Sinop ili koşullarında güneş enerjisiyle tarımsal sulama ve aydınlatma sisteminin tasarımı ve deneysel analizi
Design and experimental analysis of solar-powered agricultural irrigation and lighting system for Sinop city conditions
Yazar: EBRU DOĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ONUR KARAAĞAÇ
Sinop Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Nükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş enerjisi = Solar energy

Özet:
Günümüzde nüfus artışı, teknolojik gelişmelerden ve ekonomik büyümeden kaynaklı enerji ihtiyacı özellikle elektrik enerjisi hızla artmaktadır. Bu artan enerji ihtiyacını yenilenebilir enerji kaynakları rahatlıkla karşılayabilir. Alternatif enerji kaynaklarından en önemlilerden birisi olan güneş enerjisi temiz enerji kaynaklarından birisi olması, sürekli rejimde bulunması ve dış ülkelere olan bağımlılığının olmaması nedeniyle dikkat çekmektedir. Son yıllarda, güneş enerjisini kullanım çeşitliliğini arttırabilmek için küçük ve büyük çaplı birçok çalışma gerçekleştirilmektedir. Türkiye bir tarım ülkesidir. Bununla birlikte uygun arazilerini sulayabilecek kadar yeterli suyu yoktur. Yağmur düşüşünün çok daha az olduğu yerlerde, şebekeye bağlı elektrik tedariki yetersizdir ve mahsul için sulama gereklidir. Bu amaç için fotovoltaikler özellikle kırsal alanlarda başarılı bir şekilde kullanılabilirler. Uygulamacılar pek çok denemeden sonra kırsal alanlarda, fotovoltaiklerin bitkiler ve çiftlik hayvanları için su pompalama gibi tarımsal uygulamalar için en iyi çözüm olduğunu görmüşlerdir. Bu nedenle tarımsal sulama ve tarımsal arazinin aydınlatmasında ihtiyaç duyulan elektrik ihtiyacı için fotovoltaik sistem kullanılmıştır. Sulama sisteminde kullanılacak olan pompanın çalışması için gerekli elektrik ihtiyacını fotovoltaik paneller sağlayarak pompanın gerekli olan elektriğini üretir ve sulama için suyu pompalar. Bu sisteme ek olarak yine aynı şekilde fotovoltaik paneller güneşten aldığı ışınlar sayesinde ürettiği elektriği aydınlatma sistemi için de kullanabilmektedir. Güneş enerjisi ile çalışmasından dolayı elektrik harcamasını ortadan kaldırarak son derece verimli bir sistem kullanma avantajı sağlamaktadır. Yapılan çalışma sonucunda çalışmanın yapıldığı gün boyunca üretilen toplam güçler karşılaştırıldığın monokristal güneş modülü %15,9 daha fazla güç ürettiği bulunmuştur. Polikristal FV modül ortalama ve en yüksek verimi sırasıyla %4,77 ve %10,71 olarak hesaplanırken, monokristal FV modülün ortalama ve en yüksek verimi sırasıyla %5,63 ve %11,97 olarak hesaplanmıştır. Monokristal modül verimi polikristale oranla yüksek olduğu sonuçlanmıştır.Sulamada kullanılan Sintine Pompa anlık olarak 9 W güç tüketimi yapıldığı düşünülürse tam bir dolu akü ile 9 saat çalışabileceği bulunmuştur. Bu da gece yapılabilecek sulama işlemini mümkün kılmaktadır. FV modüllerden üretilen elektrik gücünün ise güneş ışınımın yeterli olduğu saatlerde pompayı kesintisiz çalıştırabilecek kapasitede olduğu belirlenmiştir. Sistem hem birden fazla noktada aynı sulama döneminde hizmet verebilir hem de sulama sezonunun olmadığı dönemlerde kişisel enerji ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla kullanılabilir. Bu sayede bu sistem ile sürdürülebilir çevre açısından büyük önem taşımaktadır.

Abstract:
Today, energy needs, especially electrical energy, are increasing rapidly due to population growth, technological developments and economic growth. Renewable energy sources can easily meet this increasing energy need. Solar energy, one of the most important alternative energy sources, attracts attention because it is one of the clean energy sources, is in a permanent regime and does not have dependence on foreign countries. In recent years, many small and large-scale studies have been carried out to increase the diversity of use of solar energy. Türkiye is an agricultural country. However, there is not enough water to irrigate suitable lands. In places where rainfall is much less, the supply of grid-connected electricity is inadequate and irrigation is required for crops. Photovoltaics can be used successfully for this purpose, especially in rural areas. After many trials, practitioners have found that in rural areas, photovoltaics are the best solution for agricultural applications such as pumping water for plants and livestock. For this reason, the photovoltaic system was used for the electricity needed for agricultural irrigation and lighting of agricultural land. Photovoltaic panels provide the electricity required for the operation of the pump to be used in the irrigation system, producing the necessary electricity for the pump and pumping water for irrigation. In addition to this system, photovoltaic panels can also use the electricity they produce thanks to the rays they receive from the sun for the lighting system. Since it works with solar energy, it provides the advantage of using a highly efficient system by eliminating electricity consumption. As a result of the study, it was found that the monocrystalline solar module produced 15.9% more power when the total power produced during the day of the study was compared. While the average and highest efficiency of the polycrystalline PV module was calculated as 4.77% and 10.71%, respectively, the average and highest efficiency of the monocrystalline PV module was calculated as 5.63% and 11.97%, respectively. It has been found that the monocrystalline module efficiency is higher than the polycrystalline one. Considering that the Bilge Pump used in irrigation consumes 9 W power instantaneously, it has been found that it can operate for 9 hours with a fully charged battery. This makes irrigation possible at night. It has been determined that the electrical power produced from PV modules is capable of operating the pump uninterruptedly during hours when solar radiation is sufficient. The system can serve at more than one point during the same irrigation period and can be used to meet personal energy needs during periods when there is no irrigation season. In this way, this system is of great importance in terms of sustainable environment.