i

T.C.

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİNDE GÜNEBAKAN MODELİ

TASARIM PROJESİ

HAZIRLAYANLAR:

ÖMER ÜNSAL

ABDULSAMET DAKESOĞLU

SAKARYA

2016

iii

ÖNSÖZ

Bu tasarım çalışması Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Elektrik-Elektronik

Mühendisliği Bölümü EEM Tasarımı dersi kapsamında hazırlanmıştır. Bu tasarım

raporunda genel olarak güneş enerjili sistemlerin verimleri arttırılmaya çalışılmıştır.

Bu tasarım çalışması sırasında bizlere yardım eden Teknoloji Fakültesi öğretim

üyeleri başta Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölüm başkanı Prof. Dr. Ali Fuat Boz,

Elektrik-Elektronik Mühendisliği öğretim üyesi Doç. Dr. Halil Arslan, Mekatronik

Mühendisliği öğretim üyesi Doç. Dr. Durmuş Karayel,Makine Mühendisliği öğretim

üyesi Doç. Dr. Aslan Çoban’a teşekkür ederiz.

Ayrıca eğitimimiz süresince bize destek olan başta anne,babamıza ve tüm aile

fertlerimize teşekkür ederiz.

Aralık 2016

Sakarya

Abdülsamet Dakesoğlu

Ömer Ünsal

iv

İÇİNDEKİLER

Bitirme Çalışması (Elektrik Elektronik Mühendisliği

Tasarımı) Onay Formu ……………………… ii

Önsöz ……………………… iii

İçindekiler ……………………… iv

Özet ……………………… vii

Semboller Ve Kısaltmalar Listesi ……………………… vi

Şekiller Listesi ……………………… ix

Tablolar Listesi ……………………… xi

1. GİRİŞ 1

1.1. Genel Bilgiler …………………………………………. 2

1.2. Litaretür Araştırması…………………………………… 8

1.3. Özgünlük…………..…………………………………… 10

1.4. Yaygın Etki ……….…………………………………… 10

1.5. Standartlar……………………………………………… 11

1.6. Çalışma Takvimi…..…………………………………… 12

2. TEORİK ALTYAPI 14

2.1. Genel Bilgiler …………………………………………. 14

2.2. Çark Sistemi……..……………………………………… 15

2.3. Rulman..……. …………………………………………. 16

2.4. DC Motorlar……………………..……………………… 19

2.5. Mikroişlemciler……….………………………………… 21

2.6. Çelik Malzeme…………………...……………………… 22

2.7. LDR………….. …………………………………………. 24

2.8. Güneş Paneli………………………......…………………. 27

v

3. TASARIM

3.1. Genel Bilgiler …………………………………………. 29

3.2. Boyutlandırmalar……………………………………….. 29

3.3. Seçilen malzeme için mukavemet kontrolü……………... 46

3.4. Sistem bileşenleri ve seçimi……………………………... 46

3.5. Uygulanan Yöntem……………………………………….. 47

3.6. Yazılım……………………………...……………………

3.7 Sistem modelleri ve PI denetim…………………………

3.8 Maliyet…………………………………………………...

3.9 Güneş takip sisteminin maliyeti………………………….

4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI

48

50

55

55

4.1. Genel Bilgiler …………………………………………... 57

4.2. Simülasyon Yazılımı…..……………………………….… 57

4.2.1. Proteus …………………………..……………………….. 57

4.2.2. Catia ………………………………………..……………. 57

4.3. Sistem Modelleme………………………………………... 58

4.4 Simülasyon……………………………………………….. 59

5. DENEYSEL SONUÇLAR 60

6. SONUÇLAR 61

6.1. Genel Açıklamalar ……………………………………. 61

6.2. Simülasyon Sonuçları ………………………………… 61

6.3. Değerlendirmeler……………………………………… 61

7.KAYNAKLAR 62

8.EKLER 63

vi

9.ÖZGEÇMİŞ 64

vii

ÖZET

Bu proje çalışmasında, gün içinde herhangi bir anda güneşi sürekli olarak iki eksende

takip ederek güneş ışınlarını en dik şekilde alacak ve bu sayada güneş panelin

verimini artıran bir sistem tasarlanmıştır. Projede yazılım, otomatik kontrol

sistemleri, elektrik makineleri, güç elektroniği, mekanik ve malzeme gibi çalışma

alanlarına ait birçok teknikten yararlanılmıştır.

Gerçekleştirilen projede gün içinde, güneşin sisteme olan konumu, sensörlerden

alınan bilgiler, PIC 16F877A entegresinin ADC bölümüne bağlanılır ve dijital olarak

karşılaştırılır.Entegre karşılaştırılmış bilgiler ışığında DC motorlarımızın hangi

yönde ne kadar döneceğini belirler. DC motorların dönüş yönünü kontrol ederek

güneş panelin her zaman güneşten maksimum enerji alınması sağlanmıştır.

Konum bilgisi saptanmadan, güneş takip sisteminin güneşe sürekli dik olması için

önce sensör olarak kullanılan beş adet LDR’nin farklı ışık altında değişen direnç

değerleri gerilim bilgisine dönüştürülmüştür. Bu şekilde hangi LDR’nin daha fazla

ışık aldığı saptanmıştır.

Bu çalışmada önerilen güneşi izleyebilen sistem sayesinde güneş enerjisinden gün

boyu istifade edebilme olanağı ortaya çıktığından dolayı, bu sayede kayıp olan

yaklaşık %45’lik kısmın sisteme katılımı ve verimin %39 artması sağlanmıştır.

viii

SEMBOLLER VE KISALTMALAR LİSTESİ

I: Akım

U: Gerilim

P: Elektriksel Güç

f: Frekans

DC: Doğru Akım

AC: Alternatif Akım

𝑅1 − 𝑅2 :Direnç

𝐶1 − 𝐶2 : Kondansatör

Ω : Ohm

A : Amper

V: Volt

W: Watt

MW: Mega Watt

KW: Kilo Watt

F: Kuvvet

N: Newton

nf: Nano Farad

Hz: Hertz

KHz:Kilo Hertz

mm: Mili metre

𝜏𝐴𝐾 :Akma Mukavemeti

MPa : Mega Pascal

ix

T: Tork

M: Moment

Nm: Newton metre

r: Yarıçap

R: Çap

LDR: Foto Direnç

h: Saat

s: Saniye

% : Yüzde

Rad/sn: Radyan/saniye

x

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1:Trafik lambalarında güneş panellerinin kullanımı

Şekil 2:Elektrik enerjisini solar panellerden sağlayan ev örneği

Şekil 3: Güneş panellerinin elektronik alanında kullanımı

Şekil 4: Solar panellerin havacılıktaki kullanımı

Şekil 5: Standart güneş panelli sistem

Şekil 6: Dişli çarkların yapısı

Şekil 7: Konik rulman örneği

Şekil 8: DC Motor yapısı

Şekil 9: Alan etkili DC motorun matematiksel modeli

Şekil 10: Pic 16F877A pin yapısı

Şekil 11: Örnek LDR

Şekil 12:LDR ışık-direnç karakteristiği

Şekil 13: Örnek güneş paneli sistemi

Şekil 14: Sistem için seçilen panel

Şekil 15: Modül 1 dişli çark kataloğu

Şekil 16: Ana dişli çarkın CATIA çizimi

Şekil 17: Dişli çark redüktörünün devir değişimi

Şekil 18: Dişli çark ve kayış sistemi hız değişimi

Şekil 19: 2. redüktör CATIA çizimi

Şekil 20: Ana dişli çark yatağının CATIA çizimi

Şekil 21: Ana dişli çark yataklanacak kısmın CATIA çizimi

Şekil 22: Seçilen rulmanın teknik resimi

Şekil 23: Rulmanın CATIA çizimi

Şekil 24: Rulman ve yatağın birbirine geçirilmiş hali

Şekil 25: Tasarlanan milin CATIA çizimi

Şekil 26: Sabit kısmın CATIA çizimi

Şekil 27: LDR’lerin paneldeki konumu

Şekil 28: Algoritma panel üstü gösterimi

Şekil 29:Yazılım algoritması

xi

Şekil 30: DC motor eşdeğer devresi

Şekil 31: Sistem ve PI MATLAB simulink gösterimi

Şekil 32: Sistem sensör kısmı proteus şeması

Şekil 33: Mekanik sistemin transparan görünümü

Şekil 34: Mekanik aksaamın son hali

xii

TABLOLAR LİSTESİ

Tablo 1: İş – Zaman grafiği

Tablo 2: Bazı çelik malzemelerin mekanik özellikleri

Tablo 3: Motor karakterisitik değerleri

Tablo 4: Maliyet ananlizi

1

1. GİRİŞ

Günümüz dünyasında yenilebilir enerji sistemleri büyük önem taşımaktadır. Güneş

enerjisinden elektrik üretmek sürdürülebilir enerjinin var olması için büyük önem arz

eder. Bununla birlikte, güneş enerjisi potansiyelinin çok yüksek olmasına rağmen

tam verimli sistemlerin tasarımda sıkıntılar yaşanmaktadır.

Başlıca verimlilik problemleri oluşmasının nedenleri arasında güneşten gelen

ışınların atmosferdeki kayıpları, teknik ekipmanlardaki kayıplar (pompa,evirici vb.)

ve dönemsel koşullara göre güneş panellerin konumlandırılması denilebilir.

Dönemsel koşullara göre güneş panellerinin en yüksek verimde çalışabilmesi için

panellerin üzerine maksimum güneş ışığı düşmesi sağlanmalıdır. Bunun içinde anlık

olarak güneşi takip eden günebakan sistemleri geliştirilmektedir.

2

1.1 GENEL BİLGİLER

Güneş enerjisinin önemi

Enerji kaynaklarının önemi giderek daha çok artmakta, buna bağlı olarak enerji

maliyetleri de yükselmektedir. Bu noktada güneş enerjisi ve rüzgar enerjisinin önemi

daha da artmaktadır. Güneş enerjisinden yararlanmak üzere geliştirilen teknolojiler

hem güneş enerjisinden yararlanma miktarını arttırırken hem de alt yapı maliyetlerini

düşürmektedir.

Ucuzlayan yatırım maliyeti ve yükselen verimiyle kısa zamanda kendi

yatırımını karşılayan güneş enerjisi aynı zamanda maliyetsiz ve çevreye duyarlı bir

enerji kaynağı olarak ilgi çekicidir.

Ülkemizde de özellikle 2016 yılında devletimizin Konya Karapınar’a 1000

MW’lık güneş enerjisi santrali kurma kararını almasıyla bu alana desteği giderek

artmaktadır.

Güneş enerjisinin kullanım alanları

Güneş panelleri, ülkemizin her noktasına kurulabilen enerji depolayıcılarıdır.

