Akıllı Elektrik Sayaçları Nasıl Çalışıyor?

Akıllı elektrik sayaçları iki bileşenden meydana gelmektedir: Sayacın kendisi ve verileri internet ortamına aktaran bir ağ geçidi. Klasik elektrik sayaçları belli bir dönemde tüketilen elektrik gücünün toplam değerini gösterirken, akıllı sayaçlar bu değerleri istenilen aralıklarla hesaplayıp müşteriden istenen uç noktasına protokolleyebilirler. Bu kabiliyet sayesinde, sadece elektrik tüketimi bilgisinin doğru bir şekilde aktarılmasının insanları tasarrufa teşvik edeceği ümit edilmektedir. Bu durum sadece yerel veriler için geçerlidir, bunun için enerji işletmelerine bir aktarım gerekli değildir. Bahsettiğimiz ağ geçitleri sayesinde bu veriler elektrik tedarikçilerine aktarılır. İlk etapta kullanıcı tarafından bir talep meydana gelmemişse önemli bir değişiklik meydana gelmez: Esas uygulamada akıllı sayaç ekranındaki verileri senede sadece bir kez aktarır.

Akıllı Sayaçlar Elektrik Arz ve Talebinin Dengelenmesinde Önemli Bir Yer Tutmaktadır.

Günümüzde elektrik tüketicilerinin elektriği arzı bol iken kullanması ya da elektrik darboğazı meydana geldiğinde kendi isteğiyle vazgeçmesi halinde kullandıkları elektriğin fiyatında indirimle kullanmalarını sağlayarak ödüllendirme düşüncesi etkilidir. Akıllı sayaç için ana argümanımız: Yenilenebilir enerjilerin her zaman arz edilememesi ve depolanmalarının son derece maliyetli olması. Değişken tarifelerden yararlanmak isteyen tüketicilerin sözleşmeye dayalı olarak daha fazla veriyi elektrik tedarikçisine aktarması gerekmektedir. Aksi takdirde ne zaman ne kadar elektrik enerjisinin kullanılacağı, ve o zaman diliminde elektriğin uygun maliyetli veya pahalı olacağının anlaşılabilmesi mümkün olmayacaktır.

Manyetorezonans Görüntüleme Nedir? & Cihazın İçerisinde Neden Yüksek Gürültü Meydana Gelmektedir?

Manyetorezonans Görüntüleme Cihazı  içine yatan herkes nasıl bir ses çıkardığını bilir. MRT cihazı sayesinde insan vücudunun anatomik inceliklerini ortaya çıkarılırken bu ses kulağa giderek daha derinden gelmeye başlar; beyin aktivitelerini incelemede kullandığımız MRT cihazlarında ise bu ses çok daha yüksek bir seviyeye ulaşır. Peki neden böyle bir ses meydana gelmekte ? Bu soruyu cevaplandırmak için önce biraz detaya girelim.

Manyetorezonans Görüntüleme'nin Çalışması Su Moleküllerinin  Radyo Dalgaların Enerjisini Emmesi Prensibine Dayanır. 

Manyetorezonans Görüntüleme veya diğer ismiyle Nükleer Spin Görüntüleme'de  araştırmacılar su moleküllerinin , daha doğrusu bu moleküllerin sahip olduğu atom çekirdeklerinin manyetik özellikte olmaları gerçeğinden faydalanmışlardır. Manyetorezonans çekimleri sırasında incelenecek vücut bölgesinin etrafında çok büyük bir tesla alanı oluşturulur ki bu değer dünyanın doğal manyetik alanının 100.000 katına denktir. Bu statik, ve zamandan bağımsız sabit değerli manyetik alan, helyum ile soğutulmakta olan elektromıknatıslar tarafından üretilir.

Akışkan helyum mutlak sıfır noktasından sadece 4,2 derece daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir ve bu da yaklaşık 269 Celsius dereceye karşılık gelir. Bu sıcaklıklta mıknatıs sargılarının metal kısımları süper iletken özellik kazanarak elektriksel dirençlerini kaybederler. Bu özellik sayesinde çok yüksek akım, dolayısıyla da manyetik alan değerlerine ulaşmak mümkün olabilmektedir.

Yalpalayan Dönme Ekseni

Yumuşak vücut dokuları çok miktarda su içermektedir ve bu oran beyinde % 80 lere ulaşmaktadır. Su molekülleri, daha doğrusu hidrojen atomlarının protonları kendi başlarına minik birere mıknatıs gibi davranmaktadırlar: Su moleküllerindeki protonların kendilerine ait dönme momentleri normal şartlarda (spin olarak da isimlendirilir) statik manyetik alan ile aynı yönde yönlenirler. Bu esnada dönme ekseni tıpkı dönen bir topaçta olduğu gibi hareketini sürdürerek manyetik alan doğrultusu merkez olacak şekilde yalpalayarak manyetik alana paralel olmaktadır. Fizikçilerin deyimiyle bu bir “yalpalama” hareketidir. İngilizce karşılığı precession'dır.  Dönme ekseninin manyetik alan etrafında hangi frekansta yalpalama yaparak döneceği manyetik alanın şiddeti ile orantılıdır. Artık sıra , araştırılması istenen organa aynı frekansta bir radyo dalgası göndermektedir. Bunun için dokuya gönderilen radyo frekansı enerjisinin emilmesi sayesinde, küçük mıknatıscıklar şeklinde davranan ve manyetik alanları toplamda bir vektör oluşturan protonların spinleri mutad yalpalamasını tekrar gerçekleştirirler. Bu radyo dalgası kesildiği anda ise protonlar yine ilk manyetik alanla paralel haldeki eski spinine geri döner. İşte bu esnada protonun bu geri dönme sırasında yaydığı elektromanyetik dalga alıcı devreler tarafından alınarak dokudaki bölge ve kontrast farklılıkları bilgisayar yardımıyla değerlendirilirerek vücut kısımlarının görüntüleri elde edilir. Her dokunun hidrojen atomu için bu ilk hale dönüş sırasında geçen süre (buna gevşeme süresi adı veriliyor ) farklı olduğu için görüntülerin elde edilmesi sırasında bu bilgiden faydalanılmaktadır.

