| |||||||||||
| |||||||||||
 HABER ARAGOOGLE TRANSLATEELEKTRİK-ENERJİ HABEROTOMASYON HABER ÖNEMLİ LİNKLER EN ÇOK OKUNANLAR
|
3000 W Gücünde Güneş Takip Sisteminin Geliştirilmesi
3000 W Gücünde Güneş Takip Sisteminin Geliştirilmesi 3000 W Gücünde Güneş Takip Sisteminin Geliştirilmesi Bu çalışmada 3000 W gücünde güneş takip sistemi tanıtılmıştır. İlk olarak sistemin çalışma prensibi genel olarak anlatılmıştır. Sistemi oluşturan mekanik ve kontrol sistemi tanıtılmış ve bu çalışmanın alt yapısını oluşturan ilk prototipe yer verilmiştir. Son olarak ise geliştirilmiş prototip detaylı olarak ele alınmıştır. Tasarlanan sistemin en belirgin özelliği gün boyunca güneş ışığını izleyebilme yeteneğidir. Bu özellik ile güneş ışınları sürekli olarak güneş panelleri üzerine dik konumda düşmektedir. Bu sayede aynı sayıdaki güneş panelleriyle üretilen elektrik enerjisinde %45’e varan artışlar görülebilmektedir. Tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen bu prototip, güneş enerjisinin ülkemizde kullanımına bir örnek teşkil etmekte ve yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşmasına bir alt yapı oluşturmaktadır. 1. Giriş Son yıllarda, fosil yakıtların gün geçtikçe azalması ve bu yakıtların çevreye olan zararları sebebiyle enerji sektöründeki firmalar yeni arayışlar içerisine girmişlerdir. Bu nedenle ülkeler, bu kaynaklara alternatif oluşturan yenilenebilir enerji kaynakları üzerine yöneltmiştir. Özellikle son yıllarda, dünyadaki iklim değişiklikleri ve küresel ısınma nedeniyle de yenilenebilir enerji kaynakları fosil yakıtlara karşı büyük oranda rakip kaynaklar haline gelmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde yoğunlaşan bu ilgi literatürde yapılan çalışmaları da önemli ölçüde artırmıştır.
Ülkemizin özellikle güney bölgelerinde, güneşlenme alanı ve süresi oldukça iyi durumdadır [1]. Güneş enerjisinin kullanımı, ülkemizde de giderek önem kazanmakta ve yaygınlaşmaktadır. Güneş enerjisi ülkemizin enerji kaynaklarının kullanımının yaygınlaşması açısından önemli bir alternatif enerji kaynağı potansiyeli göstermektedir. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümü, güneş panelleri sayesinde gerçekleşmektedir. Güneş panelleri çevreye duyarlı elemanlardır. Çevreyi kirletebilecek herhangi bir atık veya zararlı madde içermemektedir. Panellerin diğer bir önemli özelliği, kurulumdan sonra bakım maliyetlerinin az olmasıdır. Güneş panellerinin birçok avantajına karşılık, bu panellerin kurulum maliyetlerinin oldukça yüksek olması bir olumsuzluk olarak ortaya çıkmaktadır. Ayrıca panel verimlerin genel olarak %15-25’ler civarında olması sebebi ile kurulumdan sonra kendilerini amorti edebilme süreleri de oldukça uzundur. Bu nedenlerden dolayı güneş panellerinden en iyi şekilde yararlanabilmek için çalışmalar yapılmaktadır [2]-[11].
Güneş panellerinin kullanıldığı bazı uygulamalarda, paneller sabit olarak yerleştirilmektedir. Bu uygulamalarda, panellerden elde edilen enerji miktarı güneşin konum değiştirmesi ile gün içerisinde belirli zaman dilimlerinde yüksek iken belirli zaman dilimlerinde ise düşük olmaktadır. Bu olumsuzluğun önüne geçebilmek amacıyla güneşi takip edebilen sistemler son yıllarda popüler çalışma alanları haline gelmiştir. Ayrıca bir diğer alternatif çalışma da hareketli ve odaklamalı sistemlerdir. Bu sistemlerde güneş ışınlarının paneller üzerinde toplanması sağlanmaktadır. Bu gelişmelere bağlı olarak bu çalışmada gün içerisinde güneş enerjisinden en fazla şekilde yararlanabilmek amacıyla tasarlanan ve imal edilen güneşi takip sistemi anlatılmıştır. İlk olarak sistemin çalışma prensibi açıklanmış, daha sonra, sistemi yapısal olarak oluşturan mekanik sistem ve kontrol sistemi anlatılmıştır. Güneş takip sisteminin temelini oluşturan ilk prototip tanıtıldıktan sonra son olarak da gerçeklenen 3000 W gücündeki güneş takip sisteminin prototipi anlatılmıştır. 2. Güneş Takip Sisteminin Çalışma Prensibi Bu çalışmada tanıtılan güneş takip sisteminin en önemli özelliği, sistemin güneşi takip ederek güneşin doğuşundan batışına kadar olan süre içerisinde güneş ışınlarının panellere dik düşmesini sağlamasıdır. Tasarımı ve imalatı yapılan sistemin bu yeteneği sayesinde güneş ışınlarından maksimum düzeyde yararlanılmakta ve güneş enerjisi verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürülmektedir.