Özellikle elektrik şebekelerinin olmadığı ya da ulaşımın çok zor ve masraflı olduğu

alanlara, şehir dışı yerleşim yerlerinde kullanılır.

Güneş enerjisi genel olarak nerede kullanılır?

Trafik lambalarında:

Trafik lambalarında ki ışık ihtiyacını karşılamak için kullanılır. Sistem genellikle

şehir merkezinden uzak yerlerde kullanılır. Fazla gelen enerjiyi depo eder ve gece bu

depoladığı enerjiyi kullanır.

3

Şekil 1:Trafik lambalarında güneş panellerinin kullanımı

Evlerin elektrik ihtiyacını karşılamada:

Evlerdeki birçok elektrikli eşyayı çalıştıracak güce sahip sistemler bulunmaktadır.

Bu sistemler belli bir düzenekle kurulur. Kurulan sisteme akü bağlanır, günün belli

saatlerinde güneş enerjisi elektrik enerjisine çevrilir ve depolanır.

Şekil 2: Elektrik enerjisini solar panellerden sağlayan ev örneği

4

Bahçe aydınlatmalarında:

Bahçe aydınlatmaları genellikle kısa boylu yere çakılan küçük çaplı aydınlatmalardır.

Bu aydınlatmaların üst tarafına koyulan sistemle gün içerisinde aktif güneş enerjisi

depolanır ve gece sistemde ki elektrik enerjisi devreye girer.

Sıcak su üretilmesinde:

Sıcak su genellikle evlerde lazım olan gereçlerden biridir. Bu sistem borular

içerisinde ki su güneş enerjisi ile ısınır ve motor yardımı ile ev musluklarında akar

hale gelir.

Hesap makinelerinde:

Şekil 3: : Güneş panellerinin elektronik alanında kullanımı

Hesap makinelerinde güneş hücreleri bulunur ve pil derdi olmadan çalıştırmak

mümkündür.

5

Uçaklarda:

Hala deneme aşamasında olsada güneş enerjisi ile çalışan uçak oluşturulmaya

çalışılmaktadır.Solar impulse uzun menzilli, güneş enerjisiyle çalışan

deneysel uçak projesinin adı, aynı zamanda proje kapsamında imal edilen iki uçağın

adı.

Şekil 4: : Solar panellerin havacılıktaki kullanımı

Güneş enerji sistem çeşitleri

Termodinamik ve Fotovoltaik sistemler olmak üzere iki çeşit güneş enerjisi sistemi

vardır.

Termodinamik sistemler de kendi içerisinde Aktif Sistemler ve Pasif sistemler olmak

üzere ikiye ayrılırlar.

Pasif güneş sistemleri:

En eski sistemlerden biri olan pasif güneş sistemleri, Binaların kışın ısıtılmasında,

yazın ise ısınmayı önleyecek koşulların sağlanmasında kullanılır. Aynı zamanda

seraların ısıtılmasında ve zirai ürünlerin kurutulmasında da kullanılmaktadır.

6

Aktif güneş sistemleri:

Aktif sistemler, ısıtma, soğutma ve elektrik üretimi gibi amaçlarla bir kaç yüz

watttan güneş güç istasyonlarıyla birkaç yüz megawatt’a kadar enerji elde etmeyi

sağlar. Aktif termal sistemler, stasyoner veya sun-tracking (yapmayı planladığımız)

sistemler olabilir.

Fotovoltaik Sistemlerde ise güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine

dönüştürmek için Cd S ya da silikon maddelerinden güneş pili imal edilir. Sonrasında

bu maddeler üzerine gelen güneş ışınları anında enerjiye dönüştürülür. Güneş izleme

sistemi ile en yüksek enerji yakalanır.

Bu temel sistemlerden hariç son olarak ülkemizde de Adana,Mersin yöresinde çok

yaygın kullanılan Güneş Enerjili Sıcak Su Sistemleri vardır.

Birçok ülkenin kullandığı sıcak su sistemleri güneş enerjisinden yararlanılarak

oluşturulmuştur. Özellikle ABD, Japonya, Avustralya gibi ülkelerin sıcak su

ihtiyacının büyük bir kısmı, güneş enerjisi ile temin edilmektedir.

Güneş enerjisi sistemlerinin avantaj ve dezavantajları

Diğer temiz enerji kaynaklarına nazaran, güneş enerjisi avantajları,

dezavantajlarından çok daha fazladır. Bu avantajları maddeler halinde yazacak

olursak, güneş enerjisinin avantajları şunlardır;

Güneş tükenmeyen enerji kaynakları arasındadır. Bu yüzden güneş

enerjisi kullanımı için herhangi bir yakıta ihtiyaç yoktur.

Güneş enerjisinin kullanım alanları çok geniştir. Yiyecekleri

kurutmak, sıcak su elde etmek ve enerji üretmek başlıca kullanım

alanlarıdır. Bu yöntemler tamamen doğal yoldan yapıldığı için, çevreye

hiçbir zararı da yoktur.

Güneş enerjisi ile elektrik üretmek mümkündür. Güneşten elektrik

üretirken fotovoltaik güneş panelleri kullanılır. Bu solar panellerin,

elektrik üretimi ve kullanımı aşamasında çevreye hiçbir zararlı etkisi

yoktur.

7

Güneşten elektrik üreten tesislerin amortisman süreleri yaklaşık 5-6

yıl arasındadır. Bu durum diğer enerji üretim yöntemlerinin önüne geçme

imkanı tanır.

Güneş enerjisinden elektrik üretmek çok kolaydır. Normal bir insan,

profesyonellik gerektirmeden kendi elektriğini güneş enerjisi ile

üretebilir.

Güneş enerji santrallerinin bakımları diğer enerji tesislerine göre çok daha

kolaydır. Bakım ve işletme maliyetleri düşüktür.

Güneş enerjisi tesislerinin kurulumu da çok kolaydır. Yaklaşık 1 ila 9

ay arasında güneş santralini kurmak mümkündür.

Lisanssız güneş enerji santralleri için 1 yıllık güneş ölçüm

istasyonu kurmaya gerek yoktur. Bu da zamandan tasarruf demektir.

Ancak diğer santraller için en az 1 yıllık ölçüm yapılması şarttır.

Güneş enerjisinin diğer avantajı ise, rüzgar ve su gibi olmadığı için,

tahmin edilebilir hava koşulları mümkündür. Yani güneş sabah doğar,

akşam batar işte bu kadar basit. Ancak rüzgar enerjisi gibi tahmin edilmesi

zor olan santrallerde bu mümkün değildir.

Güneş enerjisinin bir avantajı ise dayanıklı malzeme yapısı sayesinde, zor

hava koşullarına karşı koyabilmesidir.

Güneş enerjisinin çok fazla dezavantajı yoktur. Ancak bu durum hiç dezavantajı

olmaması anlamına gelmez. Başlıca güneş enerjisi dezavantajları şunlardır;

Güneş enerjisinden elektrik üretmek için kullanılması durumunda, güneş

enerji santrallerinin yatırım maliyetlerinin yüksek olması bir

dezavantajdır.

Günümüzdeki güneş paneli teknolojisi ile güneş ışınlarının en fazla %12-

%20‘sini elektriğe çevirebiliyoruz. Yani güneşten gelen ışıkları verimli

kullanamadığımız için bu bir dezavantajdır.

Yukarıdaki maddeden dolayı, güneş santralleri için çok fazla araziye

gereksinim duyulmaktadır. Örneğin 1 adet rüzgar türbini tek başına 1

MW‘lık güce sahip olurken, 1 MW’lık güneş enerji santrali tek

başına 20.000 metrekare alana ancak sığabiliyor.

8

Küçük ve akü destekli güneş enerji sistemlerinde kullanılan akülerin

ömürleri kısa veya dayanıksız olduğu için çok çabuk bozulabiliyor.

Güneş kuleleri dediğimiz elektrik üretim yöntemi, özellikle göç eden

kuşlar için büyük bir sorun olmaktadır. Güneş aynalarının güneş ışınlarını

büyük bir ısı ile güneş kulelerine yansıtması sebebi ile, birçok kuş ve

hayvan telef olmaktadır.

Güneş kuleleri kurulurken göçmen kuşların, göç yollarından uzakta

olmalıdır. Aksi halde bu hayvanlar için büyük bir dezavantaj

oluşturmaktadır.

Fotovoltaik güneş panel üretimi tüm dünyada hızla ilerlemektedir.

Yeni çıkacak teknolojiler ile eski tip güneş panellerinin değiştirilmesinden

kaynaklanan çevre kirliliği bir muammadır. Yani eski güneş panelleri ne

olacak sorusuna bir cevap henüz yoktur.

1.2 Literatür Araştırması

Günümüzde fotovoltaik endüstrisi hızlı bir büyüme içerisindedir. Güneşin sonsuz

enerji kaynağı olması, fotovoltaik sistemlerin kullanım ömürlerinin yüksek olması,

bakım ve işletim maliyetlerinin düşük olması fotovoltaik sistemlerin birçok ülkede

yaygınlaşıp kullanılmasını sağlamaktadır. Bu sebeple, yeni sistemler de kuruldukça,

bu sistemlerle ilgili tasarım ve analiz yapabilecek paket programlara olan ihtiyaç da

artmaktadır. Geçmişte hem şebeke bağlantılı hem de şebekeden bağımsız simülasyon

yapabilen, Fortran temelli PVSS [1].

1990'lı yılların ortalarında üretilmiş ve ilerleyen yıllarda daha da geliştirilmiş olan

PVSYST [2] programı ise günümüzde hala en çok kullanılan fotovoltaik sistem

tasarımı programlarındandır. Ayrıca çeşitli yenilenebilir enerji kaynakları ile ilgili 3

çalışmalar yapılabilen, Kanada Hükümeti tarafından geliştirilen ve enerji analizi,

maliyet ve finansal analizi, emisyon analizi ve risk analizi gibi işlevleri olan

RETScreen [3] ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı [4] tarafından

geliştirilmiş hem küçük ölçekli, hem de büyük ölçekli tasarım ve analizler için

kullanılan HOMER [5] programları günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır.

9

Bunların yanında güç elektroniği, robotik sistemler, kontrol sistemleri, yenilenebilir

enerji gibi pek çok konuda akademisyenler, bilim adamları ve mühendisler tarafından

yaygın olarak kullanılmakta olan MATLAB programı SIMULINK eklentisi

sayesinde birçok sistem için modelleme ve simülasyon imkanı sunmaktadır.