Proton (Hidrojen Çek.)'un Spini ve Yalpalama Hareketi

Bu fiziksel prensibe dayanarak,  tomografide kullanılan yüksek enerjili radyasyon yerine manyetik rezonans prensibinden faydalanan tomografi cihazları da vardır. Özellikle beyin hastalıklarının teşhisinde hastanın fazla radyasyon almasına mani olan bu cihazlardan  İşlevsel MRT’ (manyetoreazonans tomografi)de dokular yerine kan incelenmektedir. Beynin aktif bölgelerine oksijen nakli yapması halinde, kanın manyetik özellikleri değişmektedir. Bölgesel kan akışındaki bu tip değişiklikler beynin her bir bölgesindeki aktiviteler hakkında bilgi sahibi olmamızı sağlamaktadır. 

Alınan sinyallerin yerini belirlemek için MRT cihazlarında gradyen bobinleri olarak isimlendirilen üç farklı bobin kullanılmaktadır. Bu bobinler sırasıyla x,y, ve z eksenlerinde yönlenmektedirler. Bobinler düzgün manyetik alanı değiştirirler: Manyetik alanın şiddeti ve yönü tam olarak dokunun bulunduğu yere bağlıdır. Böylece , spinlerin yönlenim ve hareketleri hakkında net bilgi edinilmiş olur. Bu yüzden sinyal frekansından elektromanyetik dalgayı üreten spin konumları hesaplanır.

Gradyen Bobinleri Üç Boyutlu Görüntü Elde Etmede Kullanılır

Bilgisayarla Üç Boyutlu Görüntü Meydana Getirilir. 

Uygulamada radyo anteni aynı anda pek çok sinyali birden almaktadır. Bilgisayar bu sinyal topluluğunu farklı frekanslara dolayısıyla sinyallere kaynaklık eden farklı lokasyon bilgileri şeklinde parçalamaktadır. Daha sonra bilgisayar adım adım üç boyutlu görüntüyü bir araya getirmeye başlar. Üç farklı gradyen bobini alternatif gerilim ile beslenir ve içerilerinde yüzlerce amperlik akımlar sadece milisaniyeler mertebesindeki kısa süreler süresince akmaktadır. Helyum soğutmalı mıknatıs tarafından üretilen statik manyetik alan, bu akımlar üzerine etki ederek cihazın ortasından geçen eksene doğru ve ondan uzaklaşacak şekilde bobinlere kuvvet uygular. Her bir çekim esnasında artarda gerçekleşen bu salınımlar hastanın bir uğultu şeklinde duymakta olduğu seslerin sebebi olmaktadır. Bu sesin yüksekliği bobinlerin titreştiği frekansa bağlıdır: İşlevsel MRT’de bu ses daha yüksektir çünkü bu cihazlarda bobinlerde akan akımlar daha hızlı değişmektedir. Eninde sonunda  beyin aktivitelerindeki değişimleri takip edebilmek için daha fazla sayıda resmin hızlı ve peşpeşe olacak şekilde meydana getirilmesi gerekmektedir. Böylelikle üç boyutlu taramanın söz konusu gürültüyü oluşturduğunu öğrenmiş oluyoruz. Üç Tesla gücündeki bir cihazda bu gürültünün şiddeti bir Rock konserinde meydana gelmesi muhtemel olan 125 dB seviylerine çıkabilir. Bu nedenle gürültü seviyesini 99 dB ‘in altına çekmesi için bir kulaklık veya koruma cihazı gerekli hale gelmektedir. 

Josephson Etkileri ve Josephson Gerilim Standardı

1962 yılında o zamanlar 22 yaşında olan İngiliz öğrenci Brian D. Josephson , kısa bir süre sonra deneyse yollarla doğrulanabilmiş olan iki fiziksel etkinin varlığı hakkında öngörüde bulundu. Josephson Gerilim Standardı bu iki etkiden birine dayanmaktadır. 

Josephson etkileri iki süper iletkenin zayıf bir şekilde örneğin aralarında birkaç nanometreyi aşmayan bir yalıtkan tabaka ile ayrılarak birbirlerine bağlanmaları durumunda kendini gösterir. Böylesi bir Josephson elemanı, bir mikrodalga ışınımına maruz bırakıldığında bu iki süper iletken arasında, sadece iki doğal sabit değerin katlarına (n= 1.2.3… ) ve mikrodalganın frekansına bağlı olan bir takım ayrık gerilim değerleri üretilir . Karakteristik eğride bu sabit gerilim Un basamak değerleri aşağıda verilen değerlerde üretilir:

                                                                Un = n x h/2e x f

Burada n=1,2,3…. Basamakların mertebesini, h Planck sabitini, ve temel yükü işaret etmektedir. Tarihsel nedenlerle bugün h/2e değil aksine bunun resiprokal karşılığı (2e/h ) Josephson Sabiti Kj olarak isimlendirilir. 

70 Ghz mertebesindeki tipik bir mikrodalga frekansında iki bitişik basamak arasında mesafe 150 µV kadardır. 

Soldaki Şekil: konvansiyonel bir süperiletken-yalıtkan-süperiletken dizilimi için akım ve gerilim eğrisi, X: 100 µA/div.& Y: 1 mV/div.) 

Sağdaki Şekil: Üstteki dizilimin mikrodalga ışınım altındaki akım-gerilim eğrisi . Sabit gerilim basamakları (Shapiro Basamakları ) açıkça görülebilmektedir. 

Josephson Etkisi ile göreceli olarak 10 voltta 1 nV (milyarda bir )dan daha az belirsizliğe sahip gerilimler elde etmek mümkündür. Bu etkiden bu nedenle metrolojik enstitütülerde ve sanayiide hizmet veren kalibrasyon laboratuvarlarında sabit referans gerilimlerine temel etmesi için faydalanılır. Josephson sabitesi özellikle Josephson gerilim basamaklarının oluşturulması için gereken mikrodalga frekansındaki ancak çok kısa süreli olarak sağlanabilen güvenilirlikten ötürü gereken hassasiyeti tam olarak sağlayamadığı için tüm bilim camiasının üzerinde anlaştığı bir değer olarak  K_J-90 değeri kullanılır: K_J-90= 483 597,9 GHz/V

                                                            

PTB Metroloji Enstitüsündeki temiz oda ana üssünde toplamda 10 volt üretilecek şekilde onbinlerce Josephson elemanının bağlantısı gerçekleştirilmiş olup bunlar modern Josephson Gerilim Standardının merkezi öğeleri durumundadır.

