Geri Dön

Interoperabılıty and dynamıc modelıng to balance photovoltaıc energy generatıon and buıldıng energy demand for enhanced effıcıency

Fotovoltaik enerji üretimi ve bina enerji talebini dengelemek için interoperabilite ve dinamik modelleme

PDF İndir

  1. Tez No: 979517
  2. Yazar: SEVİM BEÇET
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HATİCE SÖZER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tez, hem dünyada hem de Türkiye'de enerji sektörünün mevcut durumunu incelemekte, yenilenebilir enerjiye olan artan ihtiyacı vurgulamakta ve DC tabanlı Açık Enerji Sistemi (DCOES) adı verilen etkili bir yaklaşım önermektedir. DCOES ile binalar arasında özel bir şebeke ağı geliştirip binaların ihtiyaç durumlarına göre ana şebekeden bağımsız bir enerji değiş tokuş ağı oluşturulmaktadır. Ayrıca, sistemi tasarlamak için kullanılan programlar arasında birlikte çalışabilirliği sağlamak amacıyla farklı platformlardan oluşan sistematik bir çerçeve geliştirmektedir. Bina temelli yenilenebilir enerji üretimi, güneş enerjisi üzeritimi, binaların enerji tüketim profilleri ve buradan hareketle binaların saatlik ihtiyaç profillerine ulaşarak bir enerji alış veriş algoritması oluşturana kadar kullanılan programların çıktılarının bir sonraki program tarafından okunmasını sağlamak ve programların very alışverişine olanak sağlamak tezin uyumlu çalışılabilinirlik kısmı için ele alınmıştır. Teorik temelinin yanı sıra çalışma, gerçekçi verilere dayanan bir vaka analizi de içermektedir. Bu vaka analizi, İstanbul Kartal'daki Kızılay Bulvarı'nda bulunan üç binaya odaklanmaktadır; burada yapılan ölçümler enerji tüketim verilerinin elde edilmesi ve binaların yenilenebilir enerji üretim potansiyelinin hesaplanması amacıyla metodolojide belirtilen very akışı takip edilerek enerji modelleriyle entegre edilmiştir. Sonuçlar kısmında enerji üretminin, tüketiminin ve sonuç olarak DCOES ile teorik olarak uygulanan enerji değiş tokuş profilinin ayrıntılı analizi sunulmaktadır. Enerjiye olan artan talep, hem dünyada hem de Türkiye'de insanları, firmaları, yönetimleri karbon emisyonlarını azaltmak ve ekonomik ile çevresel sürdürülebilirliği teşvik etmek amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmaya yöneltmiştir. Bu kaynaklar arasında güneş enerjisi, geniş uygulama alanı sayesinde öne çıkmaktadır. Güneş enerjisi yalnızca güneş tarlaları aracılığıyla enerji üretimine katkı sağlamakla kalmamış, aynı zamanda binalara, cadde ve trafik aydınlatma sistemlerine entegrasyonu ile de yaygınlaşmıştır. Binalara entegre fotovoltaik sistemler (BIPV), güneş enerjisinin binalarda uygulanmasının ve yenilenebilir enerji üretilmesinin yollarından biridir. Bu tez, DCOES tarafından desteklenen enerji paylaşım sistemi kapsamında, Kartal Kızılay Bulvarı'ndaki binaların BIPV performansına odaklanmaktadır. Bunu gerçekleştirebilmek için binaların gerçekçi verilerle incelenmesi gerekmekte, bu da binaların REVIT, RHINO