Fotovoltaik sistem modellemesine de imkan tanıyan MATLAB/SIMULINK

programı invertörlerle ilgili dizi çalışmalarında, fonksiyon ve veri çizimlerinde,

Maksimum Güç Noktası İzleyici [6] algoritmalarını gerçeklemede ve tüm sistemle

ilgili arayüz tasarlama ve izleme konularına yaygın ve etkin bir şekilde

kullanılmaktadır [7] .Güneş takip sistemleri, güneş enerjisinden etkin bir şekilde

yararlanmada üzerinde durulan konulardandır. Güneş takip sistemlerinin hem güneş

ısıl teknolojiler (düzlemsel ve odaklayıcı tip güneş kollektörleri) hem de fotovoltaik

güç sistemlerinde kullanımı ile ilgili 7de pek çok çalışma yapılmıştır [8]; [9];[10].

Dış ortam sıcaklığı, nem, güneş ışınımı ve gölgelenme gibi faktörlerden etkilenen

fotovoltaik sistemlerin enerji üretim verimleri güneş takip sistemleri yardımıyla

artırılmaktadır.

Güneş ışığından daha etkin bir şekilde faydalanılmasını sağlayan güneş takip

sistemlerinin, kurulu bir fotovoltaik güç sisteminin elektrik üretim miktarını

%57’lere varan oranlarla artırabileceği hesaplanmışken, bu sistemlerin artırılan

enerjinin yaklaşık %3’lük gibi oldukça düşük bir kısmını harcadığı belirtilmiştir [11]

Güneş takip sistemleri, takip mekanizmalarına göre tek-eksenli veya iki-eksenli

olarak ayrılırlar. Tek eksenli takip sistemleri güneşi sadece yatay veya sadece dikey

açılarda takip ederken, iki-eksenli takip sistemleri ise her 4 iki açıda da güneşi takip

etmektedirler.

Bunların yanında Titirsha ve arkadaşları [12], Bangladeş için yaptıkları çalışmada

iki-eksenli güneş takip sistemine ek olarak sistemin önünde bir yansıtıcı yüzey

kullanmış, bu yansıtıcı yüzey sayesinde sistemin verimini artırmış ve bu sistemi sabit

duran bir başka sistemle kıyaslamışlardır. Yaptıkları çalışma sonucunda %57

oranında bir enerji artışı kaydederek Bangladeş'in sınırlı fosil rezervlerine alternatif

olacak ve artan enerji ihtiyacını karşılayabilecek olan bu sistem üzerinde

tartışmışlardır.

10

Tek-eksenli ve iki-eksenli güneş takip sistemlerinin yanında Omarali ve arkadaşları

[13],üç-eksenli küresel bir sistem tasarlamış ve gerçeklemişlerdir.

Çalışma sonucunda paralel mekanizmanın, takip sisteminin boyutunu ve güç

tüketimini azaltacağı vurgulanmış ve ayrıca diğer sistemlere oranla daha basit bir

yapıda olduğu vurgulanmıştır. İki-eksenli güneş takip sistemi üzerinde yeni bir

çalışma yapmış olan Sohag ve arkadaşları [14], çalışmalarında hem kamera

yardımıyla görüntü işleme temelli hem de fotodirenç (LDR) sensörleri yardımıyla

takip işlemini gerçeklemişlerdir. Çalışmaları sonucunda sabit panel, LDR sensörlü

iki-eksenli güneş takip sistemi ve hem LDR sensörlü hem de görüntü işleme özellikli

sistemleri kıyaslamış ve yaptıkları sistemin daha verimli olduğunu

gözlemlemişlerdir.

Ayrıca hibrit bir sistem olduğu için kamera veya LDR sensörlerdeki bir aksaklık

sırasında sistemin yine takip işlemini sağlayacağı da vurgulanmıştır.

1.3 Özgünlük

Standart sabit montajlı güneş enerji sistemlerinde oluşan verimsizlik sorunu

giderilecektir.

Yöntem olarak bir takım ışık sensörü kullanılarak güneş panelinin tracking işlemini

yapması sağlanacaktır.

1.4 Yaygın Etki

-Proje tamamlandığında güneş enerji sistemlerinde verim arttırılacaktır.

- Güneş enerji sistemlerini iyileştirecektir.

-Standart montaj yapılan panel sistemlerinden farklı olmasıyla dikkat çekecektir.

-Ülkemizde az bulunan enerji kaynakları sebebiyle yenilebilir enerji sistemlerine

talep artmakta ve bu sektöre büyük bir fayda sağlanması düşünülmektedir.

-Yayın çıkarma potansiyeli vardır.

-Ulusal makalelerde yayınlanabilir.

11

1.5 Standartlar

Modüllerin ve sistemlerin belgelendirilmesi önemlidir. Yatırım yapılan alanlarda;

idari merciler, bankalar, finansman kuruluşları tarafından bu sertifikalar kabul

görmektedir. Ürünlerin finansal kurallar çerçevesinde ve yetkili kurullar tarafından

kabul edilmesi için, akredite bir test belgelendirme kuruluşu tarafından modüllerin

test edilmesi gerekir.

EN 61215

Bu Uluslararası Standart, IEC 60721-1 de tanımlandığı gibi genel ve açık hava

klimaların uzun süreli çalışmalarında tasarım şartlarında ve kristal silikon karasal

fotovoltaik modüllerin tip onayında IEC şartlarını sağlar.

EN 61646

EN 61215 deki aynı yaklaşımla bu standart, ince film modüllerinde olduğu gibi, IEC

61215 tarafından kapsanmaz ve tüm karasal düz plaka modüler malzemeler içindir.

Test sırası tasarım için IEC 61215 den türetilmiştir.

EN 61730

Bu standart, fotovoltaik modüllerin tahmini çalışma süresince elektriksel ve mekanik

çalışma emniyetini sağlamak için gerekli oluşum şartlarını tanımlar. Mekanik ve

çevre etkilerinden kaynaklanan elektriksel şokların, yangın tehlikesi ve kişisel

yaralanmaların önlenmesini değerlendirmek için özel başlıklar verilmiştir.

12

1.6 Çalışma Takvimi

Tablo 1:İş - Zaman grafiği

İŞ PAKETLERİ EYLÜL EKİM KASIM ARALIK OCAK

Literatür taraması

Sistemin mekanik tasarımı

Sistemimize uygun dc motor ve

sürücülerinin tasarımı

Yazılım algoritmasının geliştirilmesi

Tasarlanan sistemin simülasyonu

Literatür taraması – Başta Yüksek Öğretim Kurumu, Elektrik Mühendisleri Odası,

sciencedirect.com olmak üzere birçok yerde literatür araştırması yapılmıştır.

Sistemizle benzer olan olmayan bir çok sistem incelenmiştir.

Sistemin mekanik tasarımı– Sistemin belli başlı problemleri ve çözümleri ortaya

konulduktan sonra malzeme, mukavemet vb. hesaplamalarıyla birlikte sistem

tasarlanmaya başlanmıştır.

Sistemimize uygun dc motor ve sürücülerinin tasarımı – Güneş paneli ağırlığı ve

sistemin komple ağırlık katsayılarına göre motor seçimleri yapılmış ve sürücü

tasarlanmıştır.

13

Yazılım algoritmasının geliştirilmesi – Temel sistem elemanlarımız(LDR ve PIC)

üzerinden bir algoritma şeması tasarlanmıştır. Daha sonra C yazılımı ide(yazılım

geliştirme) ortamına eklenecektir.

Tasarlanan sistemin simülasyonu – Tasarlanan sistemin CATIA, MATLAB,

Proteus gibi ortamlarda simülasyonu gerçekleşmiştir.

14

2. TEORİK ALTYAPI

2.1. Genel Bilgiler

Bir güneş panelinin çıkış gücü, panele düşen ışığın miktarına bağlıdır. Güneş

panelleri hareket ettirerek ve güneşe yönelmelerini sağlayarak elektrik üretimleri

maksimuma getirilebilir.Panelleri gelen güneş ışığına dik olarak yönelten elemanlara

izleyici denir. Tek bir eksende örneğin doğu-batı ekseninde modülleri hareket

ettirmekte kullanılan izleyicilerin, soğuk rüzgârlı iklimlerde izleyicinin çalışması için

yeterli ısıl enerji elde edilmesi gibi problemler oluşturmaktaydı. Daha sonraki

uygulamalarda modülleri hareket ettirmek için elektrik şebekesine bağlı lineer

aktuatörler olabilir. İki aktuatörden biri modülleri doğudan batıya, diğeri ise

kuzeyden güneye hareket ettirmekte kullanılır. Her iki aktuatör, izleyiciyi güneşe dik

konumda sabit tutan bir çift LDR katıyla kontrol edilebilmektedir.

Şekil 5: Standart güneş panelli sistem

15

2.2 Çark Sistemi

Dişli çarklarda diş dibi mukavemeti, aşınma ve ezilmeye göre iki farklı modül hesabı

yapılır. Bu hesaplamalar sonucu amacımız dişli çarkımızın bizim isteğimiz yüklerde

çalışırken herhangi bir sorun yaşanıp yaşanmayacağını görmektir.

Şekil 6:Dişli çarkların yapısı

Sistemimizi çelik malzemeden tasarlayacağımız ve sistemin küçük bir prototip

olduğundan dolayı sistem en basit çelik olan ST 37 çeliğinden tasarlanmıştır.

Diş dibi mukavemeti

𝑀𝑛 = √2 ∗ 𝑆 ∗ 𝑀𝑑1 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾∈

𝑍1 ∗ 𝜑𝑚 ∗ 𝜏𝑒𝑚 ∗ 𝜀

3

Aşınma Ezilme

𝑀𝑛 = √2 ∗ 𝑆 ∗ 𝑀𝑑1 ∗ 𝐸 ∗ 𝐾𝑑

𝑍12 ∗ 𝑃𝑒𝑚

2 ∗ 𝜀 ∗ 𝜑∗ (

𝑖 + 1

𝑖)

3

16

2.3 Rulman

Dairesel veya eksenel hareketle iş yapan veya çalıştırılan birçok makinada rulmanlar

kullanılır. Rulmanların asıl vazifesi; verilmesi gereken hareketin mümkün olan en az

sürtünmeyle yani güçten en az ödün verilerek iletimini sağlamaktır.

Yandaki resimde, bir iç

halka ve bir dış halkanın iç

içe geçirilmesiyle

oluşturulmuş basit bir

rulmanı görmektesiniz. Bu

halkaların birbiri içerisinde

rahatça dönebilmesi içinse,

ara kısma yerleştirilmiş bir

dizi makara serisi bulunur.

Bu makaraların hepsinin

aynı boyut ve pürüzsüzlükte

çok hizalı ve düzgün şekilde

yerleştirilmesi rulmanın

kalitesi ve ömrü açısından

hayati önem taşır.

Teknolojisi en yüksek

fabrikalar doğal olarak en

kaliteli rulmanları rahatlıkla üretebilmektedir.

