ekip, projenin bulgularından faydalanabilmeleri için bu bulguları diğer kullanıcıların kullanımına sunmayı planlıyor. Özellikle şebeke kesitlerinin oluşturulmasına yönelik yeni yöntem, gerekli simülasyonların hızlandırılmasına yardımcı olabilir. Buna ek olarak, şebeke empedansını belirlemek için test edilen ölçüm yöntemi diğer gerilim seviyelerinde de kullanılabilir. Elde edilen ölçüm verileri ayrıca simülasyon modellerini doğrulamak ve geliştirmek için de kullanılabilir.

Genel olarak sonuçlar, araştırmacıların gelecekte yeni enerji hatlarının kısmi alternatif akım kablolama altyapısının kullanışlılığını daha iyi değerlendirmelerini sağlayacaktır. Aynı zamanda konunun uzmanları, ilgili risklere karşı olası önlemleri almak için bu kılavuzdan faydalanabileceklerdir.

Silisyum Karbür'ün Gelecek Nesil Elektrikli Araçlarda Kullanımı

Tesla tarafından kısa bir süre önce ucuz maliyetli yeni nesil araçlarda Silisyum Karbür (SiC) kullanımının %75 oranında azaltılacağı duyurulduğunda SiC'nin EV pazarındaki geleceği sorgulanır hale gelmiştir. SiC, yüksek güç verimliliği, voltaj ve akım kayıplarını azaltma yeteneği ve termal verimliliği artırırken motor boyutunu ve ağırlığını azaltma kapasitesi nedeniyle EV'ler için pratik bir alternatif sunmaktadır.

 SiC'nin hızlı büyümesi, bu geniş bant aralıklı malzemenin potansiyelini göstermiş olup  SiC pazarının hızla büyümesi için yeni fırsatlar yaratmaya devam etmektedir. Sonuç olarak, yarı iletken üreticileri, beklenen talep artışını karşılamak için kapasite artırımına yönelik önemli yatırımlar yaptılar.

Silikon Karbür Yonga Plakası (Kaynak : İnfineon)

 SiC, tipik silikon teknolojisine göre yaklaşık 5 kat daha fazla termal iletkenliği, 10 kat daha fazla arıza (breakdown ) voltajı ve 3 kat daha yüksek bant aralığı nedeniyle mühendislere birçok fırsatlar sunar. Fiziksel ve elektriksel özellikleri nedeniyle SiC cihazları, yüksek voltaj, yüksek güç uygulamaları için mükemmel seçimlerdir. Ek olarak, SiC daha yüksek anahtarlama frekanslarında çalışmak için daha uygundur, bu da indüktörler gibi pasiflerin boyutunu düşürmeye yardımcı olur ve güç dönüştürücü (konvertörler) tarzı cihazların ağırlığını büyük ölçüde azaltır. Şekil 1'de bir silisyum karbür levhası (wafer) gösterilmektedir.

  STMikroelektronics

ST, Tesla veya diğer otomobil üreticilerinin duyurularına işaret etmekten kaçınmaya dikkat ederken, silisyum karbürün kapasite ve teknoloji geliştirmesine önemli yatırımların yapmış bir firma olarak büyüme beklentilerinde veya geniş bant aralığı stratejisinde herhangi bir değişiklik yapmadığı bilgisini kamuoyuyla paylaşmıştır.

 STMicroelectronics (ST) Güç Transistörü Makro Bölümü stratejik pazarlama müdürü Filippo Di Giovanni’nin ifadesiyle : "Birçok otomobil üreticisi ile, kısıtlanmış güç kapasitesi ve azaltılmış performansa sahip pazara dönük yeni nesil bir elektrikli aracın geleceği tartışıldı. Belki de bu, daha yüksek üretim hacimleri ile daha düşük maliyetli pazar segmentlerine hitap etme çabası olarak görülmelidir. Normalde  bu araçlar silikon IGBT'lerle çalışır, bu nedenle kısmi bir çözüm olarak bile olsa bu araçlarda SiC kullanma olasılığı, SiC MOSFET'leri üreten ve satan şirketler için iyi bir haber olma özelliği taşıyor çünkü bu tür bir hareket toplam SiC pazarını daha da genişletecektir”  

 IGBT'ler, şehir arabaları gibi sınırlı menzilli araçlar için envertörlerde iyi performans gösterebilen yaygın güç yarı iletkenleridir. Bununla birlikte, IGBT'ler entegre bir anti-paralel diyottan yoksundur ve bu nedenle ek bir diyot çipi gerektirir. Buna karşılık SiC MOSFET'ler, ek bir doğrultucuya ihtiyaç duymaksızın dahili bir gövde diyotu ile üretilirler.

 “"ST'de, hazırlık aşamasında olan yüzden fazla SiC ile ilgili projemiz var ve teknik, satış ve kapasite projeksiyonlarımızla ilgili olarak herhangi bir endişemiz bulunmuyor.  Hibrit araçların bile şarj istasyonlarına ve enerji depolama sistemlerine ihtiyaç duyduğunu da belirtmekte fayda var. SiC MOSFET'ler verimlilik açısından bu uygulamalar için hala en iyi seçimdir," diye ekliyor  DiGiovanni.

