Untitled - Gazi Üniversitesi Açık Arşiv
advertisement
GÜNEŞ ENERJİSİNİN TARIMSAL UYGULAMALARDA KULLANILMASI Hamid PARHIZKAR YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EKİM 2015 Hamid PARHIZKAR tarafından hazırlanan “GÜNEŞ ENERJİSİNİN TARIMSAL UYGULAMALARDA KULLANILMASI” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. İres İSKENDER Elektrik Elektronik Mühendisliği,Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ...………………… Başkan : Doç. Dr. Timur AYDEMİR Elektrik Elektronik Mühendisliği,Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. …………………... Üye : Doç. Dr. Murat Hüsnü SAZLI Elektrik Elektronik Mühendisliği,Ankara Üniversitesi. Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. Tez Savunma Tarihi: …………………... 15/10/2015 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum. …………………….……. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Hamid PARHIZKAR 15/10/2015 iv GÜNEŞ ENERJİSİNİN TARIMSAL UYGULAMALARDA KULLANILMASI (Yüksek Lisans Tezi) Hamid PARHIZKAR GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ekim 2015 ÖZET Günümüzde, elektrik şebekesine uzak olan bölgeler nehirlerden ve/ya kuyulardan su pompalama yöntemiyle sulandırılmaktadır. Alternatif enerji kaynakları ya fosil ya da yenilenebilir enerjiden elde edilen güneş ve rüzgâr enerji kaynaklarıdır. Fosil kaynaklara olan talebin sürekli artması bu enerji kaynağının fiyatını da artırmaktadır. Çok yüksek derecede ulaşılabilir olması, güneş enerjisinin rüzgar enerjisi gibi sulama işlemleri için çok faydalıdır. Güneş enerjisinden faydalanılarak oluşturulan tipik bir su pompalama sisteminin bileşenleri; güneş paneli, elektrik motoru ve pompa olarak ifade edebiliriz. Bu parçalara ek olarak kullanıcı ihtiyacına göre akü, motor, dönüştürücü, vb. gibi aksesuarlar da eklenebilir. Bu tezde kullanılan cihazlar; güneş paneli, dönüştürücü, evirici, üç fazlı asenkron motor, santrifüj pompası ve tarla su dağıtım pompasından oluşmaktadır. Sulaması beklenen alanın su ihtiyacına dayanarak motor ve su pompasının anma güç değerleri elde edilmektedir. Tespiti yapılan pompaya uygun motor, evirici ve dönüştürücü tasarlanarak gerekli olan güneş panelleri seçilmektedir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : 905.1.033 Fotovoltaik, Tarımsal sulama, Simülasyon Sayfa Adedi Danışman 80 Prof. Dr. İres İSKENDER : : v THE USE OF SOLAR ENERGY IN AGRICULTURAL APPLICATIONS (M. Sc. Thesis) Hamid PARHİZKAR GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES October 2015 ABSTRACT Nowadays, the regions far from electric network are irrigated from the rivers and/or wells through water pumps. The alternative energy sources could be fossil, solar and/or wind energy. Increasing need for fossil energy causes increase in its price continuously. Because of high accessibility, solar energy similar to wind energy is suitable for watering. A typical solar energy system is composed of solar panel, electric motor and a pump. In addition to these, another components like accumulator, electric motor, converters and water pump can be used in solar systems considering the requirements of the users. The equipments used in this thesis are: solar panels, converters, three- phase asynchronous electric motor, a centrifugal pump and a water distribution system. The power ratings of motor and pomp are derived depending on the water required to irrigate the specific area. With respect to the power of the pump and electric motor, coupling and finally the solar panels are designed. Science Code : Key Words : 905.1.033 Photovoltaic, Agricultural irrigation, Simulation Page Number : Supervisor : 80 Prof. Dr. İres İSKENDER vi TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren, kıymetli tecrübelerinden faydalandığım danışmanım Prof. Dr. İres İSKENDER ve manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan çok değerli aileme teşekkürü bir borç bilirim. vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET .............................................................................................................................. iv ABSTRACT .................................................................................................................... v TEŞEKKÜR .................................................................................................................... vi İÇİNDEKİLER .............................................................................................................. vii ÇİZELGELERİN LİSTESİ............................................................................................. vii ŞEKİLLERİN LİSTESİ .................................................................................................. ix RESİMLERİN LİSTESİ ................................................................................................. x HARİTALARIN LİSTESİ ................................................................................................. xi SİMGELER VE KISALTMALAR................................................................................. xii 1. GİRİŞ...................................................................................................... 1 2. BOOST(YÜKSELTEN) DA-DA DÖNÜŞTÜRÜCÜ ve EVİRİCİ….. 5 2.1. Boost (yükselten) DA-DA Dönüştürücü............................................................ 5 2.1.1. Yükselten dönüştürücünün yapısı............................................................ 5 2.1.2. Yükselten dönüştürücünün çalışma prensibi……………………...…..... 5 2.2. Evirici................................................................................................................... 11 2.2.1 Üç fazlı everici çalışma prensibi……………………………………..……....... 11 3. ASENKRON, DC VE AC SÜREKLİ MIKNATISLI MOTORLAR... 17 3.1. Çalışma Prensibi…………………………………………………….………… 17 3.1.1. Senkron hız……………………………………………………….…...... 19 3.1.2. Silip………………………………………………………………...….... 19 3.2. DC ve AC Sürekli Mıknatıslı Motorlar………………………………….......... 20 3.2.1. Kalıcı mıknatıs malzemelerin karakteristikleri…………………............. 21 4. SANTRİFUJ POMPA…………………………………………...…… 23 4.1. Santrifüj Pompanın Çalışma Prensibi..………,,……………………………... 23 4.2. Santrifüj Pompa Tipleri……………….…………………………………....... 24 viii Sayfa 4.2.1. Dikey santrifüjlü pompalar…………………………………………...... 24 4.2.2. Köpük pompalar………………………………………………………... 25 4.2.3. Çok kademeli santrifüjlü pompalar…………………………………...... 25 4.3. Enerji Kullanımı……………………………………………………………..... 25 5. FOTOVOLTAİK MODÜLÜ…………………………………….….... 27 5.1. Solar Enerji…………………………………………………………………… 27 5.2. Fotovoltaike Giriş………………..………………...…………………………. 27 5.3. Işığın Temel Özellikleri……….………………………………………..…….. 28 5.3.1. Güneş ışığının özellikleri………………………………………………. 28 5.3.2. Foton enerjisi……………………………………………………………. 29 5.3.3. Foton akışı……….………………………………………...…………..... 29 5.3.4. Spektral radyasyonu…………………………………………………....... 30 5.3.5. Radyan güç yoğunluğu………………………..……………..….............. 31 5.4. Güneş Pilinin Yapısı………...……………………………………...................... 32 5.4.1. P-N bağlantısının uluşumu……………………………………………… 32 5.4.2. Güneş hücresinin yapısı……………………...………………...…........... 34 5.4.3. Işık uluşturulan akım…...……………………………………………....... 34 5.4.4. Fotovoltaik etkisi…………………………………………………......... 35 5.4.5. I-V Eğrisi………………………………………………………….....… 36 5.4.6. Kısa devre akımı………………...………………………………..…..... 37 5.4.7. Aydınlatılmış akım ve kısa devre akımı (IL veya ISC?)……………... 37 5.4.8. Açık devre gerilimi…………………………………………………...... 39 5.4.9. Doldurma faktörü………………………………………………............ 41 5.4.10. Verim…………………………………………….…………………..... 43 5.4.11. Parazitik dirençler etkisi………………………………………….......... 43 ix Sayfa 5.4.12. Modül yapısı………...…………………………........………………. 44 6. HESAPLAMALAR, SİMULASYON VE SONUÇLAR...................... 47 6.1. Toplam Sulama Suyu Miktarı............................................................................ 48 6.2. Sulama Aralığı.................................................................................................... 48 6.3. Sistem Kapasitesi................................................................................................ 49 6.4. Sulama Modülü................................................................................................... 49 6.5. Sulama Zamanı Planlaması................................................................................. 49 6.6. Proje Ne Olduğu ve Verilen Veriler.................................................................... 50 6.7. İstenilen Değerler ve Hesaplamalar.................................................................... 51 6.8. Pv Modülün Seçimi............................................................................................. 53 6.9. DC-DC Boost Dönüştürücü Tasarımı................................................................. 55 6.10. Maksimum Güç Noktası İzleyici....................................................................... 56 6.11. Evirici Tasarımı................................................................................................... 58 6.12. Motor.................................................................................................................. 61 6.13. Pompa Seçimi ve Hesaplamaları........................................................................ 61 6.14. Su Deposu Tasarımı........................................................................................... 62 6.15. Simülasyon ve Grafikler................................................................................... 67 7. SONUÇ................................................................................................... 73 KAYNAKLAR............................................................................................................... 75 EKLER............................................................................................................................ 77 EK-1. SunPower SPR-305-WHT’nin katalogu................................................................ 78 ÖZGEÇMİŞ...................................................................................................................... 80 x ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 1.1. Pv güçlü, dizel motorlu ve yel değirmeni karşılaştırması ........................... 3 Çizelge 2.1. Üç fazlı gerilim kaynaklı evirici için anahtar durumları............................. 7 xi ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Boost dönüştürücünün devre şeması............................................................... 5 Şekil 2.2. Anahtarın durumuna bağlı boost dönüştürücünün iki yapılandırması……….. 6 Şekil 2.3. Sürekli modunda çalışan dönüştürücünün akım ve gerilim şekilleri…………. 7 Şekil 2.4. Kesintili modunda çalışan dönüştürücünün akım ve gerilim dalga şekilleri.... 9 Şekil 2.5. Üç fazlı evirici................................................................................................... 12 Şekil 2.6. 180 derece iletim için dalga formları…………………………....................... 13 Şekil 2.7. 180 derce iletim de mod 1 çalışma modu ve formülleri gösterilmektedir..… 13 Şekil 2.8. 180 derce iletim de mod 2 çalışma modu ve formulleri gösterilmektedir….. 14 Şekil 2.9. 180 derce iletim de mod 3 çalışma modu ve formülleri gösterilmektedir….. 14 Şekil 2.10. 180 derece iletim için faz gerilimleri……………………………………… 15 Şekil 2.11. 120 derece iletim için gate sinyalleri............................................................. 16 Şekil 3.2. Üç fazlı güç kaynağı indüksiyon motor’a dönen bir manyetik alan sağlar….. 18 Şekil 3.3. 'g' olarak gösterilir kayma bir fonksiyonu olarak tipik bir tork eğrisi,………. 20 Şekil 3.4. Farklı sürekli mıknatıslı motor yapıları………………………………………. 21 Şekil 3.5. Sert bir mıknatıs malzemeye ait B-H eğrisi………………..…………………. 21 Şekil 3.6. Zıt mıknatıslanma eğrisi………………….…………………………………. 22 Şekil 4.1. Bir santrifüj pompa………………………………………………………...... 23 Şekil 4.2. Santrifüjlü pompanın kesit görünümü………………………………….…… 24 Şekil 5.1. Elektromanyetik spektrum………………………………………………....... 28 Şekil 5.2. Bir kaynaktan gelen genel güç hesaplaması……………………………...... 31 Şekil 5.3. p-n bağlantısı arasında E alanın uluşması………………………………...... 32 Şekil 5.4. Güneş hücresinin yapısı……………………………………………………. 33 xii Şekil Sayfa Şekil 5.5. Kısa devrede İdeal akış……………………………………………………... 34 Şekil 5.6. p-n birleşiminde ışığın akım-gerilim karakterisitiğne etkisi………………... 35 Şekil 5.7. p-n birleşiminde ışığın akım-gerilim karakterisitiğne etkisi………………... 36 Şekil 5.8. Kısa devre akımını gösteren bir güneş hücresinin IV eğrisi………………… 37 Şekil 5.9. Kısa devre akımın ve bant genişliği eğrisi………………………..……….. 38 Şekil 5.10. Açık-devre voltajını gösteren bir güneş hücresinin IV eğrisi…….