GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ÇALIŞAN PROTOTİP ARABA TASARIMI VE UŞAK İLİNDE UYGULANABİLİRLİĞİ Gökhan YILDIRIM*, Mustafa Cenk ERBİL*, Gürcan TAŞPINAR**, Süleyman Anıl YÜCESOY** * Uşak Üniversitesi, Meslek Yüksekokulu, Makine ve Metal Teknolojisi Bölümü, UŞAK ** Uşak Üniversitesi, Meslek Yüksekokulu, Elektronik ve Otomasyon Bölümü, UŞAK

1.GİRİŞ Taşıtlar günümüzün vazgeçilemez mekanik ve elektronik sistemleridir. İnsanlar bir yerden bir yere giderken yada yük taşıma işlemlerini yaparken taşıtları kullanmaktadırlar. Taşıt seçimi yaparken en hızlı ve en düşük maliyetli yöntemleri seçmektedirler. Fakat taşıtların çalıştırılabilmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. Enerji elde etmek için kullanılan fosil yakıtların kaynaklarının hem hızlı bir şekilde tükenmesi hem de pahalı olması taşıtlarda yeni yakıt arayışlarını gerektirmiştir. Bunun yanında kullanılan fosil yakıtların çevreye zarar vermesi bu arayışın hızlanmasına neden olmuştur. Bu amaçla yapılan çalışmalarda son dönemde kullanılmaya başlanan alternatif bir enerji kaynağı da güneştir. Bahsedilen gerekçelerden dolayı güneş enerjisi gibi sonu gelmeyen enerji kaynağının arabada yakıt olarak kullanılması fikri ortaya çıkmış ve denenmiştir. Ve günümüzde birçok güneş enerjili araç üretilmiştir. Güneş enerjisi arabalar; golf arabaları; uçaklar ve deniz araçlarında katı yakıt yerine kullanılan enerji kaynağı olmuştur

Ayşe Özgöçmen, 2007 yılında yapmış olduğu yüksek lisans tezine göre Türkiye’nin yıllık güneşlenme süresi 2608,8 saat, Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü (EİE) verilerine göre ise Türkiye’nin yıllık güneşlenme süresi 2741,07 saattir. Bu veriler dikkate alındığında Türkiye’nin yeryüzünde güneş enerjisinden yararlanma potansiyeli yüksek olan bir ülke olması verisi bu çalışma alanını seçmemizde ön gerekçeyi oluşturmuştur. Ayrıca Türkiye’de illere ait enerji potansiyeli haritası incelendiğinde ise (Şekil 1.) Uşak ilinin yıllık olarak 1550 – 1650 KWh/m2 ‘lik güneş enerjisi potansiyeline sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu değerin ve Uşak ilinin global radyasyon değerlerinin Türkiye’nin aylık ortalama global radyasyon değerlerinden çok küçük değerlerde de olsa ortalama değerlerin üzerinde olduğu görülmüştür. Bu saptamayla beraber güneş enerjisi potansiyeli bakımından iyi durumda olan Uşak ilinde güneş termik santrali kurmak için gerekli koşullar ve alanların bulunmaması sebeplerinden ötürü çalışma alanımızı Uşak ili çerçevesine daraltarak şehirdeki araç kullanımının vazgeçilemez olduğu devlet kurumlarında ve doğa turizmine açılmaya çalışılan turizm mevkilerinde kullanılmak üzere arazide engebenin azlığı da göz önüne alınarak bir yerden bir yere yolcu ve yük taşımak amaçlı doğaya zarar vermeyen ve enerjisine para harcanmayan güneş enerjili araba tasarımı ve prototip üretimi yapılmıştır.

Şekil 1. Türkiye’de illere ait enerji potansiyeli haritası

Bu değerin ve Uşak ilinin global radyasyon değerlerinin Türkiye’nin aylık ortalama global radyasyon değerlerinden çok küçük değerlerde de olsa ortalama değerlerin üzerinde olduğu görülmüştür. Bu saptamayla beraber güneş enerjisi potansiyeli bakımından iyi durumda olan Uşak ilinde güneş termik santrali kurmak için gerekli koşullar ve alanların bulunmaması sebeplerinden ötürü çalışma alanımız Uşak ili çerçevesine daraltılmıştır. Bu bağlamda da şehirdeki araç kullanımının vazgeçilemez olduğu devlet kurumlarında ve doğa turizmine açılmaya çalışılan turizm mevkilerinde kullanılmak üzere arazide engebenin azlığı da göz önüne alınarak bir yerden bir yere yolcu ve yük taşımak amaçlı doğaya zarar vermeyen ve enerjisine para harcanmayan güneş enerjili araba tasarımı ve prototip üretimi yapılmıştır.

