Akıllı-yönlendirilebilir güneş enerjisi toplama sistemi
Smart-routable solar energy collection system
Yazar: YASİN ZENGİN
Danışman: DOÇ. DR. HAMİD TORPİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Düz güneş toplayıcısı = Flat plate solar collector ; PIC = PIC ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell

Özet:
Son yüzyılda insanlar, sahip olduğu teknolojiler ile gelecek için daha konforlu bir hayat ortamı oluşturmaktadırlar. Gün geçtikçe artan yaşam standartlarına paralel olarak tüketim hızımız ve alışkanlıklarımızda artış göstermektedir. Konforlu hayat için meydana gelen gelişimler ve değişimlere yönelik yapılan çalışmaların insanlık için tehdit oluşturacak unsurları da beraberinde getirdiğinden, bu tehdit unsurlarına karşı kalıcı çözümler bulma zorunluluğu doğmaktadır.
Bu tehdit unsurlarının en başında fosil yakıtlarından kaynaklı çevre kirliliği ve buna bağlı olarak iklim değişikliği gelmektedir. İnsanlık tarihi boyunca en temel ihtiyaçlar arasında bulunan ve enerjinin elde edilmesi için varolan sistemde doğalgaz, petrol gibi karbon bazlı yakıtlar kullanılmaktadır.  Miktarı gün geçtikçe azalan fosil yakıtlarına ulaşmak pahalı hale gelmekte ve ekonomisi güçlü olmayan az gelişmiş ülkeler için bu durum olumsuz bir hal almaktadır. Ayrıca, fosil yakıtlarının kullanımın artmasıyla insanlık için zararlı olan sera gazlarının yoğun bir şekilde atmosfere yayılması nedeniyle iklim değişiklikleri de ortaya çıkmaktadır. Bu iki sorunun çözüm bulması için son zamanlarda yenilenebilir enerji kaynkalarına yönelim her alanda artış göstermektedir.
Türkiye'nin dünya üzerindeki matematiksel konumuna göre güneşlenme süresi ve alanı fazladır. Bu sebepten ötürü, yerli enerji elde etmek için güneş enerjisi en ideal alternatif enerji kaynaklarının başını çekmektedir.
Bu doğrultuda,  özellikle Türkiye'nin güney bölgelerinde su ısıtma sistemlerinde güneş enerjisi kullanımı yaygın olarak mevcuttur. Güneş enerjisinden bir diğer yararlanma yolu ise, yarı iletken teknolojisine sahip PV modüller ile elektrik enerjisi elde edilmesidir.  Ancak, güneşten elektrik elde etme yöntemlerinin hem ilk kurulum maliyetleri yüksek ve hem de amortisman süreleri uzundur. Bu anlamda, söz konusu PV modüllerin verimliliğinin arttırılması için ARGE çalışmalarının yapılması gerekmektedir.
Bahse konu güneş panellerinden elde edilen verimin arttırılması için ya PV modül üzerine düşen ışınım şiddetinin arttırılması ya da hücre veriminin arttırılması gerekmektedir. Hücre verimi arttırımı, söz konusu modüllerin yarı iletken malzeme ihtiva etmesi nedeniyle belirli bir seviyeye kadar yapılabilmektedir.
Bu çalışmada, güneş takip sistemi kullanılarak PV modül üzerine düşen güneş ışığı şiddetinin arttırılması düşünülmüştür. Şöyle ki; doğu-batı ve kuzey-güney yönlerine hareket edebilen mekanik bir sistem tasarlanmıştır. Bu sistem üzerine 10 W'lık bir güneş paneli konulmuş, dört yanına 4 adet foto direnç (LDR) yerleştirilmiştir. LDR'lerden alınan bilgiler PIC18F452 mikroişlemcisinin analog girişlerine gelmektedir. Mikroileşmci içerisinde bulunan yazılım, PV modülün monte edildiği sistemde bulunan iki adet DC motoru hareket ettirmekte olup, hareketli platformun LDR'lerden alınan bilgiler sayesinde güneşe göre konumlanması sağlanmaktadır. Bu sayede, gün boyunca güneş ışığı paneller üzerine dik açıyla düşmektedir. Ayrıca, uygulaması yapılan bu sistem sayesinde iki gün boyunca ölçüm yapılmış birinci gün sabit sistem verileri kaydedilmiş, ikinci gün ise hareketli sistem verileri kaydedilip enerji verimliliği kıyaslanmıştır. 
Tüm bunların yanında söz konusu sistem içerisindeki mikroişlemci, DC motorların dönmesi esnasında harcayacağı enerji ile PV modül'den elde edilecek enerjiyi mukayese ederek, dönme işlemi için harcanacak enerjinin fazla olacağına karar verdiğinde STS'yi sabit tutacaktır. Bu sistemde birde akü ve akü şarj kiti mevcut olup, akü dolu ise sistem üretim yapmayacaktır. Bahse konu uygulaması yapılan sistemde oto-manuel butonları mevcut olup, sistem istenilirse manuel de kontrol edilebilecektir. Ayrıca, mikroişlemciden alınan bilgilerin görsel halleri LCD ekranda gösterilmektedir.

Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir enerji, PV modül, güneş takip sistemi, PIC18F452 , LDR

Abstract:
In the last century, people have created a more comfortable life environment for the future with the technologies they have. In parallel to the ever-increasing life standards, the pace of our consumption and our habits have increased. As the works made for the developments and the changes for a comfortable life pose threats to humanity, it is compulsory to find permanent solutions to these threats. The first of these threats are environmental pollution along with climate change which stem from fossil fuels. In the existing system, carbon-based fuels such as natural gas and petroleum are used in order to produce energy which is among the basic needs during the history of humanity. To reach fossil fuels, which are decreasing in amount day by day, is becoming expensive and this is creating a negative situation for the underdeveloped countries. In addition, climate change is also emerging due to diffusion of greenhouse gases in the atmosphere intensively. Greenhouse gases which emerge as a result of increased use of fossil fuels are harmful to the humanity. The tendency towards renewable energy sources has increased in recent years in order to solve these problem. Turkey receives more sunlight in terms of the length of time and the area of the country due to its mathematical position in the world. For this reason, solar energy is the most ideal alternative energy source in order to produce domestic energy. In this direction, the use of solar energy for water heating systems in the southern region of Turkey is widely available. Another way to benefit from solar energy is to produce electrical energy with Photovoltaic (PV) modules which have semiconductor technology. However, the methods of producing electricity from the sun have both high initial costs and long depreciation periods. In this sense, Research and Development(R&D) studies needs to be conducted in order to increase the efficiency of the PV modules. In order to increase the efficiency obtained from the solar panels, either the radiation intensity on the PV module or the efficiency of cell must be increased. The increase of the efficiency of cell can be made to a certain level because the modules in question contain semiconducting material. 
In this study, it was considered to increase the intensity of the sunlight on the PV module through using the solar tracking system. Namely; a mechanical system is designed to move to the directions of east-west and north-south. A 10 W solar panel is placed on this system and four Light Dependet Resistance(LDR) are placed on each side. The information received from the LDRs goes to the analog inputs of the PIC18F452 microcontroller. The software inside the microcontroller moves the two DC motors in the system where the PV module is assembled and the moving platform is positioned according to the sun thanks to the information received from the LDRs. Therefore, the sunlight falls on the panels at right angles throughout the day. In addition, thanks to this application system, two days were recorded; the fixed system data was recorded on the first day and the moving system data was recorded on the second day; and the energy was compared. Besides, the micro-controller in the system keeps the Solar tracking system (STS) stable when it considers the energy to be consumed is much for the rotation process through comparing the energy consumed during the rotation of the DC motors and the energy produced from the PV module. In this system there is a battery and battery charger kit, and the system does not produce when the battery is full. There are auto-manual buttons on the system so it can be controlled manually if required. In addition, the information received from the microcontroller is displayed on the LCD screen.

Keywords: Renewable energy, PV module, solar tracking system, PIC18F452, LDR