……… 39 Şekil 5.11. Bant aralığının bir fonksiyonu olarak diyot doygunluk akımı……………. 40 Şekil 5.12. Voc AM 0 ve AM 1,5 olan hücre için bant aralığının bir fonksiyonudur…. 41 Şekil 5.13. Voltajın fonksiyonu olarak ölçülen………………………………….…… 42 Şekil 5.14. Bir güneş pili hücresinde seri ve paralel parazitik dirençler…………….. 43 Şekil 5.15. Bir dökme silikon modülü……………………………………………….. 44 Şekil 6.1. Uzun yıllar içinde Ankara da gerçekleşen günlük güneşlenme süresi.......... 45 Şekil 6.2. Uzun yıllar içinde Ankara da gerçekleşen yıllık yağış miktarı..................... 45 Şekil 6.3. Bitki su tüketimini etkileyen faktörlerin akış şeması..................................... 48 Şekil 6.4. Seçilmiş olan güneş ışını sinyali..................................................................... 50 Şekil 6.5. Bir güneş panelinin kombinasyonu................................................................. 51 Şekil 6.6. Seri bağlanan Güneş panellerinin olması gereken Akım-Gerilim grafı......... 51 Şekil 6.7. Paralel bağlanan güneş panellerinin olması gereken Akım-Gerilim grafı..... 52 Şekil 6.8. Kullanılan güneş panelinin bir hücresinin simülasyonu................................ 52 Şekil 6.9. Kullandığımız 3 seri ve 8 dizi (toplam 24)panelin akım-gerilim ve ğüç…... 53 Şekil 6.10. Kullandığım sunpower SPR 305 wht panelin akım-gerilim ,güç gerilim... 53 Şekil 6.11. Artışlı iletkenlik +bütünleşmiş regülatörünle maksimum güç noktası…….. 55 Şekil 6.12. Artışlı iletkenlik regülatörünle maksimum güç noktası izleyici …………. 56 Şekil 6.13. Kullanılan 3 kollu evirici dahili şeması......................................................... 57 xiii Şekil Sayfa Şekil 6.14. Kullanılan 3 kollu evirici matlab ‘da parametre ayarlama penceresi............ 58 Şekil 6.15. Kullanılan 3 fazlı evirici çıkış sinyalleri...................................................... 58 Şekil 6.16. Kullanılan motorun Matlab’da parametre ayar pencereleri......................... 59 Şekil 6.17. Kullanılan pompanın Matlab’da parametre ayar penceresi......................... 60 Şekil 6.18. Su tankı simulasyonu................................................................................... 61 Şekil 6.19. Su tankının bulanık kontrolün de kullanılan kontrollerin benzetimi.......... 61 Şekil 6.20. Su tankının Matlab’da parametre ayar pencereleri.................................... 62 Şekil 6.21. Su tankının bulanık mantıklı kontrollerin tasarım penceresi..................... 62 Şekil 6.22. Tankının bulanık kontrollerin seviye üyelik fonksiyonu penceresi……... 63 Şekil 6.23. Tankının bulanık kontrollerin akış üyelik fonksiyonu penceresi………... 63 Şekil 6.24. Tankının bulanık kontrollerin vana üyelik fonksiyonu penceresi………… 64 Şekil 6.25. Su tankının bulanık mantıklı kontrollerin Rule belirleme penceresi.......... 65 Şekil 6.26. Su tankının çıkış sinyali.............................................................................. 65 Şekil 6.27. Tasarlanan PV sistemin genel simolasyonu................................................ 66 Şekil 6.28. Boost dönüştürücünün simülasyonun esnasında duty cycle değişimi........ 66 Şekil 6.29. Güneş panellerinden boost çevirici ’ye gelen gerilim................................ 67 Şekil 6.30. Güneş panelleri tarafından devreye teslim edilen güç............................... 67 Şekil 6.31. Asenkron motorun tamın ettiği mekanik güç............................................ 68 Şekil 6.32. Asenkron motorun rotor hızı....................................................................... 68 Şekil 6.33. Asenkron motorun elektromekanik torku................................................... 69 Şekil 6.34. Asenkron motorun stator akımı.................................................................... 71 Şekil 6.35. Santrifüj pompanın ürettiği su debisi............................................................ 71 Şekil 6.36. Santrifüj pompanın ürettiği ettiği su basıncı................................................. 71 xiv RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 1.1. Pv sisteminde kullanılan parçalar ................................................................... 10 Resim 3.1. Üç fazlı asenkron motor şeması…………………………………………… 34 xv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklamalar m3 Metreküp db Desibel Hz Hertz m² Metrekare e Elektron eV Elektro volt KWh Kilovatsaat P Güç Si Silisyum V Volt A Amper W Watt Ω Ohm °C Santigrat derece ISC Kısa devre akımı Voc Açık devre gerilimi Iph Fotovoltaik akım I ph,n STC‟deki fotovoltaik akım Io Karanlık doyma akımı Io,ref STC‟deki güneş pili veya parça doyma akımı Rs,n STC‟deki seri direnç xvi Simgeler Açıklama RSH Paralel direnç RSH STC‟deki paralel direnç ISH Kaçak akım Id Diyot akımı MPP Maksimum güç Noktası Impp Maksimum güç noktasındaki Akımı Vmpp Maksimum güç noktasındaki Voltajı Pmax Maksimum güç noktasındaki güç Q Elektron yükü T Cismin mutlak sıcaklığıdır STC Standart test koşulu 1 1. GİRİŞ Su kaynakları insanların temizlik, gıda üretimi, enerji, ekosistemin restorasyonu, sosyal ve ekonomik gelişme ve sürdürülebilir kalkınma ihtiyaçlarını karşılama için gereklidir. Birleşmiş Milletler Dünya Su Kalkınma Raporu'na göre su sıkıntısından etkilenen 40’dan fazla ülkede 2 milyar insan var ve 1,1 milyar insan için ise yeterli içme suyu kaynağı yok. Bu nedenle içme suyu sağlanması ve çevre dostu teknolojilerin kullanılmasına acil ihtiyaç var. Bu ihtiyacı karşılamada önemli bir bileşen olan uzaktan su pompalama sistemleridir. Bu sistemler içme suyu üretmek için arıtma ve tuzdan arındırma tesislerinin ilk aşamasında kullanılmalıdır. Bu tezde basit ama etkili olan fotovoltaik su pompalama sistemi tanıtılmıştır. Bu teorik tezde, Fotovoltaik çalışmaları (PV) ve modelleme teknikleri açıklanmaktadır.Bu çalışmanın sonunda bu sistemin MATLAB simülasyonları sunulmaktadır [1]. Çizelge 1.1. PV güçlü, dizel motorlu ve yel değirmeni karşılaştırması Sistem tipi Avantajları Dezavantajları Çalışan PV sistemi *Düşük bakım *Gözetimsiz Çalışma *Güvenilir uzun ömürlü * yakıta ihtiyaç yok ve dumansız * kurması Kolay * Sistem modüler olduğu *Nispeten yüksek maliyeti *Bulutlu havalarda düşük çıkış Dizel (gaz) Çalışan Sistem *Orta sermaye maliyetleri *Yüklemesi kolay *Taşınabilir olabilir * Kullanılmasına geniş tecrübe lazım * Bakım ve yedek İhtiyaçları *sürekli kontrol etmek gerekiyor. *Gürültü, duman, kir sorunları *Yakıt Genellikle pahalı Yel değirmeni *yakıta ihtiyacı yok ve dumansızdır * Potansiyel olarak uzun ömürlü *Rüzgârlı sitelerinde iyi çalışır *Yüksek bakım ihtiyaçlı *Mevsimsel dezavantajları *parçalarını zor bulmak *Kurulum araçlara ihtiyaç duyar 2 Su Pompa Sistemleri ve Fotovoltaik Enerji Bir su pompalama sistemi çalışmak için güç kaynağına ihtiyaç duyar. Genel elektrik şebekesi AC olduğundan, AC pompa sistemleri ekonomik, bakımsız veya az bakımlı ve şebeke bulunan alanlarda kurulum ve kullanım kolaylığı sağlamaktadır. Ancak kırsal alanlarda, su kaynakları güç hatlarına çok uzak olabilmektedir. Yeni iletim hattı çekilmesi ve trafo montajı çok pahalı olabilmektedir. Günümüzde birçok yerel su pompalama sistemleri içten yanmalı motorları kullanmaktadır. Bu sistemler kurulumu kolay ve taşınabilir yapıya sahiptir. Ancak bazı önemli dezavantajlara sahiptirler. Örneğin; yakıt ikmali ve bakım için sık sık saha ziyaretleri gerektirir, yakıtı genellikle pahalı ve bakımı için kalifiye elemana ihtiyaç duyar. Aynı zamanda periyodik olarak değişmesi gereken yedek parçalara ihtiyaç duyarlar. Fosil yakıtların tüketimi özellikle çevresel etki dolayısı ile atmosfere karbondioksit (CO2) bırakıyor. Yenilenebilir enerji teknolojileri ile CO2 emisyonu büyük ölçüde azaltılabilir ve birçok konuda yenilenebilir enerji fosil yakıtlarla rekabetçi olabilir. Örnek olarak büyük çaplı şebeke bağlantılı rüzgâr türbinleri, güneş enerjili su ısıtma ve şebekeden bağımsız tek başına PV sistemleri, dolayısıyla su pompalama sistemi için yenilenebilir enerji kullanımı, çok çekici bir önermedir. Yel değirmenleri yenilenebilir enerji kullanımında köklü bir yöntemdir. Ancak büyük ölçekli rüzgâr türbinleri başarısına rağmen şebeke bağımlılıkları nedeniyle sahneden aşamalı olarak çekilmektedir. PV sistemleri son derece güvenilir olmaları ve özellikle 10KW dan az güç gerektiren uygulamalar için düşük kurulum maliyeti sunması sebebiyle sıklıkla tercih edilmektedir. Örneğin şebeke elektriğinin mevcut olmadığı yerlerde ve içten yanmalı motorların yüksek maliyetle işletileceği yerlerde. Çizelge 1.1 çeşitli yerel tip su pompalama sisteminin karşılaştırılmalarını gösterir. Fotovoltaik (PV) sistemler sadece güneş ışığı mevcutken elektrik üretimi yaparlar. Bu nedenle yerel uygulamalarda yedek enerji gereksinimi vardır. Enerji depolama sistemleri, PV sistemlerini gece ya kötü hava koşullarında kullanabilir hale getirir. Çeşitli depolama teknolojileri arasında Kurşun-Asit aküleri, nispeten ucuz ve geniş temin olanakları nedeniyle PV sistemlerinde tercih edilir. Ek enerji depolama sistemlerinde akü, ortam şartlarına bağlı olarak panellerden gelen değişken akım ile şarj olabilir ve aynı zamanda yük için ihtiyaç duyulan sabit akımı sağlayabilir yapıdadır. Aküler iyi bir depolama olanağı sağlasa da birçok dezavantaja sahiptirler. Kurşun-Asit ve Derin-Döngülü (solar akü) aküler PV sistemleri için tercih edilen türde akülerdir. Bu tip aküler, otomobil akülerinde farklı yapıdadır ve maliyetleri yüksektir. PV sistemlerinde Akü ömrü ortalama 3 ila 8 yıl olmasına rağmen yüksek ortam sıcaklığının iç korozyon hızını artırması nedeniyle bu süre sıcak iklimlerde 2 3 yıldan 6 yıla kadar düşebilir. Bu nedenle akülerin düzenli olarak bakım ihtiyacı bulunur. Elektrolit seviyesi düşük akülerin şarj edilmeye devam edilmesi akü ömrünü çok hızlı bir şekilde düşürür. Şarj ve deşarj sırasında güç kaybı nedeniyle genel iklimlerde bu değer % 75 ‘in altına inebilir. Tüm bu nedenlerden dolayı su pompalama konusunda PV sistem tasarımcıları mümkün mertebede akü kullanımından kaçınırlar. Enerjinin depolanması amacıyla uygun boyutta su depoları kullanımı ihtiyacı karşılayabilir. Depo kullanımı, akü donanımlı sistemlere kıyasla daha düşük maliyetlere sahiptir. Nitekim PV su pompalama sistemlerinin sadece %5 ‘lik bir diliminde akü kullanılmaktadır. Öngörülen Sistem Bu tez çalışmasında savunulan su pompalama sistemi, yedek aküsüz ve bağımsız tiptedir. Resim 1.1 de gösterildiği gibi sistem güneş paneli (a), çevirici (b), evirici (c) ve AC asenkron motorlu su pompasından (d) oluşmaktadır. Sistem gayet küçük ve alt sistemi de dahil olmak üzere işlevleri doğrulamak için simülasyonu yapılacaktır. (a) PV modülü (b) Dönüştürücü (c) İnvörtör (d) Pompa Resim 1.1. PV sisteminde kullanılan parçalar (a) PV modülü (b) Dönüştürücü (c) İnvertör (c) Pompa PV modülleri Piyasada farklı boyutlarda (60W ‘dan - 170W ‘a tipik boyutlarda) hazır PV modülleri temin edilebilir. Genellikle PV hücreleri, çeşitli ve farklı enerji taleplerini karşılayabilmek için (seri/paralel) dizi olarak birleştirilir ve PV modülü elde edilir. Örneğin; tipik bir küçük ölçekli deniz suyu arıtma tesisi 4~5 kW ’a ihtiyaç duyar. 4 Maksimum Güç Noktası İzleyici Maksimum güç noktası izleyici (MPPT); sisteme bağlı PV modüllerinin enerji üretimindeki Voltaj-Akım eğrilerinin en verimli noktasının tespiti için kullanılan sistemdir. Bu sistem güneş takip sistemleri (günebakan sistemi) ile karıştırılmamalıdır. MPPT sistemlerinde, güneş takip sisteminde olduğu gibi PV modüllerini hareket ettiren bir motorize mekanik sistem bulunmamaktadır. MPPT sistemi elektronik olarak, çalışma koşulları değişen PV modül veya diziden gelen güç çıkışını en üst düzeye çıkararak sistem verimliliğini yüksek tutar. MPPT sistemi, anahtar mod DC-DC dönüştürücü ve kontrolöründen oluşur. Şebekeye bağlı sistemler için anahtar-mod evirici ünitesi, MPPT görevini üstlenir. Aksi takdirde evirici ünitesi, MPPT fonksiyonunu gerçekleştiren bir DC-DC dönüştürücüsü ile birleştirilmiş olmalıdır. Zaman zaman MPPT sistemine ek olarak birde güneş izleyici kullanılması gerekli olabilir. Kaynak (2) ‘de olduğu gibi tek eksenli güneş takip sistemi yaz aylarında mevsimsel olarak optimize edilmiş bir sabit eksen toplayıcıya göre yaklaşık % 40 daha fazla enerji toplayabilir. Kışın ise ancak sadece %20’lik bir verim artışı görülebilir. Atmosferdeki nem oranının artması, güneş ışınımını yaygın bir hale soktuğu için güneş takip sisteminin verimi düşer. İki eksenli güneş takip sistemi, tek eksenliye göre verimi yüzde cinsinden sadece birkaç puan arttırır. Güneş takip sistemleri, daha az PV modülü ile enerji talebini karşılayabilmesine rağmen daha çok maliyet, karmaşıklık ve bakım ihtiyacı getirir. Bu sistemlerde hareketli parçalar kullanıldığı için arıza ihtimali de artmaktadır. Bu nedenle tez çalışmamda güneş takip sistemi uygulanmamış ve incelenmemiştir. MPPT Denetleyicisi Genel olarak MPPT kontrolü için analog denetleyiciler kullanılır. Bununla birlikte, dijital denetleyicilerin kullanımı da hızla artmaktadır. Çünkü dijital denetleyiciler analoglara göre bir takım avantajlar sunmaktadır. Öncelikle dijital denetleyicilerin programlanabilme yeteneğine sahip olması algoritma geliştirmeyi kolaylaştırıyor. Örneğin; x = y × z denklemini kodlamak, bu denklemi analog devre ile tasarlamaktan çok daha kolaydır. Aynı nedenle tasarım değişikliği dijital denetleyiciler ile çok daha kolaydır. Sonuç olarak dijital denetleyiciler uzun vade de istikrar sağladıkları için bu tezde de MPPT sistemi için dijital bir kontrol yöntemi seçilmiştir. 