2. GÜNEŞ ENERJİLİ ARACIN TASARIMI VE PROTOTİP ÜRETİMİ Dünya’da ve Türkiye’de bu konuda yapılan çalışmalara bakıldığında Stop Grup firmasının DFH YZ2T model ürettiği insan taşıma amaçlı aracı ve EG2028K model golf aracı bize yön göstermiştir. Şekil 2. DFH YZ2T modeli araç

Şekil 3. EG2028K modelli araç

Arabanın güneş enerjisinden elektrik elde edilmesi için yapılacak sistem aşağıda Şekil 4.’ten yararlanılarak yapılmıştır. Şekil 4. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi için gereken sistem

Bu şekilde görüldüğü üzere güneşten gelen ışınlar güneş pili (paneli) sayesinde elektrik enerjisine çevrilir. Panel çıkışındaki akımı düzenleme işlevini gören şarj kontrolör devresi (MPPT) akünün tam dolmasını ve aşırı kullanımlarda deşarj (boşalmasını) olmasını engeller. Böylece güneş panelinin çıkışındaki enerji MPPT devresinin denetiminden geçtikten sonra akülerimizin dolmasını sağlamıştır. Bu akülerin çıkışına bağlı olan DC motorlar da her iki arka tekerleğin hareketini sağlamak için akü çıkışındaki elektrik enerjisini hareket enerjisine çevirir. Son olarak çıkışında ayrıca direk DC voltaj çıkışı da olan MPPT’nin bu uçlarına aracın yol aydınlatmasını gerçekleştirmek için paralel bağlantılı olarak iki adet far takılmıştır. Gösterilen genel sistem şemasındaki invertör devresinden ise aracımızda herhangi bir alternatif sinyal ihtiyacı bulunmadığı için yararlanılmamıştır.

Bu blok şemanın bileşenlerine dair gerekli piyasa araştırmaları yapıldıktan sonra ilgili kriterler ışığında malzeme seçimleri gerçekleştirilmiş ve aracın şasisi; kullanılacak malzemelerin büyüklükleri de dikkate alınarak tasarlanmış daha sonra gerekli bütün parçalar incelenerek montaj ve imalat resimleri çıkarılmıştır. Modellemenin gerçekleştirilmesinin ardından ise uygulama bölümüne geçilmiş ve şasi çizimlerine uygun olarak gerçekleştirilen araç şasisine gerekli bağlantılar yapılarak, araç başarıyla çalıştırılmıştır. Aracın başarıyla çalıştırılmasının ardından aracın verim ve şarj ölçümleri alınmış, ek olarak daha sonrasında karşılaştırmanın yapılabilmesi için aracın ana maliyeti ve bakım maliyeti hesaplanmıştır.

3. GÜNEŞ ENERJİLİ PROTOTİP ARACIN VERİM VE ŞARJ ÖLÇÜMÜ İLE ANA MALİYET VE BAKIM MALİYETİ HESAPLANMASI YÖNTEMLERİ 3.1. Araç Veriminin Ölçülme Yöntemi Araç verimi ölçülürken izlenen yöntem güneş panelinden tam olarak dolan akülerle üretilen prototipin çalıştırılması halinde belli bir yük ile kaç km hız yaptığının ölçülmesidir. Bunun için araca 65 kg ağırlığında şoför bindirilerek daire şeklindeki parkurda araç çalıştırılmış ve aracın hızının ölçümü 3G’li IPAD1’in hız ölçüm özelliğinden yararlanılarak yapılmıştır. Aracın sadece hızı değil; tam dolu şarjın 65 kg şoför üzerinde iken ne kadar süre ve mesafe gittiği de ölçülmüştür. Bu ölçümler ölçüm hatasının azaltılması için ortalamaları alınmak amacıyla üçer kez tekrarlanmıştır.

3.2. Araç Şarj Ölçüm Yöntemi Aracın aküleri aracın motorlarını çalıştıramaz duruma geldikten sonra Şekil 5.’de devresi verilen akü şarj ölçüm devresi kullanılarak akünün tam olarak dolma süresi yine ölçüm hatasının azaltılması için ortalama alınmak amacıyla üç kez ölçülmüştür. Şekil 5. Akü şarj ölçüm devresi

3.3. Araç Ana Maliyeti ve Bakım Maliyeti Hesaplanması Araç ana maliyeti hesaplanırken güneş enerjili aracın üretim aşamasındaki tüm parçaların işlenmesi için gereken fiyatların ve alım fiyatlarının toplamı dikkate alınmıştır. Bakım maliyeti olarak ta her parçanın ortalama ömrü dikkate alınarak aracın muhtemel ilk parça değişimleri ve parça fiyatları dikkate alınmıştır. Daha sonra imalatı yapılan güneş enerjili prototipin ana maliyeti ve bakım masrafları ile fosil yakıtlı aracın ana maliyeti ve bakım masrafları karşılaştırılmıştır. Fosil yakıtlı bir aracın ana maliyetinin hesabında piyasa satın alma fiyatı ana maliyet kabul edilmiştir.