Rulmanlara kolay bir örnek vermek gerekirse, bisiklerlerin tekerlek merkezinde

jantın bağlı olduğu milin üzerinde rulman yer alır. Bu rulmanlar tekerlek milinin

yataklanmasıyla tekerleğin ekseni etrafında rahatça dönebilmesini sağlamaktadır. Bu

noktada rulman ne kadar kaliteli ve sürtünmesiz olursa, pedallardan bisiklete iletilen

hareket de o denli kolay olacaktır. Bisikletlerde kullanılan bu rulmanlar yandaki

resimdeki gibi makaralı değildir, bunlar bilyalı rulmanlardır.

Şekil 7 : Konik rulman örneği

17

Rulmanların Sınıflandırılması

Yuvarlanma elemanlarının tipine göre:

• Bilyalı Rulmanlar

• Makaralı Rulmanlar

Maruz kaldıkları yüklere göre:

• Radyal

• Eksenel

Bilyalı Rulmanlar(Radyal)

Bilyalı rulmanlar tüm rulman tipleri içerisinde en yüksek devir sayısı sınırına eşittir.

Bu tarz rulmanlarda bilyaların küresel yapısı nedeniyle bilyaların sadece üst noktası

halka yataklarına temas etmektedir. Bu nedenle makaralı rulmanlara göre daha az

yüzey teması sağladıklarından daha az sürtünme ile daha yüksek devir sayıları elde

edilebilir. Radyal boşluğa bağlı olarak, normal çalışma şartlarında eksen konumuna

bağlı olarak 8-16 dakika açı altında eğik takılabilirler. Standart seri imalat

programınlarında genellikle temassız kapaklı, tek sıra bilyalı rulmanlar olduğu gibi

temaslı contalı rulmanlarda bulunmaktadır. Her iki tarafında da kapağı bulunan

rulmanlar bakım gerektirmez ve 20°-120° (253K-293K)arası çevre koşullarında

çalışmaya uygundur. Çift sıra Bilyalı rulmanların radyal yük taşıma kapasitesi tek

sıralı olanlara göre daha yüksektir ancak eksenel olarak daha az yük taşıyabilirler.

Eğik konumlara da müsait değildir.

Bilyalı Rulmanlar(Eksenel)

Eksenel bilyalı rulmanlar parçalarına ayrılabilirler. Bu rulmanlar hem tek hem çift

yönde görev yapabilen tiplerde imal edilmektedir. Tek yönlü eksenel rulmanlar mil

bileziği, bilye takımı ve gövde bileziğinden meydana gelmektedir. Çift yönlü eksenel

rulmanların parçaları ise iki adet gövde bileziği ve iki adet bilye takımı ve ara

bileziğidir. Her iki rulman tipide büyük eksenel yükleri taşıyabilir.

Omuzlu Bilyalı Rulmanlar

Yapı olarak tek sıralı bilyalı rulmanlardan farklı dış bilezikte tek omuz

bulunmaktadır. Eksenel yükler kısıtlı olarak taşınabilir. Bilye kafesi, iç bilezik ve dış

bilezik değiştirilebilir yapıdadır ve ayrı ayrı takılırlar. Bu sayede her iki bilezik için

sıkı yataklanma imkanı olur ve seri montajda büyük yarar sağlar.

18

Oynak Bilyalı Rulmanlar

Oynak bilyalı rulmanlar çift sıralı, dış bilezikteki yuvarlanma yolu içbükey küre

biçiminde olan, parçalarına ayrılabilen rulmanlardır. Bu nedenle açıları ayarlanabilir.

İç bileziği geniş oynak bilyalı rulmanlar çekme olarak imal edilmiş millerle

takılmaya uygundur. İç bileziğin bir tarafında bulunan tespitleme boşluğuna takılan

iç bileziğin mil üzerinde dönmesi önlenir. İç bileziği geniş olan oynak bilyalı

rulmanlardan iki tanesi bir yataklama için kullanılacaksa tespitlama pimlerinin ya

içe yada dışa doğru gelecek şekilde takılması gerekir.

Silindirik Makaralı Rulmanlar

Silindirik makaralı rulmanlar parçalarına ayrılabilen radyal rulmanlardır. Makaralar

ve yuvarlanma yolları arasındaki çizgisel temas uygun şekle getirilmiş ve gerilimler

bu yolla giderilmiştir. Radyal yük taşıma gücü 2-4 dakika arasında bir eğriliğe

müsaade edilmektedir. Bu rulmanlar bilyalı olanlara göre çok daha dayanıklıdır. Çok

zor dağılırlar.

Oynak Makaralı Rulmanlar

Oynak makaralı rulmanlar çift sıralı, dış bilezikteki yuvarlanma yolu içbükey küre

biçiminde olan ve parçalarına ayrılmaz rulmanlardır. Bu nedenle rulmanların

ayarlanabilir. Yataklanmalarda eksen hatalarından ve eksene göre 0.5°’ye kadar olan

mil esnemelerinden etkilenmezler. Büyük rulmanlar mukavemet sınırları yakın

yüklerde çalıştırıldıkları takdirde yağlama sorunları ortaya çıkabilir. Genellikle dış

bilezikte yer alan yağlama kanalı veya yağlama deliği soruna çözüm getirmektedir.

Konik Makaralı Rulmanlar

Konik makaralı rulmanlar parçalarına ayrılabilirler. Makaralar ve yuvarlanma yolları

arasındaki çizgisel temas en uygun şekle getirilmiştir. Kenar gerilimleri bu yolla

giderilmiştir. Konik makaralı rulmanlar eksenel yükleri bir yönde taşıyabilirler.

Karşı destek olarak ikinci bir konik makaralı rulman kullanılabilir. Isıya bağlı olarak

milde meydana gelen uzunluk değişimleri rulmanın çalışması için gerekli olan

rulman boşluğunu olumsuz etkiler. Bu nedenle karşıt rulmana olan mesafenin küçük

tutulması gereklidir. Rulman boşluğu montaj esnasında karşıt rulmana göre ayarlanır.

19

2.4 DC Motor

DC motorlar, şekilde görüldüğü gibi verilen elektrik enerjisini, yükün dönel mekanik

hareketine dönüştüren işletici elemanlardır.

Şekil 8:DC Motor yapısı

Doğal mıknatısla veya sargılarla oluşturulan manyetik alana birden çok telin sarıldığı

dönel bir kütle yerleştirirsek kutuplara dik olan tellerden akım geçerken en büyük

kuvvetle rotoru iterler. Bu kuvvete bundan sonra döndürme etkisinden dolayı tork

denir.

Kutupları, dolayısıyla akımın yönü değiştirildiğinde DC motor ters yönde de aynı

hareketi sağlar.

DC motorlarda manyetik alan doğal bir mıknatısla oluşturulursa değeri sabit kalır.

Manyetik alan sargılarına akım verilerek oluşturulursa akımla orantılı olarak değişir.

Rotorla stator arasındaki hava boşluğundaki oluşan manyetik alan sargılarından akan

akımla(doyuma ulaştığı bölgeye kadar) doğru orantılı olarak değişir.

𝜑 = 𝐾𝑓 ∗ İ𝑓

Motorun döndürme momenti armatür akımı ve manyetik akıyla doğru orantılıdır.

20

𝑇𝑚 = 𝐾𝑎 ∗ 𝜑 ∗ İ𝑎(𝑡) = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑓 ∗ İ𝑓(𝑡) ∗ İ𝑎(𝑡)

DC motorlar kontrol yöntemi bakımından iki türlü olarak kabul edilebilirler. Alan

denetimli ve endüvi (armatür) denetimli motorlar. Doğrusal bir eleman elde etmek

için akımlardan birini sabit tutmamız gerekir.

Alan denetimli DC motorların transfer fonksiyonları:

Armatür akımı sabit tutulup (İ𝑓(𝑡) = İ𝑎(𝑡)) , alan sargılarının akımı ayarlanarak

motor denetleniyorsa, bu alan denetimli bir motordur.

Döndürme momentinin Laplace gösterimi:

𝑇𝑚(𝑠) = (𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑓 ∗ İ𝑎) ∗ İ𝑓(𝑠) = 𝐾𝑚 ∗ İ𝑓(𝑠)

𝐾𝑚 tüm sabitlerin çarpımından oluşan motor sabitidir.

İ𝑓(𝑠) =𝑉𝑓(𝑠)

𝑅𝑓 + 𝐿𝑓(𝑠)

𝑇𝑚(𝑠) = 𝐾𝑚 ∗𝑉𝑓(𝑠)

𝑅𝑓 + 𝐿𝑓(𝑠)

Şekil 9: Alan etkili DC motorun matematiksel modeli

21

2.5 Mikroişlemciler

PIC 16F877A:

PIC16F877A’nın bir çok degişik hızda çalışan tipleri mevcuttur.En yüksek hizda

çalışan 20Mhz kristal ile çalışmaktadır.Bu da bir program çeviriminin en az 200ns

olmasına olanak saglamaktadır.bunun yanında 4Mhz ve 10Mhz seçeneklerde vardır.

8k X 14 bit program bellegine sahiptir.

PIC’in komutları goto,call gibi yönlendirme komutları dışında hep 1 byte

oldugundan ,yaklaşık 8000 satır program yazmamıza imkan tanır.

RAM olarak tanımladıgımız,degişkenlerin bulundugu veri bellegi 368 X

8 bit’tir.Bu 368 adet degişken tanımlayabilecegimiz anlamını taşır.

256 X 8 bit EEPROM veri bellegi vardir.EEPROM bellegi, RAM veri

belleginden farklı olarak elektrik olmadan da kayıt ettiginiz veriyi saklyabilir.

PIC16F877A’da 3 adet zamanlayıcı-sayıcı(TİMER) vardır.

1. TMR0 8 bit bir zamanlayıcı-sayıcıdır.Okunabilir ve yazılabilir.dahili ve

harici clock seçimi yapılabilir.FFh’ten 00h’a dönünce kesme üretir.Harici

saat sinyali için kenar seçimi yapılabilir.

2. TMR1 16 bit bir zamanlaycı-sayıcıdır.Okunabilir ve yazılabilir.dahili ve

harici clock seçimi yapılabilir.FFFFh’tan 0000h’a taşma durumunda kesme

üretir.CCP modülünden resetleme.

3. TMR2 8 bit zamanlayıcı(TMR2 kaydedici).8 bit peryod

kaydedici(PR2).Okunabilir ve yazılabilir.yazılımla programlanabilir

prescaler. TMR2,PR2 eşleşmesinde kesme üretir.PWM sinyali üretebilir.

iki adet Capture,Compare,PWM(CCPM) modülü ile 12,5 ns hassasiyetinde

yakalama(capture) ,200 nd hassasiyetinde karşılaştırma(compare),10 bitlik

çözünürlükle PWM sinyali uygulama özelliklerine sahiptir.