5 2. YÜKSELTEN DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜ VE İNVERTÖR 2.1. YükseltenDC-DC Dönüştürücü Yükselten dönüştürücü, giriş voltajının çıkış voltajından daha yüksek olduğu bir DC-DC güç dönüştürücüsüdür. Yükselten DC-DC dönüştürücüler anahtarlamalı güç kaynağı (SMPS) sınıfındandır. En az iki yarı iletken anahtar (diyot ve transistor) ve en az bir enerji depolama elemanı (kondansatör, bobin, ya da ikisi birlikte) içeren anahtarlamalı güç kaynağına sahiptirler. Dönüştürücü çıkışına, kondansatör (bazen bobin ile birlikte) ile yapılan filtre devreleri gerilim dalgalanmalarını azaltmak için eklenir. Yükselten dönüştürücünün enerjisi akü, PV modülleri, doğrultucular veya DC jeneratör gibi herhangi uygun bir DC kaynaktan uygulanabilir. 2.1.1. Yükselten dönüştürücünün yapısı Yükselten dönüştürücü bu tezde PV modülden gelen gerilimi yükseltme amacıyla kullanılmaktadır. Yükseltme oranı anahtarlama elemanına uygulanacak doluluk oranı yani doluluk oranına bağlıdır. Şekil 2.1 yükselten dönüştürücünün devre şemasını göstermektedir. Şekil 2.1. Yükselten dönüştürcünün devre şeması Boost dönüştürücüsündeki anahtar prensip, akım değişikliklerine karşı indüktör eğilimidir. Bir boost dönüştürücünde çıkış gerilimi her zaman giriş geriliminden daha yüksektir. 6 2.1.2. Yükselten dönüştürücünün çalışma prensibi Anahtar kapalı konumda iken akım saat yönünde indüktör üzerinden geçer ve indüktör manyetik alan oluşturarak enerji depolar. İndüktörün sol tarafının polaritesi pozitiftir. Anahtar açıldığında ise empedans artarak akım azalacaktır. Daha önceden oluşturulan manyetik alan yük akımı nedeniyle bozulacak ve bu sırada indüktörün polaritesi değişecektir(indüktörün sol tarafı negatif olacaktır). Böylece iki kaynak seri şekilde bağlanmış olacak ve yüksek voltaj D diyotu üzerinden kapasitörü şarj edecektir. Eğer anahtar yeterince hızlı kapatılıp açılır ise, indüktör şarj/deşarj döngüleri arasında tam olarak deşarj olamayacak ve yük her zaman giriş voltajından daha büyük bir voltaj görecektir. Aynı zamanda anahtar açıkken yüke paralel olan kapasitör şarj olacak ve anahtar kapandığında devrenin sağ yarısında enerji olmadığı için yükü besleyecektir. D diyotu bu sırada kapasitörün anahtar üzerinden deşarj olmasını engelleyecektir. Anahtarın kapasitör fazla deşarj olmadan tekrar açılması gerekmektedir. Yükselten dönüştürücünün temel prensibi 2 durumdur (Şekil 2.2).On-durumunda, anahtar S kapalıdır, İndüktör akımı artar.Offdurumunda, anahtar S açıktır ve artan indüktör akım diyot D üzerinden kondansatör C ve yük R den geçer. On-durumu sırasında biriken enerji kapasitör ve yüke transfer edilir.Şekil 2.2'de görülebileceği gibi giriş akımı indüktörün akımıyla aynıdır. Şekil 2.2. Anahtarın durumuna bağlı yükselten dönüştürücünün iki yapılıandırması 7 Sürekli mod Bir yükselen dönüştürücü sürekli modunda çalışırken, indüktör üzerinden geçen akım (IL) hiçbir zaman sıfıra düşmez. Şekil 2.3 bu modunda çalışan dönüştürücünün tipik akım ve gerilim dalga formlarını gösterir. Şekil 2.3. Sürekli modunda çalışan donüştürücününn akım ve gerilim dalga şekilleri İdeal bir dönüştürücünün (ideal davranış gösteren devre elemanları kullanılarak) istikrarlı çıkış gerilimi hesapları aşağıdaki gibidir; On durumu sırasında, S anahtarı kapalıyken, giriş geriliminin (Vİ) indüktör üzerinden geçmesine sebep oluyor. Bu da aşağıdaki formüle göre indüktör akımının (IL) zamana (T) bağlı olarak değişmesine neden olur. (2.1) Bu nedenle ON-durumu sonunda, IL artışı aşağıdaki gibidir. (2.2) D doluluk oranıdır. Anahtarın T süresi kadar kapalı olmasını temsil eder. Bu nedenle D değeri 0 (S kapalı değil) ve 1 (S açık değil) arasında değişmektedir. 8 Off-durumu sırasında S anahtarı açıktır, böylece indüktör akımı yük üzerinden akar, eğer diyotta gerilim düşümünü sıfır ve voltajın sabit kalması için de kapasitörü yeterince büyük farz edersek IL evrimi aşaıdaki gibidir. (2.3) Dolayısıyla kapalı-süre boyunca IL türevidir. (2.4) Çeviricinin kararlı durum koşullarında çalıştığını varsayıyoruz, bu nedenle devre elemanları üzerindeki biriktirilen enerji her komütasyon döngüsünün başında ve sonunda aynı olmalıdır. Pratikte indüktör üzerinde depolanan enerji aşağıdaki gibi verilmiştir. (2.5) Bu nedenle indüktör akımı, komütasyon döngüsünün başında ve sonunda aynı olmak zorundadır. Bu durum akımda değişim miktarının (değişimlerin toplamı) sıfır olduğu anlamına gelir. (2.6) Yerine ve kendi ifadeleri ile konursa aşağıdaki gibi olur. (2.7) Bu şekilde yazılabilir. (2.8) 9 Sırasıyla doluluk oranı aşağıdaki gibi gösterilmektedir. (2.9) Yukarıda ifadelerin de gösterdiği gibi çıkış gerilimi her zaman giriş geriliminden daha yüksektir (doluluk oranının 0'dan 1'e gittiği gibi) ve teorik olarak D’nin 1’e yaklaşması sonsuza kadar artış gösterir. Bu nedenle boost dönüştürücü zaman zaman step-up dönüştürücü olarak da adlandırılır [4]. Kesintili mod Eğer akımın genliği çok yüksek ise, bir komütasyon döngüsü tamamlanmadan önce indüktör tamamen boşalabilir. Bu durum genellikle hafif yükler altında oluşur. Bu durumda, indüktör üzerinden geçen akım periyodun bir kısmında sıfıra düşer (Şekil 2.4). Şekil 2.4. Kesintili modunda çalışan dönüştürücünün akım ve gerilim dalga şekilleri Bu fark her ne kadar hafif olsa da, çıkış gerilimi denklemi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Bu, aşağıdaki gibi hesaplanabilir.Döngüsünün başlangıcında indüktör akımı sıfır olduğu gibi, maksimum değeri (t=DT de) olduğu zaman aşağıdaki gibi oluyor. (2.11) 10 Off-peryot sırasında IL , sonrasında sıfıra düşer (2.11) Önceki iki denklem kullanılarak, δ aşağıdaki denklemle eşittir. (2.12) Yük akımı Io ortalama diyot akımı (ID) 'ye eşittir. Şekil 4.4 görüldüğü gibi, diyotun akımı Off-durumu sırasında indüktörün akımına eşittir. Bu nedenle, çıkış akımı aşağıdaki gibi yazılabilir. (2.13) ILmax ve δ ‘nin değiştirilmesi kendi ifadeleri ile: (2.14) Bu nedenle, çıkış gerilimi artışı şu şekilde yazılabilir. (2.15) Sürekli mod çıkış gerilimi ifadesi ile karşılaştırıldığında, bu ifade çok daha karmaşıktır. Ayrıca, kesintili modunda çıkış gerilimi kazancı sadece doluluk oranına bağlı değil, aynı zamanda indüktör değeri, giriş voltajı, anahtarlama frekansı ve çıkış akımına bağlıdır [2,3]. 11 2.2. Evirici DC yi AC ye dönüştüren dönüştürücüler evirici olarak tanınır. Bir eviricinin görevi bir DC girişi, tasarlanmış büyüklük ve frekansa ve simetrik AC çıkışa çevirmektir. Çıkış gerilimi sabit ya değişken frekansta sabit ve değişken olabilir. Bir değişken çıkış gerilimi, dc giriş gerilimi değişmekle ve evirici kazancını sabit tutmakla elde edilebilir. Diğer yandan ,dc gerilim sabitse ve kontrol edilemezse, çıkış gerilimini evirici kazancında yapılan değişiklikerle değişebiliriz, ki normalde bu pals genişliği modülasyonu ile (PWM) gerçekliştirilir.Evirci kazancı AC çıkışın dc girişinin oranı ile tanımlanabilir. İdeal evirici çıkışı sinüs şeklinde olmalıdır. Ancak Pratik eviricilerin dalga formları sinüs değildir ve bazı harmonikler içerir. Yüksek hızlı güç yarı iletken cihazların kullanılabilirliği ile çıkış geriliminin harmoni içeriğini minimize edilebilir ya da anahtarlama teknikleri ile önemli ölçüde azaltılabilir. Eviriciler geniş ölçüde endüstriyel uygulamalarda kullanılır [4]. Eviriciler genel olarak iki tipte sınıflandırılabilir:1-Tek faz eviriciler ve 2-Üç faz eviriciler. Her bir tipi açıp kapatan cihazlarla ( BJT, MOSFET, İGBT… gibi) uygulamalara bağlı olarak Zorlamalı komütasyonlu tristörler le denetlenebilir. Bu eviriciler genellikle bir çıkış gerilimi ürütmek için PWM kontrol sinyali kullanıyorlar. Bir eviricinin eğer giriş gerilimi sabit kalırsa gerilim beslemeli (VFİ) ve eğer giriş akımı sabit kalırsa akım beslemeli (CFİ) ve eğer giriş gerilimi denetlenebilir olursa değişken dc bağlantılı evirici denir. 2.2.1. Üç fazlı eviricinin çalışma prensibi Üç fazlı eviriciler genellikle yüksek güçlü uygulamalarda kullanılıyorlar. Bir üç fazlı eviricinin çıkışı 6 diyot ve 6 transistör yapılandırmasıyla elde edilebilir (Şekil 2.5).İki tip sinyal transistöre uygulanabilir,180 derece iletim ve 120 derece iletim. 180 derece iletim Her transistor 180 derece iletiyor. Üç transistor her anda iletmektedir.Q1 açık olduğunda a terminali dc giriş geriliminin pozitif tarafına bağlanıyor.Q4 açık olduğunda a terminal a dc kaynağının negatif tarafına bağlanıyor. 6 çalışma modu var ve her modun çalışma süresi 60 derecedir. Transistorlar gate sırasına göre sıralanmışlar. Gate sinyalleri Şekil 3.2 de gösterilmiş ki her birisi kendisinden öncesine göre üç fazlı gerilimleri dengelemek için 60 derece kaydırılmış. 12 Şekil 2.5. Üç fazlı invertör Çizilge 2.1. Üç fazlı gerilim kaynaklı evirici için anahtar durumları Durum Durum No. Vab Vbc Vca S1,S2 ve S6 açık ve S5,S4,S 3 kapalı 1 Vs 0 - Vs S2,S3 ve S1 açık ve S5,S6,S4 kapalı 2 0 Vs - Vs S3,S4 ve S2 açık ve S6,S1,S 5 kapalı 3 -Vs Vs 0 S4,S5 ve S3 açık ve S1,S2,S 6 kapalı 4 -Vs 0 Vs S5,S6 ve S4 açık ve S2,S3,S1 kapalı 5 0 - Vs Vs S6,S1 ve S5 açık ve S3,S4,S2 kapalı 6 Vs - Vs 0 S1,S3 ve S5 açık ve S4,S6,S 2 kapalı 7 0 0 0 S4,S6 ve S2 açık ve S1,S3,S 5kapalı 8 0 0 0 13 Şekil 2.6. 180 derece iletim için dalga formları Yük yıldız veya delta şeklinde bağlanabilir. Yıldız bağlantısı için hat-nötr arası gerilim belirlemesi için hattın akımının bulunması gerekiyor. Üç çalışma modu yarım-peryot da var ve eşdeğer devreler Şekil 2.6’da verilmiştir. 0 t 3 (2.16) R 3R 2 2 V 2V i1 s s Req 3R Req R i1 R Vs 2 3 2Vs vbn i1 R 3 van vcn Q1, Q5, Q6 iletimde Şekil 2.7. 180 derece iletim de mod 1 çalışma modu ve formülleri (2.17) (2.18) (2.19) (2.20) 14 2 t 3 3 (2.21) R 3R 2 2 V 2V i2 s s Req 3R Req R 2Vs 3 i R V vbn vcn 2 s 2 3 van i2 R Q1, Q2, Q6 iletimde (2.22) (2.23) (2.24) (2.25 Şekil 2.8. 180 derece iletim de mod 2 çalışma modu ve formülleri 2 t 3 R 3R 2 2 V 2V i3 s s Req 3R Req R i3 2 2Vs vcn i3 R 3 van vbn Şekil 2.9. 180 derece iletim de mod 3 çalışma modu ve formülleri (2.26) (2.27) (2.28) (2.29) (2.30) 15 Şekil 2.10. -180 derece iletim için faz gerilimleri 120 derece iletim Bu tip kontrolde, her transistor 120 derece iletiyor, aynı anda sadece iki transistor iletimdedir. Gate sinyalleri Şekil 2.10 gösterilmektedir. 16 g1 wt g2 g3 wt wt g4 g5 wt g6 wt Van wt wt Vbn wt Vcn wt Şekil 2.11. 120 derece iletim için gate sinyalleri [2,5,6] 17 3. MOTOR Asenkron motorun stator sargılarından geçen akım manyetik döner alan üretir. Bu döner alanın etkisi altında kalan rotor sargıları üzerinde alternatif gerilimler endüklenir. Rotor sargıları kısa devre edilmiş ise, bu sargılar üzerinden geçen akımlar rotor döner alanını oluşturur. 