4. SONUÇLAR 4.1. Araç Veriminin Ölçüm Sonuçları Verim ölçümleri sonucu üretilen prototipin tam şarjlı iken ve üzerinde 65 kg ağırlığında şoför varken ilk hareket anındaki hızı ortalama olarak 10 km olarak çıkmıştır. aracın tam şarj sonrası yine 65 kg yük ile hiç durmadan ortalama olarak 2480 metre yol aldığı ölçülmüştür. Bu yol 70 metrelik bir yuvarlak parkur olarak hazırlanmış ve şoför hep çizilen parkuru ortalamalar alınmak amacıyla üçer kez dönerek almıştır. Ayrıca aracın tam şarj ile 65 kg ağırlığında bir şoför ile hareket anından sonra ortalama 30 dakika yol aldıktan sonra şoförü taşıyamaz hale geldiği tespit etmiştir. Bu ölçümlerin güvenlik sebebiyle aracın belli bir açıyla sürekli olarak döner halde alınmak zorunda kalınması ve bu sebeple de daha fazla enerji harcayarak ve daha düşük bir hızla gittiği de hesap edilmelidir. Bu ölçümlerin aracın dönmeden düz olarak gitmesi durumunda daha yüksek verimde çıkacağı unutulmamalıdır.

4.2. Araç Şarj Ölçüm Sonuçları Akülerin tam şarj durumunda ortalama 12.95 V değer gösterdiği ölçülmüştür. Aracın şarjının bitişi olarak istenen ağırlığı taşıyamadığı an kabul edilmiştir. Akülerdeki enerji ile 65 kg ağrılığındaki şoför aracı kullanırken ortalama 30 dakika hareket edildikten sonra akülerin şarjının bittiği tespit edilmiş ve bittiği anda akünün ortalama 10,7 V değer gösterdiği ölçülmüştür. Güneş altında; güneş panelinden alınan enerji ile bir akünün tam şarj olma süresi ortalama 50 dakika olarak ölçülmüştür. Ortalama 50 dakika sonunda akünün tekrar ölçümleri alınmış ve ortalama 12.95 V gösterdiği tespit edilmiştir.

4.3. Araç Ana Maliyeti ve Bakım Maliyeti Sonuçları Güneş enerjili prototipin ana maliyeti yapılan hesaplamalar sonucu 1400 TL olarak bulunmuştur. Bu aracın kullanılması düşünülen yerlerde kullanılan motorsikletlerin ana maliyetleri yaklaşık olarak 3000 TL – 12000 TL arasında olduğu piyasa fiyatlarında görülmüştür. Yine bu aracın yerine kullanılan taksi tarzı araçların ana maliyetleri ise çok daha yüksektir. Bu da güneş enerjili prototipin alternatifi olan fosil yakıtlı motorsiklet ve taksi tipi araçlara göre çok daha düşük maliyetlere mal olduğu göstermektedir. Bakım maliyeti olarak bakıldığında ise güneş enerjili araçlarda kullanılan parçaların çok uzun ömürlü olması bu maliyet değerini oldukça düşürmektedir. Eğer fosil yakıtlı araç tercih edilmiş olsa bu aracın birçok parçasının 6 ayda bir bakıma ihtiyaç duyması ve arıza vermesi bakım maliyeti açısından güneş enerjili araçla arasında çok büyük farklar ortaya çıkarır.

