Güneş ve rüzgâr enerjisi ile çalışan su pompalama sisteminin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of a water pumping system driven by wind and solar energy
Yazar: MUHARREM HİLMİ AKSOY
Danışman: DOÇ. DR. MUAMMER ÖZGÖREN ; YRD. DOÇ. DR. FARUK KÖSE
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Fotovoltaik piller = Photovoltaic cells ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Tarımsal sulama = Agricultural watering ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Ülkemizde tarımda kullanılan birçok arazinin yakınından geçen ulaşılabilir bir elektrik hattı olmaması sebebi ile sulama kuyulardan, akarsulardan ya da sulama kanallarından dizel jeneratörler yardımıyla yapılmaktadır. Bu durumda sulama sırasında oldukça fazla miktarda enerji harcanmakta ve ürün maliyetleri artmaktadır. Bu çalışmada, güneş ve rüzgâr enerjisinden oluşan hibrit sistem ile elektrik üretimi yapan bir yenilenebilir enerji sisteminin tarımsal sulama amaçlı teorik ve deneysel araştırması yapılmıştır. Selçuk Üniversitesi Konya Teknokent bahçesine kurulan 1500 W kapasiteli rüzgâr türbini ve toplam 480 W kapasiteli 4 adet fotovoltaik panelden üretilen elektrik enerjisi, şarj kontrol cihazlarında regüle edilerek kapasiteleri 12V 200Ah olan toplam 4 aküde depolanmıştır. 24 Volt DC olarak tasarlanan sistemden üretilen elektrik enerjisi ile 2,5 m yeraltında bulunan sulama deposuna kurulan 300 W kapasiteli DC sürücülü dalgıç pompa tahrik edilmiştir. Deney süresince fotovoltaik panellerden ve rüzgâr türbininden üretilen elektrik enerjisi ile pompa tarafından tüketilen elektrik enerjisi değerleri kayıt edilmiştir. Ayrıca, rüzgâr hızı ve güneş ışınım şiddeti, pompalanan su miktarı ve pompa çıkış basıncı da anlık olarak ölçülerek ortalamalar halinde kaydedilmiştir. Türbin direği ile aynı yükseklikte 10,5 metrede anemometre ile ölçülen rüzgâr hızı Mayıs ayında 3,49 m/s, Haziran ayında 3,76 m/s, Temmuz ayında ise 4,66 m/s olarak gerçekleşmiştir. Temmuz ayında rüzgâr türbininden 3805 Wh elektrik enerjisi üretilmiştir. Yatayla 12° açı ile ve 0° güneye yönlendirilmiş piranometre ile günlük toplam ışınım değeri Haziran ayında 6480 W/m2gün, Temmuz ayında ise 7737 W/m2gün olarak ölçülmüştür. Fotovoltaik panellerden Haziran ayında günlük ortalama 2413 Wh, Temmuz ayında ise 2841 Wh elektrik enerjisi elde edilmiştir. Yapılan analizlerle, hibrit sistemle yıl boyunca rüzgâr türbininden 635 kWh, PV panellerinden ise 738 kWh elektrik üretilebileceği hesaplanmıştır. Ölçüm süresince rüzgâr türbini verimi ortalama %33,3, fotovoltaik panellerin hücre verimi %10,07 olarak bulunmuştur. Üretilen elektrik enerjisi ile DC pompa vasıtası ile Temmuz ayında günlük ortalama 44,1 m3, ay boyunca toplam 1368 m3/gün su yaklaşık 2,5 m kot farkı oluşturacak şekilde pompalanmıştır. Ayrıca üretilen 24 V DC elektrik enerjisi, invertörde 220 V AC'ye dönüştürülerek ölçümlerin kaydedilmesinde kullanılan 90 W gücündeki dizüstü bilgisayarda ölçüm süresince kullanılmıştır. Hibrit sistem ile pompalanan su doğal sulamaya ek olarak damla sulama yöntemi ile 12,4 da (dekar) şeker pancarı, 13,0 da patates, 13,6 da mısır, 31,4 da kavun tarlası için yetebilecek miktardadır.

Abstract:
Many of the land used in agriculture in our country doesn?t have an electricity power line nearby. Therefore, the need for irrigation from wells, streams or irrigation channels are met by the help of diesel generators. In this case, a large amount of energy consumed during irrigation and it is increased product costs. In this study, a theoretical and experimental researches for agricultural irrigation purpose is completed for a renewable hybrid power generation system consisting of solar and wind energy. The hybrid electric production system consisting of 1500 W wind turbine and 4 pieces photovoltaic panels with total capacity of 480 W was established in the garden of Konya Selcuk University Technology Development Zone. The produced electricity was regulated by a charge controller device and stored at accumulators with a total capacity of 9600 Ah. Generated 24 V DC electricity was used to drive a 300 W DC-driven submersible pump placed in a water irrigation tank under 2,5 m depth of the earth surface. Generated electricity from both wind turbine and photovoltaic panels along with consumption of the pump were recorded with a datalogger during the experiment period. In addition, wind speed and solar radiation values were also measured and stored, separately. The amount of the pumped water and the output pressure of the pump in the pipeline were instantaneously measured and recorded. The monthly mean measured wind speeds by anemometer located at the same mass height with the wind turbine hub as 10,5m were found to be 3,49 m/s, 3,76 m/s and 4,66 m/s for May, June and July, respectively and 3.805 Wh electric energy produced in July by the wind turbine. The daily total radiation were measured as 6.480 W/m2day and 7.737 W/m2day for June and July, respectively with an pyranometer located at an angle of 12° oriented towards south from horizontal surface. The amount of the daily mean produced electricity from photovoltaic panels in June and July were found as 2413 Wh and 2841Wh, respectively. Total electric energy production of the hybrid system during the year is calculated as 635 kWh by the wind turbine and 738 kWh by the photovoltaic panels. Overall efficiency of wind turbine and cell efficiency of photovoltaic panels during the measuring period was calculated as 33,3% and 10,07%, respectively. The daily mean produced electricity of the hybrid system in July was used to pump 44,1 m3/day of water from 2,5 m dept water and totally 1368 m3 during the month. In addition, a control computer with 90 W during the experiment period was supplied by the produced electricity of the hybrid system powered with 24 V DC electric energy after converting 220 V AC. The pumped water amount with the hybrid system in July, can be enough to meet water need of the agricultural products that are 12,4 da of sugar beet, 13,0 da of potatoes, 13,6 da for corn and 31,4 for melon over natural raining with drip irrigation method.