3.1. Asenkron Motor Rotor döner alanı ile stator döner alanının karşılıklı etkimesi sonucu rotor dönmeye başlar. Bir asenkron motor’a bu nedenle mekanik komütasyon gerektirmez, rotor stator aktarılan enerjinin tamamını veya bir kısmını için ayrı-uyarma ya da kendi kendine uyarım, evrensel DC ve büyük senkron motorlar gibi. Bir indüksiyon motorun rotor sargılı türü veya sincap kafesli tipte de olabilir. Üç fazlı sincap kafesli asenkron motorlar yaygın olarak endüstriyel sürücülerde kullanılmaktadır dayanıklı, güvenilir ve ekonomik olduğu için.Fanlarda ve ev aletleri gibi küçük yük gerektiren durumlarda genellikle tek fazlı asenkron motorlar kullanılmaktadır. Geleneksel olarak sabit hızlı servisi kullanılmasına rağmen, asenkron motorlar giderek daha değişken frekanslı sürücüler (VFD) ile kullanılmaktadır.VFD'ler değişken tork santrifüj fan ile mevcut ve ileriye dönük asenkron motorlar için özellikle önemli enerji tasarruflu fırsatlar sunuyor.Sincap kafesli asenkron motorlar çok yaygın olarak pompa, kompresör yükler de ve VFD uygulamalarda kullanılır. Şekil 3.1. Üç fazlı asenkron motor şeması 18 3.1.1. Asenkron motor çalışma prensibi Asenkron ve senkron motorların her ikisinde de, motorun statoru için verilen AC güç AC salınımları ile zaman içinde dönen bir manyetik alan oluşturur. Oluşan bu manyetik alan senkron hızla döner.Bu hızda dönen manyetik alan etkisile daha önce durmakta olan rotor iletkenlerinde belli bir gerilim yüklenir. Bu indüksiyon motorun rotoru bir muhalif akım’a neden olmaktadır. Dönen bir manyetik akı rotorun sargılarda akımlara neden olur; bir transformatörün sekonder sargısının indüklenen akımlardan benzer bir şekilde, buna karşılık rotor sargıları akımları stator alanına karşı tepki rotorda manyetik alanlar oluşturur. Lens Yasası’na göre, rotor sargıları üzerinden akım değişikliği karşı olarak oluşturduğu manyetik alan yönünde olacaktır. Rotor sargıları indüklenen akımın nedeni Döner stator manyetik alandır, bu nedenle rotor bobininde akımların değişikliği karşı rotor statoru döner manyetik alan yönünde döndürmek için başlayacaktır. Indüklenen rotorun akım ve tork büyüklüğü uygulanan yükü dengeleyene kadar rotor hızlanır. Senkron hızda dönme indüklenen rotor akımına neden olacağı için, bir asenkron motor her zaman senkron bir motordan daha yavaş çalışır. Standart tasarımlı B torklu eğime sahip olan asenkron motorlar için fark ya ‘’slip’’gerçek ve senkron hız arasında 0,5ve 5% arasında değişmektedir. Şekil 3.2. Üç fazlı güç kaynağı bir indüksiyon motor’a dönen bir manyetik alan sağlar İndüklenen rotor akımları için, fiziksel rotor hızını manyetik alan dönen statora göre daha düşük olmalıdır (ns): aksi halde, manyetik alan rotorun iletken göre hareket olmaz ve herhangi bir akım bağlı olmaz. Rotorun hızı senkron hızının altına düştüğünde, rotorun manyetik alanının dönme oranı artar, sargıları daha fazla akım indükler ve daha fazla tork üretmeye başlar. Bir rotorda indüklenen manyetik alanın dönme hızı ve stator döner alanın 19 dönüş hızı arasındaki oran kayma olarak adlandırılır. Yük altında, hız düşer ve kayma yükü açmak için ve yeterli tork oluşturmak için artar. Bir indüksiyon motoru, bir indüksiyon jeneratörü olarak kullanılabilir, ya doğrudan doğrusal hareketi üreten bir doğrusal endüksiyon motoru oluşturmak için kullanılabilir [7,8,9]. 3.1.2. Senkron hız AC motorun senkron hızı, ns, stator manyetik alanın dönme oranı, dakikadaki devir olarak ifade edilir. RPM (4.1) F Hertz olarak motor besleme frekans ve p manyetik kutup sayısıdır. Bu bir altı-kutuplu üç fazlı motor ile üç kutuplu-çifti ayrı 120 ° ayarlamak için, p 6 eşittir ve n_s 50 Hz ve 60 Hz besleme sistemleri için sırasıyla 1000 RPM ve 1200 RPM eşittir [10,11]. 3.1.3. Slip Kayma s, aynı frekansta, senkronize bir hızda ve çalışma hızı arasındaki fark olarak tanımlanan devir bölgesi veya senkronize hızın veya yüzde oranı olarak ifade edilir.Bu nedenle formülü aşağıdaki gibidir. (4.2) ns stator elektrik hızı ve , nr rotor mekanik hızıdır. Rotor istirahatte olduğunda senkron hızı sıfır ve 1 arasında değişir ,kayma motorun torku belirler. Kısa devre rotor sargıları küçük direnci olduğu için küçük bir kayma, rotor büyük bir akım indükler ve büyük tork üretir. Tam Nominal yükte kayma küçük veya özel amaçlı motorlar için% 5'ten fazla, geniş motorlar için% 1'den daha az değişir. Farklı büyüklükte motor mekanik bağlandığında bu 20 hız değişimleri yük paylaşımı sorunlara neden olabilir. Çeşitli yöntemler VFD genellikle en iyi çözüm sunan, kayma azaltmak için kullanılabilir [12,13]. Şekil 3.3. 'g' olarak gösterilen kayma bir fonksiyonu olarak tipik bir tork eğrisi 3.2. DC ve AC Sürekli Mıknatıslı Motorlar Sürekli mıknatıslı AC ve DC motorlar günümüzde birçok uygulamada sıkça kullanılmaya başlanmıştır. Bu motorlar, asenkron yada DC motorların kullanılamayacağı uygulamalar başta olmak üzere çok sayıda uygulamada, verimlerinin yüksek olması, hacimlerinin ve ağırlıklarının az olması, moment yoğunluklarının ve moment/ağırlık oranlarının fazla olması nedeniyle tercih sebebi olmaya başlamıştır.Sürekli mıknatıslı motorlar rotor yapılarına göre sınıflandırılabildikleri gibi yaygın olarak besleme akımı dalga şekline göre de sınıfladırılırlar ‘’Fırçasız DC Motor’’(Brushless DC Motor-BLDC Motor) olarak bilinen motorlar literatürde besleme akımı trapezoidal dalga şeklinde olan motorlardır. “Fırçasız AC motor” (Brushless AC Motor-BLAC Motor)” veya “Sürekli mıknatıslı senkron motor” olarak bilinen motorlar ise literatürde besleme akımı sinüzoidal dalga şeklinde olan motorlardır. Unutulmaması gereken nokta, her iki motorun da DC veya AC bir kaynaktan beslenebilmeleri ve her iki tür motorun da fırçasız motor olmalarıdır. Şekil ’de de gösterildiği gibi sürekli mıknatıslı motorlar rotor yapılarına göre yüzeyden mıknatıslı, gömülü mıknatıslı ve dış rotorlu yapılar olmak üzere 3 temel kısımda sınıflandırılabilirler. Bu 3 gurubun dışında yer alan yüzük tip mıknatıslı yapılar da yüzeyden mıknatıslı gruba dahil edilebilirler. 21 Şekil 3.4. (a) yüzey mıknatıslı (b) dahili mıknatıslı ve (c) dış rotorlu yüzey mıknatıslı rotorlar 3.2.1. Kalıcı mıknatıs malzemelerin karakteristikleri Mıknatıs malzemelerin karakteristiklerinin daha iyi anlaşılabilmesi için aşağıdaki Şekil de verilmiş olan B-H grafiğinin yorumlanması faydalı olacaktır. Mıknatıslara ait dört bölgenin de yer aldığı B-H grafikleri üretici firmalar tarafından kataloglarda verilmektedir. Ancak bir mıknatıs malzemenin en önemli kısmı ikinci bölge yani zıt mıknatıslanma eğrisinin yer aldığı bölümdür. Çünkü bu eğri makinaların çalışma noktaları hakkında bilgi vermektedir. Şekil 3.5. Sert bir mıknatıs malzemeye ait B-H eğrisi Burada x-ekseni H yani manyetik alan şiddetini, y-ekseni ise manyetik akı yoğunluğunu yani B’yi ifade etmektedir. B=μ0.H eşitliğinde μ0 manyetik malzeme geçirgenliği katsayısı 1 olarak kabul edilmiştir. Mıknatıslanmamış bir malzemenin ilk değerleri B=0 ve H=0’dır. 22 Dolayısıyla ilk başlangıç noktamız orjin noktasıdır. Mıknatıs malzeme bir manyetik alana maruz bırakıldığında B-H eğrisi, uygulanan amper-sarım şiddetine bağlı olarak 0A eğrisini izler. Uygulanan manyetik alan ortadan kaldırıldığında ise AB boyunca bir eğri çizen B-H grafiği elde edilir. Şekil 3.6. Zıt mıknatıslanma eğrisi Burada (BH)max noktası maksimum enerji üretiminin olduğu noktadır. Çalışma noktasının bu nokta olması beklenen durumdur. Ancak hava aralığı mıknatısa hareketsiz bir zıt mıknatıslanma alanı ile etki eder ve çalışma noktası daha aşağıda bir yerde bulunur. Faz sargılarında akım olmaması durumunda çalışma noktası açık devre noktasındadır. Faz sargılarından akım akması halinde ise çalışma noktası daha aşağıda bir nokta olan yükte çalışma noktasına geriler Çalışma noktası ise manyetik malzemenin şekline ve maruz bırakılmış olduğu kalıcı mıknatıslık özelliğine sahip manyetik devrenin özelliğine bağlı olarak değişir. Eğer mıknatıs malzeme yüksek kalıcı mıknatıs şiddetine sahip bir manyetik devre içerisinde bulunuyorsa mıknatısın kutupları kısa devre edilmiş demektir. Dolayısıyla H=0 değerini alır ve elde edilen akı yoğunluğu değeri olan B değeri mıknatıs malzemenin artık mıknatısiyet akı yoğunluğu değeri olan Br değerini gösterir. 23 4. SANTRİFUJ POMPA Santrifüj pompalar dinamik Aksi simetrik iş-emici Turbo makinaların bir alt sınıfıdır. Santrifüj pompalar sıvı akışının hidrodinamik enerjisine dönme kinetik enerjinin dönüşümü ile sıvıları taşımak için kullanılır. Şekil 4.1. Bir santrifüj pompa Dönme enerjisi, tipik bir motor veya elektrik motorundan gelir akışkan döner eksene boyunca veya yakınında pompa türbin rotorunu girer ve pervane tarafından hızlandırılır. Çıkan yerden bir difüzyon veya türbin odasına radyal olarak dışa akıyor. Ortak kullanım alanları, su, kanalizasyon, petrol ve petrokimya pompalama içerir. Santrifüj pompanın ters işlevi mekanik dönme enerjisine su basıncı potansiyel enerji dönüştürme bir su türbini olduğudur. 4.1. Santrifüj Pompanın Çalışma Prensibi Çoğu pompalar gibi, santrifüj pompa bir motordan alınan mekaniksel enerjiyi bir akıcı su enerjisine dönüştürür.Üretilen enerjinin bir kısmı kinetik enerjide harcanır ,bir miktarı suyu (hidrolik kafa ile) , yerçekimine karşı daha yüksek irtifaya pompalamk için kullanılır. 24 Şekil 4.2. Santrifüjlü pompanın kesit görünümü Çıkış basıncı eğrileri, suyun yolunu pompa içine dairesel olarak hareket ettirmek için merkezcil kuvvet uygulayan basıncın bir yansımasıdır. Öte yandan, bu açıklamada "dış kuvvet tekerlek içinde oluşturulan santrifüjlü kuvvetinin orta tarafından tamamen üretilen olarak anlaşılmalıdır. En iyi şekilde dönen pervane referans çerçevesi içinde bir kurgusal güç olarak santrifüj kuvveti açısından anlaşılır. Su üzerinde gerçek kuvvetler içe doğru veya merkeze doğrudur,dolasıyla mekaniksel gücün yönü suyun daire şeklinde hareket etmesine sebep olur.Bu kuvvet bir basınç gradyanıyla ayarlanan hareketle besleniyor. Dışarıda basınç, türbin duvarında, reaktif bir santrifüj kuvveti olarak kabul edilmiş olabilir [14]. 4.2. Santrifüj Pompa Tipleri 4.2.1. Dikey santrifüjlü pompalar Dikey santrifüjlü pompaları da konsol pompalar olarak adlandırılır. Onlar bir şaft ve rulman destek yapılandırmayı görevlendiriyorlar ki izin versin türbin karteri durdursun o zamanki rulmanlar karter dışındadırlar. Bu pompa tarzı şaft kapatmak için hiçbir salmastra kutusu kullanmıyor ama onun yerine bir "kısılma buşu" kullanır. Âmâ bu geniş ölçüde çamuru içine çektiğinde kullanılır [15]. 25 4.2.2. Köpük pompalar Mineral sektöründe ya da yağ kumları çıkarma, köpük zengin mineralleri ve zifti kumdan ve topraktan ayırmak için üretiliyor. 4.2.3. Çok kademeli santrifüjlü pompalar İki veya daha fazla pervanelere içeren bir santrifüjlü pompaya çok kademeli santrifüj pompa denir. Pervaneler aynı şaft üzerine ya da farklı şaftları üzerine monte edilebilir; çıkıştan daha yüksek basınçlar için pervaneler seri olarak bağlanabilir. Daha yüksek akış çıkışı için, pervaneler paralel olarak bağlanabilir. 4.3. Enerji Kullanımı Bir su pompalama sistemi kurulurken,sistemin çalışması için gereken enerji miktarı gerekli su debisi, su kuyu derinliği, boru hattının uzunluğu ve sürtünme gibi farklı parametrelerle hesaplanır. Bir pompa (Pi) götürmek için gerekli gücü, sadece SI birimleri tarafından kullanılarak tanımlanır [16]. (4.1) Pi gerekli olan giriş gücü (W) ῥ sıvı yoğunluğu(kg/m3) g standart yerçekimi ivmesi(9.80665 m/s2) H enerji Kafa akışına eklenen Q akış hızı (m3/s) ῃ pompa verimi 26 27 5. FOTOVOLTAİK MODÜLÜ 5.1. Güneş Enerjisi Güneş enerjisi yeryüzünde üretilen enerjinin büyük bir kısmını uluşturmaktadır. İnsanlarda, hayvanlar ve bitkiler gibi, ısınma ve gıda ihtiyaclarını gidermek için güneşden faydalanırlar.Ancak, insanlar da diğer birçok farklı şekillerde güneş enerjisini kullanıyor.Benzer şekilde biomas güneş enerjisini yakıta çeviriyor ısı,ulaşım ve elektrik üretimi için kullanıyor. Rüzgar enerjisi yüz yıllarca ulaşım için mekaniksel enerji sağlamak için kullanılmış.Günümüzde çeviriyorlar.Hidroelektrik rüzgar enerjisi turbinleri güneşten rüzgar gücünü türetilmiştir.güneş etkisiyle elektriğe suyun buharlaşmasını ve buharlaşan suyun yağmur olarak tekrar yeryüzüne dönmesi sonucunda barajlardaki suyun yükselmesi sağlanır. Fotovoltaik güneş enerjisinden yararlanmada basit ve zarif bir yöntemdir. Güneş pilleri üzerine gelen güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürür,Güneş pillerinin gürültüsüzlüğü,çevre dostu olması gibi özellikleri onları güvenilir ve uzun ömürlü hale getirir [17]. 5.2. Fotovoltaike Giriş Fotovoltaik güneş hücreleri kullanılarak ışığını direkt olarak elektriğe dönüştürme işlemidir.Günümüzde yenilenebilir enerji alternatiflerinden elektrik üretime fosil yakıt elektrik üretimine göre hızla büyüyor ve önemi artıyor diğer elektrik üretim teknolojileriyle kıyas ettiğimizde yenilenebilir enerjiler kullanımı 1950 ‘lerde ilk ortaya çıkan pratik fotvoltaik cihazlarla yenidir.Fotovoltaik araştırma ve geliştirmesi en büyük desteğini 1960 larda uzay endüstrisinden aldı uydu uygulamalarında şebekeden bağımsız bir güç kaynağına ihtiyaç vardı.1970 lerde petrol krizi çıktı ve alternatif enerjiler dünyanın dikkatini üzerine çekti ve bu da fotovoltaik enerji konusuna olan araştırmanın önemini artırdı. Petrol krizi kısa sürdü ve bu güneş enerjisi konusunda araştırmaların mali desteklerini hafifletti ama güneş hücreleri bir güç üretim teknolojisi olarak devreye girdi. Uzak bölgelerde güç kaynağı olarak kullanımı ve uygulaması çok hızlı tanındı ve karasal fotovoltaik sektörünün hızlı gelişmesine sebep oldu. Küçük ölçekli taşınabilir uygulamaları ve uzak bölgelerde kullanılabilen avantajları onlardan yaralanmaya başlamasına neden olmuştu. 1980'lerde silikon güneş hücrelerine araştırma işe yaradı ve güneş hücreleri verimliliklerini artırmaya 28 başladı. 1985 de silikon güneş hücreleri % 20 verimlilikle dönüm noktasına ulaştı Sonraki on yılda,fotovoltai endüstrisi büyük ölçüde uzaktan ,enerji piyasası tarafından destekle % 15 ve% 20 arasında istikrarlı büyüme oranlarını yaşadı. Güneş hücreleri 1997 yılında %38’lik bir büyüme yaşadı ve günümüzde sadece şebekeden uzakta olan tüketiciler için elektrik üretimi ve yaşam kalitesini yükseltmek için kullanılmıyor bunun yanında gelişmiş sanayi ülkelerinde geleneksel elektrik üretiminden kaynaklanan çevre kirlilikleri ve zararlarını azaltmak için de bir yöntemdir [18]. 