 10 Volt Josephson Dizi Gerilim Standart Sistemi.

Bay Josephson bu keşfinden ötürü 1973 yılında Nobel Fizik Ödülüyle onurlandırılmıştır. 

Perovskit Güneş Pillerinin Yüksek Verimli Olmasını Mümkün Kılan Şey , Kristal Yapıda Meydana Gelen Şekil Değişiklikleri Olabilir

Silisyum yerine Perovskit kristallerinin kullanılmasıyla güneş pillerinin üretim maliyetlerinin ciddi şekilde düşürülebileceği öngörülüyor. Birkaç yıl içerisinde şu anda ancak % 4 olabilen hücre verimleri % 20 lere ulaşabilecek. Ne var ki bu denli gelecek vadeden bu fiziksel olayın temelinde yatan sebepler tam olarak anlaşılmış da değil. İnce Perovskit kristallerindeki atomik hareketlerin gösterildiği bir film izleyenlere ,şu halde elektrik üretiminde yer alan önemli süreçlerin anlaşılması noktasında şaşırtıcı bilgilere ulaşma imkanı verdi. Kaliforniyalı araştırmacılar “Science Advances “ dergisinde kristal yapısının alışılmadık şekilde uzun ömürlü form değişiklikleri hakkında bilgi paylaşımında bulundular. Bu açıklamalar sayesinde okuyucuların “Perovskit Güneş Pilleri’nde gerçekleşen “elektrik yüklerinin taşınması” olayını daha iyi anlaması bekleniyor. 

    Kristal Yapıdaki Şekil Değişiklikleri Perovskit Güneş Pillerini Verimini Artırıyor.

Menlo Parkta bulunan SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarında araştırmacı olarak çalışan bay Wu “Işığın İyot ve Kurşun atomlarının oluşturduğu kristal yapıda ciddi büyüklükte şekilsel değişiklik yarattığını keşfettik. ” diyor. Bu şekil değişikliklerinin Perovskit güneş pillerinin yüksek verimli oluşundaki asıl etken olabileceği düşünülmekte. Bu bilgiye ulaşabilmek için  Wu ve arkadaşları 40 nm kalınlığındaki Perovskit kristal tabakalarını aşırı kısa dalga boyundaki lazer darbeleri (40 femtosaniye) ile aydınlattılar. Görünür ışık vasıtasıyla söz konusu kristal yapının bu şekilde uyarılması neticesinde , kuvvetli bir şekilde odaklanan elektronlardan oluşan bir ışını örnek parça ( güneş piline esas ) üzerine düşürdüler. Bu elektronlar Perovskit kristal tabakaya çarparak saçıldıktan sonra hassas bir dedektör tarafından tekrar toplandı. Buradan da kırılan elektron demetinin , kristal yapının atomik yapısının anlaşılabilmesine imkan veren bir resmi oluşturulabildi. 

Fizikçiler bu elektron ışınımına ait kırılmanın ölçümlerini, lazer- ve elektron darbeleri arasında meydana getirilen farklı zaman aralıkları için defalarca kez tekrarladılar. Bu sayede, her bir kırılma yardımıyla oluşturulmuş bir  film görüntüsü elde edilmiş oldu ki bu film Perovskit kristal kafes yapısında meydana gelen her bir şekil değişikliğini nanometrenin kesirleri ölçeğinde doğru şekilde görülebilir kılmaktadır. 

Araştırmacılar  lazer ışığı ile uyartımın hemen sonrasında (saniyenin 10 trilyonda biri kadar kısa bir süre ) Perovskit kristallerindeki iyot atomlarının her birinin bir kurşun atomunun etrafında döndüğünü farkettiler. Aynı süre içerisinde, önceden tabanları bitişik çift piramit (oktahedron )yapısında bir şekle sahip olan kristallerin daha az düzenli bir yapıya dönüştüklerini de kaydettiler. Bu değişiklikler tıpkı eriyen kristallerin yapısında meydana gelenlerle kıyaslanabilir nitelikte olduklarından , onların süre ve büyüklükleri araştırmacıları bir hayli şaşırtmış. Araştırmacılar tam olarak da bu şekil değişikliklerinin elektriksel yüklerin kristal yapı içerisinde yakalanmadan kolaylıkla hareket etmelerini sağlayan şey olduğunu düşünüyorlar. Bu da perovskit güneş pillerinin neden yüksek verimli olduğunu açıklıyor. Wu ve arkadaşları yaptıkları bu keşfin uygun maliyetli perovskit kristallerinin üretiminde çığır açmasını ümit ediyorlar.

Elektronik İşletme Araçları Kullanan Elektrik Tesislerinde Geçici Rejimde Oluşan Yüksek Sızıntı Akım Değerlerinin Düşürülmesi

Elektronik işletme araçlarının ( örneğin motor hız sürücülerinin ) kullanıldığı işletmelerde elektro manyetik uyumluluk normlarına uygun olarak filtrelerin kullanılması gerekir. Bu filtreler örneğin 3 iletkenli standart filtre yapısı içerisinde birleşme noktaları toprağa bağlantısı yapılmış yıldız bağlantı üç faz çalışan kondensatör içermektedir. Piyasada kullanılan pek çok kaçak akım şalterinin devre yapısı oldukça basit olup açma kapama hızlarına bağlı olarak her bir akım yolunun açılması ve kapanması sırasında diğer akım yolları ile aralarında 10-20 ms kadar bir açma/kapama gecikmesi oluşabilmektedir. Bu süre zarfında kondensatörlerin yıldız noktasının simetrisi bozularak koruma iletkeni üzerinden dönecek önemli büyüklükte bir sızıntı akımı (Yani cihaz ve hattan toprağa akan tesisat akımlarını kastediyoruz ) meydana gelecek ve aynı zamanda kaçak akım koruma cihazını çalıştıracaktır. Böylelikle, sadece kaçak akım koruma cihazı ile açma kapama yerine tüm kontaklarını aynı anda açıp kapama özelliğine sahip ayırıcı veya kontaktörler kullanılması daha uygun olacaktır.

