Bluetooth Teknolojisinde Enerji Tasarruf Modları

 Veri iletilmeyecekse, primer ve sekonder arasındaki bir bağlantı enerji tasarrufu moduna alınabilir.

Üç enerji tasarrufu modu vardır:

HOLD modu eş zamanlı olmayan (asenkron) hazır olmama (absence:yokluk) için kullanılır. Örneğin, bir sekonder ( (slave)cihaz belirli bir noktadan itibaren 200-500 ms boyunca ağı dinlemediğini belirtebilir. Bu durumda primer (master) cihaz belirtilen süre boyunca sekonder cihaza çağrıda bulunmaz ve sekonder cihaz primer cihazın paketlerini dinlemez. Her iki cihaz da bu süreyi diğer aktiviteler (tarama, scatternet vb.) için kullanabilir.

SNIFF modu (uyku modu) azaltılmış periyodik aktivite için kullanılır. Örneğin, primer veya sekonder bir  cihaz her 50 ms'de bir yalnızca birkaç zaman penceresi (slotu) için dinleme yaptığını belirtebilir. SNIFF modu, enerji tüketimini azaltmayı amaçlayan neredeyse tüm cihazlar için kullanılır.

PARK modu bir cihazı eşzamanlı/senkronize tutmak için kullanılır. Ancak cihaz veri trafiğine aktif olarak katılamaz. Park modu neredeyse tüm yonga setleri tarafından desteklense de nadiren kullanılır.

Küçük bataryaların ihtiyacını düşük tutmak için enerji tüketiminin azaltılmasına ilişkin ayrıntılar, daha öncekiler ile yeni tariflenen modlar için primer ve sekonder cihazların uyumlu hale getirilmesine bağlıdır.

Bluetooth Teknolojisinde Durumlar

Aşağıda İTÜ Bilgi İşlem Daire Başkanlığınca yayımlanmış bir makaleden ki burada enerji tasarruf modlarını da içeren kısmı dikkatle okuyalım, ayrıca konuyu zenginleştirmek ve ayrıntılı hale getirmek adına bir  alıntı yaparak bitirelim:

"Sistem Çalışması:

Bluetooth araçları dört ayrı çalışma durumundan birisinde bulunur: Aktif, koklama, durağan ve park. Bağlantı sırasında paketler gidip gelirken bu durumlarda bulunulur. Aktif durumdaki bir araç, yönetici-uydu kanalını, kendi zaman aralığında dinleyerek, kendi AM_ADDR'sini içeren paketleri bekler. Araç sadece kendi zaman aralığında dinleme işleminde bulunduğu için aktif mod enerji bakımından en verimli durumdur. Koklama durumundaki bir uydu; kanalı, yönetici tarafından kendisine bildirilen bir zaman aralığında eş zamanlı olarak dinler. Bu uygulama özellikle birden fazla Piconet'te yer alan uydular için enerji tasarrufu sağlamaya yönelik bir uygulamadır. Yönetici uyduya paketleri sadece önceden belirttiği koklama zaman aralıklarında yollar. Durağan durumdaki bir uydu belli işlemleri yapamaz; ancak yönetici ile eş zamanlı frekansını korur. Bu durumdaki bir uydu hala AM_ADDR'sini korur. Yani aktif duruma geçtiği zaman eski adresi ile çalışacaktır. Park durumdaki bir uydu ise park üye adresi (PM_ADDR) ve erişim isteme adresi (AR_ADDR) olarak iki adres alır. Park durumu bir yöneticiye 7'den daha fazla uydu bağlandığı zaman ortaya çıkar. Park durumundaki bir uydu, aktif duruma geçmek için yöneticiye AR_ADDR'si ile başvurur. AR_ADDR'lerin her uydu için farklı olmak zorunda olmadığını ancak PM_ADDR'lerin her uydu için farklıdır. Bu sayede bir Piconet'te yer alan uydu sayısı 7'den 255'e çıkartılırken iletişimin verimliliği de korunmuş olur. Sonuç olarak Bluetooth™ yeni ve ilgi çekici bir teknoloji olarak bir çok uygulamaya açıktır ."

DC-DC Dönüştürücü (Konvertör)'nün Temelleri

         DC/DC dönüşümü, modern elektronik sistemlerin tasarımı için temel öneme sahiptir. Bu nedenle geliştiriciler verimlilik, güvenli çalışma, maliyet etkinliği vb. açısından ilgili tüm hususlar hakkında bilgi sahibi olmalıdır. Fortune Business Insights tarafından yayınlanan bir rapor, DC/DC dönüştürücüler için küresel pazarın 2021'de 9,7 milyar dolardan 2028'de yaklaşık 19,2 milyar dolara çıkacağını ve bu dönemde yıllık bileşik büyüme oranının %10,2 olacağını öngörmektedir. Bu büyümeyi yönlendirecek sektörler arasında otomotiv endüstrisi, yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretimi ve tüketici elektroniği yer alıyor.