Senkron Seri Iletişim portu ile SPI (master) ve I2C (master/slave)

protokollerinde seri iletişim özelligine sahiptir.

(USART/SCI) portu ile Universal Senkron Asenkron Alıcı Verici özelligine

sahiptir.

22

RD,WR,CS kontrol özellikleri ile birlikte paralel iletişim portuna sahiptir.

10 bitlik,8 kanallı Analog/Digital çevirici’ye sahiptir.sleep durumunda bile

çevirime devam edebilir.

Yukarıdaki tüm modüller için bir KESME(interrupt) özelligi

bulunur.16F877A da KESME 15 farklı özel olaydan tetiklenebilir.

PIC16F877A 8 katlı bir stack(yıgın) yapısına sahiptir.Bu iç içe 8 adet

program çagırabileceginiz anlamına gelir.Buna Kesmeler de dahil.

Şekil 10: Pic 16F877A pin yapısı

2.6 Çelik Malzeme

Çekme dayanımına göre ifade edilen yapı çelikleri, öncelikli olarak çekme gerilmeleri

ve akma sınırı değerleri dikkate alınan, çelik konstrüksiyon, köprü yapımı, basınçlı

kap ve donanımları, taşıt imalatı ve makine konstrüksiyonlarında kullanılmak üzere

tercih edilir.

23

Bu çelikler genellikle alaşımsız çelik olarak tanımlanır, mekanik özellikler daha

çok karbon miktarına bağımlıdır fakat başta azot ve fosfor olmak üzere, üretim

hammaddelerinden ve üretim şekillerinden kaynaklanan mangan, silisyum, bakır ve

kükürt elementleri de oldukça etkilidir.

Genel yapı çelikleri kalite gruplarına göre sınıflandırılırlar. Standartlarda yapılan yeni

düzenlemeler sonucunda;

1. kalite grubuna yalnızca St 33 çeliği verilmektedir. St 33 çeliğinde kimyasal analiz

değerleri verilmez, üretim yöntemi ve döküm tarzı serbest bırakılmıştır. Denilebilir ki;

1. kalite grubundaki çelikler itinalı şekilde ergitilmezler.

2. kalite grubundaki çelikler, en fazla % 0.050 P ve % 0.050 S içerirler ve daha çok

kaynak konstrüksiyonlarında tercih edilirler. Silisyum ve mangan miktarı da

belirlenmiştir. Fe 37 çeliği *kaynar, **sakin dökülmüş veya ***yarı sakin dökülmüş

olarak dökülebilir. Fe 44, Fe 50, Fe 60 ve Fe 70 çelikleri mutlaka sakin ya da yarı sakin

dökülürler.

3. kalite grubundaki çelikler yaşlanmaya dayanıklı ve ince taneli çelik olarak, özellikle

sakinleştirilerek dökülürler. Fosfor ve kükürt miktarları % 0.040 ile sınırlandırılmıştır.

Genellikle 0.020 Al ile deokside edilirler.

Genel yapı çeliklerinin talaşlı şekillendirilmesinde, ağırlıklı olarak daha çok normal

tavlı veya soğuk şekillendirilmiş malzeme tercih edilmelidir. Normal tavlama

ve yaklaşık 600...650 °C sıcaklığında uygulanan gerilim giderme tavlamasının

dışında, genel yapı çeliklerine ısıl işlem uygulanmaz. Bunun nedeni, yapı içerisinde

istenmeyen elementlerin fazla oluşu; bunun neticesinde oluşan kuvvetli çökelmeler ve

sertleştirme çatlaklarıdır.

Genel yapı çelikleri, nokta ve makara dikiş kaynağı ile birlikte, direnç kaynağına da

uygundur. Fe 60 ve Fe 70 çelikleri, kaynaktan sonra yavaş soğutulmalı veya derhal

tavlanmalıdır. Eğer çeliklerdeki karbon miktarı % 0.2 den az ise diğer pres kaynağı

yöntemleri de kullanılabilir.

24

Kaynar dökülmüş çelik, erimiş çelikte bulunan demir oksidin çeliğin kalıpta

katılaşması sırasında içindeki karbonun bir kısmı ile birleşip, karbon monoksit teşkil

ederek dokusunda gaz habbecikleri etkisi gösteren ve genellikle yüzeyinde ince bir

ferrit tabakası bulunan çeliktir.

** Sakin dökülmüş çelik, kepçede veya kalıpta oksijen bağlayıcı ( deoksidan ) madde

kullanılarak erimiş çelikteki demir oksidin oksijeni tamamen alınmış olan çeliktir. (

yapı diğerlerine oranla homojendir )

*** Yarı sakin dökülmüş çelik kepçede ve kalıpta, deoksidan madde kullanılarak

erimiş çelikte bulunan demir oksidin oksijeni kısmen alınmış olan çeliktir.

**** Yaşlanmayan çelik, uzun süre bekledikten sonra vurma dayanımı, imal edildiği

durumdakine göre çok az değişiklik gösteren çeliktir.

Tablo 2: Bazı çelik malzemelerin mekanik özellikleri

25

2.7 LDR(foto direnç)

Optik sensör türleri içerisinde akıla gelen ilk elektronik elemandır. İngilizce Photo

Resistor anlamına gelmesine karşın foto dirençler yaygın bir şekilde LDR adı ile

ifade edilir.

İsminden de anlaşılacağı üzere LDR, Light Dependet Resistance kelimelerinin

kısaltılmış halidir. LDR, Ortamdaki ışığın şiddetine göre üzerine düşen direnç

değerini ters orantılı olarak ayarlayabilen en basit optik sensör çeşididir.

Şekil11:Örnek LDR

Genel bir dil ile anlatacak olursam. Direnç değeri aydınlıkta azalan, karanlıkta ise

artan elemana foto direnç (LDR) denir.Tam aydınlık bir alanda yani üzerine güneş

ışığı düşüyorken direnç değeri 5-10 Ω değerleri arasına kadar düşebilir. Tam karanlık

bir ortamda yani üzerine az yada hiç ışık düşmezken direnç değeri 200 MΩ gibi

oldukça yüksek direnç değerleri gösterir. Yani foto direnç, üzerine düşen ışık arttıkça

direnç değeri lineer olmayan bir şekilde azalır. Bu yüzden ışık şiddetinin artması

direnç değerinin düşmesine, ışık şiddetinin azalması ise direnç değerinin artmasına

sebep olur.

Bu özelliğinden dolayı ışık şiddeti farkı ile kontrol edilmek istenilen tüm elektronik

devrelerde kullanılabilir. Bir diğer bilinmesi gereken önemli bilgi ise foto

dirençler AC ve DC akım türlerinde aynı özellikleri gösterirler.

26

Şekil 12:LDR ışık-direnç karakteristiği

Foto Direnç (LDR) Kullanım Alanları:

LDR, ışık ile kontrol gerektiren robot projelerinde ve otomasyon sistemlerinde

oldukça kolay bir şekilde kullanılabilecek bir sensör modelidir. Günlük hayatta gerek

hobi gerek endüstriyel amaçlı pek çok alanda kullanılabilir. Fakat en sık aydınlatma

sektöründe karşımıza çıkmaktadırlar.

Aydınlatmada sistemlerinde, gece ve sokak lambalarında kullanılabilir. Herkesin

bileceği en sık uygulama alanı ise sensörlü lamba armatürler sistemleridir. Bir başka

ufak örneği ise dış kapı zillerinin de buton aydınlatması devresi içinde LDR vardır.

Fakat kararlılığı ve tepkime süresi gibi sensör faktörleri önemsenen uygulamalarda

foto direnç yerine yüksek hassasiyete sahip ve kalibre edilmiş kaliteli sensörler tercih

edilir.

27

2.8 Güneş paneli

Güneş ışığı foton adı verilen küçük enerji paketlerinden oluşur. Her dakika güneşten

gelen fotonlar dünyanın bir yıllık enerji tüketimine yetecek kadar enerjiyi dünyamıza

ulaştırırlar.

Güneşten gelen bu enerjiyi kullanarak elektrik üretme amaci ile güneş panelleri,

başka bir deyişle fotovoltaik paneller kullanılır.

Güneş panelleri yani Fotovoltaik paneller , birçok solar hücreden oluşur. Bu hücreler

silikon adı verilen ve dünyamızda çokça bulunan elementlerden yapılır.Herbir hücre,

aynen pillerde de olduğu gibi, elektrik akimi yaratmak için bir pozitif ve bir negatif

katmandan oluşur.

Güneşten gelen fotonlar güneş panelinin üzerinde bulunan bahsettiğimiz bu hücreler

tarafından emildiklerinde, açığa çıkan enerji elektronların özgürce hareket etmelerine

yol açar.

Elektronlar panelin alt kışıma doğru yol alır ve bağlantı kablosundan dışarı çıkarlar.

Elektronların bu akımına elektrik denir.

İstenilen enerji miktarına göre solar hücreleri bir araya getirip birçok farklı alanda

kullanmak ve enerji üretmek mümkündür. Kullanılan panelin boyutu yapılacak ise

göre değişse de, işleyiş prensibi aynıdır.

Fotovoltaik sistemlerin güneş enerjisinden elektrik enerjisi ürettiğini bilmekteyiz.

Fakat bu şekilde elektrik üretmek için sadece güneş panelleri yeterli değildir. Bir

fotovoltaik sistem güneş panelinin dışında birçok cihazın bir arada kullanılmasını

gerektirir.

28

Şekil 13:Örnek güneş paneli sistemi

29

3.TASARIM

3.1 Genel bilgiler

Sistemin çalışma prensibi temel olarak güneş paneli üzerindeki 4 adet LDR ve panel

arkadaşındaki 1 adet LDR’nin üzerine düşen ışık ile dirençlerin değişmesi sonucu

güneş panelinin 2 eksende konum kontrolüne dayanmaktadır.

Bunun için sistemde bir takım tasarım aşamaları izlenmiştir. Bunlar;

* Sistemin mekanik tasarımı

* Kullanılacak malzemenin belirlenmesi

* Sensör tasarımı

* Sistemin yazılım algoritması

* Sistem için gerekli motor ve sürücünün belirlenmesi

3.2 Boyutlandırma

Sistemin mekanik tasarımda öncelikle panelin 2 yönde nasıl kontrol edileceği

belirlenmiştir. Belirlenen sistem şu şekildedir;

Panelin yatay eksende istenildiği kadar dönebilmesi için sabit bir yerden bağımsız bir

dişli çark tasarlanmıştır. Paneli dikey eksende döndürcek olan motor da bu dişli

çarkın üzerine yerleştirilecektir. Dişli çarkın boyutları ve teknik değerleri, panelin

boyutu,ağırlığı gibi faktörler hesaba katılarak tasarlanmıştır.