ve eQUEST ile 3 boyutlu modellerinin oluşturulmasını ve iş akışının sonraki adımlarının bu modellerden elde edilen gerçekçi çıktıları işleyebilmesini gerekktirmektedir. Bu ihtiyaç binaların gerçek hayattaki modellerine en yakın modeli oluşturmanın ve metodolojinin ilerleyen süreçlerinde de binaların kendilerine özgü özelliklerine bağlı kalarak üretim ve tüketim profillerini oluşturmanın en sağlıklı veriyi elde etmeye yaklaştıracağı gerçeğiyle ortaya çıkmaktadır. xxii Bu çalışmada, İstanbul'un Kartal ilçesinde, Kızılay Bulvarı üzerinde yer alan konut binalarına dayalı bir vaka analizi gerçekleştirilmiştir. Amaç, yenilenebilir enerji sistemlerinin—özellikle güneş enerjisinin—binalara uygulanabilirliğini ve üretilen enerjinin verimli ve ekonomik kullanımını incelemektir. Çalışmanın temel odağı, yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı bir sistem aracılığıyla enerji paylaşım ağı oluşturmak olup, bu aşama DCOES konsepti ile sağlanmaktadır, başlangıç aşamalarından Python ile yapılan son hesaplamalara kadar birlikte çalışabilir şekilde kullanılan yazılımlardan elde edilen gerçekçi verilerden yararlanılmıştır. Python aracılığıyla binaların ürettiği enerjinin, tüketimlerini depolama veya gerçek zamanlı kullanım yoluyla karşılayıp karşılamadığı ve fazla enerjinin ihtiyacı olan binalara aktarılıp aktarılamayacağı araştırılmıştır. Python ile son hesaplamalara geçişi sağlıklı bir şekilde sağlamak ve yenilenebilir enerji üretim sistemini dinamik, kolay modifiye edilebilir, uyumlu bir şekilde oluşturabilmek için binaların güneş enerjisi üretim miktarları, profilleri Sandia National Laboratories tarafından hazırlanan PV_Lib Python Toolbox'ı ile hesaplanmıştır. Binalarda yenilenebilir enerji sistemi uygulaması farklı şekillerde denenmiş, uygulanmış ve bu farklı şekillerin sonuçları birirleriyle karşılaştırılıp en iyiye ulaşma amaçlanmıştır. Çalışmada enerji paylaşımını sağlayabilmek için kullanılan sistem Direct Current Based Open Energy Systems (Doğru Akım Temelli Açık Enerji Sistemleri, DCOES) olarak bilinen açık enerji sistemidir. DCOES modellemesinde bataryalı ve bataryasız sistemler hem enerjiyi verimli kullanma açısından hem de ekonomik açıdan karşılaştırılmış, du durum birden fazla binaya uygulama kısmına bir ön çalışma olarak gerçekleştirilmiştir. Bu tezde, bataryalı sistemlere karşı ekonomik avantaj sağladığı için, bataryasız sistem kullanılmıştır. Nitekim binalar çok katlı binalar olduklarından dolayı binaların elektirik enerjisi ihtiyaçları oldukça yüksektir. Binaların çatılarına, spesifik olarak çatıların sadece güney cephelerine, uygulanan güneş panelleri bu binaların tüm enerji ihtiyacını karşılamaya yetmediği için belli başlı saatlerde artan enerji için depolama sistemi oluşturmak hem binaların enerji ihtiyaçları açısından hem de ekonomik açıdan uygulanabilir olmamaktadır. Çalışmanın ilerleyen aşamalarında Python yardımıyla üç bina arasında bir enerji paylaşım