Önemli Topoloji Türleri

      DC/DC dönüştürücülerde karar aşamasının belirli faktörlere tabii olduğu çok sayıda topoloji vardır. Başlarda tasarlandığı haliyle doğrusal (lineer) dönüştürücüler (değişken bir doğru akım şeklindeki girişin direnç üzerinden bir gerilim düşüşü yardımıyla sabit bir doğru akım şeklinde çıkışa dönüştürüldüğü) önemli güç kayıpları ve ısıyı dağıtma ihtiyacı nedeniyle çok sınırlı seçenekler sunuyordu. Ancak anahtarlamalı güç kaynağı çözümlerinin ortaya çıkmasıyla birlikte daha yüksek verimlilikler elde edilebilmiş ve sistemin toplam boyutu küçültülmüştür. Tranzistör devreleri, anahtarlama mekanizmasının anahtarlama frekansına bağlı olan bir çıkış gerilim seviyesi üzerinden gerilim regülasyonu için kullanılır.

 

Şekil 1: Buck ve boost dönüştürücülerin temel topolojilerinin ve anahtarlama dalga biçimlerinin şematik gösterimi

      Anahtarlamalı dönüştürücüler günümüzde yaygın olarak kullanılsa da, doğrusal karakteristikli muadillerinin yararlı olmaya devam ettiği uygulamalar hala mevcuttur. Doğrusal dönüştürücüler, örneğin test ekipmanı veya haberleşme donanımı gibi cihazlara ait sinyal bütünlüğünün önemli olduğu durumlarda daha faydalı bile olabilir.

     İlk olarak iki tip DC-DC dönüştürücüye, yani buck ve boost dönüştürücülere bakacağız. Buck dönüştürücüler DC girişinden daha düşük bir DC çıkışı sağlamak için kullanılabilir. Farklı gerilim baraları sağlamak için kullanılabilirler, böylece hassas elektronik bileşenler aksi takdirde onlara zarar verebilecek gerilim artışlarına maruz kalmazlar. Bir buck dönüştürücüdeki anahtarlama mekanizması yüksek frekansta açılıp kapanır ve enerjiyi bir bobinde depolayarak çıkış dalga biçimini daha az dalgalı hale getirir.

Buck Dönüştürücü

         Yüksek güç seviyelerinde, elektronik bileşenler üzerindeki elektrik yükünü birden fazla anahtar ve indüktör arasında dağıtmak için çok fazlı buck dönüştürücüler kullanılabilir. Daha yüksek verimlilik için, Schottky diyot yerine düşük  ileri yönde ileri yönde iletim direncine sahip bir MOSFET kullanan senkron doğrultuculu buck dönüştürücüler iyi bir seçimdir.

 Buck dönüştürücülerin aksine, boost dönüştürücülerin çıkış gerilimi  giriş geriliminin üzerine çıkartılır. Bu çalışma şekli örneğin elektrik motorlarını çalıştırmak istediğinizde faydalı olabilir. Kural olarak, giriş voltajının 4 ila 5 katı gerilim artışları mümkündür, ancak bunun ötesine geçilmemesi tavsiye edilir.

 Elektriksel Yalıtım

Flyback ve Forward Dönüştücü

        Normal buck ve boost dönüştürücüler birçok uygulama için uygundur ancak giriş ve çıkış toprakları birbirine bağlı olduğundan galvanik izolasyon sağlamazlar. Bazen örneğin tıbbi cihazlarda olduğu üzre bu bağlantıları kesmek gerekir  İşte bu noktada forward veya flyback topolojisine sahip dönüştürücüler devreye girer. Bir flyback dönüştürücü düzenlemesinde, devrenin primer ve sekonder taraflarının sargıları birbirinden izole edilir ve bir indüksiyon bobini (karşılıklı akuplaj endüktansı ) üzerinden bağlanırlar.  Anahtarlama sırasında enerji bu bobinin hava boşluğunda depolanır (ayrı bir endüktör kullanılmaz). Forward (ileri) dönüştürücüde de benzer bir prensip kullanılır, ancak primer ve sekonder taraflar gerçek bir transformatör ile ayrılır. Enerji doğrudan bu trafo üzerinden çıkış endüktörü kapasitör ve yüke aktarılır ve bir hava boşluğu endüktivitesi üzerinde depolanmaz (bu tasarımda trafoda hava boşluğu yoktur) . Bu sayede daha yüksek bir verimlilik seviyesine ulaşılır, ancak daha yüksek maliyetler ve esneklik eksikliği gibi dezavantajların da kabul edilmesi gerekir.

Murata NXJ1 DC/DC Dönüştürücü

Manyetik Elemanlara Tasarımda  İhtiyaç Duyulmaması 

       Elektriksel olarak yalıtılmamış dönüştürücüler de devreye indüktör veya transformatörlerin dahil edilmesi gerekli değildir. Bunun yerine, anahtarlamalı kapasitör şemaları kullanılabilir. Anahtarlama ve diyot üzerindeki gerilim kayıpları verimliliği etkilemesine rağmen, senkron doğrultuculu devreler ve daha modern MOSFET'lerin kullanımı verimlilikte daha yüksek değerlerin elde edilmesini sağlar.

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.