Elektromanyetik Uyumluluk Filtresi(3 faz ) 

Çok sayıda elektronik işletme aracı/ hız sürücüsüne sahip elektrik tesislerinde devre kapama yapıldığı durumda az önce bahsettiğimiz aynı anda açma kapama yapan şalt cihazlarının kullanılmış olmasına rağmen istisnai durumlarda kaçak akım şalterinin triplendiğine şahit olmamız olasıdır. Bu durumda boş durumdaki filtre kondensatörleri kapama anında belli bir süre için çok büyük sızıntı akımlarının (demaraj akımına benzer bir etkisiyle ) akmasına neden olur ki bu süre ve akım kaçak akım şalterinin limit değerlerini aşacağından trip söz konusu olabilir. Bu durumda tüm hız cihazlarının filtrelerini ve dolayısıyla kondensatörlerini tek bir filtre(kondensatör) bloğu  (tüm filtreleri kaldırıp yerlerine tek bir büyük filtre koyarak )ile değiştirerek bu tip açmaların önüne geçilmiş olacaktır.

Nükleer Atık Nedir?

Nükleer atığı radyoaktif ışınım salma kabiliyetine sahip atık maddeler olarak tanımlayabiliriz. Bu tip maddelerin çok sayıda farklı kaynağı olabilir: Enerji sektörü, sanayi, araştırma ve tıp alanlarında radyoaktif maddeler kullanılırken buna bağlı olarak arzettiği tehlike bakımından sınıflandırılan atıklar meydana gelir: zayıf, orta ve yüksek ölçekte radyoaktif maddeler. 

Zayıf ve orta radyoaktif atıklar için, örneğin Wolfenbüffel’de bulunan Asse II maden ocağı veya Morsleben maden ocakları benzeri kalıcı depolar oluşturulur. Bu depolarda saklanan atıkların burada saklanarak radyoaktivitelerini kaybetmeleri beklenecektir. Her iki tuz yatağında da geçmiş yıllarda su sızması ve atık varillerine tuz eriyiği ile zarar veren çatlak ve oyuk benzeri jeolojik sorunlar ortaya çıkmıştır. Yıllardır bu atıklardan başka depolama işlemi gerçekleştirilmemiştir. Her iki tuz yatağının da yüksek maliyetlerle stabil hale getirilmesine devam edilmekte ve sürekli olarak kapalı tutulması gerekmektedir.

Nükleer Atıklar Temiz Enerjinin En Zayıf Noktalarından Biridir.

Zayıf radyoaktif atıklar sınıfında özellikle nükleer teknisyenlerin giydikleri iş elbiseleri ile temizlik bezleri ve çok az ışıma yayan malzemeler sayılabilir. Bu kategorideki maddeler ile çok az miktarda bir radyoaktif bulaşma söz konusu olduğu için son derece kolay bir şekilde başa çıkılabilir. Buna rağmen bu tip malzemeler için miktar ve hacim büyüktür: Işımaya Karşı Koruma Ajansının verdiği bilgiye göre radyoaktif ışıma büyüklüğü toplam içerisinde % 0,1 olsa da tüm radyoaktif atıkların % 90 dan daha fazlası bu tip malzemelerdir. Yüksek radyoaktif maddeler için uzun ışıma ömrü ve arz ettikleri tehlike nedeniyle tatmin edici bir uzaklaştırma çözümü bulunabilmiş değildir. 

Orta ölçekte radyoaktif maddeler sınıfına özellikle nükleer güç santrallerinin yakıtlarının dış kısımları, tekrar işleme yapılarının kısımları, su saflaştırmadan gelen reçineler ile bilimsel, tıbbi ve sanayi uygulamalarının meydana getirdiği atıklar dahil edilebilir. Bu atıklar zayıf ölçekli radyoaktif maddelere kıyasla oldukça yüksek bir ışımaya sahiptir ve güvenli şekilde ekranlanmalıdırlar. Tipik bir yarılama ömrü birkaç yüzyıla kadar çıkabilmektedir. Orta ölçekte radyoaktif atıklar birkaç yüzyıldan bin yıla kadar uzayan bir süre için biyosferden tam anlamıyla yalıtılmalıdırlar. 

Uzak ara tahrip etme gücü en fazla olan yüksek ölçekte radyoaktif atık maddeleri, nükleer güç santrallerindeki yanma çubuklarında meydana gelen çekirdek parçalanması sırasında ortaya çıkarlar. Bu atık türü diğer zayıf ve orta ölçekte radyoaktif olanlara göre çok daha güçlü şekilde ışıma yaparak insan elinin ürettiği radyoaktivitenin neredeyse tümünü etrafa saçarlar. Bu tehlikeli maddelerin içerisinde doğal yollarla oluşmayan, çok az bir miktarı bile aşırı derecede zehirli olan, yarılanma ömrü 24000 yıl olan ve özellikle atom bombalarının üretiminde kullanılan Plütonyum sayılabilir. Yüksek ölçekli radyoaktif atıklarda ayrıca bazı uzun ömürlü o henüz yeni meydana gelmiş kısmen milyon yıl üzerinde bir yarılanma ömrüne sahip elementler de bulunabilir. Tüm dünyada bulunan nükleer güç santrallerinde her yıl bu sorunsal atıklardan 12.000 ton kadarı meydana gelmekte. Almanyada bu rakam 450 ton kadardır. Işımanın şiddeti bakımından zayıf orta ve yüksek kavramlarının arasındaki geçiş alanı tamamıyla bir tanımlama meselesi olup bunun genellikle ticari ve sağlık politikalarıyla ilgili yönleri bulunmaktadır. 

Atıklar ayrıca ısı üretme kapasiteleri bakımından da sınıflandırılabilmektedirler. Güçlü bir ısı üretiminden daha çok, kısa ömürlü ve bu kısa ömrü süresince çevreye salma yeteneğine sahip Radyonüklit maddeler sorumludur. Böyle bir ayrıma gidilmesi, ilgili depolamanın şekli ya da yeraltına alınmadan önce nükleer yakıtın radyoaktivitesini kaybetmesi maksadıyla yer üzerinde ne kadar süre bekletilmesi meselesini açıklığa kavuşturması bakımından önemlidir. Çünkü atık varilinin meydana çıkardığı ısı ne kadar büyük olursa inşaa edilecek yeraltı deposu o denli büyük olmalı ki ısı birikimi ve bunun sonucunda korozyonda bir artış meydana gelmesin.