 Gelecekte güç elektroniği pazarında SiC'nin hakimiyetine meydan okuyabilecek diğer gelişmekte olan malzemelerle ilgili olarak ST, GaN'yi SiC'nin tamamlayıcısı olarak görüyor. Kart alanını en aza indirmek için indüktörlerin ve kapasitörlerin boyutunu azaltmak maksadıyla daha yüksek frekanslarda anahtarlama yapabilen DC-DC dönüştürücüler ve yerleşik şarj cihazları gibi uygulamalarda kullanılması  ciddi ölçüde verimli olabilir.

  "800V'a doğru evrilen bara gerilimleri için otomobil üreticilerinin 1200V anahtarlama cihazlarına ihtiyacı var. Bununla birlikte, GaN hala 650V ile sınırlıdır, bu nedenle bu eviricilerde GaN kullanmak yeni çok-seviyeli topolojiler gerektirecektir. Öte yandan, dikey GaN hâlâ gelişmiş Ar-Ge laboratuvarlarıyla sınırlıdır ve  halen bu teknolojinin sanayide yaygına hale gelmesinde hâlâ çok uzağız” diyor Di Giovanni.

 ONSEMİ        

Tesla'nın SiC'yi benimsemesi, söz konusu teknoloji için yüksek düzeyde endüstriyel doğrulama sağlamış oldu . SiC'nin sağladığı performans avantajlarını pekiştirirken aynı zamanda otomotiv uygulamaları için sağlamlık ve güvenilirliğin yeterince iyi olduğunu doğruladı.

 Onsemi and Power Solutions Group Otomotiv Cer Çözümleri Başkan Yardımcısı ve Genel Müdürü Bret Zahn,  " Onsemi'nin görüşü, silisyum karbürün önümüzdeki yıllarda hızla artmaya devam edeceği yönünde. "Müşterinin belirli bir uygulama için ihtiyaç duyduğu performansa bağlı olarak, SiC veya Si kullanımına duyulan ihtiyaç değişebilmekte.  Bu nedenle her iki teknolojiyi de en uygun fiyat noktasında desteklemek önemlidir. Söylemeye gerek bile duymuyorum ama  SiC'nin hacmi önümüzdeki yıllarda hızla artmaya devam edecek ve gelecekteki hacimlerin kabaca %75'i otomotiv cer uygulamaları için olacak. Bununla birlikte, IGBT  gibi silikon tabanlı güç elektroniği öğelerinin bazı sınırlamaları vardır. IGBT'nin en büyük dezavantajı, ileri yönde iletime geçtiği gerilim (knee-voltage ) nin, ki bu değerin altında cihazın akıttığı akım değeri oldukça düşüktür, yük akım miktarlarının nispeten düşük olduğu hafif yükler altında düşük verimlere sebep olmasıdır. Elektrikli araçlar tipik olarak bu hafif yük koşullarında uzun süre çalışmakta olup, IGBT tabanlı envertörlerle sürülürken standart sürüş profillerinde yüksek kayıplara ve düşük menzile maruz kalmaktadır. Öte yandan SiC MOSFET'ler, düşük akımlarda bile aynı direnç değerine sahip saf dirençler olarak çalışır. Hafif yükler için cihaz verimliliği SiC MOSFET'lerde önemli ölçüde daha yüksektir ve bu da Dünya Uyumlaştırılmış Hafif Araçlar Test Prosedüründe (WLTP) yaklaşık %10 menzil artışı sağlar.  IGBT'nin ikincil bir dezavantajı, anahtarlama verimliliğinin daha yüksek pil gerilimlerinde çok daha fazla düşüyor olmasıdır. Pi voltajı 400V'tan 800V'a ve daha yükseğe çıkmaktayken bu durum daha belirgin hale gelir.  SiC MOSFET'ler yüksek gerilimlerde verimli anahtarlama sağlamaya devam eder çünkü tek kutuplu  (unipolar ) çalışma korunur. Bu eksikliklere rağmen, IGBT'ler Si'nin bipolar iletim ve cazip fiyatı yönünden verimli tam yük/aşırı yük çalışması kriterini sağlar. Bu durum bu öğeleri SiC MOSFET'lerin genel performans başarısının tam olarak değerlendirilmediği düşük güçlü araçlar ve bu araçlarda bulunan yardımcı dingillere yönelik olarak tercih edilen maliyet duyarlı envertörlerde cazip hale getirmektedir. GaN'ın SiC'den bile daha yüksek verimliliğe sahip olan ve kullanımı her gün daha fazla artan bir malzeme olduğunun farkındadır. Ancak, GaN günümüzde yanaldır ve yaklaşık 650V maksimum voltajlarla sınırlıdır. Otomotiv pazarı hızlı şarjı kolaylaştırmak için 800V sistem gerilimine sahip sistemlere doğru ilerlerken, 1200V SiC güç modülleri ideal bir çözüm sunabilmektedir. Bugünkü GaN teknolojisi ile  gerilim ve yapısal sınırlamaların üstesinden gelmemize daha uzun yıllar olduğunu tahmin ediyoruz. GaN'ın SiC için zorlu bir rakip olacağı bir gün kesinlikle gelecek," dedi.

