Rüzgar ve güneş verilerinin sinyal işleme yöntemleriyle analizi ve sistem modellemesi
Analysing the wind speed and the solar radiation data using signal processing techniques and system modeling
Yazar: FATİH ONUR HOCAOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER NEZİH GEREK ; YRD. DOÇ. DR. MEHEMET KURBAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Güneş modeli = Solar model ; Güneş radyasyonu = Solar radiation ; Güneş ısınımı = Solar heating ; Güvenilirlik ve geçerlilik = Reproducibility of results ; Güç sistemleri = Power systems ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; İşaret işleme = Signal processing

Özet:
Bu tez çalışması, yenilenebilir enerji alanında hem veri (rüzgar?güneş) modelleme hem de enerji üretim sistemi boyutlandırması konularında gerçekleştirilmiş özgün yaklaşımları içermektedir. Çalışmanın ilk aşamasında, saatlik değişen güneş ışınım şiddetleri ve rüzgar hızlarını modelleyen yeni yöntemler geliştirilmiş, ikinci aşamasında ise geliştirilen bu modelleme yöntemleri de kullanılarak hibrit (rüzgar-güneş) enerji üretim sistemlerinin boyutlandırılması için yeni bir optimizasyon algoritması oluşturulmuştur. İlk aşamada yer alan güneş ışınım şiddeti verilerinin modellenmesi çalışmasında, veriler iki boyutlu (2-B) olarak analiz edilmiştir. Bu özgün analiz yönteminin tek boyutlu analize göre üstünlükleri 1-B ve 2-B optimal katsayılı doğrusal filtreler tasarlanarak ve yapay sinir ağları (ANN) kullanılarak gösterilmiştir. Geliştirilen 2-B yaklaşım kullanılarak saatlik güneş ışınım şiddeti verilerinin yıl içindeki davranışları önerilen yeni bir yöntemle analitik olarak modellenmiştir. Yine tezin ilk aşamasındaki çalışmalarda yer alan rüzgar verilerinin modellenmesinde, Saklı Markov Modellerini (HMM) kullanan bir modelleme yöntemi geliştirilmiş ve denenmiştir. Literatürde rüzgar modelleme konusunda ilk defa uygulanan bu yöntemin var olan diğer yöntemlere olan üstünlükleri tartışılmıştır. Tezin ikinci aşamasında sunulmuş olan hibrit (rüzgar-güneş) enerji üretim sistemlerinin boyutlandırılması için önerilen yöntemde güneş ve rüzgar verilerinin yerine, ilk aşamada geliştirilen modellerden, üretilen verileri kullananan ve boyutlandırma algoritmasına sistemde bulunan bataryaların maliyetlerini de dahil eden yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Tezde geliştirilen tüm model ve metodlar Eskişehir bölgesine ait saatlik değişen bir yıllık veriler üzerinde test edilmiş, sonuçları sunulmuş ve tartışılmıştır.

Abstract:
This thesis presents novel approaches for both data modeling and system sizing topics in the renewable energy area. In the first part of this study, novel models are developed for hourly measured solar radiation and wind speed data whereas in the second part, a novel optimization algorithm for sizing wind-solar hybrid energy generation systems is composed using these novel models. While modeling solar radiation, the data are rendered in 2 dimensions (2-D). The advantages of the 2-D approach are demonstrated using 1 Dimensional (1-D) and 2-D optimal coefficient linear filters and Artificial Neural Networks. By using the 2-D approach, the behavior of hourly measured solar radiation data in the year is analyticaly modeled. While modeling wind data, another novel approach is developed using Hidden Markov Models and the accuracy of the model is tested. The advantages of this unique method for wind speed modeling are compared with the other known methods. In the second part of the thesis, a novel sizing algorithm for hybrid wind-solar energy generation system is developed. The algorithm considers the data generated from the developed models for wind speeds and solar radiation instead of the original data, itself. The developed algorithm not only deals with the size of energy generation units but also deals with the size of the batteries. All methods developed in this thesis are tested using the data obtained from Eskişehir region. Results are presented and disscussed.