Üç Boyutlu, Üstüste Katmanlar Halinde Oluşturulmuş Çiplerle Hem Algılama, Hem Depolama, Hem de İşleme Mümkün.

Geleneksel mimaride yapılan bilgisayar çiplerinde milyarlarca tranzistör bir yüzey üzerinde birbirleriyle sıkı sıkıya bağlantılı olarak imal edilirler. Bir işlemci üzerinde daha fazla sayıda devre ve işlevi birleştirebilmek için yığın halinde bir araya getirilen üç boyutlu yapısal mimariler seçenek haline gelirler. Şimdilerde Amerikalı araştırmacılar karbon nanotüpler, sayısal bellek hücreler ve klasik silisyum devrelerini son derece zekice bir şekilde bir araya getirerek böylesi bir hedefe ulaşabildiler. Nature isimli bilim dergisinde yaptıkları açıklamaya göre , üç boyutlu olarak üstüste katmanlar halinde tasarladıkları çipleri, etraftaki gazları algılayabiliyor, bu verileri depolayabiliyor ve sonra da elektronik olarak doğrudan işleyebiliyor. Cambridge’deki Massachussets Teknoloji Enstitüsünden Max. M. Shulaker ve Stanford Üniversitesindeki meslektaşları :

“Bizim prototipimiz bir milyondan fazla bellek hücresi ve iki milyondan fazla alan etkili tranzistörden oluşmakta.” diye yazıyorlar. Araştırmacılar bir bütün halinde dört işlevsel ve elektronik katmanı üstüste yerleştiriyorlar. Esas katman olarak klasik silisyum esaslı devrelerden meydana gelen bir alan kullanılıyor. Bu katmanın üzerine nanotüpler kullanılarak imal edilmiş iki milyondan fazla tranzistörden oluşan bir başka katman yerleştirilmiş. Bu iki katman birlikte uçucu olmayan bellek hücrelerinden oluşan üçüncü katmandan gelen sayısal darbeleri alıyorlar. En üstte bulunan katmanda Schulaker ve meslektaşları, minik birer gaz sensörü olarak iş gören ve filigran desenli olarak düzenlenmiş nanotüpleri kullanmışlar. 

Üç Boyutlu, Üstüste Katmanlar Halinde Oluşturulmuş Çiplerle Hem Algılama, Hem Depolama, Hem de İşleme Mümkün.

Araştırmacılar üç boyutlu olarak ve üstüste istiflenmiş katmanlardan oluşan bu çipin gaz ve buharı tespit edebildiğini gösterdiler. Çipleri üzerine basitçe azot, şarap, bira ve votkadan alınan alkol buharı veya limonsuyu zerrecikleri yaydılar. Bu maddelerin nanotüplerden oluşan sensör katmanının elektriksel direncini değiştirdiği görülmüştür. Buna uygun olarak üretilen sayısal sinyaller platin ve hafniyumoksitden yapılmış bellek hücrelerinde geçici olarak depo edildikten sonra bir sonraki katmana aktarılarak nanotüplerden meydana gelen tranzistör alanında işlenmeye devam ettiler. Böylece üstüsüte katmanlar halinde imal edilmiş bu çipin her bir gaz veya buharın kendisine özgü sinyal örneklemelerini muğlaklığa yer bırakmayacak şekilde oluşturabildiği görülmüş oldu. Brown Üniversitesinden yarıiletken çip uzmanı Sherief Reda “ Tamamıyla işlevsel bir protoyip için Schulaker ve arkadaşları sensör, bellek ve hesaplama alanında pek çok sayıda gelecek vadeden teknolojiyi bir araya getirmiş oldular. “ diyor. Ona göre klasik litografik yöntem ile yapılan üretimlerde tranzistörlerin üretimi için gerekli olan 1000 C derece üzerindeki sıcaklıklarla kıyaslandığında , bu teknolojiyle birlikte birkaç yüz derece aralığında değişen görece düşük sıcaklıklar sayesinde (karbon tüplerin ve bellek hücrelerinin üretiminde genellikle 200 derece gibi düşük sıcaklıklar söz konusu olduğundan ), imalat sırasında hazır hale getirilen katmanlarda diğer bir katmanın hazırlanması neticesinde herhangi bir zararın meydana gelmesinin önüne geçilecek.

Bu tip üç boyutlu üstüste yerleştirilmiş katmanlardan oluşan çok fonksiyonlu bir çipin uygulama alanı en başta robotik sahasında karşımıza çıkacak. Tıp tekniğinde de minik sensör sistemleri ile tespit edilen sinyallerin doğrudan analiz edilerek depolanması büyük bir öneme sahip olabilir görünüyor. Seri üretime geçilmeden önce her bir elektronik yapının – şu anda bir mikrometre kadar- daha da küçültülmesi üzerinde yoğunlaşılması gerektiği görülüyor. Şu anda 3 voltu geçen ve konvansiyonel işlemcilerden kat be kat daha yüksek olan devre gerilimleri de bir dezavantaj. Yine de bu ifade sayesinde bile üç boyutlu (3D) çip yapılarının hızlı ve çok yönlü elektronik sistemler adına ne kadar büyük bir potansiyel taşıdığı bilgisini kendi içinde taşıdığını anlamamız mümkün. 

.

IC L4978 Entegresi ile Düşürücü Kıyıcı (Buck Konvertör ) Devresinin Pratik Şekilde Gerçekleştirilmesi

Uzun zamandır entegre devreler ile ilgili bir post oluşturmadım. Şimdi güç elektroniği konusunda meraklı olanlar için bir devre veriyorum. Basitçe anlatacak olursak bir regülatör devresi (L4978 ) yardımıyla buck converter yani düşürücü kıyıcı yapmak isteyenler için fikir vermesi açısından güzel bir devre görseli ve gerekli görülen açıklamalar aşağıda verilmektedir. 

