Güneş enerjisinin tahmininde sinyal işleme tabanlı yeni yaklaşımlar
Signal processing based novel approaches for solar energy forecasting
Yazar: EMRE AKARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. RİFAT EDİZKAN ; DOÇ. DR. FATİH ONUR HOCAOĞLU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Artan enerji ihtiyacı ve çevre hassasiyetleri, güneş enerjisinin kullanılmasını çok daha önemli kılmıştır.  Bir güneş enerji sisteminin boyutlandırılmasında ise gerçekleşecek olan güneş ışınım değerlerinin tahmin edilmesi büyük önem arz etmektedir.  Bu tez çalışmasında, güneş ışınımının saatlik tahmini için üç yeni yöntem   geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden birincisi, çok boyutlu doğrusal tahmin filtreleridir.  9 farklı filtre şablonunu kullanan 14 farklı model geliştirilmiş ve bu modeller ile Afyonkarahisar iline ait saatlik güneş ışınım verileri tahmin edilmiştir.  Önerilen yöntemin başarısını göstermek için elde edilen sonuçlar, literatürde daha önce kullanılmış olan iki boyutlu filtreler kullanılarak elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır.  Önerilen tüm yeni modeller ile eski yönteme göre daha başarılı sonuçlar elde edilirken, tahmin başarısında %1 ila %40 arasında değişen oranlarda iyileşme sağlanmıştır.  İkinci  yöntemde görgül modeller kullanılarak güneş ışınım tahmini yapılmıştır.  Güneş ışınımının geçmiş değerleri, dünya dışı ışınım ve bulutluluk indeksine bağlı olarak beş farklı model oluşturulmuş ve bu modeller kullanılarak Afyonkarahisar, Ankara ve Çanakkale şehirlerine ait güneş ışınım değerleri tahmin edilmiştir.  Geliştirilen görgül yöntemlerden elde edilen ışınım tahmin değerleri literatürde çok yaygın kullanılan Angstrom-Prescott eşitliklerinden elde edilen tahmin değerleri ile karşılaştırılmıştır.  Bu çalışmada geliştirilen görgül modellerin en önemli avantajı sabit katsayılar kullanmamasıdır ve deney sonuçları bu modellerin başarısını açıkça ortaya koymaktadır.  Tez çalışmasında üçüncü olarak benzerliğe dayalı tamamen yeni bir yöntem geliştirilmiştir.  Bu yeni yöntemde, tahmin edilecek güne ait güneş ışınım değerleri, geçmişteki değişimler ile arasında bir benzerlik kurularak belirlenmiş ve benzerlik Öklit mesafesine göre kurulmuştur.  Farklı güneşlenme karakteristiğine sahip 5 farklı şehre ait güneş ışınım verileri üzerinde yapılan deneylerde yüksek tahmin başarımları elde edilmiştir.

Abstract:
Growing energy needs and environmental sensitivities have made it more important to use of solar energy.  The sizing of a solar power system for estimating solar radiation is of great importance.  In this study, three new methods for estimating hourly solar radiation have been developed.  The first of these methods is multi-dimensional linear prediction filters.  9 different filters templates using by the help of 14 different models have been developed and these models were employed to estimate hourly solar radiation data of Afyonkarahisar region. To show the success of the proposed method, results obtained with new method are compared with the results which have previously been developed from two-dimensional filters.  While with all new proposed models are achieved better results than with the old one, rates ranging from 1% to 40% recovery was achieved in forecasting success.  In second method, new empirical models are developed for hourly solar radiation forecasting.  Five different models depend on past samples of solar radiation, extraterrestrial radiation and clearness index are designed and by using these models, the solar radiation values belong to Afyonkarahisar, Ankara and Çanakkale are predicted. To show the success of proposed models, forecasting results are compared with results obtained by using Angstrom-Prescott equations which is widely used in the literature.  The most important advantage of the proposed new empirical models is the lack of fixed coefficients and the experimental results clearly demonstrate the success of these models.  In the third stage of this study, a totaly new method based on similarity is developed.  In this novel method, solar radiation values belong the actual day are determined by establishing similarity with variations in past days and similarity is established according to Euclidean distance.  Very good results are obtained in the experiments on data belong the five different cities which have different insolation characteristics.