GERÇEK ZAMAN SAATİ VE MİKRODENTLEYİCİ KULLANAN GÜNEŞ TAKİP SİSTEMİ SOLAR TRACKING SYSTEM USING REAL TIME CLOCK AND MICROCONTROLLER İbrahim YILDIZÖZ & Ahmet GEMEÇ, Kastamonu Üniversitesi, Kastamonu Meslek Yüksekokulu, Elektronik Teknolojisi Aydın BAYRAK & Alpaslan DEMİR, Kastamonu Üniversitesi, Kastamonu Meslek Yüksekokulu, Mekatronik Programı Erdal ŞEHİRLİ & Yücel ÇETİNCEVİZ, Kastamonu Üniversitesi, Kastamonu Meslek Yüksekokulu, Elektronik ve Otomasyon Bölümü ABSTRACT ve ÖZET Bu çalışmada, 200W`lık güneş panelinin güneş takibi uygulaması yapılmıştır. Güneşin konumu zamana bağlı olarak tespit edilmiş ve bu konuma göre güneş takibi gerçekleştirilmiştir. Donanım olarak, 16F877 ve DS1302 entegreleri, 12V redüktörlü bir dc motor kullanılmıştır. Ayrıca, motor milindeki moment polyemit mekanizma ile iletilmiştir. In this paper, tracking of the 200W solar panel is realized. The position of Sun is determined by depending on the time and solar tracking is implemented by this position. As hardware, 16F877 and DS1302 integrated circuits, 12V dc motor with reducer are used. Furthermore, moment of motor shaft is transmitted by polyamide mechanism. 1. GİRİŞ 1
Günümüzde, enerji tüketimi sanayinin ilerlemesi ve toplumların tüketimlerinin artması nedeniyle gün geçtikçe artmaktadır. Bununla birlikte, petrol tabanlı enerji kaynakları yüksek oranda karbon içermeleri nedeniyle çevreye zararları yüksektir. Ayrıca, gün geçtikçe bu tip kaynaklar da azalmaktadır. Bu nedenlerden dolayı, son yıllarda, yenilenebilir enerji kaynağı olarak adlandırılan, rüzgâr, güneş ve hidrojenden enerji üretme isteğinde artış olmaktadır. Rüzgâr türbinlerinin kurulabilmesi için kurulacak yerin yeteri derecede rüzgâr alıyor olması gerekliliğinden dolayı Türkiye de ki her il de verimli değillerdir. Hidrojen den elektrik üretirken de hidrojen üretilmesindeki ve depolanmasındaki zorluklar nedeniyle makul gözükmemektedir. Güneş enerjisinden elektrik üretilirken ise, güneş panellerinin günümüzde pahalı olması nedeniyle, kendisini amorti etmesi için daha çok güneş alan yerlere kurulması önerilir ancak güneşleme süresi daha az olan yerlerde de enerji üretimi sağlanabilmektedir bununla birlikte kendisini daha uzun sürede amorti edeceği aşikârdır. Literatürde güneş takip sistemi ile ilgili bir takım yayınlar bulunmaktadır. [1] de sensör olarak LDR kullanan ve motor olarak ta adım motoru kullanan bir prototip güneş takip sistemi uygulaması gerçekleştirilmiştir. [2] de güneş takip sistemi uygulamasında bir dc motor ve sensör olarak ise bir webcam kullanılarak izleme işlemi gerçekleştirilmiştir. [3] de denetleyici olarak FPGA ve ışığa duyarlı sensör kullanılarak adım motorları ile bulanık mantık kontrol yöntemi altında güneş takip sistemi yapılmıştır. [4] de güneş takibini optimal hale getirmek için plc ve adım motoru kullanan bir SCADA sistemi geliştirilmiştir. Mikro işlemci tabanlı bir güneş takip sistemi de [5] gerçekleştirilmiştir. [6] da MCU kullanılarak geliştirilmiş güneş takip sistemi zaman saatli bir uygulama step motor vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir ve yazılım yapılırken güneş açıları hesaplanmıştır. Mikro denetleyici olarak 16f84A ve sensör olarak ta Ldr kullanan dc motorlu bir güneş takip sistemi de [7] de gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada ise gerçek zaman saati kullanan mikrodenetleyici ile kontrol edilen redüktörlü dc motor ile güneş takip sistemi gerçekleştirilmiştir. Güneşin pozisyon bilgisi sensörler yerine gerçek zaman saatinden alınan zaman bilgisine göre belirlenmeye çalışılmıştır. Polyamitten üretilmiş mafsala monte edilen dc motorun milinden alınan moment bilyeli somun içindeki vidalı mil üzerinden güneş panelinin bulunduğu çerçeveye aktarılarak panelin hareketi sağlanmıştır. 2. Güneş Enerjisi Takibi Literatürde güneş enerjisi takibi genel olarak iki şekilde yapılmaktadır. Birincisi, maksimum güç nokta takibi (MPPT) diğeri ise güneş takibidir. 2