Güneş enerjili araç ile fosil yakıtlı aracın bir başka maliyet karşılaştırılması ise yakıt açısından yapılmalıdır. Her iki araçta hareket için enerjiye ihtiyaç vardır ama fosil yakıtlı aracın enerjisi için sürekli tükenen ve fiyatı artan bir kaynaktan yararlanıldığı için günden güne artan fiyatlarla karşı karşıya kalınmaktadır. Buna karşılık olarak güneş enerjili araçta enerji kaynağı olarak tükenmeyen ve kullanılması durumunda ücret ödenmeyen güneş enerjisi kullanılmaktadır. Dolayısıyla her iki aracın bu açıdan karşılaştırılması durumunda fosil yakıtlı aracı kullanmak için sürekli yakıt masrafı çıkarken güneş enerjili aracı hiçbir yakıt masrafı vermeden kullanmak mümkün olacaktır. Güneş enerjili araç ile fosil yakıtlı aracın bir başka karşılaştırması çevreye verdikleri zarar açısından yapılmalıdır. Fosil yakıtlı araç kullanılması durumunda fosil yakıttan çıkan egzoz gazlarının çevreye salınımı sonucu her yıl atmosferdeki çevre kirliliği gittikçe artmaktadır. Her ne kadar bunlar minimum düzeyde tutulmaya çalışılıp sürekli kontrol edilse de çevreye verdiği zararın önüne geçilememektedir. Fakat güneş enerjili araç tercih edilmesi durumunda egzoz salınımı olmamaktadır.

5. UŞAKTA UYGULANABİLİRLİK Uşak ili için ileride bir fırsata dönüşmesini umduğumuz şekilde güneş enerjili araçların kullanımı ile ilin fosil yakıtlı araç ve zararlarından kurtulabilmesini öngörmüş bulunmaktayız. Uşak ilinin Türkiye’deki bir çok ile göre kişi başına düşen araç sayısının çok olduğu da bilinen bir gerçektir. Uşak ilinde zorunlu olarak taşıt kullanılması gereken hastaneler, üniversite, belediye, zabıta müdürlüğü ve valilik gibi bazı devlet kurumlarında kullanılan fosil yakıtlı motorsikletler ve taksiler yerine üretilen tarz bir prototip aracın kullanılması durumunda her kurumun çevreye verdiği zarar azalacaktır. Ayrıca her kurumun araca sahip olmak için harcadığı ana maliyet ve bakım maliyeti azalacak, aracı kullanmak için harcadığı yakıt maliyeti olan tutarlar kadar paranın elde kalması sağlanacaktır. Örneğin Uşak Belediyesi’nde kullanılan Yamaha marka CYGNUS X model scooterın ana maliyeti 5980 TL’dir. Üretilen prototipin ana maliyeti ise 1400 TL’dir.

Bununla beraber belediyenin kullandığı bu scooterın bakım maliyeti ile fosil yakıt miktarı (scootera fosil yakıt konuyor değil mi?) da düşünüldüğünde aradaki oluşacak fiyat farkı ile Uşak ilinde hem ekonomik kaynak sağlanabilecek hem de çevreye verilen zarar bir miktarda olsa azalacaktır. Sağlanan bu gelirler gerekli olan diğer alanlara aktarılarak Uşak ilinde ihtiyaç duyulan başka bir eksik tamamlanabilecektir. Ayrıca uşak ilinin merkezine yakın alanlar olan Ulubey Kanyonları ve Cılandıras Köprü ve Şelalesi gibi yerlerde belediye veya özel firmalar tarafından oluşturulacak parkurlarda bu tür araçlarla turistik amaçlı gezi turları düzenlenerek Uşak ilinde turizme katkı sağlanabilir. Böylece turizmde doğa turları alanında yatırımlarla herkesin ilgisini çekecek alanlar oluşturulabilir. Uşak ilindeki turizm durgunluğuna katkılar sağlanabilir. Bacasız fabrika olarak tabir edilen turizmde egzozsuz araç tabiri oluşturulmuş illerden biri olunabilir.

6.ÖNERİLER Prototip tasarımı yapılarak verim ölçümleri yapılan bu güneş enerjili aracın verim değerini yükseltmek için şunlar yapılabilir: Kullanılan bu hafif ve küçük akülerin sayısı arttırılabilir yada daha ağır ve büyük olsalar da daha güçlü aküler kullanılabilir. Kuru tip akü yerine daha önceki çalışmalarda kullanılan ve iyi sonuçlar alındığı belirtilen jel tipi aküler kullanılabilir. Daha fazla güneş enerjisinden yararlanabilmek için daha güçlü güneş paneli yada birden fazla sayıda güneş paneli kullanılabilir. Farklı tiplerde elektrik motorları kullanılabilir. Araçta kullanılan şasi malzemesi daha hafif olan alüminyum yada kompozit malzeme tercih edilerek aracın ağırlığı azaltılabilir. Aracın teker çapı ve kalınlığı değiştirilebilir. Motordan çıkan mile tekerlek yerine dişli sistemi kullanılabilir. Güneşin etkisinin azaldığı yada yetmediği zamanlardaki kullanılabilirliği arttırmak için aküler direk elektrik enerjisinden de şarj edilebilir.