Uzak arazi şartlarında tarımsal sulamada kullanılan su pompalama sistemi ile entegre taşınabilir fotovoltaik güneş paneli'nin tasarımı ve performansının incelenmesi
Design of a portable photovoltaic solar panel integrated with water pumping system used in agricultural irrigation in remote land conditions and its performance investigation
Yazar: SEVİNÇ UĞURATEŞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET KARAKILÇIK
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Gelişmekte olan ülkelerde kalkınmayı sağlayan iki önemli faktörden birisi tarım diğeri enerjidir. Tarım için en önemli ihtiyaç su kaynakları ve sulama sistemleridir. İklim değişiklikleri, dünyanın temel yaşam kaynağı olan su kaynaklarını, olumsuz yönde etkilemektedir. Suyu kullanılabilirlik ve suya erişim imkânı ülkelerin çoğunda kırsal alanlar için oldukça zor ve sıkıntılıdır. Türkiye'nin yedi bölgesinden biri olan Doğu Anadolu Bölgesi, dağlık, engebeli ve kırsal alanlardan meydana geldiği için ve aynı zamanda bölgenin birçok şehrinde modern elektrik şebekesinin olmaması nedeniyle suya erişim olanakları oldukça kısıtlıdır. Buna karşın, Türkiye'nin dünya üzerinde güneş kuşağı adı verilen bölgede bulunması nedeniyle, ülkemiz zengin bir güneş enerjisi potansiyeline sahiptir. Ülkemizin bulunduğu konum nedeniyle sahip olduğu yıllık ortalama toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat) ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m2yıl (günlük toplam 3,6 kWh/m2) olmaktadır. Bu tez çalışmasında, Doğu Anadolu bölgesinde bulunan Elazığ ilinin Palu ilçesinde şehirden uzak kırsal alanlarında çiftçilerin su ihtiyaçlarını karşılayabilmek için şebeke bağlantısız güneş pilli pompalama sistemleri en iyi çözüm kaynağı olarak görülmektedir. Ayrıca Palu İlçesinde sulama iki farklı şekilde sağlanmaktadır; Murat nehri boyunca, sulama çoğunlukla bu nehirden sağlanırken, nehirden uzak olan bölgeler yalnızca mevsimsel yağışlara bağımlıdır. Bu bölgede, yağışlar sonbahar ve ilkbahar mevsimlerinde oluşmaktadır. Ancak bu mevsimlerde de iyi miktarda yağış olmaz ve kuraklık meydana gelir. Bu sebeplerden dolayı bu çalışmada, Murat nehirden uzakta bulunan kırsal alanlardaki su ihtiyacını karşılamak için, (38° 21' ve 38° 51' enlemleri ile 39° 41' ve 40° 23' boylamları) şebeke bağlantısız güneş pilli su pompası tasarlandı. Tasarlanan sistem yaklaşık 1 dönüm için günlük 27 m^3'lük su ihtiyacını karşılayabilmektedir. Seçilen bölgede yetiştirilen bazı tarımsal ürünlerin Cropwat 8.0 yazılım programını kullanarak su ihtiyacı belirlendi. Güneş enerjili DC su pompalama sisteminin gerekli güneş paneli güçünü belirlemek için PVsyst yazılım programını kullanıldı. Sonuç olarak, günlük 27 m3 su ihtiyacı için 6 güneş paneli (herbiri 285 W) kullanılarak 1.710 W enerjinin yeterli olduğu bulundu. Bu yöntem kullanılarak en uygun taşınabilir güneş paneli sistemi belirlendi. Güneş enerjisi ile sulama sistemleri çalıştırılarak verimli olarak tarımın ve gıda üretiminin artırılabileceği ve ekonomik olarak oldukça faydalı bir yöntem olduğu görüldü.

Abstract:
One of the two important factors that ensure development in developing countries is agriculture and the other is energy. The most important need for agriculture is water resources and irrigation systems. Climate changes adversely affect water resources, which are the world's basic source of life. Water availability and access to water is quite difficult and troublesome for rural areas in most of the countries. The Eastern Anatolia Region, one of the seven regions of Turkey, has very limited access to water due to its mountainous, hilly and rural areas, as well as the lack of a modern electricity network in many cities of the region. On the other hand, Turkey has a rich solar energy potential due to its location in the region of the world called the sun belt. Due to the location of our country, the average annual total sunshine duration is 2640 hours (daily total 7.2 hours) and the average total radiation intensity is 1311 kWh/m2year (daily total 3.6 kWh/m2). In this thesis study, off-grid solar water pumping systems are seen as the best solution source to meet the water needs of farmers in rural areas far from the city in the Palu district of Elazığ province in the Eastern Anatolia region. In addition, irrigation in Palu District is provided in two different ways; along the Murat River, irrigation is mostly provided from this river, while the areas away from the river are only dependent on seasonal rainfall. In this region, rainfall occurs in the autumn and spring seasons. However, there is not a good amount of rainfall in these seasons and drought occurs. For these reasons, in this study, an off-grid solar water pump was designed to meet the water demand in rural areas located far from the Murat River (latitudes 38° 21' and 38° 51' and longitudes 39° 41' and 40° 23'). The designed system can meet the daily water demand of 27 m3 for approximately 1 acre. The water requirement of some agricultural crops grown in the selected region was determined using Cropwat 8.0 software programme. PVsyst software program was used to determine the required solar panel power for the solar DC water pumping system. As a result, it was found that 1,710 W energy using 6 solar panels (285 W each) was sufficient for the daily water need of 27 m3. Using this method, the most suitable portable solar panel system was determined. It was seen that by operating irrigation systems with solar energy, agriculture, and food production can be increased efficiently and is an economically very beneficial method.