Resim şu anda görüntülenemiyor. MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, 2.1. Maksimum güç noktası takibi Maksimum güç noktası takibinde, güneş panelinden elde edilen akım ve gerilim değerlerinin, bir güç elektroniği devresi vasıtasıyla maksimum güç noktasına ulaşması sağlanarak yapılmaya çalışılan verim arttırma yöntemidir. Şekil 1. de örnek olarak bir güneş hücresinin akım-gerilim eğrisi çıkarılmış ve maksimum güç noktaları gösterilmiştir. MPPT yönteminde ki temel amaç sistemi sürekli olarak bu nokta da ya da bu nokta civarında çalıştırmaktır. Şekil 1. Güneş pili farklı ışınım şiddetlerine göre I-V eğrisi ve maksimum güç noktaları 2.2. Güneş takibi Güneş takibi yöntemi ise, panel güneşin geliş açısına göre yerleştirildikten sonra, gün boyunca fiziksel olarak panelin güneşin konumuna göre hareket ettirilmesi esasına dayanır. Uygulamaların genelinde, güneş konumu ışığa duyarlı sensörler vasıtasıyla tespit edilmektedir ve daha sonra denetleyici ile motor kontrolü yapılmaktadır. Denetleyici olarak, mikro işlemcili, mikrodenetleyicili ve FPGA li uygulamalar bulunmaktadır. 3. Güneş Takibi Prototipi 200W`lık bir güneş paneli için güneş takibi prototipi geliştirilmiştir. Panelin güneş konum algılaması gerçek zaman saati kullanımı ile gerçekleştirilmiştir. Zaman bilgisi mikrodenetleyiciye aktarılır ve takip sisteminin çerçevesine vidalı mil ile bağlı olan redüktörlü dc motor kontrol 3
edilir. Kullanılan dc motorun hızı 5 rpm ye düşürülmüştür. Ayrıca, dc motor polyamitten üretilmiş olan mafsala montajlıdır. Şekil 2. de güneş takip prototip iskeleti ve prototipi görülmektedir. Şekil 2. Güneş takip prototipi iskeleti ve prototipi Şekil 3 de ise motor ve miline bağlı olan vidalı mil ile bilyeli somun gösterilmektedir. 4
Şekil 3. Dc motor ve vidalı mil, bilyeli somun Şekil 4 de ise dc motor ile polyamid mafsal gösterilmiştir. 5
Şekil 4. Dc motor ve polyamit mafsal Şekil 5 de ise kontrol kartı gösterilmiştir. Kartın üzerinde PIC16F877, DS1302, 7805, LCD ve 2şer adet BD244 ve BD243 transistor bulunmaktadır. Şekil 5. Kontrol kartı 4. SONUÇ Bu çalışmada, gerçek zaman saatli mikrodenetleyici kullanan güneş takip sistemi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamada, herhangi bir ışığa duyarlı bir sensör kullanılmamıştır. Güneşin konum takibi, zaman saatinden gelen bilgilere göre gerçekleştirilmiştir. Bu nedenle kod yazılırken, güneşin günden güne konumunun değişeceği göz önüne alınarak yazılım düzenlenmesi gereklidir. İleriki çalışmada, bu yapıya bir eksen daha ve MPPT eklenerek verimin daha da arttırılması hedeflenmektedir. 6
KAYNAKÇA [1] Rizk, J, and Chaiko Y., Solar Tracking System: More Efficient Use of Solar Panels, World Academy of Science, Engineering and Technology, 41 (2008). [2] Arturo M. M, and Alejandro P. G, High- Precision Solar Tracking System, WCE 2010, 30 June 2 July 2010, London. [3] Huang Y.J, Kuo T.C, Chen C.Y, Chang H.C., Wu P.C., and Wu T.H., The Design and Implemantation of a Solar Tracking Generating Power Sytem, Engineering Letters, 17:4, EL 2006. [4] Figueiredo J.M.G., Costa J.M.G.S, Intelligent Sun-Tracking System for Efficiency Maximization of Photovoltaic Energy Production, ICREPQ 08. Int. Conference on Renewable Energies and Power Quality. Symposium, 12-14 Mar 2008, Santander. [5] Saxena A.K., Dutta V., A Versatile Microprocessor Based Controller For Solar Tracking, 21.IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 21-25 May 1990, Kissimmee. [6] Xu S., Kong D., Ma, Z., Yo L., The Implementation of High-Precision Solar Tracking System, IEEE ICECC Electronics, Communications and Control, 9-11 Sept 2011, Ningbo. [7] Barsoum N., Kong D., Ma, Z., Yo L., Implementation of a Prototype for a Traditional Solar Tracking Sytem, IEEE EMS09 Computer Modelling and Simulation, 25-27 Nov 2009, Athens 7