ağı kurulmuş, sonuçlar veri olarak elde edilmiş ve grafikler aracılığıyla görselleştirilmiştir. Binaların yıllık enerji tüketim değerleri eQUEST (Quick Energy Simulation Tool) ile, yıllık enerji üretim değerleri ise PV_Lib Python ile hesaplanmıştır. Bu hesaplamaların ardından elde edilen veri dosyaları, Python ile geliştirilen enerji paylaşım algoritmasının temel verisi olarak kullanılmıştır. Üretim verileri de tüketim verileri de tüm bir yıl için saatlik bazda hesaplanmıştır. Enerji paylaşım sistemi oluşturulan vaka çalışmasında yüksek katlı binaların ürettikleri enerji, binalara solar paneller binaların sadece güneye bakan çatı cephesine uygulanırsa, o binaların günlük enerji tüketimini karşılayabilecek kadar yüksek olmadığı görülmektedir. Kat sayısı az olan binanın ise yılın tüm günlerinde ve gün boyu olmasa dahi anlık olarak üretim verilerinin tüketim verilerinden yüksek olduğu zamanlar gözlemlenmiştir. Bu noktada üzerinde çalışılan 3 binadan kat sayısı düşük olan bina diğer iki binaya yılın belli günlerinde enerji aktarımı yapabilmektedir. Binalar arasında enerji aktarımı en yüksek şekilde günün öğlen saatleri arasında gerçekleşmektedir. Çünkü günün öğlen saatleri enerji üretim potansşyelinin zirve yaptığı vakittir. Yapılan ölçümler sonucunda Bina 3 (B3) olarak adlandırdığımız tüketim değerleri en düşük olan binadan Bina 1 (B1) ve Bina 2 (B2)'ye enerji aktarımının gerçekleştiği gözlemlenmektedir. Spesifik olarak enerji paylaşımı öğleden xxiii sonra gerçekleşmiş olup, yıllık toplam 19,9 kW'dır. Enerji transferleri sabah 7 ile öğleden sonra 3 arasında değişen yoğunluklarda gerçekleşmiştir. Bir yıl boyunca transfer edilen toplam enerji 252,243 kW olarak hesaplanmıştır. Bir binanın 24 saatlik kendi enerji ihtiyacını karşılaması mümkün olmasa da, yenilenebilir enerjiyi binalar arasında dinamik olarak paylaşmak ve birden fazla bina için günün belirli saatlerinde net sıfır sağlamak mümkün görünmektedir. Binalar arasındaki enerji üretimi ve paylaşım potansiyelinin analizinden sonra çalışma, başlangıç noktasına geri döner: binaların 3D modellemesi. Ana hedef programlar arasında birlikte çalışabilir (interoperable) dinamik bir modelleme oluşturmak olduğundan, sürecin geri kalanını etkileyebilecek 3D modeller üzerinde değişiklik yapmak ve bu değişiklikleri modelin geri kanlanında da gözlemleyebilmek önemlidir. 3D bina modelinden Python'a veri transfer zinciri oluşturmak için, REVIT ile Rhino, araştırmacıların dinamik modellemenin temelini atan Grasshopper gibi ek Rhino araçlarını kullanabilmesini sağlayan iki yazılım arasındaki bir entegrasyon platformu olan Rhino.Inside.Revit ile bağlanmıştır. Üç boyutlu modelin enerji tüketim verilerini ve üretim potansiyelini hesaplamayla başlayan süreç üç boyutlu yapının Rhino'da ortaya çıkmasıyla tamamlanır. BIM platformunda interoperabilityi sağlamak ve güncel, otomatik bir sistem oluşturmak için gereken sistem bu şekilde oluşturulmuştur.