30

Şekil 14:Sistem için seçilen panel

Panel ölçüleri ve ağırlığı;

Genişlik:350 mm Panelin Ağırlığı:1 kg

Yükseklik:250 mm

Derinlik:10 mm

ÇARK SİSTEMLERİ İÇİN BOYUTLANDIRMA

Ana dişli çark:

NOT: Sistemin genel yükü ana dişli çark üstünde olduğundan dolayı sistemin

modülü ana dişli çark üzerinden hesaplanır.

Hesaplamalar için gerekli parametreler;

ST 37

𝜏𝐾 = 370 𝑁/𝑚𝑚2

𝜏𝐴𝐾 = 230 𝑁/𝑚𝑚2

𝐻𝐵 = 1050 𝑁/𝑚𝑚2

Sabit değerler

𝐾𝑑 = 1.2

31

𝑆 = 1.2

𝜀 = 1.25

𝜑𝑚 = 14

𝑍1 = 𝐷üşü𝑘 ℎ𝚤𝑧 > 14 (𝐾∈ 𝑍1′ 𝑒 𝑔ö𝑟𝑒 𝑏𝑒𝑙𝑖𝑟𝑙𝑒𝑛𝑖𝑟. )

𝜏𝐷 = 0.5 ∗ 370 = 185 𝑁/𝑚𝑚2

𝜏𝑒𝑚 = 0.5 ∗ 230 = 115 𝑁/𝑚𝑚2

𝑃𝑚 = 0.25 ∗ 1050 = 262.5 𝑁/𝑚𝑚2

𝑀𝐷1 = 𝐹 ∗ 𝑟

𝑀𝐷1 = 20 ∗ 210 = 4500 𝑁𝑚𝑚

𝐸 = 2.1 ∗ 105

Diş dibi mukavemeti

𝑀𝑛 = √2 ∗ 𝑆 ∗ 𝑀𝑑1 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾∈

𝑍1 ∗ 𝜑𝑚 ∗ 𝜏𝑒𝑚 ∗ 𝜀

3

𝑀𝑛 = √2 ∗ 1.2 ∗ 4500 ∗ 1.2 ∗ 2.37

50 ∗ 115 ∗ 1.25 ∗ 14

3

= 0.67

Aşınma Ezilme

𝑀𝑛 = √2 ∗ 𝑆 ∗ 𝑀𝑑1 ∗ 𝐸 ∗ 𝐾𝑑

𝑍12 ∗ 𝑃𝑒𝑚

2 ∗ 𝜀 ∗ 𝜑∗ (

𝑖 + 1

𝑖)

3

𝑀𝑛 = √2 ∗ 1.2 ∗ 4500 ∗ 2.1 ∗ 105 ∗ 1.2

502 ∗ 262 ∗ 1.25 ∗ 14

3

= 0.96

Bulunan bu değerlere göre standart modülümüz 1 olarak seçilir.

32

Ana dişli çarkımızı modül 1’e göre tasarladığımızda

Bölüm dairesi çapı = 420 mm

Diş üstü çapı = 422 mm

Diş dibi çapı = 417.7 mm

Diş sayısı = 420 olarak hesaplanıp ve CATIA’da çizimi yapılmıştır.

Tablo 2 : Modül 1 için katalog bilgileri

Şekil 15:Modül 1 dişli çark kataloğu

33

REDÜKTÖR TASARIMI

Sistemimizde 2 eksenli kontrol edildiğinden dolayı 2 farklı motor sistemi ve

dolayısıyla 2 farklı redüktör sistemine ihtiyaç duymaktadır.Bunlardan birincisi ana

çarkımızı döndürecek olan redüktör sistemimizdir. İkinci ise milimizi kontrol edicek

redüktör sistemidir.

1.Redüktör tasarımı:

Redüktör tasarımına başlarken öncelikle DC motor devir değeri belirlenmelidir.

Piyasa araştırmaları sonucu 600 devir/dakika hızına sahip motor seçilmiştir.

Ana çarkın optimum hızı belirlenmiştir ve bu hız 0.2 devir/sn yani 5 saniyede 1 tur

atacak şekilde seçilmiştir.

1.redüktörün tasarımına başlarken ana çarkı döndürecek olan motorun miline

sabitlenen dişli çarkın özellikleri belirlenir.

NOT:Ana dişli çarkımızın modülü 1 seçildiğinden dolayı bu dişliye bağlı bütün

dişlilerin modülü de 1 seçilmelidir. Aksi takdirde dişliler düzgün çalışmaz.

Şekil 16:Ana dişli çarkın CATIA çizimi

34

1.dişli;

Bölüm dairesi çapı:10 mm

Diş üstü çapı:12 mm

Diş dibi çapı:7.7 mm

Modül:1

Diş sayısı:10

2.dişli;

2.dişli merkezleri birbirine oturturlmuş iki farklı dişliden meydana gelir. Bunlardan

biri 1.dişliden tahrik alarak devir sayısını bir miktar düşürür. 2.dişli çapça büyük ve

çapça küçük olan iki dişliden meydana gelir.

Çapça büyük olan dişli;

Bölüm dairesi çapı:12 mm

Diş üstü çapı:14 mm

Diş dibi çapı:9.7 mm

Modül:1

Diş sayısı:12

Çapca küçük olan dişli;

Bölüm dairesi çapı:10 mm

Diş üstü çapı:12 mm

Diş dibi çapı:7.7 mm

Modül:1

Diş sayısı:10

35

Açısal hız, çap ve tork arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir.

𝑅1

𝑅2=

𝜔1

𝜔2=

𝜏1

𝜏2

1.redüktörün tasarımı bu şekilde tamamlanmıştır.(foto)

2.redüktör tasarımı:

2.redüktör tasarımında 1.redüktör tasarımında olduğu gibi mil hızını 0.2 devir/saniye

olacağı belirlenmiştir. Burada kullanılacak motorun da açısal hızı 600 devir/dakika

olarak seçilmiştir.

Bu sistemde motorla mil arası mesafe fazla olduğundan motordan mile tahrik

işlemi direk olarak yapılamamaktadır. Bunun için sistemde 1 adet kayış

kullanılmaktadır.

1.dişli;

Bölüm dairesi çapı:10 mm

Diş üstü çapı:12 mm

Diş dibi çapı:7.7 mm

Modül:1

1.dişli=10 Devir/Saniye

2.dişli= 8.33 Devir/Saniye

Ana dişli çark ≅ 0.2 Devir/Saniye

Şekil 17 : Dişli çark redüktörünün devir değişimi

36

Diş sayısı:10

2.dişli;

1.redüktör sisteminde olduğu gibi yine 2.dişli merkezleri birbirine oturtulmuş iki

farklı dişliden meydana gelir. Bunlardan biri 1.dişliden tahrik alarak devir sayısını bir

miktar düşürür. 2.dişli çapça büyük ve çapça küçük olan iki dişliden meydana gelir.

Çapça büyük olan dişli;

Bölüm dairesi çapı:100 mm

Diş üstü çapı:102 mm

Diş dibi çapı:97.7 mm

Modül:1

Diş sayısı:100

Çapça küçük olan dişli;

Bölüm dairesi çapı:10 mm

Diş üstü çapı:12 mm

Diş dibi çapı:7.7 mm

Modül:1

Diş sayısı:10

Mildeki dişli kısım;

Bölüm dairesi çapı:50 mm

Diş üstü çapı:52 mm

Diş dibi çapı:47 mm

Modül:1

Diş sayısı:50

37

Bunlara ek olarak 2.dişli sistem içindeki küçük dişli ile mil kısmındaki dişli

arasındaki bağlantıyı yapmak için bir kayış tasarlanmıştır.

Açısal hız, çap ve tork arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir.

𝑅1

𝑅2=

𝜔1

𝜔2=

𝜏1

𝜏2

10 devir/saniye

1 devir/saniye 0.2 devir/saniye

Şekil18: Dişli çark ve kayış sistemi hız değişimi

38

Şekil 19: 2.redüktör CATIA çizimi

ANA DİŞLİ ÇARK YATAĞININ TASARIMI

Sistemin yatay eksende istenildiği kadar dönebilmesi için özgün bir yatak sistemine

ihtiyaç duyulmuştur. Bunun için belirlenen kriterler şu şekildedir;

1)Ana çark üstündeki motora sabit bir yerden elektrik aktarılamayacağı için bu

elektrik aktarım işlemi yatak üstünden gerçekleştirilecektir.

2)Panelimizde üretilen elektrik enerjisi aynı şekilde sabit bir yere aktarılamayacağı

için bu da yatak üstünden dışarı aktarılacaktır.

3)Ana çarkı döndüren motor ana çark üzerindeki bir elektronik kart üzerinden

kontrol edileceği için bunun elektriksel bağlantıları da yatak üstünden yapılacaktır.

39

Bu sebeplerden ötürü yatağımız 6 kademeli bir sistem olarak tasarlanmıştır. Ayrıca

yatağın en üst kademesinde bir rulman bulunacaktır. Ana çarkımızın bütün yükü bu

rulman üzerine binecektir.

Ana çark yatağı ve ana çark bir anahtar kilit ilişkisi şeklinde birbirine geçecektir.

Karşılıklı kısımlar iletken bir malzemeyle kaplanacaktır.

Yatağın teknik değerleri;

Her basamak 5 mm genişlik ve 5 mm yüksekliktedir. Sadece en üst basamak o kısma

bir rulman geleceğinden dolayı rulman teknik özelliklerine göre belirlenmiştir.

Şekil 20: Ana dişli çark yatağının CATIA çizimi

40

Şekil 21:Ana dişli çark yataklanacak kısmın CATIA çizimi

Yukarıdaki bilgiler ışığında sistemimizde kullanılacak rulmanın çok kritik olmaması

sebebiyle sabit bilyalı rulman seçilmiştir. Burada OBR608ZZ rulmanının

sistemimize uygun olduğu görülmüştür.

41

Şekil 22:Seçilen rulmanın teknik resimi

Şekil 10 daki rulman teknik resmine göre CATIA’da rulman tasarlanmış ve ana çark

yatağı revize edilmiştir.

42

Şekil 23:Rulmanın CATIA çizimi

Şekil 24:Rulman ve yatağın birbirine geçirilmiş hali

43

DİKEY EKSEN HAREKETİ İÇİN KULLANILACAK MİL TASARIMI

Güneş panelinin üzerine oturtacağı plakanın sabitleneceği mil tasarımı yapılmıştır.

Mil tasarımı yapılırken milin sabitlenen yerden çıkmaması için milin sabitlendiği

kısımlara sekman kanalı açılır ve gerekli sekman tasarımı yapılır.