5.3. Işığın Temel Özellikleri 5.3.1. Güneş ışığının özellikleri Bizim yeryüzünde her gün gördüğümüz güneş ışığı, güneşten yayınlanan ışığın sadece bir bölümüdür. Güneş ışığı elektromanyetik radyasyonun bir formudur ve bizim görebileceğimiz kısmı elektromanyetik spektrumun bir alt kümesidir aşağıda gösterilmiştir. Şekil 5.1. Elektromanyetik spektrum Elektromanyetik spektrum belirli bir dalga boyuna sahip olan ışık dalgası olarak tarif edilir. Bir kaç anahtar kriter var ki güneş enerji konusunda kritik sayılır ve güneş ışığının bir fotovoltaik çevirici veya başka bir nesneyle nasıl davrandığını gösteriyor. Güneş enerjisinin önemli özellikleri şunlardır: Işığın spektral içeriği,Güneşten gelen radyan güç 29 yoğunluğu,düşen küresel güneş ışığını bir modüle çarptığı açıdır ve belirli bir yüzey için bir yıl ya da gün boyunca güneş ışıma enerjisidir. 5.3.2. Foton enerjisi Bir foton enerjisi bir dalga uzunluğunda ki λ la gösterilir ve ya eşdeğer bir enerji k E ile karakterize edilir. Foton enerjisi (E) ve aşağıdaki denklem ile verilen ışık (λ) dalga boyu arasında aşağıdaki gibi ters bir ilişki vardır. ℎ𝑐 E= 𝜆 (5.1) Burada λ plank sabitidir ve c ışığın hızıdır. h=6,626 x 10-34 ve c=2,998 x 108 m/S Elde tek ibaret yapmak için bir çarpmayla hc= 1,99 x 10-25 juls-m Yukardaki ters ilişki bunu gösteriyor ki ışık bir yüksek enerji ve kısa dalgaya veya düşük enerji ve uzun dalgaya sahiptir [19]. 5.3.3. Foton akışı Foton akısı, birim alan başına saniyede fotonlarının sayısı olarak tanımlanır. Ф= 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑠𝑎𝑦𝚤𝑠𝚤 𝑠𝑎𝑛𝑖𝑦𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑒 𝑘𝑎𝑟𝑒 (5.2) Foton sayısı bir güneş hücresinden üretilen elektron ve oluşturulan akım açısından önemlidir. Foton akısı foton enerjisi ve dalga boyu konusunda bir bilgi vermemektedir, ışık kaynağının foton enerjisi veya dalga boyu da belirtilmelidir. Belirli bir dalga uzunluğunda foton dalga uzunluğu enerjisiyle foton akısı çarpması foton güç yoğunluğu hesaplamasında kullanabilir. Güç yoğunluğu, tek foton enerjisi ile foton akısı çarpılarak hesaplanır. Foton akısı foton akısı içeren foton enerjisi ile çarparak, belirli bir zaman içinde bir yüzeye çarpan fotonların sayısı elde edilir, çünkü bir güç yoğunluğu denk bir birim zaman başına bir yüzeye 30 çarpan enerji verir. W/m2 birimi olarak güç yoğunluğunu belirtmek için fotonun birimi jul olmalıdır denklem. Denklemler sırayla gösterilmektedir [19]. H( 𝑊 𝑚^2 H( )=Ф x 𝑊 𝑚^2 ℎ𝑐 𝜆 )=Ф x q SI birimi 1.24 𝜆(𝜇𝑚) dalga uzunluğunda 𝜇𝑚 olarak 𝑊 H(𝑚^2)=Ф x qE(ev) enerji için ev de (5.3) (5.4) (5.5) Ф foton akısı ve q elektronik şarj değeridir 1.6*10-19 5.3.4. Spektral radyasyonu Spektral radyasyonu F ile gösterilir ve foton dalga boyunun ve ya enerjisinin bir fonksiyonudur ve bir ışık kaynağının karakterize etmesi için en yaygın yoludur Ayrıca, belirli bir dalga boyunda güç yoğunluğunu verir. Spektral radyasyoun birimleri Wm-2 mu/m dir. Güneş pillerinin analizinde, foton akısına hem de yanı sıra spektral radyasyona ihtiyaç vardır. Spektral radyasyonu belir bir dalga W/m2 boyunda foton akısını çevirerek hesaplanabilir, foton akıŞı bölümünde gösterildiği gibi, sonuçlar aşağıdaki denklemde gösterilmektedir. 1 F(λ)=ФE∆𝜆 SI birimlerinde F(λ) spektral radyosunundur Wm-2 mu/m biriminde Ф foton akısıdır m-2 sec-1 E ve λ foton enerji ve dalga boyudur jul ve metre birimlerinde. 5.3.5. Radyant güç yoğunluğu Bir ışık kaynağından yayılan toplam güç yoğunluğunu spektral radyasyonun dalga uzunluğunda ya enerjinin tamamında entegre ederek hesaplayabiliriz. (5.6) 31 ∞ H=∫0 𝐹(𝜆)𝑑𝜆 (5.7) H: ışık kaynağından yayınlanan toplam ışık Wm-2, F(λ): spektral radyasyonu Wm-2 mum-1 ve dλ dalga uzunluğu.Ancak, ışık kaynağı için tayf ışıması için kapalı bir şekilde denklemi genellikle mevcut değildir. Bunun yerine ölçülen spektral radyasyonu üzerinde ölçülen dalga boyu aralığı ve daha sonra tüm dalga boyları üzerinden hesaplanır. H=∑𝑖 𝐹 (𝜆)Δ𝜆 (5.8) H: ışık kaynağından yayınlanan toplam ışık Wm-2, F(λ): spektral radyasyonu Wm-2 mum-1 ve ∆λ dalga uzunluğu Şekil 6.2. Bir kaynaktan gelen genel güç hesaplaması 5.4. Güneş Pilinin Yapısı Güneş pilleri diğer elektronik malzemelerine yakın bir hale getirilmiştir. Silikon sayfaları yarı iletken malzemelerin ve fotovoltaik cihazların merkezinde olan fiziksel mekanizmaları kapsamaktadır. Bu fiziksel mekanizmalar sadece güneş pilleri için değil belki P-N bağlantısının çalışmasını açıklamaktadır (bipolar bağlantılı transistorlar ve aynı zamanda diğer birçok elektronik cihazlar).PV yarı iletkenleri tamamen silikon değil ama piyasada silikon dominedir [19]. 32 5.4.1. P-N bağlantısının oluşumu Aşağıda gösterildiği gibi pn eklemleri, n-tipi ve p-tipi yarı iletken malzemeler birleştirilerek oluşturulur. N-tipi bölge yüksek elektron konsantrasyon ve p-tipi, yüksek bir delik yoğunluğu sahip olduğu için, elektron p-tipi tarafına n-tipi tarafından yayılır. Aynı şekilde, delik n-tipi tarafına p-tipi taraftan difüzyon ile akar. Eğer elektronlar ve delikler şarj edilmese bu difüzyon işlemi elektron ve deliklerin sayısı iki tarafta beraber olana kadar devam edecek. Dolasıyla p-n bağlantısında elektron ve delik bağlantının karşı tarafına geçtiğinde maruz şarj takviye bırakıyorlar ki yerinden hareket edemiyorlar. N-tipi tarafında, pozitif iyon çekirdek maruz kalmaktadır. P-tipi tarafında, negatif iyon çekirdek maruz kalmaktadır. n tipi malzeme içinde pozitif iyon çekirdekleri ve p tipi malzeme içinde negatif iyon çekirdekleri arasında E elektrik alanı oluşuyor. Bu bölgeye boşaltma alanı denir, buna göre elektrik alanı hızlı bir şekilde yüksüz taşıyıcıları dışarı süpürür ve bu bölge yüksüz taşıyıcılardan boşalır. Vbi bir inşa potansiyeli olarak E ye bağlı bağlantıda oluşuyor. (a) (b) (c) Şekil 5.3. p-n bağlantısı arasında E alanın uluşması. (a) normal p-n bağlantısı (b) p-n malzemelerle taşıyıcılar ayrıldığında rastgele hareket ediyorlar (c) malzemelerin birleştirildiği zaman fotonlar diğer bölgeye geçmeye başlıyor ancak, sabit iyon çekirdikler geride bir elektrik alanı oluşturuyor. Elektrik alanı delikleri p tipi malzemede elektronları ise n tipi malzemede tutmaya 5.4.2. Güneş hücresinin yapısı Bir güneş hücresi, doğrudan güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştüren bir elektronik cihazdır. Işık güneş hücresinin üzerine düşüyor ve güneş hücresi elektrik üretmek için bu ışını akım ve gerilime çeviriyor. Bu işlemin ilk olarak bir malzemeye ışığı emsin ve elektronu yüksek bir enerjiye taşısın ve sonra bu yüksek enerjili elektronu dış bir devreye taşınmasına ihtiyacı var. Elektron yüksek enerjisini dış devreye bırakır ve güneş hücresine 33 geri dönüyor. Malzeme ve süreçlerin çeşitli potansiyel fotovoltaik enerji dönüşüm gereksinimlerini tatmin edebilir. Âmâ pratikte nerdeyse tüm fotovoltaik enerji dönüştürücüler p-n birleşiminden oluşan yarı iletken malzemeler kullanıyorlar. Şekil 5.4. Güneş hücresinin yapısı Bir güneş hücresinin işleminde temel adımlar şunlardır: 1) Işık oluşturulan taşıyıcıların üretimi; 2) Işık üreten taşıyıcıların ışık akım üretmek için toplaması; 3) Güneş pili üzerinde büyük gerilimin oluşturulması ve 4) Yükte ve parazit dirençlerde enerjiyi bırakmak [20]. 5.4.3. Işık oluşturulan akım Güneş hücresinde üretilen ve iki anahtar işlemden oluşan akıma ışık oluşturulan akım denir. İlk işlem yayınlanan fotonu emmek ve elektron-delik çiftini üretmektir. Elektron-delik çifti çarpan fotondan bant boşluğundan yüksek bir enerjiye sahip olmak koşul ile güneş hücresinde üretilecek. Bununla birlikte (p tipi malzemede elektronlar) ve (n tipi malzemede)delikler yarı kararlı ve sadece var olacaktır ve kısa bir süre için bu süre azınlığın re kombinasyon yapmak süresinden kısa olacaktır. Eğer taşıyıcılar birleşeler sonra ışık oluşturulan elektron-delik çifti kaybolur ve hiç bir türlü güç ve akım uluşturulmaz.İkinci işlem p-n birleşiminle bu taşıyıcıları toplamak, mekânsal olarak elektron ve delik ayrılması için bir pn eklemi kullanarak bu re kombinasyon engeller. Taşıyıcılar p-n birleşiminde elektrik alanın etkisiyle ayrılır. Eğer ışık oluşturulan azınlık taşıyıcılar p-n birleşimine oluşursa çoğunluk olmadığı sürece birleşimdeki elektrik sahası vasıtasıyla birleşimden 34 çıkarılır. Güneş pilinin eğer beys ve emiteri bir birine yapışırsa( güneş pili kısa devre olursa) ışık oluşturulan taşıyıcılar dış devreden akar. Kısa devrede ideal bir akış aşağıdaki animasyonda gösterilmiştir. (a) (c) (b) (d) Şekil 5.5. Kısa devrede İdeal akış. Bir pn birleşimin de elektron ve deliklerin ideal kısa devre akımı Azınlık taşıyıcılar yarı iletken - metal sınırını geçemez ve . rekombisyonu engellemek için birleşim tarafından toplanmalı gerekir eğer onlar akım akışına katkıda bulunabilirlerse.(b) fotonun emilmesi elektron -delik çiftinin üretilmesine sebep oluyor. (c)ideal olarak azınlık taşıyıcılar birleşimi geçtikten sonra çoğunluk taşıyıcılara dönüyorlar. (d) yük geçtikten sonra elektron delik ile toplanır ve devlereni tamamlar 5.4.4. Fotovoltaik etkisi Işık oluşturulan taşıyıcıların toplamı kendisinden güç üretimi aşamasına kadar yükselmiyor. Güç üretmek için, belirli bir gerilim ve akım değerine ihtiyaç vardır. Gerilim "fotovoltaik etkisi" olarak bilinen bir süreç ile bir güneş hücrede oluşturulur. Işık oluşturulan taşıyıcıların p-n birleşimile toplaması elektronların birleşiminin n tipi tarafına ve deliklerin p tipi tarafına hareket etmelerine sebep oluyor. Kısa devre koşullarında, kısa devre koşullarında hiçbir şarj birikimi yoktur ışık oluşturulan akım gibi taşıyıcılarda cihazda çıkış yapıyor. Bununla birlikte ışık-oluşturulan taşıyıcıların güneş pilinin terk etmesine engel olursa, ışıkoluşturulan taşıyıcıların koleksiyonu elektronun p-n birleşiminin n tipi tarafında ve deliklerin p tipi malzeme tarafında artmasına sebep oluyor. Bu şarj ayrılması birleşimde bir elektrik alan üretiyor ki mevcut elektrik alanla karşı yönde, böylece net elektrik alanı azaltır. Elektrik alan forward biyas difüzyon akımının akışının karşısında bir bariyer gibidir. Güneş 35 hücresinden çıkan akım IL ve ileriye doğru bastırmak akımı arasındaki farktır. Açık devre koşulları altında, birleşimin forward biyas o noktaya kadar ki ışık-uluşturulan akımın ve forward biyas difüzyon akımla beraber olana kadar devam ediyor. Bu beraberliğe sebep olan gerilime ‘’açık devre gerilimi’ ’denir. Aşağıdaki şekiller açık devre ve kısa devre koşulları altında taşıyıcıların akışını gösteriyor [20]. (b) (a) (c) Şekil 5.6. Denge altında olan bir güneş pilinden taşıyıcıların akış simülasyonu kısa devre akımı ve açık devre gerilimi koşullarında (a) ışık yok (b) açık devre gerilimi (c) kısa devre akımı 5.4.5. I-V Eğrisi Bir güneş hücresinin IV eğrisi ışık tarafından oluşturulan akımı ile karanlıkta solar hücre diyotun IV eğrisi süper pozisyondur. Diyottan enerji elde etmek için ışığın dördüncü çeyreğe aşağı doğru I-V kaydıran bir etkisi var. I= Io[exp ( 𝑞𝑣 𝑛𝑘𝑡 ) − 1]-IL (5.9) 36 (b) (a) (c) (d) Şekil 5.7. p-n birleşiminde ışığın akım-gerilim karakterisitiğne etkisi (a) Işık yokken bir güneş pilinin elektrik karakteristiği büyükbir diyota benziyor (b) daha fazla ışık younluğu daha fazla kaymsı miktarı (d) hücre belli bir güce ulaştığında mevcut ekseni ters etmektedir İlk çeyrekte I-V eğrisi için denklem; I=IL-IO[exp ( 𝑞𝑣 𝑛𝑘𝑡 ) − 1] (5.10) Yukarıdaki denklemde -1 terim genellikle ihmal edilebilir.100 mV altında gerilimler için eksponanseyel terim 1 den çok büyük Kabul edilir.Ayrıca düşük gerilimlerde ışık oluşturulan akım yani IL , Io(….) terime hakimdir bunun için aydınlatma altında -1 terimine gerek yok [20]. I=IL-IO[exp ( 𝑞𝑣 𝑛𝑘𝑡 )] (5.11) 37 5.4.6. Kısa devre akımı Güneş pili üzerindeki gerilim sıfır olduğu zaman, kısa devre akımı, güneş pilinden geçen akımdır (yani solar hücre kısa devre olduğunda). Genellikle ISC olarak yazılır, kısa devre akımı aşağıdaki IV eğrisi üzerinde gösterilmiştir. IV eğrisi. Hücreden gelen güç Şekil 5.8. Kısa devre akımını gösteren bir güneş hücresinin IV eğrisi Kısa devre akımı ışık oluşturulan taşıyıcıların üretim ve toplamasına bağlıdır.Bir ideal güneş pili için orta direnç kayıp mekanizmasının çoğunda kısa devre akımı ve ışık oluşturulan akımı eşittir.Bu yüzden kısa devre akımı güneş pilinden çekilen en büyük akımdır. Kısa devre akımı, aşağıda tarif edilmiştir bir dizi faktöre bağlıdır: Güneş pili alanı, foton sayısı, Çarpan ışık spektromu,optik özellikleri,güneş pili toplama ihtimaline bağlıdır. Aynı malzeme türü güneş hücreleri kıyaslarken, en kritik önemli parametre difüzyon uzunluğu ve yüzey pasifleşmesidir. Mükemmel pasifize yüzey ve homojen üretimi ile bir hücrede kısa devre akım denklemi yaklaşık olarak hesaplanabilir. Jsc=qG(Ln+Lp) (5.12) Burada G, üretim oranı, Ln ve Lp elektron ve delik difüzyon sırasıyla uzunlukları. Bu denklem karşılaştırdığımız güneş pillerin çoğunda onları kapsayan koşullar koşullar için doğru olmayan çeşitli varsayımlar yapar. Yukarıdaki denklem yine de kısa devre akımı üretim oranı ve difüzyon uzunluğuna kuvvetle bağlı olduğunu göstermektedir. Bir AM1.5 spektrumun altında silisyum güneş hücreleri 46 mA / cm2 mümkün olan maksimum akımı 38 var. Laboratuvar aygıtları üzerinde 42 mA / cm2 kısa devre akımları ölçmüşlerdir ve ticari güneş pili yaklaşık 28 mA / cm2 ve 35 mA / cm2 arasında kısa devre akımları var [20]. Şekil 5.9. kısa devre akımın ve bandgenişliği eğrisi 5.4.7. Aydınlatılmış akım ve kısa devre akımı (IL veya ISC?) IL güneş pili içinde ışık oluşturulan akım ve güneş pilinin denklem içinde kullanılan doğru terimidir.Kısa devre koşullarında dışardan ölçülen akım Isc dir.Isc ve IL genellikle eşit olduğundan dolayı birbirinin yerine kullanılır ve basitleştirmek için Isc , IL yerine yazılır.