L4979 Entegresi ile Düşürücü Kıyıcı Devresi Oluşturma (Daha net görmek için tıklayın)

IC L4978 regülatör entegresi yüksek frekansta (90-110 kHz) çalışır. Anahtarlama frekansı R1/C2 direnç-kapasitör kombinasyonu ile belirlenir. Osilatör iki tane çıkış sinyali üretmektedir. Biri Darbegenişlik Modülatörü (PWM) için taşıyıcı görev gören testeredişi formunda bir gerilim ile PWM mantığının işlemesi için gerekli bir saat sinyali. 

Depolayıcı endüktör görevini L1 toroidi görmektedir. D1 diyodu fly-back olarak çalışırken kıyıcınun sürekli modda çalışmasını sağlamaktadır. C8 depolama kondensatörünün düşük ERS (eşdeğer seri direnç ) değerli olması gerekmektedir. Yoksa kayıpların büyük olması nedeniyle fazla ısınma dolayısıyla devreye bozucu etkide bulunması ihtimali vardır. 

Çıkış gerilimi R3/R4 gerilim bölücüsü vasıtası ile kontrol çevriminin geri beslemesi üzerinde programlanabilir (Burada 5 volt). Kumanda sinyali bir hata sinyali kuvvetlendiricisi (Giriş Pin 8, çevrim filtresi Pin 7-R2/C4) üzerinden geçer ve PWM modülatörünün modülasyon sinyali olarak iş görür. Kontrol sinyalinin büyüklüğü değiştiğinde PWM’in çalışma çevrimi de değişecektir. Dahili mosfet tranzistörlerinin devrede kalma süresi ve böylelikle aktarılan enerjinin büyüklüğü PWM lojik devresine ait RS-flip flopunun set edilmesinde kullanılan saat sinyaline ve PWM modülatörünün resetleme anına bağlıdır. 

C6 harici kondensatörü, Mosfet anahtarlama tranzistörlerinin sürücü katının oluşturulması için tasarlanmış olan bir Bootstrap devresine aittir. Devrenin yumuşak şekilde yol alması, pin 2 de bulunan yumuşak başlatma kondensatörü ile sağlanır. 

Düşürücü kıyıcılar, yüksek şebeke geriliminin bulunduğu ama düşük işletme gerilimleri ile yüksek akımlarına ihtiyaç duyulan yerlerde uygulama alanı bulurlar. Örnek olarak Bilgisayar ana kartlarında CPU nun beslenmesi , LCD televizyonlarında arka plan aydınlatmaya ait besleme geriliminden ekran için ihtiyaç duyulan video sinyalinin üretilmesinde kullanılırlar.

Elektrikli Otomobiller Hakkında 10 Gerçek

1-Elektrikli Otomobillerin Hangi Tipleri Vardır?

Elektrikli Otomobiller tahrik sistemleri bakımından farklı tipte isimlendirilirler:

Tümüyle Elektrikli Otomobiller, diğer adıyla Bataryalı Elektrikli Araçlar, mekanik tahrik görevini teorik olarak tümüyle üstlendiği kabul edilen tipte araçlardır. Şu an ki tekniğin seviyesi bu araçlara özellikle uzun yolda takviye yapılmasını zaruri kılmaktadır. Bu yüzden bazı modeller “Menzil Arttırıcı” ismiyle anılan donanımlara sahiptir. Bununla elektrikli motora ilave olarak bataryaları enerjilendiren ve bu şekilde dolaylı olarak tahrik sürecine katılan bir içten yanmalı motordan bahsetmiş oluyoruz. Buna karşılık;

Tümüyle Hibrit tipler her ikisi de mekanik tahrik sürecine katılan bir içten yanmalı motor ve elektrikli motora sahiptir. Eğer bu araçlarda kullanılan bataryaların kablo bağlantısı üzerinden şarj edilmesi mümkün olabiliyor ise, bu tipte araçlara Plug-in (fişle bağlantı) Hibrit denir.

Elektrikli Otomobillerde Prize Takılabilir (Plug-in) Tipler Çok Yaygın Kullanılmaktadır

Ayrıca herhangi bir elektrikli motora sahip olmayan ama frenleme enerjisini elektrik olarak depolayabilen Mikrohibrit tipte araçlar vardır. Bir de Yumuşak Hibrit araçlar vardır ki bir içten yanmalı motorun yanında fren enerjisi tarafından beslenen ve aracın hareketine katkıda bulunan bir elektrikli motor vardır. 

Aslında Almanya'da 2015 yılında yürürlüğe konulan ” Elektro-Mobilite “ yasalarına göre öncelikle , tümüyle bataryadan beslenen araçların yanında, yakıt hücreleri ile prize takılabilir hibrit araçlar elektrikli ulaşım aracı olarak kabul edilmektedir. Prize takılabilir hibrit araçlar için katedilen her 1 kilometre için en fazla 50 gram CO2 salınım sınırlaması veya sadece elektrikli tahrikin kullanıldığı durumda en az 30 km büyüklüğünde bir menzil şartı getirilmiştir. 2018 yılından itibaren bu değer 40 km olarak güncellenecektir. 

2-Enerji Nasıl Depolanmaktadır? 

Günümüz elektrikli araçların çoğunluğunda lityum-iyon cer (elektrikli raylı sistemlerde kullanılan ) bataryaları kullanılmaktadır. Bu bataryalar çok yüksek bir güç ve enerji yoğunluğuna sahip olmakla birlikte beraberlerinde bir takım dezavantajları da getirmektedirler. Özellikle tam olarak şarj olma süreleri çok uzundur. Ayrıca uzun süre beklemeleri halinde boşalmaları söz konusudur. Bataryaların üretim maliyetleri yüksek olup ömürleri göreceli olarak kısa kabul edilebilir. 

Araştırmacılar bu nedenlerle, birbirleri üzerine istiflenen ve menzili 1000 km’ye çıkarabilen türde lityum iyon bataryalar, (lityum iyon bataryanın mucitleri tarafından geliştirilen ) yüksek verimli cam bataryalar, çok uygun maliyetli olması beklenen silisyum-hava bataryaları, ve Liechtenstein firması Nanoflowcell’in şu anda arabalarında denediği çevre dostu redoks-akış bataryaları vs tipleri üzerinde çalışmalarına devam etmekteler. 

