Fizik-Kimya-Matematik
Namdar Gürsönmez
12/04/2019 - 14:49

Enerji Dönüşümü ve Verimliliği

Yaş:
14
Zorluk:
Orta

Yüzeylerine gelen güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklere güneş gözesi adı verilir. Işık enerjisini elektrik enerjisine, elektrik enerjisini de hareket enerjisine dönüştüreceğimiz bir etkinlik ile güneş gözelerinin verimliliğini ölçmeye çalışacağız.

Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisinden ısı ve elektrik elde etmede yararlanıyoruz. Yüzeylerine gelen güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklere güneş gözesi adı verilir. Peki güneş gözeleri ne kadar verimlidir?

Işık enerjisini elektrik enerjisine, elektrik enerjisini de hareket enerjisine dönüştüreceğimiz bir etkinlik ile güneş gözelerinin verimliliğini ölçmeye çalışacağız.

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/enerji_donusumu_ve_verimliligi_0_nelere_ihtiyacimiz_var.jpg

Nelere İhtiyacımız Var?

  • 1 adet 70 x 100 mm boyutlarında güneş gözesi
  • 2 adet kırmızı krokodil kablo
  • 2 adet siyah krokodil kablo
  • 1 adet 3 V’luk mini DC motor
  • 1 adet plastik pervane
  • 2 adet 9 x 17 cm boyutlarında duralit
  • 4 adet 1,5 x 1,5 x 9 cm boyutlarında tahta
  • 1 adet 1,5 x 1,5 x 15 cm boyutlarında tahta (bir ucunda 0,5 cm çapında delik olmalı)
  • 1 adet 2 cm uzunluğunda vida
  • 1 adet plastik kablo bağı (plastik kelepçe)
  • Çift taraflı bant
  • Multimetre
  • Tornavida
  • Cetvel

 

Ne Yapıyoruz?

1. Etkinliğimize güneş gözesi ve DC motorun yerleştirileceği bölümleri hazırlayarak başlıyoruz.

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_1_0.jpg

 

. 1,5 x 1,5 x 9 cm boyutlarındaki iki tahtanın bir yüzüne görseldeki gibi çift taraflı bant yapıştıralım ve tahtaları 9 x 17 cm boyutlarındaki duralit ile birleştirelim.

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_2_0.jpg

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_3_0.jpg

 

. Aynı şekilde 1,5 x 1,5 x 9 cm boyutlarındaki diğer iki tahtanın da bir yüzüne görseldeki gibi çift taraflı bant yapıştıralım ve tahtaları 9 x 17 cm boyutlarındaki duralit ile birleştirelim. 1,5 x 1,5 x 15 cm boyutlarındaki tahtayı, delikli kısmı yukarıda kalacak şekilde, duralitin üst tarafına vida ile sabitleyelim.

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_4_0.jpg

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_5_0.jpg

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_6_0.jpg

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_7_0.jpg

 

. DC motoru görseldeki gibi çift taraflı bant ve plastik kablo bağı ile tahtaya sabitleyelim. Plastik pervaneyi motor miline takalım.

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_8.jpg

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_1_9.jpg

 

2. Bu aşamada krokodil kabloları kullanarak düzeneğimizin bağlantılarını yapıp devredeki potansiyel farkını ve devreden geçen akımın şiddetini ölçeceğiz. Bağlantıları yaparken görsellerdeki gibi kırmızı kabloları ve siyah kabloları kendi aralarında bağlayalım.

. Güneş ışıkları güneş gözesinin üzerine düşüyor. Multimetreyi devreye paralel bağlayarak devredeki potansiyel farkını ölçelim. Devrede 2,81 V’luk potansiyel fark oluştuğunu gözlemleriz.

data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_2_1_0.jpg

. Şimdi de multimetreyi devreye seri bağlayarak devredeki akımın şiddetini ölçelim. Devrede 0,12 - 0,13 A akım şiddeti oluştuğunu gözlemleriz.

                                                                                data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/gorsel_2_2_0.jpg

 

Ne OIdu?

Açık, güneşli bir havada metrekareye saniyede yaklaşık 1000 W enerji düşer. Kullandığımız güneş gözesinin boyutlarıysa 7 x 10 cm. Dolayısıyla güneş gözesinin üzerine düşen güç:

            P1= 1000 . 0,07 . 0,10 = 7 W

Güneş gözesinin devreye sağladığı güç:

Elektriksel güç = Potansiyel fark x Akım şiddeti

P2 = V . I

     = 2,81 V . 0,13 A

     = 0,3653 W

Güneş gözesinin verimliliği:

   Verimlilik = P2 / P1

   Verimlilik = 0,3653 / 7

   Verimlilik = 0,0522,= %5,22                                                                   data-cke-saved-src=http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/sites/default/files/enerji_donusumu_ve_verimliligi_1_0.jpg

Bir güneş gözesinin gerçekte ne kadar iyi çalıştığını belirlemek için, güneş gözesinin güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürdüğü sıradaki verimliliğini ölçmek önemlidir.

Işığın bir kısmı güneş gözesinin yüzeyinden yansıtılır, bir kısmıysa göze içindeki elektrik devresinde ısıya dönüşür. Bu yüzden gözenin verimliliği hiçbir zaman %100 değildir.

Güneş gözeleri, yapılarına göre, %5 ile %20 arasında bir verimle güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirebilir.

 

Kaynak:

 
Yazar Hakkında:
Namdar Gürsönmez
Fen Bilimleri Öğretmeni
İzmir Çiğli-Karşıyaka Aydoğan Yağcı Bilim ve Sanat Merkezi

Fizik-Kimya-Matematik

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde kendi yaptığımız spektroskobu kullanarak ışığı bileşenlerine ayırıyoruz.

Ayın Şifrebilim Sorusu köşesinde Eylül 2020 sorusu yayınlandı.