Single motor dual axis solar tracking system design
Tek motorlu çift eksenli güneş takip sistemi tasarımı
Yazar: YUNUS GÜNEŞ
Danışman: DOÇ. DR. ABDULKERİM KARABİBER
Bingöl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Güneş radyasyonu = Solar radiation ; Güneş takip sistemi = Solar tracking system ; Maliyet iyileştirme = Cost optimization

Özet:
Güneş enerji sistemleri, yenilenebilir enerji kaynakları arasında en çok tercih edilen ve dünya çapında büyük finansal yatırımları çeken temiz enerji kaynaklarıdır. Teknolojinin gelişmesiyle artan küresel enerji talebini karşılamak ve fosil yakıtlardan kaynaklanan karbon emisyon miktarını azaltmak için güneş enerjisi sistemlerinin verimliliğinin artırılması gerekmektedir. Güneş enerji sistemlerinde enerji hasadını ve verimliliği artırmanın en etkili yollarından biri sabit güneş sistemleri yerine güneş takip sistemleri kullanmaktır. Gün boyunca güneşi takip ederek panellere gelen radyasyon miktarını maksimum düzeye çıkaran güneş takip sistemleri, ortalama %30-40 daha fazla elektrik enerjisi üretimi sağlamaktadır. Ancak, geleneksel güneş takip sistemleri, yüksek ilk yatırım maliyetleri ve ekstra bileşen gereksinimleri nedeniyle ticari olarak tercih edilmemektedir. Güneş takip sistemlerinin yaygın bir şekilde kullanılması, bu sistemlerin basitleştirilmesine, maliyetinin düşürülmesine ve üretim kolaylığına bağlıdır. Bu tez çalışmasında sunulan TST, güneş takip sistemlerine yeni bir yaklaşım getirmekte ve asimetrik bir stant ile güneş takip sisteminin tek eksen hareketi ile güneşin iki eksende izlenebileceğini ortaya koymaktadır. TST, asimetrik stant yapısı nedeniyle gün boyunca çift eksende güneşi takip ederek sabah doğuya, öğlen güneye, öğleden sonra batıya bakmaktadır. TST, geleneksel takip sistemlerinden daha basit bir yapıya sahiptir. Bu nedenle TST'nin yatırım ve işletme maliyetleri neredeyse sabit güneş enerjisi sistemleri kadar düşüktür.

Geleneksel çift eksenli güneş takip sistemleri, rüzgâr ve buz yüklerine dayanacak ağır metal yapılar ve beton temeller gerektirir. Ancak TST'nin asimetrik ayağı, DC motor yardımıyla zemin yüzeyine farklı açılarda ve konumlarda güvenli bir şekilde yerleşebilir. TST beton ve ağır metal yapılar gerektirmediği için ilk kurulumu diğer güneş takip sistemlerine göre daha kolay ve ucuzdur. Günümüzde güneş takip sistemleri sensörsüz olarak tasarlanmakta ve bu sistemler tarih ve saat bilgilerini kullanarak güneşi takip etmektedir. Sensörsüz güneş takip sistemleri, daha az teknik arızaya sahip oldukları ve daha az ekipman gerektirdiği için sensörlü güneş takip cihazlarına göre daha ucuz ve verimlidir. TST'nin güneş takip yöntemi geleneksel takip sistemlerinden farklı olduğu için TST'nin optimum eğim ve azimut açıları için yeni hesaplamalar ve testler gerekmektedir. Bu çalışmada, TST'nin yeni bir güneş izleme yöntemine sahip olması ve maksimum hasat edilen elektrik gücü için daha önce test edilmiş bir veri olmaması nedeniyle TST, LDR sensörleri kullanılarak tasarlanmıştır. Tasarlanan TST'nin performansı farklı hava koşulları altında sabit güneş paneli ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak TST, PV panellerin ürettiği elektrik enerjisini, sabit panellere kıyasla %25 ile %38 arasında artırmıştır. Bu çalışma, TST'nin yüksek enerji verimliliği, basit yapısı ve düşük maliyeti gibi çeşitli avantajları nedeniyle sabit güneş sistemlerinin yerini alma potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Solar energy systems are clean energy sources that are the most preferred among renewable energy sources and attract large financial investments worldwide. It is necessary to increase the efficiency of solar energy systems in order to meet the increasing global energy demand with the development of technology and to reduce the amount of carbon emissions from fossil fuels. One of the most effective ways to increase energy harvest and efficiency in solar energy systems is to use solar tracking systems instead of fixed solar systems. Solar tracking systems, which maximize the amount of radiation coming to the panels by following the sun throughout the day, provide an average of 30-40% more electrical energy production. However, traditional solar tracking systems are not commercially preferred due to high initial investment costs and extra component requirements. The widespread use of solar tracking systems depends on the simplification, cost reduction and ease of production of these systems. TST, presented in this thesis, brings a new approach to solar tracking systems and reveals that the sun can be tracked in two axes with a single axis movement of the solar tracking system with an asymmetrical stand. Due to its asymmetrical stand structure, TST follows the sun on a double axis throughout the day and faces east in the morning, south at noon and west in the afternoon. TST has a simpler structure than traditional tracking systems. Therefore, TST's investment and operating costs are almost as low as fixed solar systems.

Traditional dual axis solar tracking systems require heavy metal structures and concrete foundations to withstand wind and ice loads. However, the asymmetric stand of TST can locate on the ground surface securely at different angles and positions with the help of an DC motor. Since TST does not require concrete and heavy metal structures, its initial installation is easier and cheaper than other solar tracking systems. Today, solar tracking systems are designed without sensors and these systems track the sun using date and time information. Sensorless solar tracking systems are cheaper and more efficient than the solar trackers with sensors as they have fewer technical faults and require less equipment. Since TST's solar tracking method is different from traditional tracking systems, new calculations and tests are required for optimum tilt and azimuth angles of TST. In this study, TST was designed using LDR sensors, as TST has a new solar tracking method and there is no previously tested data for maximum harvested electrical power. The performance of the designed TST was compared with the fixed solar panel under different weather conditions. As a result, TST has increased the electrical energy produced by PV panels between 25% and 38% compared to fixed panels. This study showed that TST has the potential to replace fixed solar systems due to its various advantages such as high energy efficiency, simple structure and low cost.