3-Ne kadar Uzağa Gitmek Mümkün? 

Bataryaların şarjıyla hedeflenen menzil, araca yerleştirilecek batarya kapasitesine bağlıdır. Teorik olarak, benzinli araçlarla rekabet edebilecek kadar uzun mesafelerin katedilmesi mümkündür. Ne var ki bunun için katlanılması gereken maliyet çok yüksek olacaktır. 

          Gelecekte Benzin İstasyonlarının Yerini Şarj İstasyonları Alacak. 

Şu anda elektrikli araç üreticilerinin kullandığı cer tipi bataryalar, tam bir şarj başına ortalama olarak 100 ila 600 km arasında bir menzile sahip olabilmektedir.En uzun menzile sahip otomobillerde özellikle iki marka göze çarpmaktadır: Biri, 2017 yılı sonunda piyasaya sunulması beklenen Tesla (A.B.D) firmasının Model E’si ile Opel (Almanya) firmasının Ampera modeli. 

4-Batarya Ömürleri Nedir ? 

Elektrikli araçlarda kullanılan bataryaların ömürleri sınırlıdır. Uzmanlar lityum iyon bataryaların yaklaşık 1000 defa tam doldurma ve boşaltmalık ömre sahip olduğunu söylemekteler. Bu miktar aşıldığında bu bataryaların değiştirilmeleri gerekecektir. Eğer her tam şarj için 100 km’lik bir menzil için hesap yapılacak olursa bu batarya ile 100.000 km yapmak mümkün olacaktır. Kullanım sıklığına bağlı olarak yaklaşık 5-10 yıl gibi bir ömürden bahsetmek gerçekçi olacaktır. Yukarıda bahsedilen bataryalar için gerçekçi bir ömür tahmini gerçekleştirilmesi istendiğinde, bu bataryaların öncelikle bir test aşamasından geçirilmesi gerekir. 

5-Almanya’da Kaç Adet Elektrikli Araç Bulunmaktadır?

Ocak 2017’ itibarı ile Almanya'da ancak 55.000 kadar elektrikli otomobil tescil edilmiş bulunmaktadır. Elektrikle tahrik edilen veya hibrit araçların oranı tüm araçlar içerisinde sadece % 0,1 mertebesindedir. Bu araçlar ülkenin güney ve batı bölgelerinde ve daha çok da şehirlerde yoğunlaşmaktadır.

Almanya'da geleceğe dönük bir takım projeksiyonlar bulunmakta. 2020 yılına kadar üreticilerin politikacıların isteği doğrultusunda 1.000.000 aracı trafiğe sokmaları planlanıyor. Bilhassa da prize takılabilir hibrit ile menzil arttırıcıya sahip modellerin.

Hibrit Araçlarda Hem Benzinli Motor Hem de Elektrik Motoru Bulunmaktadır. 

6-Elektrikli Araçlar Konusunda Hangi Ülkeler Başı Çekiyor?

Baden-Wüttenberg Güneş ve Hidrojen Enerjisi Araştırma Enstitüsü (ZWS )’ne göre dünya üzerinde, 2015 yılı itibarı ile 1,3 milyon kadar araç bulunmaktadır. En fazla elektrikli araç ABD de ( 400.000 ) bulunmaktadır. Peşinden gelen Pazar ise Çin pazarıdır. Onu da Japonya takip etmektedir. 

Avrupa’da tartışmasız liderlik Hollanda’dadır. Bu ülkeyi sırası ile Norveç ve Fransa takip etmektedir. 2016 yılı itibarı ile bu ülkelerde toplam 80-90.000 kadar bir araç bulunmaktadır. Bu ülkeler özellikle tüketicilere cazip imkanlar sunmak yoluyla elektrikli araç kullanımını teşvik etmektedir. 

7-Bir Elektrikli Araç Maliyeti Ne Kadardır?

Elektrikli araçlar benzinli araçlara kıyasla çok daha pahalıya mal olan araçlardır. Üretici ve araç tipine göre tüketicilerin iki kata kadar daha yüksek bir maliyete katlanmaları gerekebilir. Bu düşünce bazı araştırma sonuçlarına bakılacak olursa çok istisnai bir durum arzediyor da olabilir. Çünkü elektrikli araçların özellikle dişli takımının bulunmaması veya çürük gaz (egsoz) çıkışının olmaması nedeniyle aşınmaya uğrayan daha az parçaya sahip olması ,böylelikle tamirci maliyetinin düşük olması gibi üstünlüklere sahip olması bile , verimliliğe ve kilometre başına ödenecek maliyetleri göz önünde bulundurduğumuzda bu araçların, benzinli veya dizel araçlarla rekabet edebilmelerini olanaksız kılmaya devam etmektedir. 

Yine de Almanya’da elektrikli araç satın almaya teşvik devam etmektedir. Tümüyle elektrikli bir araç söz konusu ise 4.000 Euro, prize tak çalıştır modeller için ise 3.000 Euro kadar ödüllendirmeler yapılmaktadır. Bu ödüllendirme mekanizmasının 2019 yılına dek sürdürülmesi planlanmaktadır. 

8-Elektrikli Araç Sahipleri Özel Haklara Sahip midir? 

Evet. 2015 yılında yürürlüğe giren “Elektro-mobilite Yasası”’na göre elektrikli otomobil sahiplerine bir takım özel haklar tanımlanmıştır. Bunlar arasında, düşük park ücreti, örneğin gürültü ve egsoz gazına karşı oluşturulan erişim sınırlamaların ait işlemlerde tercih hakkı, halka açık alanlarda şarj olanağı veren park alanlarının oluşturulması vs sayılabilir. 

9-Araçlar nerelerde şarj edilebilirler? 

Şu an itibarıyle Almanya’da bulunan 7.000 şarj istasyonu daha çok nüfusun yoğun olduğu yerlerde, halka açık otoparklarda yer almaktadır. Bu rakamın gelecek yıllarda 70.000’i bulması beklenmektedir. Şu anda 600 olan hızlı şarj noktalarının sayısının 2020 yılında 7.100 olması öngörülüyor. 