Tasarlanan sistemin prensip şeması şekil 1’de verilmiştir. Sistemin güneşi izleyebilmesi için öncelikle güneşin konumunun belirlenmesi gerekmektedir. Bu işlemi sistemdeki güneş algılama elemanı gerçekleştirmektedir. Sistemin denetim algoritmasını mikro denetleyicili bir kontrol devresi gerçekleştirmektedir. Sistemde bulunan doğu-batı ve yükselme alçalma motorları ile de güneş takip sisteminin iki eksenli hareketi sağlanmaktadır. Güneş algılama elemanı, kontrol sistemi ile senkronize çalışmaktadır. Algılama elemanlarından gelen bilgiler kontrol devresinde değerlendirilerek sistemin iki eksenli hareketini sağlamak üzere doğu-batı ve yükselme-alçalma motorlarının sürücü devrelerine uygun konum sinyalleri gönderilmektedir. Konum sinyalleri neticesinde motor sürücüleri motorları tahrik ederek güneş takip sisteminin iki eksenli hareketi sağlanmaktadır. Bu işlem, güneş ışınlarının güneş panellerine dik gelmesi sağlanana kadar devam etmektedir. Sistemdeki bir diğer algoritma ise panellerden elde edilen elektrik enerjisinin şebekeye aktarılma işlemidir. Bu işlem, şebeke denetimli bir evirici sayesinde gerçekleştirilmektedir.
Güneş enerjisi dönüşüm sistemlerinin genellikle kullanımında, güneş panellerinin sabit konumda yerleştirildiği uygulamalarla daha sık karşılaşılmaktadır. Bu çeşit uygulamalarda, güneş ışınları sadece belirli bir zaman diliminde panellere dik olarak düşmektedir. Bu da panellerden elde edilen enerjinin gün içi ortalamasını oldukça düşürmektedir. Tasarlanan ve gerçeklenen güneşi takip edebilen sistemde ise güneş enerjisinden gün boyu yararlanma olanağı ortaya çıkmaktadır. Bu sayede sabit sistemlerde ortaya çıkan kayıp enerjinin sisteme katılımı sağlanmaktadır. Güneşi takip edebilen sistemin kullanılması ile sabit sistemlere göre yaklaşık olarak %45 civarında daha fazla enerji üretilmektedir [2]. Güneş panellerinden elde edilen elektrik enerjisi değişik şekillerde depolanabilir veya aktarılabilir. Elektrik enerjisi, ara tampon bölge olarak kullanılan akü gruplarında toplanarak ihtiyaca göre doğru akım olarak kullanılabileceği gibi bir evirici yardımıyla doğru akımdan alternatif akıma dönüştürülebilir. Üretilen elektrik enerjisinin bir diğer kullanılma yöntemi ise bu çalışmada olduğu gibi şebeke senkronizasyonlu evirici yardımıyla alternatif akıma dönüştürülerek doğrudan şebekeye aktarılmasıdır. Tasarlanan ve gerçeklenen güneş takip sistemi yapısal olarak mekanik ve kontrol sisteminden oluşmaktadır. Bu sistemler aşağıda detaylı olarak ele alınmıştır. 3. Mekanik Sistem Mekanik sistem ilk olarak Cad tabanlı bir çizim programı kullanarak panel sayısına ve ölçülerine göre tasarlanmıştır. Mekanik sistemde iki eksenli radyal yatay ve dikey konumlandırma mekanizması bulunmaktadır. Bu sayede sistem doğu-batı ve aşağı-yukarı yönde radyal hareket edebilmektedir. Mekanik sistem, güneş panellerinin ebatları göz önüne alınarak ve panelleri taşımaya elverişli olacak şekilde tasarlanmıştır. İki eksende hareket edebilen şasi sayesinde güneş panellerinin yatay ve dikey yönde radyal hareketi sağlanarak güneş ışığı sürekli olarak izlenecek ve güneş ışınlarının panellere dik gelmesi sağlanacaktır. Şasinin iki eksende hareketini sağlamak amacıyla redüktörlü doğru akım motorları kullanılmıştır. Motorlar, mekanik sistemin uygun yerlerine konumlandırılmıştır. 