Çok yüksek seri bir direnç durumunda(> 10Ώcm2) Isc ,IL den küçüktür ve denklemi Isc le yazmak doğru değildir.Başka bir varsayım aydınlatma akım IL gelen ışığa sadece bağımlı ve hücre boyunca voltaj bağımsız olmalıdır. 5.4.8. Açık devre gerilimi Açık devre voltajı, VOC, bir güneş pili temin edilebilen maksimum gerilim, sıfır akımla gerçekleşir.Açık devre voltajı güneş hücresinin beyas forwardına bağl ışık oluşturulan akım ile güneş hücresinin birleşimi bayası. Açık devre I-V eğrisi aşağıda gösterilmiştir. 39 IV eğrisi. Hücreden gelen güç Şekil 5.10. Açık-devre voltajını gösteren bir güneş hücresinin IV eğrisi Voc için denklem aşağıda gösterilmektedir. Voc= nKT q ln( IL Iq + 1) (5.13) Yukardaki denklem açık devre geriliminin doyum akımına ve ışık oluşturulan akıma bağlı olduğunu gösteriyor. Isc genellikle küçük bir değişime sahipken, anahtar etki doygunluk akımıdır çünkü bu büyüklüğe göre değişebilir. Doyum akımı Io güneş pili rekombinasyonuna bağlıdır. Açık devre gerilimi daha sonra cihazda rekombinasyon miktarının bir ölçüsüdür. Yüksek kalitede tek kristalli bir malzeme üzerinde silisyum güneş pilleri, AM 1.5 koşulları ve güneş altında 730 mv kadar açık devre gerilimi var.Voc aynı zamanda taşıyıcı konstransyon üzerinde de belirlenebilir. KT Voc= q 𝑙𝑛 [ (NA+∆n)∆n ni2 ] (5.14) Burada KT/q termal gerilim, NA doping konstransoyunu, NA doping konstarasyonu, Δn fazla taşıyıcı konsantrasyonu ve ni içsel taşıyıcı konsantrasyonudur. Taşıyıcı konsantrasyonundan VOC'nin belirlenmesi de Voc ima ediyor. O yerde ki kısa devre akımı (ISC) bant aralığı arttıkça azalırsa, açık devre gerilimi bant aralığı arttıkça artar. İdeal cihazda VOC ışıma rekombinasyon ile sınırlıdır ve analiz Jo için mümkün olan en düşük değerini belirlemek için ayrıntılı bir denge prensibini kullanır.Diyot doyurma akımı, en düşük değer ile verilir. 40 𝑞 15𝜎 J0=𝑘 𝜋4 ∞ 𝑥 2 dx 𝑒 𝑥 −1 T3∫𝑢 (5.15) Burada q elektronik şarjdır, σ Stefan boltzman sabiti, k Boltzmann sabiti ve T sıcaklık 𝐸 u=𝐾𝑇𝐺 (5.16) Şekil 5.11. Bant aralığının bir fonksioyunu olarak diyot doygunluk akımı Yukarıda hesaplanan J0 doğrudan Voc belirlemek için standart solar hücre denklemin içine yerleşebilir [20]. 41 Şekil 5.12. Voc AM 0 ve AM 1,5 olan bir hücre için bandaralığının bir fonksiyonudur 5.4.9. Doldurma faktörü Bir güneş hücresindeki kısa devre akımı o hücrenin maksimum akımını verir .Güneş hücresindeki açık devre gerilimi ise o güneş hücresindeki maksimum gerilimi ifade eder. Bununla birlikte bu çalışma noktaların ikisinde de güneş hücresinin gücü sıfırdır. Doldurma faktörü ki yaygın kısaltması FF le çok tanınır Voc ve Isc nin ortak noktasıdır ve bir güneş hücresinden maksimum çıkan gücü belirler. FF güneş hücresinden çıkan maksimum gücün ve Voc ,Isc çarpısının oranınla tanınır. Grafik olarak FF, IV eğrisine uyacak büyük dikdörtgenin alanıdır. FF aşağıda gösterilmektedir. 42 Şekil 5.13. Voltajın fonksiyonu olarak ölçülen, hücre çıkış akımı ve güç grafiği FF IV eğrinin "diklik" bir ölçüsüdür gibi IV eğrinin "yuvarlak" kısmı, daha az yer kaplar, çünkü daha yüksek bir gerilime sahip bir güneş hücresi, bir daha büyük bir olası FF sahiptir.Teorik olarak güneş pilinin doldurma faktörünü hesaplamak için gücten gerilime göre türev alıp ve nerde sıfır olduğunu buluruz. 𝑑(𝐼𝑉) 𝑑𝑣 =0 (5.16) (5.17) Bununla birlikte, yukarıdaki teknik, basit ya da kapalı bir şekilde denklemi elde etmez. Yukardaki denklem sadece Voc ve Vmp le ilişkilendiriyor ve Imp ve FF bulmak için ekstra eşitlikler gerekiyor. FF için daha yaygın olarak kullanılan bir ifade deneysel olarak belirlenebilir: (5.18) Burada Voc normalize edilmiş Voc olarak tanınır. (5.19) 43 Yukardaki eşitlikler, daha yüksek bir voltaj, daha yüksek olası bir FF sahip olacağını göstermektedir. Bununla birlikte, belirli bir malzeme sistemi içinde açık devre gerilimi büyük değişiklikler oldukça nadir görülür. Örneğin, bir güneşe, bir silikon laboratuar aracı ve tipik bir ticari güneş hücresi için ölçülen en yüksek açık devre gerilimi arasındaki fark en fazla FF, sırasıyla 0,85 ve 0,83 veriyor yaklaşık 120 mV olur. Bununla birlikte, en fazla FF varyasyon farklı malzemelerden yapılan güneş hücreleri için önemli olabilir. Örneğin, bir güneş pili, GaAs 0,89 yaklaşan bir FF sahip olabilir. Yukarıdaki denklem idealite faktörünün önemini ortaya koymaktadır, ayrıca güneş hücrenin "n-faktörü" olarak da bilinir. Idealite faktörü bağlantı kalitesinin bir ölçüsüdür ve bir solar hücre rekombinasyonun türüdür. Basit bir re kombinasyon mekanizmaları için n-faktörü 1 değerine sahibtir.Yukardaki eşitliklerde mümkün olan en büyük FF temsil edilmesine ragmen, pratikte FF parazitik Direnç Etkileri de ele alınmaktadır. Parazit direnç kayıpları mevcut olduğu zaman FF daha da düşük olacaktır [20]. (5.20) 5.4.10. Verim Verimlilik güneş pillerinin performansını birbirlerine karşılaştırmak için en yaygın yöntemdir.Verim güneş hücresinden çıkan enerji ve güneşten güneş hücresine giren enerji oranından ibarettir.Verimlilik ,spektroma,çarpan güneş ışığının şiddetine ve sıcaklığına bağlıdır, bu nedenle verimlilik hangi koşullar altında ölçülür başka bir cihazın performansıyla karşılaştırmak için kontrol etmek gerekiyor. Karasal güneş hücreleri AM1.5 koşullar altında ve 25 ° C arasındaki bir sıcaklıkta ölçülür.Uzay için tasarlanan güneş pilleri AM0 koşulları altında ölçülür.Bir güneş hücresinin verimi çarpan enerjinin bir kısmı olarak tanınır ki elektriğe dönüştürülmüş : (5.21) (5.22) 44 Burada Voc: açık devre gerilimi Isc:kısa devre akımı , FF doldurma faktörü , 𝜂: verimliliktir.Verimlilik hesapları için giriş gücü 1 kW /m2 veya 100 mW / cm2 dir. Böylece 100 × 100 mm2 hücreye giriş gücü 10 W ve 156 × 156 mm2 hücre için 24,3 W . 5.4.11. Parazitik dirençler etkisi Rezistif etkiler güneş hücrelerinde dirençte enerjiyi boşa harcamakla verimi düşürüyor. En sık görülen parazitik dirençler seri direnç ve şönt direnci. Şekil 5.14. Bir güneş pili hücresinde seri ve paralel parazitik dirençler Çoğu durumda paralel ve seri direnç tipik değerleri için, parazitik direnci en önemli etkisi doldurma faktörünü azaltmaktır. Büyüklüğü seri ve paralel direnç etkisi güneş hücresinin çalışma noktasında, güneş pili geometrisine bağlıdır. Direncin değeri güneş hücresi alanına bağlıdır. Farklı alanlara sahip olabilir güneş pillerinin seri direnç karşılaştırırken, direniş için ortak bir birim Ωcm2 bulunmaktadır. Aşağıda gösterildiği gibi bu bölge-normalleştirilmiş direnç Ohm kanununda mevcut yoğunluğu ile şimdiki yerine sonuçlanan: (5.23) 5.4.12. Modül yapısı Bir PV modülü birbirine bağlanan güneş hücrelerinin bir dizisidir. Bir tek, uzun ömürlü, istikrarlı birim içine kapsül edilir(tipik olarak 36 seri bağlı).Elektriksel olarak güneş hücrelerini kapatmanın önemli amacı bağlantı tellerini tipik olarak sert kullanıldığı ortamdan korumaktır. Örnek olarak, güneş hücreleri incedir ve eğer korunmasalar mekaniksel olarak hasar görebilirler. Buna ek olarak güneş pilinin üzerinde ki metal ağı ve güneş pillerini birbirine bağlayan telleri su ve su buharıyla paslanabilirler. Güneş pilinin kapatmasının iki önemli nedeni var. Biri mekaniksel hasardan engellemek için ve diğeri 45 elektrik kontaklarını su ve su buharile paslanmaktan kurtarmaktır.PV modüllerinin çok farklı tipleri vardır ve güneş modül yapı farklı hücre tipleri için ya da farklı uygulamalar için genellikle farklıdır. Örneğin, amorf silikon güneş hücreleri genellikle esnek bir diziye kapsül edilir uzak enerji uygulamaları için toplu silikon güneş hücreleri ise ön cam yüzeyler genellikle katıdır.Dökme silikon PV modüllerindeki modül ömrü ve garantiler, 20 yıl üzerindedir, kapsüldenmiş bir PV modülü sağlamlık göstermektedir. Tipik bir garanti modülünün ilk 10 Yıl için anma çıkışı% 90 ve 25 yıla kadar olan nominal çıkış% 80 ürettiğini garanti edecektir. Imalatçı firmanın iflas etmesi durumunda üçüncü bir şirket tarafından garanti desteği sağlanmaktadır [20]. Şekil 5.15. Bir dökme silikon mödülü 46 47 6. HESAPLAMALAR, SİMULASYON VE SONUÇLAR Girişte bildirdiğim gibi bu tezde amaç belirli bir tarımsal araziyi göze alarak ve onun ektiğimiz toprak kalitesi, bölge de yağış miktarı ve ekmek istediğimiz bitkinin özelliğine göre ihtiyaç duyduğumuz suyun miktarını hesaplamak ve hesaplamalara göre sistemimizi tasarlamaktır. Gerekli olan hesaplamaları yapmak için ziraat ve meteoroloji bilimlerinden bilgi alınması ve konu ile ilgili bazı tanıtımların yapılması gerekiyor. Şekil 6.1. Uzun yıllar içinde Ankara da gerçekleşen günlük güneşlenme süresi Şekil 6.2. Uzun yıllar içinde Ankara da gerçekleşen yıllık yağış miktarı 48 Ektiğimiz her bitkinin belirli bir süre içinde belirli bir miktar suya ihtiyacı var, bu suya yağmur tarafından temin edilecek yada sulama vasıtasıyla, çoğunlukla yağmur ve sulama yöntemi kullanılır [21]. 6.1. Toplam Sulama Suyu Miktarı Sulamak için hesaplanan miktar kadar suya ihtiyaç var, kaynaktan, tarlaya su aktarılana kadar kanallarda bir miktar su kaybı yaşıyoruz, önemli olan tarlabaşı’nda bize ulaşan su miktarıdır. Tarla başında ihtiyaç duyduğumuz su miktarı: d dt =En (6.1) a dn: Her sulamada ihtiyaç duyduğumuz net sulama suyu miktarı, mm olarak yazılır. dt:Toplam sulama suyu ihtiyacı, birim mm Ea: Sulamak istediğimiz alanın toplam sulama randımanı, % olarak yazılır [22]. 6.2. Sulama Aralığı Bitkilerin sağlıklı gelişip ve büyüyebilmeleri ve kaliteli ürün elde etmek için zamanında ve gereken miktarda su verilmesi gerekir. Bu nedenle eğer bitkinin kök bölgesine az su verilirse veya sulama zamanı geçirilse bitki gelişmesini olumsuz etkiler. Eğer bitki bölgesine ihtiyacından fazla su verilirse toprakta bütün boşluklar su ile dolar ve bitki kökü havasız kalır zamanla bitki kuruyabilir. Sulama aralığı bitkinin kaç gün ara ile sulanacağını gösteren bir formüldür. Sulama aralığı bitkinin günlük su tüketimine ve toprağın bünyesine göre değişir. Sulama aralığı Eş. (6.2)’daki gibidir [22]. SA= dn 𝐸𝑇 SA: Gün olarak sulama aralığı dn: mm cinsinden net sulama su miktarı. ET: mm/gün olarak bitki su tüketimi. (6.2) 49 6.3. Sistem Kapasitesi (6.3) Adt Q= 3,6𝑇 Q:L/s olarak sistem kapasitesi DT: mm olarak toplam sulama suyu ihtiyacı A:da biriminden sulanacak alan T: Sulama süresi, birimi h 6.4. Sulama Modülü 1 hektar araziye bir bitkinin veya tüm bitkilerin bütün yetişme dönemi için devamlı akış halinde saniyede gerekli su debisidir. Birimi l/s/ha’dır. Bu planlamada bize mevcut suyun yeterli olup olmadığını veya mevcut sulanacak alan için gerekli olacak sulama suyu miktarı hakkında fikir verir ve q ile tanınır [22]. q= 10dt 3.6𝑇 (6.4) q:l/s/h biriminde sulama modülü dt =Proje alanı toplam sulama suyu ihtiyacı, mm/ay T=Sulama süresi, h (günlük sulama süresi h x 30 gün) 6.5. Sulama Zamanı Planlaması Sulama zamanı planlaması, bitkiye ne zaman ve ne miktarda su uygulanmasının belirlenmesidir. SZP için; bitki cinsi, ıslatılacak toprak derinliği, kullanılabilir su tutma kapasitesi, toprak nemi hangi düzeyde olduğunda sulamaya başlamak, bitki ne miktarda su tüketir gibi bilgilere gerek vardır.SZP de en önemli amaç, toprak nemini berelediğimiz nem düzeyine düştüğünde tarla kapasitesine yükseltecek kadar sulama suyu uygulamaktır. Toprak nemini, elle kontrol etmekle, ölçmekle, bitki su tüketimiyle ve fonolojik gözlemlerle belirlenebilir.Kullanılabilir su tutma kapasitesi, toprakta depolanan ve büyüyen bitkiler için kullanılması izin verilen su aralığıdır.Etkili toprak derinliği; toprak yüzeyinden geçirimsiz katman ya da taban suyuna kadar olan toprak derinliği.Etkili kök derinliği; bitkilerin normal büyümesi için gerekli olan suyun %80 inin alındığı kök derinliğidir. Etkili kök derinliğinden 50 ve etkili kök toprak derinliğinden hangisi küçük olursa sulama suyu uygulanacak toprak derinliğini verir [22]. BİTKİ SU TÜKETİMİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER 1. İKLİM FAKTÖRLERİ -Solar radyasyon (güneş ışınları şiddeti) -Sıcaklık -Bağıl nem -Rüzgar -Güneşlenme süresi -Gündüz saatleri 2. TOPRAK FAKTÖRLERİ -Toprak nemi -Toprağın işlenme durumu -Bitki örtüsü 3. BİTKİ FAKTÖRLERİ -Bitki cinsi -Gelişme devresi -Büyüme mevsimi Şekil 6.3. Bitki su tüketimini etkileyen faktorlerin akış şeması 6.6. Projenin Tanıtımı ve Verilen Veriler Sistemi tasarlamak için proje tanıtmam gerekiyor. Nerede ve ne kadarlık bir arsada ve ne tür bir bitki dikmek istiyoruz? Bu yüzden kendime aşağıda ki gibi bir soru hazırlıyorum. Ankara’da 100 hektarlık bir tarlada patlıcan yetiştirmek istiyoruz ve tarlamız elektrik şebekesinden uzak olduğu için güneş enerjisi ile sulamaya karar vermiş bulunuruz. Sulamak için ne kadar miktarlık su gerekiyor ve tarlanın sulamasında ne tür bir metod uygulanacak? Her şeyden önce bize gereken su miktarını hesaplamalıyız ve sonra sistemimizi ve gereken miktar enerjimizde su miktarına göre tasarlamalıyız. Su miktarını hesaplamak için bazı faktörleri gözden kaçırmamız gerekiyor ve Ankara da yağış miktarı ve bölge toprak cinsi ve patlıcanın etkili kök derinliği ve toprak su tutma kapasitesi gibi faktörler önemlidir. Önce patlıcanın nasıl bir bitki olduğunu araştırırız ve etkili kök derinliği ne kadardır ve hangi aylarda yetiştirilebilir ve kaç gün arayla sulamalıyız? Patlıcan ,ılık iklimlerde tek yıllık ve tropik iklimlerde ise küçük bir ağaç şeklinde büyüyen çok yıllık bir kültür bitkisidir. Patlıcan yüksekliği ortalama 60-80 cm arası ve kök derinliği 30-60 cm arası ki burada ortalama 40 51 cm olarak farz ediyorum. Ankara da yıllık ortalama yağış miktarı grafik 5,1 kullanarak hesaplamalarım da 400 mm olacak. 