NOT:Sekman basitçe milin sabitlendiği yerden çıkmamasını sağlayan bir pul

görevi görür.

Şekil 25:Tasarlanan milin CATIA çizimi

44

MİLİN SABİTLENDİĞİ KISMIN TASARIMI

Bu tasarım aşamasında panelimizin hareket kabiliyetini kısıtlamayacak bir tasarım

aşaması izlenmiştir. Yani panelimiz tam olarak dik konuma geldiğinde bile ana

çarkımıza sürtmemesi sağlanmıştır.

Şekil 26:Sabit kısmın CATIA çizimi

45

LDR’LERİN YERLEŞTİRİLECEĞİ KISIMLARIN TASARIMIBu tasarım

aşamasında LDR’lerin her yönden gelen ışığı rahatça alabileceği bir konum

seçilmiştir. Her LDR kendi kontrol edeceği bölge haricindeki bölgelerden optik

olarak yalıtılmıştır.

Şekil 27:LDR’lerin paneldeki konumu

46

3.3 Seçilen malzeme için mukavemet kontrolü

Bu kısımda sistemimizin kritik bölümlerinin mukavemet dayanımı incelenmiştir.

Bunun için öncelikle uzman görüşü(Doç. Dr. Durmuş KARAYEL) alınmıştır.

Sistemin en kritik noktasının paneli taşıyan mil olduğu belirlenmiştir. Bunun için

milde kesme hesabı yapılmıştır.

Kesme gerilimi formülü:

𝜏𝑘 =𝐹

𝐴≤ 𝜏𝑆𝑇37

Burada malzeme olarak daha önce belirttiğimiz ST37 çelik sabiti baz alınmıştır.

Kesme şartını sağlamaması durumunda daha mukavemetli malzemeler

incelenecektir. Burada F milin üstüne düşebilecek toplam yük, emniyet faktörü vb.

bileşenlerin toplamı olarak hesaplanmıştır. A milin kesit alanıdır. Bunun da tasarımı

daha önceden yapılmıştır ve çapı 30mm olduğundan A kesit alanı buna göre

hesaplanmıştır.

𝜏𝑆𝑇37 = 50 𝑀𝑃𝑎

𝐹 = 10 𝑘𝑔

𝐴 =𝜋𝑟2

4= 706.5 𝑚𝑚2

1 𝑀𝑃𝑎 = 0.101971621 𝑘𝑔/ 𝑚𝑚2

𝜏𝑘 =10 𝑘𝑔

706.5 𝑚𝑚2 ≤ 5 𝑘𝑔/ 𝑚𝑚2

Olduğundan ST37 malzemesinin kesme mukavemeti bizim için uygun olarak

görülmüştür.

3.4 Sistem bileşenleri ve Seçimleri

DC Motor

1.DC Motor

Hobi araçlarında DC motorlarına sıklıkla ihtiyaç duyabilirsiniz. Küçük boyutları

sayesinde projenizin uygun yerine sığdırmanız kolaydır.

47

Özellikler

Alan denetimli DC motor

Gövde ölçüleri : 25mm

Enine kesit ölçüleri : 21mm

Şaft kalınlığı: 2mm

Şaft uzunluğu : 9mm

Bağlantı delik aralığı: 10mm

Bağlantı delik boyutları: 2.3mm

Çalışma voltajı: 12V

Dönüş Hızı: 600devir/dakika

Tork:7 Nm

2.DC Motor

Alan denetimli DC motor

Gövde ölçüleri : 23mm

Enine kesit ölçüleri : 12mm

Şaft kalınlığı: 2mm

Şaft uzunluğu : 9mm

Bağlantı delik aralığı: 10mm

Bağlantı delik boyutları: 2.3mm

Çalışma voltajı: 6V

Dönüş Hızı: 600devir/dakika

Tork: 1Nm

3.5 Uygulanan Yöntemler

Tracking sisteminde uygulanan yöntem LDR ler ile ortam ışık farklılıklarını

kıyaslayarak bunların ışığında güneş panelini konumlandırmaktır.

Devrenin elektronik tasarımı PROTEUS ,mekanik tasarımı CATIA da tasarlanmış,

olup sürücü simülasyonları MATLAB programında gerçekleştirilmiştir.

48

3.6 Yazılım

Tracking sistemimizde Şekil 28 ‘de gösterildiği gibi panelin önünde 4, arkadaşında 1

adet olmak üzere toplamda 5 adet LDR bulunmaktadır. Panelin önündeki LDR’lerin

her biri sadece bir yönü kontrol etmektedir. LDR’lerin panel üstündeki konumları

şekildeki gibidir.

Algoritmamız öncelikle LDR1 ve LDR2’den aldığı analog bilgiyi karşılaştırır. Bu

bilgilerden analog olarak hangisi küçük ise algoritma o yönde çalışır.(Sol veya Sağ)

Algoritmanın sol yönde çalıştığını varsayarsak burada LDR1 ile LDR4 arasında

analog karşılaştırma yapılır ve okuna bilgiler çıkışa aktarılarak motorların istenen

yönde dönmesi sağlanır.

Eğer panelin ön yüzündeki hiçbir LDR’den düşük gerilim okunmuyorsa LDR5 ile

panelin ön yüzeyinden herhangi bir LDR analog olarak karşılaştırılır.LDR5’in analog

değeri küçük ise sistemin yatay eksende yarım tur atması sağlanır. Bu algoritma

döngü halinde tekrarlanır.

LDR4 LDR3

LDR1 LDR2

Şekil 28: Algoritma panel üstü gösterimi

SAĞ SOL

LDR5

5

49

Şekil 29: Yazılım algoritması

3.6.1 Yazılım Algoritması

50

3.7 Sistem modelleri ve PI denetimi

DC MOTOR MODELİ

Şekil 30:: DC motor eşdeğer devresi

DC motor eşdeğer devresinin elektrik şeması Şekil de verilmiştir. İlk olarak motorun

elektriksel kısmını göz önünde bulundurup, Kirchhoff’un gerilim yasasını kullanırsak

aşağıdaki denklemi elde ederiz.

𝑣𝑚 − 𝑅𝑚𝐼𝑚 − 𝐿𝑚

𝑑𝐼𝑚

𝑑𝑡− 𝐸𝑒𝑚𝑓 = 0

Burada, Lm değeri Rm’ye göre çok küçük olduğu için ihmal edilebilir. Bu şart

altında nolu denklemi tekrar yazacak olursak

elde edilir. Motorun ürettiği Ters Elektromotor Kuvvetin motor milinin açısal hızı ile

doğru orantılı olduğunu bildiğimize göre, bunu denkleminde yerine yazarak

aşağıdaki denklemi elde edebiliriz.

51

Bu noktadan sonra ise Newton’un 2. hareket yasasını motora uygulayarak motorun

mekanik denklemlerine geçecek olursak aşağıdaki denklem elde edilir.

Bu denklemdeki son terim dişli takımı üzerinden yüke ait torku, bu terim içerisindeki

ηg ise dişli takımının verimini göstermektedir. Newton’un 2. yasası yük tarafına

uygulandığında ise,

elde edilir. Burada Beq çıkışta görülen viskoz sönüm sabitini göstermektedir.

denklemini yerine yazarak aşağıdaki denklemi elde edebiliriz.

olmak üzere tekrar yazabiliriz. Son olarak motorun giriş gerilimi ile mil konumu

arasındaki transfer fonksiyonunu aşağıdaki gibi elde edebiliriz.

Burada,

52

olup, tüm motor sisteminin eşdeğer atalet momenti olarak düşünülebilir. Elde

ettiğimiz DC motor modelinde kullanılan sembollerin açıklamaları Tablo 3’deki

gibidir.

Tablo 3:Motor karakterisitk değerleri

53

DC motor transfer fonksiyonunda, giriş motora uygulanan gerilim, çıkış ise motorun

konumu (rad) olarak seçilmişti. Bu deneyde ise DC motorun hız kontrolünü

sağlamak üzere transfer fonksiyonunun çıkışı motorun hızı (rad/sn) olmalıdır. Bu

durumda pozisyon için çıkartılmış modeli çıkışı hız olacak şekilde düzenlediğimizde

yeni transfer fonksiyonunu aşağıdaki gibi elde ederiz.

Gerçek sistemde elimizde DC motora ait sadece pozisyon bilgisi bulunmaktadır, oysa

burada motorun hız bilgisine ihtiyaç vardır ki bildiğimiz üzere hız bilgisi pozisyon

bilgisinin türevidir. Fakat simulinkte du/dt bloğunu direk kullanırsak alınan nümerik

türev istenmeyen gürültülere sebep olmakta ve sistemi olumsuz şekilde

etkilemektedir. Bu nedenle gerçek sistemde türev alındıktan sonra, hız bilgisini elde

etmek amacı ile bir alçak geçiren filtre kullanılabilir. Alçak geçiren filtre, türev alma

işleminde oluşan ani işaret değişimlerini filtreler ve hız işaretini doğruya yakın bir

şekilde elde etmemizi sağlar. Deney esnasında kullanılan alçak geçiren filtrenin

transfer fonksiyonu ise aşağıdaki gibidir.

DC motor transfer fonksiyonu, türev alma ve alçak geçiren filtreye ait ifadeleri

birleştirecek olursak bu sistemin blok diyagramı Şekil ’deki gibi olur ve tüm sistemin

transfer fonksiyonunu aşağıdaki gibi elde edebiliriz

Oluşan bu sisteme ait kök-yer eğrisi ise Şekildeki gibi elde edilir. Bu durumda

sistemi kapalı çevrim hale getirip %14 üst aşım elde etmek üzere değeri 1,61 olan bir

54

K kazancı ile çarparsak yeni oluşan bu kapalı çevrim sistemin blok diyagramı

Şekilde verilmiştir. Bu sisteme ait kapalı çevrim transfer fonksiyonu ise aşağıdaki

gibi elde edilir.

PI DENETLEYİCİ İLE HIZ KONTROLÜ

Bir önceki oluşturulan sistemde kararlı hal hatasını inceleyecek olursak

elde ederiz ki, bu hata değerini benzetim sonuçlarından da görebilmekteyiz. Bu

hatayı ortadan kaldırmak amacı ile sisteme ideal integratör ve 0.1 noktasına bir sıfır

ekleyerek denetleyici tasarlayacak olursak yeni sisteme ait blok diyagram Şekil deki

gibi olacaktır.

Şekil 31:Sistem ve PI MATLAB simulink gösterimi

Sisteme ait kök yer eğrisini çizdirdiğimizde ise (Şekil 3.6), bir önceki ile aynı yüzde

üst aşım değerini elde etmek için K değerinin 1.62 olarak seçilmesi gerekmektedir. K

55

değeri 1.62 olduğunda ise sistemin kapalı çevrim transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi

elde edilir.