4. Kontrol Sistemi Kontrol sisteminin en önemli elemanlarından biri güneş algılama elemanıdır. Güneş takip sistemindeki algılama elemanının mekanik şasi üzerindeki görüntüsü şekil 2’de görülmektedir. Kontrol sisteminin, merkezi niteliğindeki mikro denetleyicili devre sistemdeki karar mekanizmasıdır. Bu ünitede, algılama elemanından gelen bilgiler doğrultusunda güneşin konumuna karar verilir. Kontrol sisteminin fotoğrafları şekil 3’te verilmiştir. Sitemdeki diğer önemli elemanlar ise elektrik motorları ve bunlara ait sürücü devreleridir. Yükselme-alçalma işlemini gerçekleştirebilmek için 2, doğu-batı yönde hareketi sağlamak için ise 1 adet redüktörlü doğru akım motoru kullanılmıştır. Yükselme-alçalma ve doğu-batı hareket işlemlerini gerçekleştiren motorların mekanik şasi üzerindeki görüntüsü şekil 4’te verilmiştir. Kontrol sistemi güneşin konumunu belirledikten sonra motor sürücü devrelerine uygun sinyalleri gönderir. Bu sayede sürücü devreleri ile doğru akım motorları tahrik edilerek güneş panellerinin uygun konuma gelmesi sağlanır. 5. Güneş Takip Sisteminin İlk Prototipi Yukarıda belirtilen tüm mekanik ve kontrol sistemlerinin kullanıldığı iki güneş panelinden oluşan ilk prototip laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen prototipi Şekil 5’te görülmektedir.
Bu prototip 160 W gücünde, iki eksende hareket edebilen ufak bir sistem örneğidir. Bu prototip taşınabilir olup; deneysel amaçlı kullanım için üretilmiştir. Elde edilen elektrik enerjisi, prototip bünyesinde bulunan akü grubunda depolanmaktadır. İlk çalışmalar, bu prototip üzerinde yapılmış; elde edilen sonuçlara göre hareketli sistemin sabit sisteme göre avantajları belirlenerek daha büyük boyutlu bir güneş takip sistemi yapılmasına karar verilmiştir. 3000 W gücündeki güneş takip sisteminin ilk prototipten en önemli farklarından biri de elde edilen elektrik enerjisinin akülerde depolanması yerine şebekeye anında aktarılma özelliği taşımasıdır. 6. Güneş Takip Sisteminin Geliştirilmiş Prototipi Güneş takip sisteminin ilk prototipinin gerçekleştirilmesinden sonra, daha büyük boyutlu ve elde edilen enerjiyi şebekeye aktarabilen büyük güçlü bir sistem tasarımına geçilmiştir.
Prototipi gerçeklenen sistemde 20 adet 150 W gücünde güneş panelleri bulunmaktadır. Sistemin teknik özellikleri Tablo 1’de verilmiştir. Sistem içerisinde 20 adet güneş paneli kullanıldığından panellerinin toplam gücü 3000 W’tır. Bir güneş panelinin günde ortalama 10 saat enerji ürettiğini kabul ederek günlük toplam enerji birikimi,
olarak hesaplanabilir. Sistemin hareket etmesinden dolayı kazandırdığı enerji % 45 civarında olduğundan bu sistem için sabit sisteme göre yaklaşık 10000 Wh daha fazla enerji üretilmektedir. Sistemin hareketini sağlayan doğu-batı motoru gücü 300 W, yükselme-alçalma toplam motor güçleri ise 100 W değerindedir. Sistemin iki eksendeki hareketini 60 saniyede tamamladığı düşünülürse günlük enerji tüketimi,
olarak bulunur. Sonuç olarak hareketinden dolayı kazandırdığı 10000 Wh’lik enerjinin sadece % 0,06’sı hareket için harcanmaktadır. Tasarlanan ve prototipi üretilen sistemin farklı yönlerden görünüşü şekil 6’da verilmiştir. Tasarlanan ve fiziksel olarak gerçeklenen sistem, 2009 yılının Temmuz ayından itibaren aktif olarak çalışmaktadır. Bu tarihe kadar sistemin şebekeye aktardığı enerji 9 MWh değerindedir.