6.7. İstenilen Değerler ve Hesaplamalar Amaç burada, tarla başında ne miktar suya ihtiyaç duyduğumuzu ve kaç gün aralıkla sulamamızı ve her sulamada net uygulanacak su miktarının hesaplanmasıdır. Bizim tarlamızda yapılan tahlillere göre tarla su tutma kapasitesi dk=41,25 mm.Her sulamada net uygulanacak su miktarı Eş. (6.5)’daki gibidir. (6.5) dn=dk D Ry=41,25x0,4x0,5=8,25 mm Sulama aralığı Eş. (6.6)’daki gibidir. d 8,25 SA= 𝐸𝑇n = 4 = 2 𝑔ü𝑛 (6.6) Tarla başında ihtiyaç duyulan sulama suyu miktarı Eş. (6.7)’daki gibidir. d 8,25 dt=En=0,51=16,2 m3 (6.7) a Sulama modülü Eş. (6.8)’daki gibidir. 𝑞= 𝐴𝑑𝑡 10 ∗ 16,2 𝐿 = = 0,15 3,6𝑇 3,6 ∗ 30 ∗ 10 𝑠 (6.8) Saat başına ihtiyaç duyduğumuz su miktarı Eş. (6.9)’daki gibidir. Q=q*A=0,15*100=15 L/s Q= 15*3600=54000L/h (6.9) Hidrolik pompa gücü hesaplama,bir pompa sürmek için ideal bir hidrolik güç kütle akış hızı, sıvının yoğunluğu ve diferansiyel yüksekliğine bağlıdır bu da sistemin diğer bir yükseklikten statik kaldırma ya da sürtünme yük kaybı bileşenidir. Ph=qρgh/(3,6x106) ve elimizdeki bilgiler, ihtiyaç duyduğumuz su miktarı q=54 m3/h, su yoğunluğu ρ=1022kg/m3 ve g=9,81- 52 m/s2. Piyasada bulunan pompaların kataloğunda bazı özellikleri kafa uzunluğu motor gücü, kapasitesi, gücü ve verimi verilmiştir bu yüzden burada seçilen pompanın verimi 0,6 civarında. Ph=54x1022x9,81x28=6,8 kw (6.10) Hesaplamalara göre bizim pompayı çalıştıran motorumuzun gücü 6,8 kW olmalıdır. Piyasadaki 4 kwlık asenkron AC motorların şebeke değerleri 3 faz, 400 v, 50 Hz ve Anma hızı 1425 d/d ya denk geliyor. Üç fazlı AC asenkron motor seçtiğimiz nedeni, DC motora göre daha ekonomik olmasıdır. Güneş paneli DC ve düşük bir miktarda gerilim üretiyor ve motorumuz AC asenkron motor. Güneş panelinden gelen düşük DC gerilimi yükseltmek için DC-DC dönüştürücü ve DC gerilimini uç faz AC ye çevirmek için DC-AC everici kullanırız.Normalde her bölgeden bölgeye ve gün içinde her saatte güneş ışık şiddeti ve sıcaklığı değişiyor bu yüzden simülasyonumuz için standart koşullar farz etmeliyiz. Standart koşullar altında hava sıcaklığı 25 derce ve güneşin şiddeti en fazla 1000 w/m2 oluyor. Güneşten ışın saçma miktarı gün boyunda değişiyor ve sistemimizde 200-1000 w/m2 arası değişiyor. Bunu sağlamak için aşağıdaki gibi bir sinyal uyguluyoruz. Şekil 6.4. Seçilmiş olan güneş ışını sinyali 53 6.8. Pv Modülün Seçimi Güneş modülü seçiminde dikkat edilmesi gereken hususlar, modülün hücre sayısı ,açık devre gerilimi, kısa devre akımı ve en önemli olan nokta modülün verimidir. Piyasada var olan modüllerin çoğunlukla verimi %15 ile %20 arasında ve modülün verimi arttıkça fiyat artıyor ve modülün her bir wat başı güç artışının fiyat bedeli 3-4 Euro kadardır. Bizim ihtiyaç duyduğumuz miktar enerji belli, istediğimiz gücü elde etmek için arzu ettiğimiz voltaj ve akımı elde etmemiz gerekiyor. İhtiyaç duyduğumuz voltaj ve akım miktarını sadece bir modülle elde edemeyiz bu yüzden modülleri paralel ve seri olarak bağlarız. Modüllerin seri bağlanmasıyla istenilen gerilim elde edilir. Modüllerin paralel bağlanmasıyla, modülün sağlayacağı akımın miktarı ayarlanır. Seri-paralel modül bağlantıları ile arzu edilen güç seviyesi elde edilmiş olur. Şekil 6.5. Bir güneş panelinin combinasyonu Şekil 6.6. Seri bağlanan Güneş panelerinin olması gereken Akım-Gerilim grafı 54 Şekil 6.7. Paralel bağlanan Güneş panelerinin olması gereken Akım-Gerilim grafı Kullanacağım PV modülü markası burada SunPower SPR-305-WHT.Bu modülü kullanmamız için önce modülün matlab hazır bir file olmadığı için simülasyonunu yapmamız gerekiyor ve sonra teknik özelliklerini girerek devre de kullanmamız gerekiyor. Şekil 6.8. Kullanılan güneş panelinin bri hücresinin simulasyonu Arzu edilen gücü elde etmek için 24 adet modülü paralel ve seri bağlayarak sağladım. Modülün teknik özellikleri ekler bölümünde sunulmuş ve modülün ve pv sisteminin tamamının I-V ve P-V eğrisi gün ışını değiştikçe 250-1000 w/m2 arasında farklı ışınlarda simülasyon sonucunda aşağıda çizilmiştir: 55 Şekil 6.9. Kullandıımız 3 seri ve 8 dizi (toplam 24) panelin akım-gerilim ve güç-gerilim çeşitli güneş ışınlarında Şekil 6.10. Kullandığımızz Sunpower SPR 305 wht panelin akım-gerilim ve güç gerilim 3 modülden oluşan 8 dizili pv sistemin ürettiği gerilim ve güç sırayla 175 v dc ve 7 kw tır. Motorumuz 400 voltluk bir motor olduğu için bizim bu gerilimi yükseltmeyim iz gerekiyor ve DC-DC dönüştürücü kullanarak bu gerilimi 400 volta kadar yükseltiyoruz [23]. 6.9. DC-DC Yükselten Dönüştürücü Tasarımı PV modüllerden gelen 175 volt dc bizim motorumuzu çalıştırması için yeterli değil ve diğer taraftan güneş ışın şiddeti günün farklı saatlerinde değişiyor ve modüllerin açısı sabit, bu 56 yüzden sistemin maksimum güç noktasını takip etmesi gerekiyor ve bu iki nedenden dolayı biz DC-DC yükselten dönüştürücü kullanmalıyız hem voltajımızı 400 volta yükseltmek için ve hem dönüştürücünün dolgunluk oranını ayarlamakla maksimum güç noktasını bulmak için. Elde olan bilgilerimiz giriş ve çıkış voltajımız ve dönüştürücü giriş sinyalimizin periyot miktarıdır ve bunları kullanarak dolgunluk oranı ı ve dönüştürücümüzün in doktansın miktarını bulmamız gerekiyor. Sistemin çalışma frekansı 5 KHz ve kapasite miktarını büyük farz ediyoruz. O zaman duty cycle; 𝑉 𝑜 𝑉 𝑖𝑛 1 = 1−𝐷 400 1 , 175=1−𝐷 D=0,56 , (6.12) 1 Anahtarlama zamanını bulmak için fs=𝑇𝑠 kollanıyoruz. Frekans burada 5 KHz.Bu yüzden anahtarlama zamanımız 200 μs le eşittir. İndoktans miktarını bulmak için aşağıdaki formülden yaralanacağız [2]. (6.13) IOB =Pmax/Vin=7kw/175=40 A. Sonuç olarak formülden L=100 μH elde ediliyor. 6.10. Maksimum Güç Noktası İzleyici Güneş ışını gün boyunca lineer olarak değişmemektedir ve güneş ışının bir eğimi var ve bu eğri bir yere kadar yükseliyor ve ondan sonra düşmeğe başlıyor. Eğrinin uç noktasında güç maksimumdur. Maksimum güç noktasını takip etmek için maksimum güç noktası takip edici sistemi kullanmalıyız ki bu sistem yükselten dönüştürücünün dolgunluk oranını ayarlayarak her an maksimum gücü bulmaktadır. Maksimum güç noktasını bulmak için çeşitli yöntemler var ama hepsini amacı aynı. Burada kullanılan yöntem güç eğrisini tamamen tarayan ve sonunda maksimum güç noktasını belirleyen, artışlı iletkenlik artı bütünleşmiş regülatör yöntemidir . Yöntemin algoritması aşağıdaki gibidir: Burada ilk önce algoritma akım ve gerilimden örnek alıyor (V(k),I(k)) ve sonrası bir tane daha örnek alıyor(V(k-1),I(k-1)) ve dv=V(k)-V(k-1) ve dI=I(k)-I(k-1) olarak kabul ediyor. Eğer dv=0 ve ∆I=0 olursa algoritma bu noktayı mpp olarak kabul ediyor ve V(k-1)=V(k) ,I(k-1)=I(k) yapıyor ve başa dönüyor. Eğer dv=0 ve ∆I>0 ,duty cycle artıyor ve V(k-1)=V(k) ,I(k-1)=I(k) yapıyor ve başa dönüyor. 57 Eğer dv=0 ve ∆I<0 ,duty cycle eksiltiyor ve V(k-1)=V(k) ,I(k-1)=I(k) yapıyor ve başa dönüyor. Eğer dI/dV=-I/V ve dV≠0 ise algoritma bu noktayı mpp olarak kabul ediyor ve V(k-1)=V(k) ,I(k-1)=I(k) yapıyor ve başa dönüyor. Eğer dI/dV>-I/V ve dV≠0 duty cycle artırıyor ve V(k-1)=V(k) ,I(k-1)=I(k) yapıyor ve başa dönüyor. Eğer dI/dV<-I/V ve dV≠0 duty cycle eksitiyor ve V(k-1)=V(k) ,I(k-1)=I(k) yapıyor ve başa dönüyor. Bu olgoritma sistemi her zaman maksimum güçte çalıştırması için devam ediyor. Maksimum güç noktası dp/dv=0 olduğu zaman elde ediliyor. Mppt kontroller çıkışında hatayı küçültmek için integral regülatör kullanıyoruz ve regle edilmiş çıkış düzeltilmiş dutu cycle anlamına geliyor [24]. Şekil 6.11. Artışlı iletkenlik +entegre reglatörü’le maksimum güç noktası izleyici akış şeması 58 Şekil 6.12. Artışlı iletkenlik entegre reglatörü’le maksimum güç noktası izleyici 6.11. Evirici Tasarımı Motorumuz 3 faz AC asenkron motor olduğu için yükselten dönüştürücüden gelen maksimum 400 voltluk DC gerilimi 400 volt AC gerilime çevirmek için everici kullanmak zorundayız. Matlab kütüphanesinde eviricinin hazır bir blok olduğu için özel bir tasarımı gerek yok ama eviricinin gate ‘ni tetiklemek için ve sistemimizi ve motorumuzu düşük gerilimlerden korumak ve zararı engellemek için voltaj kaynağı dönüştürücü(VSC) kullanıyoruz. VSC aynı anda güç katsayısını 1 e yakın tutmaya çalışıyor ve voltajın alt limitini burada 200 tutuyoruz ve bundan aşağı gerilimlerde VSC sistemi koruyor ve kesiyor. VSC nin çalışma frekansı burada 5 KHz olarak ayarlanmıştır. Burada kullanılan evirici 3 kollu ve her kolunda 4 İGBT ve 2 anti paralel diyot’ a sahip olan bir eviricinin ve aşağıda topolojisi verilmiştir. 59 Şekil 6.13. Kullanılan 3 kollu invertörün dahili şeması Kol sayısı ve diğer parametreleri blok kutusundan ayarlanabilir [25]. 6.11.1. Çok katlı evirici Kullanılan evirici çok katlı evricidir.Çok katlı evirici kullanmamızın nedeni onun sahip olduğu avantajlardır.Çok katlı evirici avantajlar: 1. Ortak mod gerilimi: Çok katlı evriciler ortak mod gerilimi üretiyor,motorun stresin azaltıyor ve motora zarar vermez. 2. Giriş akımı:Çok katlı eviriciler düşük bozulumla giriş akımını çıkarabilir. 3. Anahtarlama frekansı: Çok katlı eviricler her iki temel anahtarlama frekansında yani yüksek anahtarlama frekansı ve düşük anahtarlama frekansında çalışabilir. 4. Azaltılmış harmonik bozulması: filtreye gerek klmadan istediğimiz harmoniki eleyebiliriz. 60 Şekil 6.14. Kullanılan 3 kollu invertörün matlab ‘da parametr’e ayarlama penceresi Kullanılan evericinin çıkışı aşağıda gösterilmiştir. Şekil 6.15. Kullanılan 3 fazlı invertörün çıkış sinyalleri 61 6.12. Motor Motor eşdeğer devresi matlabın kütüphanesinde olduğu için motor konusunda özel bir hesaplamaya ve denklem e gerek yok ve motor blok kutucuğundan parametreleri değişerek istediğimiz motoru devrede yerleştirebiliriz. Kullanılan motor ve parametreleri aşağıdaki şekil de gösterilmektedir. Şekil 6.16. Kullanılan motorun Matlab’da parametre ayar pencereleri 𝑃𝑜𝑢𝑡 Motorun verimini elde etmek için η= 𝑃𝚤𝑛 kullanıyoruz. Bildiğimiz gibi motor elektrik gücü mekanik bir güce çeviren bir parçadır. Motora verdiğimiz güç 7 kw civarında ve dalga şeklinden göründüğü gibi motordan aldığımız güç 4,3 kw civarındadır bu yüzden verimimiz aşağıdaki gibidir. 𝑃𝑜𝑢𝑡 η= 𝑃𝚤𝑛 = 6,3 7 = 0,9 (6.15) Yukardaki formülden elde ettiğimiz gibi motorun verimi %90 ‘e eşittir ki piyasadaki motorların verimiyle karşılaştırdığımızda normal bir verim sayılır [8]. 62 6.13. Pompa Seçimi ve Hesaplamaları AC asenkron motor elektriksel enerjiyi mekanik enerjiye çeviriyor ve santrifüj pompa motor şaftından dan gelen mekaniksel enerjiyi, hidrolik enerjiye çeviriyor. Santrifüj pompa da aynı asenkron motorda olduğu gibi eş değer devre tasarlamaya gerek yok ve matlab kütüphanesinde hazır bir şekilde bulunuyor ve gereken parametreleri istediğimiz gibi değiştirebiliriz. Santrifüj pompanın matlab blok parametreleri sonraki sayfa şeklin ’de verilmiştir. Şekil 6.17. Kullanılan pompanın Matlab’da parametre ayar penceresi Santrifüj pompanın verimi su gücü(çıkış) ve şaft gücü oranınla eşittir ve aşağıda gösterildiği gibidir. η= 𝑃𝑤 𝑃𝑠 η=verim, Pw =su gücü ve Ps=şaft gücü Pw=(Q x H)/3690 . Burada Q su akışı miktarı ki GPM(Galon Per Minute )le ve H kafa uzunluğu ki feet birimiyle gösteriliyor. Her galon 4,55 litre ve her feet 0.304 metredir. Önceki hesaplamalarımıza göre pompa kafa uzunluğu 28 metre ve dakika başı su ihtiyacımız 900 litredir. Birimleri çevirdikten sonra kafa uzunluğu 92 feet ve dakika başı ihtiyaç duyulan su miktarı 198 galondur. Elde 𝑃𝑤 ettiklerimizle :Pw=(Q x H)/3690= (198 x 92)/3690=4,93 hp η= 𝑃𝑠 = 4,93 5,4 =0,91 dir. Hesaplamalardan elde ettiğimiz gibi pompa verimi %91 dir ki iyi bir verim sayılır [16]. 