Fotovoltaik enerji destekli akıllı tarımsal sulama sistemi
Smart solar irrigation system with fotovoltaic energy
Yazar: MERVE SEZGİNER ÖKMEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH ÖZEN ÜNVERDİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Dünyamızın karşı karşıya kaldığı küresel ısınma ve su kıtlığı riski hayatımızın
temelini oluşturan suyun önemini bir kez daha gözlerimizin önüne sermektedir. Su
kaynaklarını verimli kullanabilmede en önemli faktör verimli sulama yapabilmektir.
Güneş enerjisi en yaygın ve temiz enerji kaynaklarından olmasının yanı sıra akıllı
tarım sistemleri için de çok uygun bir alternatiftir. Tarımsal sulama sistemlerinde
güneş enerjisinden yararlanılması sulama ve dolayısıyla üretim maliyetini
düşürebilmekte, aynı zamanda güç kaynağı olarak sınırsız bir enerji kaynağını
kullanmak sistemin sürdürülebilirliğini sağlamakta, ülkenin dışa bağımlılığını ve
çevre kirliliğini azaltmaktadır.
Sistemde güneş enerjisinin kullanımı bizlere sınırsız, kesintisiz bir enerji sağlamakta,
şebekeye bağlanması zor ve pahalı olan engebeli tarımsal alanlarda bile kullanım
kolaylığı sağlamaktadır. Yerleşim bölgelerinden uzak arazilere su temininde
fotovoltaik enerji destekli bir sulama sistemi diğer sistemlere göre daha ekonomik ve
güvenilirdir.
Bu çalışmalarda çeşitli pompalama ve sulama sistemleri kullanılmaktadır. Ancak bu
sistemlerden en verimlisi ve zorlu araziler için uygun olanı Damla Sulama
Sistemi'dir. Su kaynaklarının yetersiz olduğu, uzak ve diğer sulama sistemlerinin
kullanımının zor olduğu bölgelerde tercih edilir. Bu yöntem doğrudan bitkinin
köklerini sulama imkânı vererek, diğer yöntemlerdeki sulama kayıplarının önüne
geçmekte, böylece verimli sulama sağlanmaktadır. Türkiye'de su kaynaklarının
büyük çoğunluğunun tarımda kullanıldığı düşünülürse, tarımsal sulamanın
verimliliği bir zorunluluktur.
Bu tez çalışmasında kullanıcının uzaktan verileri izleyerek kontrol edebileceği off-
grid (şebeke bağlantısı olmayan), fotovoltaik enerjili, akıllı bir tarım sistemi
tasarlanmış, fotovoltaik ışınım, güç, panel ve su pompası hesaplamaları yapılmış ve
sulama modellenerek, sürdürülebilir ve verimli bir akıllı tarımsal sulama sistemi
tasarlanmıştır. Seçilen mekanik elemanların (pompa, filtre, DC motor vb.) yanı sıra
elektronik elemanlar (sensörler, Lora Gateway, vb.) hakkında da bilgi verilmiştir.
Gerçekleştirilen prototip uygulama için kodlama yapılarak tasarlanan sistemin küçük
ölçekte yapılabilirliği test edilmiştir. Bu tez mevcut ticari uygulamalar ve kişisel
kullanımlar için bir kılavuz olup, gelecekte yapılacak bilimsel çalışmalara yol
gösterici niteliktedir.

Abstract:
From the risks which is getting from global warming and water shortage we
understand that the most important thing is water in human life. The energy and
water shortage that we are facing is directing us the most reliable and sustainable
sources. The most efficient way to use the water sources derives from efficient
watering.
The solar energy is not only one of the most common clean energy types, but it is
also very convenient alternative for the smart agricultural systems. Using the solar
energy for watering systems could decrease the production cost, and using the
endless power systems like solar energy could make the system as sustainable as
possible. And this could be the reason to decrease of the dependency to outside
financial sources and it also decreases the pollution. The main goal of the thesis is to
create sustainable and efficient smart agricultural system with solar energy.
Using the solar energy in that system could supply endless power and it can be used
in off grid and the areas that have expensive transporting cost for the electricity. The
water needs of agricultural areas depending on the radiation of the location changes
directly and proportionally. The far away fields from the city, using the solar systems
create better, more economic, and reliable solutions.
In these studies, researchers generally work on different type of watering and
pumping systems. The most efferent and suitable system for rough fields is drip
irrigation systems. The main purpose of this project is efficiency. Drip irrigation
system is preferred to use in far fields from water sources and in the areas where it is
difficult to use other type of irrigation systems. This method could enable to
irrigation of roots therefore it prevents the loss of water. As most of the water
resources in Turkey are used in agricultural systems, using efficient ways in watering
systems is mandatory. Besides, drip irrigation system requires less labor when it is
compared to other systems.
This project will be a pathfinder for researchers for efficient system designs and
farmers for efficient system setup. The method of that project is based on modelling
and literature review. In this project an off-grid smart solar systems will be
envisaged, photovoltaic radiation, power, and panel calculations, water and pump
calculations will be made, and this sustainable and efficient smart system will be
modelled. In addition to the mechanical elements (pump, filter, DC motor, etc.) the
information about electronic elements (sensors, Lora Gateway, etc.) will also be
provided in this study. This study will be a guide for current commercial
applications, personal uses, and future scientific studies.