7. Sonuçlar Bu çalışmada, güneşi takip edebilen 3000 W gücündeki güneş takip sisteminin tanıtımı yapılmıştır. Gerçeklenen sistem, elektrik enerjisi üretiminde güneş enerjisini kullandığından dolayı çevreye duyarlıdır. Enerji dönüşümünü gerçekleştiren güneş panelleri dönüşüm esnasında çevreyi kirletecek herhangi zararlı bir atık üretmezler. Ayrıca paneller, kurulumdan sonra da çok az bakım gerektirirler. Sistem, güneş enerjisinin ülkemizdeki kullanımına bir örnek teşkil ettiğinden dolayı ülkemiz teknolojisine yerli katkı sağlamaktadır. Fakat güneş panellerinin henüz ülkemizde üretilemiyor olması bir olumsuzluk olarak karşımıza çıkmaktadır. Ülkemizde, güneş panellerinin üretiminin gerçekleştirilebilmesi durumunda güneş enerjisinin kullanımındaki dış ülkelere bağımlılık tamamen ortadan kalkacak ve kurulum maliyetleri de oldukça düşecektir. Güneş takip sistemi, güneşin doğuşundan batışına kadar olan zaman diliminde sürekli olarak güneş ışığını izleyerek ışınların paneller üzerine dik düşmesini sağlamaktadır. Sistemin bu özelliği sayesinde güneş enerjisinin kullanımındaki verimlilik artmakta ve özellikle ilk kurulum maliyetleri yüksek olan sistemin kendisini amorti edebilme süresi kısalmaktadır. Ayrıca tasarlanan bu sistem, daha gelişmiş özellikte olan hareketli ve odaklamalı sistem uygulamaları için de bir alt yapı oluşturmaktadır. Kaynaklar [1] Varınca, K.B., Gönüllü M.T., “Türkiyede Güneş Enerjisi Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma”, 1.Ulusal Güneş ve Hidrojen Enerjisi Kongresi, 2006. [2] Çolak İ., Bayındır R., Sefa İ., Demirbaş M., “Güneş Takip Sistemi ve Uygulaması”, 1. Enerji Verimliliği ve Kalite Sempozyumu, TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Kocaeli Şubesi, 2005, 301-305. [3] Urbano J.A., Matsumoto Y., Asomoza R., Aceves F.J., Sotelo A., Jacome A., “5Wp PV Module-Based Stand-Alone Solar Tracking System”, 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2003, 2463-2465. [4] Konar, A., Mandal,. A. K., “Microprocessor Based Automatic Sun Tracker”. IEE Proc.-Science, Measurement and Technology, 1991, 237-241. [5] Bingöl O., Altıntaş A., Öner Y., “Microcontroller Based Solar-Tracking System and Its Implementation”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt No.12, 243-248, 2006. [6] Koyuncu, B., Balasubramanian, K., “A Microprocessor Controlled Automatic Sun Tracker”. IEEE Trans. on Consumer Elects., Vol. 37, 913-917, 1991. [7] Choi J.-S., Kim D.-Y., Park K.-T., Choi C.-H., Chung D.-H., “Design of Fuzzy Controller based on PC for Solar Tracking System”, International Conference on Smart Manufacturing Application, 2008, 508-513. [8] So J.H., Jung Y.S., Yu B.G., Hwang H.M., Yu G.J., Choi J.Y., “Performance Result and Analysis of Large Scale PV System”, 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2006, 2375-2378. [9] Poulek V., Libra M., “New Solar Tracker”, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 51, 113-120, 1998. [10] Cucumo M., De Rosa A., Ferraro V., Kaliakatsos D., Marinelli V., “Performance Analysis of 3kW Grid-Connected Photovoltaic Plant”, Renewable Energy, Vol. 31, 1129-1138, 2006. [11] Çamur S., Arifoğlu B., Beşer E., Kandemir Beşer E., “Güneşi İzleyebilen 3kW Gücünde Fotovoltaik Enerji Dönüşüm Ünitesinin Tasarımı ve Uygulaması”, Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, Eleco2010, 2-5 Aralık 2010, Bursa. Bu haber 3424 defa okunmuştur.
|
  GALERİ AKTUEL HABER GAZETELER  |
|||||||||
|
Sitemizdeki yazı,resim ve haberlerin her hakkı saklıdır.
İzinsiz,kaynak gösterilmeden kullanılamaz. Altyapı: MyDesign Haber Sistemi |
|||||||||||
(1)