Özet (Çeviri)

This thesis examines the current state of energy both globally and in Turkey, highlights the growing need for renewable energy, and proposes an effective approach to renewable energy systems called the DC-based Open Energy System (DCOES). It further develops a systematic framework composed of different platforms to ensure interoperability between the programs used to design the system. In addition to its theoretical foundation, the study includes a case study based on realistic data. This case study focuses on three buildings located on Kızılay Boulevard in Kartal, Istanbul, where measurements were integrated with energy models to obtain consumption data and calculate the buildings' renewable energy production potential, ultimately presenting a detailed analysis of energy inflows and outflows. The increasing demand for energy, both in the world and in Turkey, has driven people toward utilizing renewable energy sources in an effort to reduce carbon emissions and promote economic and environmental sustainability. Among these sources, solar energy stands out due to its wide applicability. It not only contributes to energy production through solar farms but has also become widespread through its integration into buildings, as well as street and traffic lighting systems. BIPV (Building Integrated Photovoltaics) is one of the ways to implement solar energy in buildings to produce renewable energy. This thesis focuses on the BIPV performance of buildings in Kartal, Kızılay Boulevard, within the energy exchange system supported by DCOES. To achieve this, it is important to investigate the buildings using realistic data, which creates the need to build a 3D model of the buildings and ensure that the following steps of the workflow can process the realistic outcomes of these models. In this study, a case study based on residential buildings located on Kızılay Boulevard in the Kartal district of Istanbul was conducted to examine the applicability of renewable energy systems—specifically solar energy—to buildings and the efficient and economical use of the energy generated. The main focus of the study is to establish an energy sharing network through a system based on renewable energy sources, using realistic data obtained from software programs employed in an interoperable way from the initial stages to the final calculation part with Python. With Python, it was investigated whether the energy produced by buildings can meet their consumption either through storage or real-time use, and whether surplus energy can be transferred to buildings in need. Different approaches to implementing renewable energy systems in buildings were tested and compared to evaluate their outcomes, with the aim of determining the most effective method. The system used for facilitating energy sharing in the study is known xx as DC Based Open Energy Systems (DCOES). In the DCOES modelling, both battery supported and battery-free systems were compared in terms of energy efficiency and economic feasibility, serving as a preliminary analysis for applications involving multiple buildings. And it is concluded that a system without battery implementation is a better choice, since the buildings in the case study has high rate of electricity consumption and most of the time battery is not needed due to buildings being non self sufficient. In the later stages of the study, an energy sharing network was established between three buildings with the help of Python, and the results were obtained as data and then visualized through graphs. Energy consumption values of the buildings are calculated with eQUEST (the QUick Energy Simulation Tool) for the whole year; energy production values are calculated with PVLib Python for whole year, and after after the calculation these data files used for base data for energy exchange algorithm created via Python. In the later stages of the study, an energy sharing network was established between three buildings with the help of Python, and the results were obtained as data and then visualized through graphs. The energy consumption values of the buildings were calculated with eQUEST (the Quick Energy Simulation Tool) for the whole year, while the energy production values were calculated with PVLib Python for the same period. After these calculations, the resulting data files were used as the base data for the energy exchange algorithm developed in Python. Energy transfers between buildings occurred primarily during midday hours, as this is when solar energy production potential peaks. The measurements revealed that energy was transferred from Building 3, which had the lowest consumption values, to Building 1 and Building 2. Specifically, the energy sharing occurred in the afternoon, totalling 19.9 kW annually. The energy transfers took place at varying intensities between 7 AM and 3 PM. The total energy transferred over the course of one year was calculated to be 252.243 kW. Although a single building could not meet its energy needs on a 24-hour basis, it appears feasible to dynamically share renewable energy between buildings and achieve net zero during specific hours of the day across multiple buildings. Following the analysis of energy production and sharing potential among buildings, the study returns to the starting point: the 3D modelling of the buildings. Since the main goal is to create a dynamic modelling that interoperable between the software programs, making changes on the 3D models that can affect the rest of the process is important. To create a chain of models, transfer data starting from 3D building model to the pyton, Revit and Rhino is linked with the Rhino.Inside.Revit platform, which is an adjustment between two softwares allowing researchers to use additional Rhino tools, such as Grasshopper that laying the foundation for dynamic modelling. The process, which began with calculating the buildings' energy consumption and production potential, was completed by visualizing the 3D model in Rhino. In this way, a system capable of ensuring interoperability on the BIM platform and supporting a real-time, automated energy control process was developed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    988078

    Bir otomotiv fabrikasında baca gazı arıtım ekipmanının crıtıc ve multımoora metodları ile belirlenmesi

    Selection of flue gas treatment equipment in an automotive factory using the critic and multimoora methods

    SERKAN ERDOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPARSLAN SERHAT DEMİR

  2. Tez No

    542584

    Aktif çamur sistemleri için dinamik simülasyon programı tasarımı

    Design of a dynamic simulation program for activated sludge systems

    ONUR KİRAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM KARAHAN ÖZGÜN

  3. Tez No

    559117

    Karayolu projelerinde yeni teknolojilerin kullanımı

    Usage of new technologies in highway projects

    EMRAH ERDEM ÖZLÜ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. MURAT ERGÜN

  4. Tez No

    400043

    Exploiting metadata, ontologies and semantics to design/enhance new end-user experiences for adaptive pervasive computing environments

    Başlık çevirisi yok

    AHMET SOYLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKatholıeke Unıversıteıt Leuven (catholıc Unıversıty Of Leuven)

    PROF. DR. ERİK DUVAL

    PROF. DR. PATRİCK DE CAUSMAECKER

    PROF. DR. PİET DESMET

  5. Tez No

    201980

    Archetype based domain modeling for health information systems

    Sağlık enformasyon sistemleri için arketip tabanlı alan modellemesi

    KORAY ATALAĞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Bilişim Sistemleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEMİH BİLGEN

Geri Dön