Güneş takibi için iki serbestlik dereceli küresel mekanizma tasarımı
Two degree of freedom spherical mechanism design for exact sun tracking
Yazar: OSMAN ACAR
Danışman: PROF. DR. ZİYA ŞAKA
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Teorisi ve Dinamiği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Güneş enerjisi yeryüzünde en çok miktarda bulunan yenilenebilir enerji kaynağıdır. Ekvator bölgesinde daha yüksek potansiyele sahip olan güneş enerjisi, dünyadaki enerji tüketiminin iki misli potansiyele sahiptir. Teknik şartlar yeterli olmadığı için günümüzde tamamen kullanılamayan bu enerji, gelecekteki tüm enerji tüketim alanlarında kullanılmaya en büyük adaydır.
Güneş enerjisi kullanımı, fosil yakıtların neden olduğu hava kirliliğinin etkisini azaltmak ve yok etmek için her geçen gün daha çok önem arz etmektedir. Güneş panellerinin gittikçe daha düşük maliyetlerde imal edilmesi ve verimini artırmaya yönelik çalışmalar kullanımını yaygınlaştıran etkenlerden olmuştur. Güneş takibi de güneş panellerinin verimini artırmak için yapılan çalışmalardandır.
Güneş takibi üzerine bugüne kadar birçok çalışma yapılmıştır. Yapılan çalışmaların bir kısmında tek eksende bir kısmında çift eksende takip yapılmaktadır. Bunların çoğunda elektronik cihaz yardımı ile takip yapılmaktadır. Doğal faktörlerin etkisiyle yanılma payı yüksek olan bu sistemlerin alternatife ihtiyaç olduğu görülmektedir. Güneş takibinde performans iyileştirmesi üzerine çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Yapılan literatür araştırmasında güneş takibi için küresel mekanizma kullanımına rastlanmamıştır. 
Bu çalışmada güneş konumunu ifade eden azimut ve yükselti açıları Konya'nın enlem ve boylam değerlerine göre bir yılın her bir günü için belirli aralıklar ile hesaplandı. Bilgisayar yardımıyla yılın her günü için güneş yörüngesi küre yüzeyi üzerinde çizdirildi. Güneş takibi için bu küresel yüzey üzerindeki yörüngeyi takip etmek için küresel bir mekanizma uygun görüldü. Yörüngenin maksimum ve minimum değerlerini sağlayabilecek 5 uzuvlu ve iki serbestlik dereceli küresel mekanizma için uygun uzuv boyutları tespit edildi. Güneş paneli belirlenen yörünge üzerinde mekanizma ile hareket ettirilirken güneş ışınlarını dik açıda alabilmesi için, tahrik uzuvlarının alması gereken konumlar ters kinematik analiz yapılarak belirlendi. Mekanizmanın kuvvet analizi yapılarak tahrik uzuvlarında oluşacak kuvvet ve moment değerleri hesaplandı.
Yapılan tez çalışması sonucunda Konya için güneş açıları literatürden sağlanan formüller ile elde edilmiştir. Bu açılar NOAA(National Oceanic & Atmospheric Administration)'nın Konya için yayınladığı değerler ile karşılaştırılmıştır. Bir prototip imal edilerek bu açıların sağlandığı ve mekanizmanın yılın her gününde hesaplanan yörüngeyi takibi incelenmiştir.

Abstract:
Solar power is the renewable energy source which has the highest potential among the energy sources on the earth. Solar power which has higher potential around the equator of the World, has potential as twice of the energy consumption on the earth.  This energy source which can not be used fully due to the shortage of technical proficiency of the technology, will be the asset of the future. 
The usage of solar power submits more importance to reduce and to demolish the effect of airpollution which is a result of usage of fosil fuels. The studies regarding the gradually reduction of manufacturing cost of solar panels and the increasingly improvements of solar panel efficiency have been very effective on making usage of solar panel prevelant. The process of solar tracking is one of the studies to increase efficiency of solar panels.
Several studies have been done about solar tracking until today. Fundamentally, in some of these studies, the solar tracking was done on one axis and was done on two axes in others. In many of these studies, the solar tracking was done by the help of electronic devices. These solar tracking system which has high fallibility under the effects of natural factors, needs an alternative for solar tracking on two axes. Various studies have been done regarding to improvements of solar tracking performance. But, the usage of spherical mechanism for solar tracking on two axes have not been encountered during the scrutiny of literature.
In this study, the azimuth and altitude angles which express the location of the Sun with respect to the World, were calculated for a certain time intervals within every day of a year according to latitude and longitude of Konya. The trajectories of the Sun were drawn by a computer program for every day of a year. Proper link lengths were determined for the maximum and the minimum limits of the trajectory of the Sun. The angles needed for the suitable location of the solar panel according to the Sun position were calculated for the driving links by making inverse kinematic analysis. Finally, forces and moments on the links were calculated for every time intervals by static analysis.
Consequently, the study included solar angles were calculated for Konya by formulating azimuth and altitude angles. These angles were compared with the values of NOAA(National Oceanic & Atmospheric Administration) for Konya. Finally, a prototype were manufactured and tested for the accuracy of the angles.