Onsemi firmasına göre, piyasaya çok sayıda yeni SiC alt tabaka  (substrate) tedarikçisi girdiği için SiC alt tabaka kalitesi çok önemli hale gelmektedir. Firma yetkilisi şöyle sürdürüyor konuşmasını: 

"Bu tedarikçilerin çoğunda gördüğümüz sorun, alt tabakalarının kalitesinin düşük olması ve çoğunun çip seviyesinde çok düşük verimle sonuçlanacak ciddi kristal kusurluluğuna sahip olmasıdır. Düşük hacimlerdeki düşük verim, yüksek hacimlerde daha da düşük verime yol açıyor, çünkü en deneyimli SiC alt tabaka tedarikçileri bile düzgün bir kaliteyi korurken ölçeklendirmede zorlanmaya devam ediyor.

OEM'ler, yarı iletken tedarikçileriyle daha güçlü bağlantılara ihtiyaç duyduklarını ve bunları Tier-1  satıcılarına bırakamayacaklarının yeni yeni farkına varıyorlar. Yakın dönemde yaşanan otomotiv sektöründeki yarı iletken chip problemi bu tür ilişkilerin önemini artırıyor. ICE otomobillerden  EV'lere geçiş süreci araç yarı iletken donanımında artış gerektiriyor.  OEM'ler yarı iletken uzmanlığından yoksundur. Tier-1 bağımlılığının arttığı uzun yıllar boyunca BMW, Mercedes-Benz, VW, Stellantis, GM, Ford ve diğerleri gibi "geleneksel" OEM'ler, şirket içi mühendislik yetkinliklerini, Tier-1 kontratlarını projelendirerek yöneten teknik program yöneticileriyle değiştirdi.

Geleneksel OEM'ler Tesla, Rivian, NIO gibi gelişmekte olan OEM'lerle rekabet edebilmek için kurum içi mühendislik yeteneklerini geliştirmek üzere daha güçlü yarı iletken tedarikçi ortaklıklarına ihtiyaç duymaktadır. Volkswagen, HKMC ve BMW, onsemi'nin en verimli elektrikli araçları tasarlamalarına ve üretmelerine yardımcı olmak için anlaştığı birkaç geleneksel OEM ortağı arasında yer alıyor"

WOLSPEED

Tesla'nın duyurusuna cevaben Wolfspeed yarı iletken firması, bunu düşük maliyetli bir model sunma ve elektrikli araçları herkes için daha erişilebilir hale getirme çabası olarak olumlu görüyor.

Wolfspeed Otomotiv Satışları Başkan Yardımcısı Frank Ferrante:

 "Geleceğin bu düşük güçlü araç platformunun silisyum karbürün faydalarını an itibarıyle görüyor olması , işimiz için son derece olumlu ve SiC'nin uzun ömürlülüğüne olan güvenimizi güçlendiriyor" diyor. 

IGBT türünde geleneksel silikon tabanlı cihazlar onlarca yıldır güç dönüştürme tarafında yaygın bir biçimde  kullanılmaktadır. IGBT'lerle karşılaştırıldığında SiC güç cihazları %5-15 daha fazla menzil ve buna göre de batarya maliyetlerinde önemli tasarruflar sunar.  Ferrante, otomotiv OEM'lerinin performans ve maliyetleri her zaman dengede tuttuğunu başardığını ve gelecekte de bunu yapmaya devam edeceklerini kabul ediyor.

Güç elektroniği pazarında SiC ile rekabet edebilecek yeni yarı iletken teknolojiler ve malzemelerle ilgili olarak Wolfspeed, "GaN'ı tamamlayıcı bir teknoloji olarak görüyor. GaN, düşük güçlerde  AC'den DC'ye dönüştürmede son derece faydalıdır ve her yerde daha küçük, daha verimli güç kaynaklarına ihtiyaç vardır." diye ekliyor. Kendisi yine: 

"Mesele sadece elektrikli araçlar değil - dünya bugün ürettiğimiz enerjiyi mümkün olduğunca verimli kullanmaya odaklanmış durumda ve Wolfspeed'in ürünlerine ait uygulamaların listesinin her geçen gün daha da büyüdüğünü görüyoruz. Isı pompaları ve servo sürücülerden elektrikli trenlerde görev yapan invertör ve enerji depolama sistemlerine  kadar, silisyum karbürün benimsenmesinde olağanüstü bir artışın devam ettiğini görüyoruz. Silisyum Karbür gibi geniş bant aralıklı yarı iletkenler teknolojisine olan talep, sektörümüz için gerçekten de hayatta bir kez karşılaşılabilecek bir fırsattır." diyerek sonlandırıyor konuşmasını.