10-Elektrikli Araçlar Ne Kadar Çevre Dostudur? 

Elektrikli araçlarda kullanılan bataryaların üretiminde çok ciddi büyüklükte ve dolayısıyla aracın enerji yönünden tercih edilebilirliğini olumsuz etkileyen bir enerji sarfiyatı söz konusudur. Bunun dışında, otomobiller ancak kullandıkları elektrik kadar temiz kabul edilmelidirler. Eğer kullanılan elektrik yenilenebilir enerji değil de fosil yakıta dayalı yakıtlardan temin edilmekteyse bu durum elektrikli araçların çevre dostu oluşuna olumsuz etkide bulunacaktır. 

Yine de şartlar elektrikli araçların bütün bir ömürleri boyunca ele alındığı zaman, bu araçların atık gazlarının ve enerji sarfiyatının benzinli araçlara nazaran daha az olacağı görülecektir. Bu araçlarda bulunan elektrik motorları çevreye zararlı madde veya gaz salmazlar ve bu araçları fosil yakıtlara sürekli bir bağımlılıktan kurtarırlar. Nihayetinde “elektrik tüketimi”nin en önemli nokta olduğu ortadadır: Kilometre başına ne kadar az elektrik kullanılırsa, çevremiz kirlilikten o kadar çok korunmuş olacaktır.

Makineden Makineye (M2M) Çözümler ve Nesnelerin İnterneti

Endüstri 4.0 üst başlığı altında geçen Makineden Makineye (M2M) çözümleri, yakın geçmişte iş dünyasının yabancı olduğu bir takım işletme potansiyellerini açığa çıkardığından ikincil ekonomik sektörlerde giderek daha fazla önem kazanmaktadır. M2M ilk etapta en az iki bilgisayarın otomatik bilgi alışverişinde bulunduğu bir süreçtir. Bunlar mesela uç elemanları, üretim makineleri, otomatlar, motorlu araçlar arasında ya da merkezi bir kontrol odası üzerinden gerçekleştirilebilir. İnternet makineler ve uç elemanları arasında bağlantı elemanı olarak kullanılacak olursa “nesnelerin interneti” nden bahsetmiş oluruz. Yerel M2M çözümleri, mesela RFID ile çalışırken Nesnelerin İnterneti’nde haberleşme yolu olarak farklı WAN erişim ağları kullanılır. Böylelikle M2M çözümleri bilişim ve iletişim tekniklerini birbiriyle ilintili hale getirmektedir. 

Enerji Verimliliği Yüksek Süreçlerin Oluşturulması. 

Bu tarz çözümlerin yardımıyla, iş akışlarının uygun maliyetlerle rasyonalize edilmesi ve üretim artışlarının sağlanması mümkün olabilmektedir. Örneğin satış otomatlarının merkezi bir bilgisayar ile bağlantılı hale getirilmesi sonrasında bu cihazlar kendi başlarına hangi haznesinin hangi ürün ile doldurulması gerektiğini bildirebilir hale gelecektir. Böylesi bir uzaktan takip sistemi sayesinde satış otomatında uzun süreli arıza nedeniyle oluşabilecek satış / kar kayıplarının önüne geçilerek, otomatın işletmesini yapanların otomat üzerindeki doğrudan ve düzenli denetimlerini devam ettirmeleri sağlanmış olacaktır. İş süreçlerinde meydana gelen bu iyileştirmeler ve bununla ilintili tasarrufların oluşması neticesinde sanayi için büyük bir Pazar potansiyeli ortaya çıkmaktadır. 

M2M ve Nesnelerin İnterneti 

      Herşeyden önce, M2M enerji yönetiminde daha önce hiç olmadığı kadar önemli bir rol oynamaktadır. Enerji talebi sürekli şekilde arttığından, enerji maliyetleri tüketiciler açısından olduğu kadar sanayi için de artmaya devam etmektedir. Aynı zamanda, büyük enerji tüketimine paralel olarak çevre sorunlarının giderek daha fazla ön plana çıktığı görülmektedir. Bu nedenle, tüm tüketicilerin gerçekleştirdiği enerji tüketiminin tanımlanarak ve tüm yönleriyle açıklığa kavuşturulnası sonrasında sağlanacak olan maliyetlerdeki düşüş ve enerjinin sürekliliği gibi kavramlar daha da optimize edilebilir. Bu hedefe Enerji-Konseptleri ile ulaşmak mümkündür. Enerji-Konseptleri ile kastedilenler arasında, örneğin Akıllı Monitör, Akıllı Mobil, ve Akıllı Bütüncül Çözüm (smart complete) vs sayılabilir. Özellikle, en son enerji yöntemleri M2M teknolojileri tabanlıdır ve akıllı şebekeler kavramıyla (smart grids ) birlikte tanınır hale gelmişlerdir. Akıllı Bütüncül Enerji-Konsepti akım ölçümü ve takibinde görev alan ve akıllı şebekeleri otomatikleştiren bütüncül bir sistemdir. Akıllı şebekelerde gerçek zamanlı olarak enerji tüketimini göstererek üretici ve tüketiciye aynı anda bu bilgiyi servis eden akıllı sayaçlar bulunmaktadır. Yine akıllı şebekelerle (kullanıcı dostu bir arayüz programı ile ) elektrik enerjisini bilinçli ve etkin kullanabilen meskenlere ait verilerin oluşturulması mümkündür. Akıllı Bütüncül Enerji Konsepti çözümü sayesinde en yüksek bir verimde bile sistemin şeffaflığı en üst seviyede garanti edilmektedir. 

İşletmelerde Akıllı Bütüncül Sistem, elektrik ihtiyat pazarına (spot pazar) yönelik olarak tümüyle akıllı bir ölçüm çözümü sunduğundan , işletmeler için özellikle faydalıdır. Bu çözüm sayesinde tüm enerji türlerine ait verilerin işlenmesi, otomatik bir ağ geçit kontrolü olarak Keep-Alive yani güvenli veri akışı çözümünün sunulması, ve uyarı/alarm verilmesi vs bir çok özellik, işletme için gereken iyileştirme süreçlerinde oldukça etkin şekilde kullanılmaktadır.