Kapalı çevrim sistemin birim basamak cevabı ise Şekil’deki gibi olacaktır. Burada

görüldüğü gibi sistemin cevabını Şekil deki sistem cevabı ile karşılaştıracak olursak

geçici hal cevabında değişiklik olmamasına rağmen kararlı hal hatası sıfıra

yakınsamaktadır.

3.8 Maliyet

Bir işletmenin (firmanın) üretime başlamak ve sonra devam ettirmek için yaptığı ve

yapacağı çeşitli harcamalara, genel olarak ‘maliyet’ adi verilir. Üretim sonrasında

satılan mallardan elde edilen kazanca ‘hâsılat’, bu kazançtan maliyetlerin

çıkarılmasıyla bulunacak miktara da, bilindiği gibi, ‘kar’ denilmektedir. Her üç

kavram da belirli bir t1-t2 zaman dilimi için geçerlidir.

Maliyet; bir varlığın elde edilmesi amacıyla yapılan harcama veya katlanılan

özverinin toplamıdır. Her harcama maliyet kapsamına girmeyebilir. Üretim

araçlarının fiyatları, çalışanların ücretleri, ham madde, yarı mamul ve malzeme

fiyatları, kredi (borçlanma) faizler, vb. bir işletmenin beli başlı maliyetlerini

oluşturur.

3.9 Güneş Takip Sisteminin Maliyet Analizi

Maliyet analizi bir işletmenin yapacağı iş sonunca kar-zarar durumunu ortaya

koyduğu gibi şirketin kar-zarar durumunu oransal olarak sayısal sonuç verir.

Çalışmamızda aynı güce sahip güneş takip sistemi ve sabit bir sistemin maliyet

analizlerini yapıp avantajlı olan sistemi seçmektir. İlk göze çarpan durum güneş takip

sisteminde sistemin hareketini sağlayan ve hareket sisteminin kontrolünü sağlayan

kontrol devrelerinin ekstra bir maliyet ortaya çıkarmasıdır. Bunun yanında güneş

takip sisteminin sürekli güneşe dik bir konumda olacağı için günün her ani için

56

maksimum güç alacağıdır. Güneş takip sistemini üreteceği güç kuskusuz sabit güneş

panelinin üreteceği güç daha fazladır. Buradan su sonuçlar ortaya çıkıyor;

Güneş takip sistemi maliyeti > Sabit güneş sistemi maliyeti

Güneş takip sisteminin ürettiği güç > Sabit sisteminin üreteceği güç

Bir işletme mühendisi yatırım yapacağı zaman maliyetin düşük elde edeceği karın

maksimum olmasını ister her zaman. Bizde güneş takip sistemini tasarlarken

maliyetinin mümkün oldukça düşük, güneş panelinden alacağımız gücün de mümkün

oldukça yüksek olmasını sağlamaya çalıştık.

Tablo 4:Maliyet analizi

ÜRÜN ADI BİRİM FİYATI ADET TOPLAM

TUTAR

1.DC MOTOR 30 TL 1 30 TL

2.DC MOTOR 25 TL 1 25 TL

GÜNEŞ

PANELİ(10W)

45 TL 1 45 TL

LDR 0.90 TL 20 18 TL

DİRENÇ(500 OHM) 0.15 TL 20 3 TL

TRANSİSTÖR(BC237-

238)

0.40 TL 20 8 TL

KAYIŞ 2 TL 1 2 TL

PIC16F877A 15 TL 1 15 TL

20Nf

KONDANSATÖR

0.25 TL 4 1 TL

XTAL(4KHz) 2.5 TL 2 5 TL

OPAMP(LM741) 0.78 TL 5 3.90 TL

METAL AKSAM(ST-

37)

YAKLAŞIK 200

TL

Toplam Malzeme

Maliyeti

355.90 TL

57

4. SİMÜLASYON ÇALIŞMALARI

4.1. Genel Bilgiler

Simülasyon çalışmalarımızı Proteus ve Catia veimülasyon arayüzü kullanılarak

yapılacaktır.

4.2. Simülasyon Yazılımı

4.2.1 Proteus

Diğer bir adı Labcenter Elektronics firmasının bir ürünü olan PROTEUS programı

ISIS ve ARES olmak üzere iki alt programdan oluşur. ISIS'ta elektronik devre çizimi

gerçekleştirilirken, bunun yanında devrenin analizi de yapılabilmektedir.

Elektronik sistemlerin tasarımları ve analizi için kullanılacaktır.

4.2.2 Catia

CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application), (Bilgisayar

Destekli Üç Boyutlu Interaktif Kullanım) fransız Dassault Systèmes şirketi tarafından

üretilen bir profesyonel CAD/CAM tabanlı yazılımdır.

Günebakan tipi güneş enerjisi sisteminin aerodinamik analizi için kullanılacaktır.

58

4.3. Sistem Modelleme

Şekil 32:Sistem sensör kısmı proteus şeması

Şekil 33:Mekanik sistemin transparan görünümü

59

Şekil 34:Mekanik aksaamın son hali

4.4. Simülasyon

Proteus simülasyon programında günebakan sistemi elektronik kontrol ve güç

modellenerek gerçeklemesi simüle edilecektir.

Catia simülasyonunda ise günebakan sistemin aerodinamik analizi, çark dayanım

mukavemeti malzeme yapılarındaki değişim analiz edilmeye çalışılacaktır.

60

5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Sistem tasarım aşamasında olduğundan dolayı henüz herhangi bir deneysel çalışma

yapılmamıştır.

61

6. SONUÇLAR

6.1. Genel Açıklamalar

Günebakan modelinde sahada karşılaşılabilecek sorunlar analitik olarak

kapsamlıca düşünülecek. Ardından son bir revize çalışmasından sonra sistemimizin

gerçekleme işlemine geçilecektir.

6.2. Simülasyon Sonuçları

Günebakan sisteminin mekanik aksamında herhangi bir sorunla

karşılaşılmamıştır. Gerekli koruma revizyonları yapıldıktan sonra sistem parçaları

temin edilmeye çalışılacaktır.

6.3. Değerlendirmeler

Bu tasarım çalışmasından güneş enerjili sistemlerden maksimum verim almanın

yollarından biri tasarlanmaya çalışılmıştır. Sistemin başarılı olabileceği görülmüştür.

62

7.KAYNAKLAR

[1] Goldstein, L. H, and G. R. Case, 1977, PVSS – A Photovoltaic System

Simulation Program Users Manual, SAND77-0814. Sandia National Laboratories,

Albuquerque, NM, June 1977

[2] Mermoud, A., 1995, Use and Validation of PVSYST, A User-Friendly Software

for PV-system Design, 13th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Nice,

France.

[3] RETScreen, 2016, "RETScreen"

http://www.nrcan.gc.ca/energy/softwaretools/7465

[4] National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2016, Best Research - Cell

Efficiencies, 1p

[5] HOMER Energy, 2015, "The Homer Microgrid Software",

http://www.homerenergy.com/software.html

[6] Gregor, R., Takase, Y., Rodas, J., Carreras, L., Gregor, D., and Lopez, A., 2015,

Biaxial Solar Tracking System Based on the MPPT Approach Integrating ICTs for

Photovoltaic Applications, International Journal of Photoenergy, 2015, 10p

[7] Sumatri, S., Surekha, P., and Kumar, L.A., 2015, Solar PV and Wind Energy

Conversion Systems, Springer, Switzerland, 790p

[8] Rizal, Y., Wibowo, S.H., and Feriyadi, 2013, Application of solar position

algorithm for sun-tracking system, Energy Procedia, 32: 160-165

[9] Poulek, V., Khudysh, A., and Libra, M., 2016, Self powered solar tracker for

Low Concentration PV (LCPV) systems, Solar Energy, 127: 109-112

[10] Skouri, S., Ali, A.B.H., Bouadila, S., Salah, M.B., and Nasrallah, S.B., 2016,

Design and construction of sun tracking systems for solar parabolic concentrator

displacement, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 60: 1419-1429

[11] Mousazadeh, H., Keyhani, A., Javadi, A., Mobli, H., Abrinia, K., and Sharifi,

A., 2009, A review of principle and sun-tracking methods for maximizing solar

systems output, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13: 1800-1818

[12] Titirsha, T., Siddique, A.R.M., Afrin, F., Sanjidah, S., and Rabbani, A., 2014,

Introducing Dual Axis Solar Tracker with Reflector to Increase Optimal Electricity

Generation in Bangladesh, 3rd International Conference on the Developments in

Renewable Energy Technology, 6p

[13] Omarali, B., Taunyazov, T., Nyetkaliyev, A., and Shintemirov, A., 2015,

System Integration of a Solar Sensor and a Spherical Parallel Manipulator for a 3-

Axis Solar Tracker Platform Design, 2015 IEEE/SICE International Symposium on

System Integration, 6p

[14] Sohag, M.H.A., Hasan, M.M., Khatun, M.M., and Ahmad, M., 2015, An

Accurate and Efficient Solar Tracking System Using Image Processing and LDR

Sensor, Proceedings of International Conference on Electrical Information and

Communication Technology, 6p

63

8.EKLER

-Arayüz resimleri eklenmiştir.

64

9.ÖZGEÇMİŞ

Abdülsamet DAKESOĞLU

05/06/1993 tarihinde SAMSUN un 19 Mayıs ilçesinde dünyaya geldim.İlk öğrenim

4. Sınıfa kadar İSTANBUL-BÜYÜKÇEKMECE YAVUZ SELİM İLK ÖĞRETİM

OKULU nda idim daha sonra aynı semt ve ilçede olan Dr. Hasan Akgün İlk Öğretim

Okulu na geçerek ilk öğretimimi tamamladım.Lise eğitimimi İSTANBUL –Çatalca

Arif Nihat Asya Teknik ve Anadolu Teknik Lisesinde Elektril-Elektronik Bölümü

Endüstriyel Otomasyon Sistemleri dalında tamamladım.2012/2013 yılı itibari ile

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK

ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ nde halen devam eden eğitimimi almaktayım.

İlgi alanlarım arasında kontrol sistemleri, yüksek gerilim tekniği, yeşil enerji,enerji

tasssarruf modelleri vb. gösterebilirim.

Ömer Ünsal

5 Temmuz 1994 yılında İstanbul’da doğdum. İlköğretimimi İstanbul Bahçelievler

ilçesindeki Mevlana İlköğretim okulunda 2008 yılında tamamladım.Ortaöğretimim

için Bağcılar Anadolu Teknik Lisesine yine aynı yıl kayıt oldum.Elektrik-Elektronik

Haberleşme Bölümünden 2012 yılında mezun oldum.2013 yılında Sakarya

Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği’nde öğrenim göreme başladım ve

öğrenimim halen sürmektedir.