63 6.14. Su Deposu Tasarımı İlk baştan belirlediğimiz gibi hem verimi artırmak için ve hem zaman tasarrufu yapmak için su deposu kullanacağız. Tarlamızı ve bitkimizi sulamak için bizim her iki günde bir 10 saatlik sulamaya ve her saat başı 54 m3 suya ihtiyacımız var, Ankara gibi bir bölge bu kadar güneşleme saati a günlerde bulunur ve tabi ki güneş şiddeti günün başlangıç ve son saatlerinde daha azdır. Bu süreyi azaltmak için su deposu kullanıyoruz ve sulama yapmadığımız gün sistemi çalıştırıp ve depoyu dolduruyoruz ve 54 m3lik ihtiyaç duyduğumuz suyun 27 m3 sini depo ve gerisini pv sistem temin ediyor. Eğer her türlü ihtimale karşı depo boyutlarını biraz büyük farz edersek ve 30 m3 lük bir havuz tasarlamak istersek havuzumuzun boyutları 6x5x1 olacak ve su yüksekliği en fazla 2 metre olduğu zaman sistem kapanacak. Su deposunun bir giriş vanası var ve giriş su miktarını istediğimiz zaman ayarlayabiliriz ve bir çıkış vanamız var. Tanka giriş sinyali pompadan çıkan su akışı sinyalidir ki giriş vanasıyla kontrol edilebilir. Çıkış akış miktarı çıkış vanasıyla kontrol edilir ki bu miktar depodaki su miktarına bağlı ki eğer çok olursa hız artıyor ve su az olduğu zaman hız düşüyor. Bu sistemi tasarlamaktan amaç su seviyesini belirli bir düzeyde tutmaktır ve eğer su istediğimiz zaman bazında fazla veya eksik olursa sistemi açıp , kapatabiliriz. Tank simülasyonda aşağıdaki blok gibi gösterilmektedir. Şekil 6.18. Su tankı simülasyonu Bu blok bulanık mantıkla tanka kontrol sistemi tasarlamak konusunda bize yardımcı olabilir. Tankın bulanık kontrolün de kullanılan kontrollerin simülasyonu aşağıda gösterilmektedir. 64 Şekil 6.19. Su tankı’nın bulanık kontrolün de kullanlan kontrolerin simulinki Bulanık kontrollerin girişleri tank su seviyesinde hata miktarı ve tank su seviyesinde değişim oranıdır. Bu iki girişleri kullanarak bulanık kontroller vanayı kontrol ediyor.Tasarlanan su seviyesi sabit bir rakamla gösterilmektedir. Tank parametreleri aşağıda gösterilmektedir. Şekil 6.20. Su tankı’nın Matlab’da parametre ayar pencereleri Fuzzy kontrol sistemini tasarlamak için Matlab’ da FIS editörden yararlanarak yeni bir fuzzy sistem geliştiriyoruz. Tasarladığımız bulanık sistem aşağıda gösterildiği gibidir. 65 Şekil 6.21. Su tankı’nın bulanık mantıklı kontrolerin tasarım penceresi Bu sisteme kullanılan üyelik fonksiyonların her giriş ve her çıkış için tanımlanmaya gereği var. Her birisi için gereken fonksiyonla aşağıdaki şekillerde gösterilmektedir. Vana çıkışı 0 la 1 arası olduğu ürece kadar error girişi -1 ve 1 arası ve rate girişi -0,1 le 0,1 olması gerekiyor. Şekil 6.22. Su tankı’nın bulanık mantıklı kontrolerin seviye , üyelik fonksiyonu belirleme 66 Error girişi için üç üyelik fonksiyonu var, negatife, Okay ve pozitife. Negatife fonksiyon trapoizdal üyelik fonksiyonu var ve [-1,27 -1,13 -0,8 0] parametrelere sahiptir. Okay üyelik fonksiyonu üçgendir ve [-0,6667 0 0,6667] parametrelere sahiptir. Pozitife fonksiyon trapoizdal üyelik fonksiyonu var ve [0 0,8 1,11 1,77] parametrelere sahiptir. Şekil 6.23. Su tankı’nın bulanık mantıklı kontrolerin akış , üyelik fonksiyonu belirleme Rate girişi için üç üyelik fonksiyonu var, negatife, none ve pozitife. Negatife fonksiyon trapoizdal üyelik fonksiyonu var ve [-0,172 -0,11 -0,06 0] parametrelere sahiptir. None üyelik fonksiyonu üçgendir ve [-0,07067 0 0,07067]. Parametrelere sahiptir. Pozitife fonksiyon trapoizdal üyelik fonksiyonu var ve [-0,07067 0 0,07067] parametrelere sahiptir. 67 Şekil 6.24. Su tankı’nın bulanık mantıklı kontrolerin vana ,üyelik fonksiyonu belirleme Çıkış vanası için 5 çıkış üyelik fonksiyonu var, close_fast, close_slow, no_change, open_slow, and open_fast. Hepsi üçgen fonksiyon ve aşağıda gelen parametrelere sahiptiler: close_fast:[-1 -0,9 -0,8] ,close_slow: [-0,6 -0,5 -0,4],no_change: [-0,1 0 0,1], open_slow: [0,4 0,5 0,6],open_fast:[0,8 0,9 1] .Şimdi tanımladığımız tüm giriş ve çıkış fonksiyonlarılar kural tabanımızı oluşturabiliriz. Tanımladığımız kurallar aşağıda gösterilmektedir. Şimdi sistem hazır ve simülasyonu yapabiliriz. Şekil 6.25. Su tankı’nın bulanık mantıklı kontrolerin rule belirleme penceresi 68 Şekil 6.26. Su tankı’nın çıkış sinyali Sistem çalışmaya başlarken ve giriş vanası 1 konumuna geldikten sonra depo dolmaya başlıyor ve su yüksekliği 1 metre olduktan sonra bulanık kontroller vanayı kapatıyor [26]. 6.15. Simülasyon ve Dalga şekilleri Tüm hesaplamaları ve tasarımları yaptıktan sonra şimdi sıra simülasyon ve dalga şekilleri ve sonuçları elde etmektedir. Sistemin genel şeması aşağıdaki gibidir. Şekil 6.27. Tasarlanan PV sistemein genel simolasyonu 69 Şekil 6.28. Yükselten dönüştürücünün simulasyonun esnsında doluluk oranı değişimi Şekil 6.29. Güneş panellerinden yükselten çevirici’ye gelen gerilim Şekil 6.30. Güneş panelleri trafından devreye teslim edilen güç 70 Şekil 6.31. Asenkron motorun rotor hızı Şekil 6.32. Asenkron motorun elektromekanik torqu Şekil 6.33. Asenkron motorun temin ettiği mekenik güç 71 Şekil 6.34. Asenkron motorun stator akımı Şekil 6.35. Santrifuj pompanın temin ettiği su basıncı Şekil 6.36. Santrifuj pompanın temin ettiği su debisi 72 73 7. SONUÇ Bu tez çalışmasında, güneş enerjisinin nasıl güneş panelleri yardımıyla elektrik enerjisine çevrildiği ve tarımsal sulamada kullanıldığı incelenmiştir. Bu tezde tüm hesaplama ve tasarlamalara yön veren kullandığımız su miktarıdır .Gereken su miktarını hesaplamak için önemli parametreler toprak kalitesi, bölgede yere düşen yağış miktarı ve bitki türüdür. Su miktarını belirledikten sonra uygun pompamızı seçmek için pompa ve eğrimine dikkat etmek gerekiyor ki normalde piyasadaki pompalarının kataloğun da verilmiştir. Pompamızı çalıştırmak için ve gereken mekanik enerjisini sağlamak için üç fazlı asenkron motor kullanıyoruz. Asenkron motoru çalıştırmak için üç fazlı enerji ’ye ihtiyacımız var, bu miktar enerjiyi temin etmek için güneş panellerine ihtiyacımız var, ama 400 voltluk AC bir gerilimi sadece güneş panellerile elde etmek çok masraflı bir iş çünkü panel sayısı çok artıyor.Bu sebeple gereken gücü elde ettikten sonra DC gerilimi boost dönüştürücüyle yükseltiyoruz ve 174 voltluk gerilimi boost dönüştürücü vasıtasıyla 400 voltluk DC gerilime çeviriyoruz. Motorun çalışması için gerekli olan üç fazlı enerjiyi sağlamak için evirici kullanıyoruz. Gün içinde hava koşulları değişiminden ve güneş ışını açısı değişiminden dolayı güneş ışının şiddeti değişiyor, bu yüzden maksimum gücü elde etmek ve enerji kaybını azaltmak için maksimum güç noktası takip sistemi kullanılıyor.Simülasyonu yaparken t=0 den t=0,05 saniye ‘e kadar boost ve VSC dönüştürücünün sinyalleri bloke edilmişti. PV voltajı açık devre voltajına bağlıdır. Üç seviyeli köprü, doğrultucu diyot olarak çalışıyor ve kapasitörler 410 Volta kadar şarj ediliyor.T=0,05 saniye ’de, Boost ve VSC çeviriciler sinyalleri de-bloke oluyorlar. DC bağlantılar voltajı Vdc=409 volt olarak regle oluyor. Boost çeviricide duty cycle sabittir ve D= 0,5 dır salınım ölçerde göründüğü gibi ve güneş ışını da 1000 W/m2 ye ayarlanıyor. Kararlı durum t=0,25 Saniye’de elde ediliyor. Bunlardan dolayı sonuçta PV voltajı V_PV = (1-D)*Vdc= (1-0,5)*410=225 V ki bu sonuçlar yükselten salınım ölçerde gösterilmiştir. Güneş ışının şiddeti 1000W/m2 olduğu zaman maksimum güç Pmean skobunda göründüğü gibi 7,25 kw olduğu yerde PV ünitesinin çıkış gücü 6,25 kwtır. t=0,25 saniye ye kadar kararsızlık tüm sisteme yansıyor ve motor hem de pompanı çalışmasını ve su basıncı ve su debisini etkiliyor. 74 75 KAYNAKLAR 1. İnternet:Türkiye Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü.Yenilelebilir Enerji Kaynakları. URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.eie.gov.tr%2Feieweb% 2Fturkce%2FYEK%2Fruzgar%2Fruzgar_en_hak.html.&date=2015-11-11. Son Erişim Tarihi:11.11.2015 2. Mohan, N., Undeland, T., Robbins, P. (2003). Power Electronics. Hoboken, John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-42908-2. 3. Bailey, B. (1911). The Induction Motor. McGraw-Hill. 4. Nelson, C., Williams, J. (1986). Boost Converter Operation. LT1070 Design Manual. 5. İnternet:Tripp Lite: Power Inverter FAQ URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.tripplite.com%2Fsuppo rt%2Finverter-faq.+&date=2015-11-11. Son Erişim Tarihi:11.11.2015 6. Barnes, M. (2003). Practical variable speed drives and power electronics. Oxford, Newnes. 97. ISBN 0080473911. 7. Alger, P. (1949). Induction Machines. sub-section of Sec. Alternating-Current Generators and Motors. In Knowlton, Standard Handbook for Electrical Engineers (8th ed.). McGraw-Hill.705. 8. İnternet: Charles Sturt University AC Motors. URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2F%3Ahttp%3A%2F%2Fhsc.cs u.edu.au%2Fphysics%2Fcore%2Fmotors%2F2698%2FPhy935net.htm.+&date=201511-11. Son Erişim Tarihi:11.11.2015 9. Klooster, W. (30 July 2009). Icons of Invention the Makers of the Modern World from Gutenberg to Gates. Santa Barbara: ABC-CLIO. 305. ISBN 978-0-313-34744-3. 10. Electric Motors Reference Center by Machine Design magazine. (2014). Induction Motors. Penton Media, Inc. 11. Ferraris, G.(1885). Electromagnetic Rotation with an Alternating Current. Electrican 360–375. 12. Stephen, H. (2011). Alternating Current Fundamentals (8th ed.). US, Cengage Learning. 529–536. ISBN 1-111-03913-5 13. Shepard,G. (1956). Principles of Turbomachinery. McMillan. ISBN 0-471-85546-4. LCCN 56002849. 14. Reti, L., Di Giorgio, M. ( 1963). Francesco di Giorgio (Armani) Martini's Treatise on Engineering and Its Plagiarists. Technology and Culture ,4 (3), 287–298 (290). 15. Larry, A. (2003). Know and understand centrifugal pumps. Elsevier Ltd. ISBN 1856174093. 76 16. Masters, G. (2004). Renewable and efficient electric power systems 1st Edition, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 391-398, 410-428, 355-375. 17. Villalva, M., Gazoli, J., Ruppert, E. (2009). Modeling and circuit-based simulation of photovoltaic arrays, Brazilian Journal Of Power Electronics: 35-45. 18. İnternet: National Science Foundation, Photovoltaic Education Network, URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.pveducation.org%2Fpv cdrom.&date=2015-11-11. Son Erişim Tarihi:11.11.2015 19. İnternet: Türkiye Meteroloji genel Müdürlüü, Resmi İstatistikler URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.mgm.gov.tr%2Fverideg erlendirme%2Fil-ve-ilceler-istatistik.aspx%23sfU&date=2015-11-11 . Son Erişim Tarihi:11.11.2015 20. İnternet: Ankara Üniversitesi Ziraat Fakultesi, Sulama Suyu İhtiyacı URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.agri.ankara.edu.tr%2Fir rigation%2F1024__sulama_suyu_ihtiyaci.ppt.&date=2015-11-11. Son Erişim Tarhi:11.11.2015 21. İnternet: Elektrik Mühendisleri Odası, Solar PV Temel Egitimi URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.emo.org.tr%2Fekler%2 F8d4a0d9ffc42418_ek.pdf%3Ftipi%3D2%26turu%3DX&date=2015-11-11. Son Erişim Tarihi: 2015-11-11 22. Esram, T., Chapman, P. (2007). Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques. IEEE trans. on Energy Conv. 23. İnternet: How to Choose an Inverter for an Independent Energy System, URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.solarelectric.com%2Flib%2Fwind-sun%2FPump-Inverter.pdf.&date=2015-11-11. Son Erişim Tarihi: 11.11.2015 24. İnternet: Mathworks, Water Level Contol in a Tank, URL: http://www.webcitation.org/query?url=http%3A%2F%2Fwww.mathworks.com%2Fhel p%2Ffuzzy%2Fexamples%2Fwater-level-control-in-a-tank.html&date=2015-11-11.. Son Erişim Tarihi: 2015-11-11. 77 EKLER 78 EK-1. SunPower SPR-305-WHT’nin katalogu 79 EK-1. (Devamı) SunPower SPR-305-WHT’nin katalogu 80 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı : PARHIZKAR, Hamid Uyruğu : IRAN Doğum tarihi ve yeri : 01.02.1982, Khoy Medeni hali : Bekâr Telefon : 0538 898 4400 Faks : 0 (312) 394 07 88 e-mail : [email protected] Eğitim Derece Eğitim Birimi Mezuniyet tarihi Yüksek lisans Gazi Üniversitesi/Elektrik-Elektronik Müh. 2015 Lisans Najafabad Azad Üniversitesi/ Elektronik Müh. 2006 Lise Khoy Emam Khomeini 1999 İş Deneyimi Yıl Yer 2013-Halen Medikal Sistemler Yabancı Dil İngilizce,Farsça Yayınlar - Hobiler Spor, Müzik, Kitap okumak Görev Servis Mühendisi 81 GAZİ GELECEKTİR... GAZİ GELECEKTİR...
