fotovoltaik sistem ile akıllı tarımsal sulama uygulaması

T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
FOTOVOLTAİK SİSTEM İLE AKILLI TARIMSAL
SULAMA UYGULAMASI
BİTİRME ÖDEVİ
Orhan ŞEN
Barış Can ÇİÇEK
DANIŞMAN
Doç. Dr. Ali ÖZTÜRK
Bu ödev .. / .. /20... tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Oybirliği ile kabul edilmiştir.
……………….
……………….
……………….
Jüri Başkanı
Üye
Üye
TEŞEKKÜR
Lisans eğitimimizin her safhasında yardımlarını eksik etmeyen ve bitirme proje
konusunun belirlenmesinde olduğu gibi diğer aşamalarında da yardımını esirgemeyen
değerli danışman hocamız Doç. Dr. Ali ÖZTÜRK’e teşekkür ederiz.
Ayrıca lisans eğitimimiz boyunca bize emek harcayan, ilgilenen, sorunlarımızla alakadar
olan değerli bölüm hocalarımız Prof. Dr. Nedim TUTKUN, Doç. Dr. Mehmet Uçar,
Yrd. Doç. Selman ALKAN ve asistan hocalarımıza teşekkür ederiz.
ii
İÇİNDEKİLER
TEŞEKKÜR ........................................................................................................................ ii
SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ ..................................................................... v
ŞEKİLLER LİSTESİ ......................................................................................................... vi
TABLOLAR LİSTESİ ...................................................................................................... vii
ÖZET................................................................................................................................... 1
SUMMARY ........................................................................................................................ 2
1.GİRİŞ ............................................................................................................................... 3
2. TÜRKİYE’NİN GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ.................................................... 4
2.1 Türkiye’de Sulama Değerleri .................................................................................... 5
2.2 Tarımsal Sulamada Alternatif Enerji Kaynaklarının Kullanımı ............................... 6
3. FOTOVOLTAİK SİSTEMLER ...................................................................................... 7
3.1. Fotovoltaiklerin Elektriksel Karakteristikleri .......................................................... 7
3.2 Güneş Pillerinin Yapısal ve Karakteristik Özellikleri ............................................... 8
3.3 Güneş Pillerinin Yapısı ............................................................................................. 8
3.4 Fotovoltaik Sistem Türleri ........................................................................................ 9
3.4.1 Şebekeden Bağımsız Sistemler .......................................................................... 9
3.4.2 Doğrudan (Direkt) Bağlı Sistemler .................................................................. 10
3.4.3 Bataryalı (Akülü) Sistemler ............................................................................. 11
3.4.4 Şebeke Bağlantılı Sistemler ............................................................................. 11
3.4.5 Hibrit Sistemler ................................................................................................ 12
4.SİSTEMDE KULLANILAN ARAÇ-GEREÇLER ....................................................... 13
4.1 Arduino kontrol devresinde kullanılan elemanlar ................................................... 13
4.1.1 Arduino Uno..................................................................................................... 13
4.1.2 Toprak Nem Sensörü........................................................................................ 16
Teknik Özellikler .......................................................................................................... 16
4.1.3 DHT11 Hava Sıcaklık ve Nem sensörü ........................................................... 17
4.1.4 ACS712 Akım Sensörü ........................................................................................ 17
4.1.5 HC-05 Bluetooth Modül .................................................................................. 18
4.1.6 220/5V Röle Modül.......................................................................................... 18
4.1.7 LCD Ekran (LM016L) ..................................................................................... 19
4.1.8 7805 Voltaj Regülatörü ve Devresi .................................................................. 19
4.2 Sistem kontrol panosunda kullanılan elemanlar .................................................... 20
4.2.1 Zamanrölesi ...................................................................................................... 20
iii
4.2.2 Kontaktör.......................................................................................................... 21
4.3 Fotovoltaik Sistemde Kullanılan Cihazlar ve Elemanlar ....................................... 22
4.3.1 Fotovoltaik Panel ............................................................................................. 22
4.3.2 Inverter ............................................................................................................. 23
4.3.3 Aküler ............................................................................................................... 23
4.3.4 Dalgıç Pompa ................................................................................................... 24
5. SİSTEM KURULUMU ve ÇALIŞMASI ..................................................................... 25
5.1 Fotovoltaik Sistemin Kurulumu .............................................................................. 25
5.2 Kontrol panosunun tasarımı .................................................................................... 25
5.3 Sistemin Çalışması .................................................................................................. 26
5.3.1 Enerji elde edilmesi .......................................................................................... 26
5.3.2 Toprak Nem Sensörü ile Dalgıç Pompa Kontrol ............................................. 26
6. SİSTEM VERİLERİNİN İZLENMESİ ve ARIZA BİLDİRİMİ .................................. 27
6.1 Verilerin İzlenmesi .................................................................................................. 27
6.2 Arıza bildirimi ......................................................................................................... 29
6.3 WatchPower Programı ile Fotovoltaik Sistemin İzlenmesi .................................... 30
7. SİSTEM YAZILIMLARI ............................................................................................. 31
7.1 Arduino Yazılımı .................................................................................................... 31
7.2 Android Uygulama Yazılımı ................................................................................... 35
8.SONUÇLAR VE ÖNERİLER ....................................................................................... 37
9. KAYNAKÇA ................................................................................................................ 39
iv
SİMGELER VE KISALTMALAR LİSTESİ
W
Watt
Wh
Watt – saat
ɳ
Verim ya da etkinlik
P
Güç (Watt)
Ah
Amper-saat
I
Akım Şiddeti
V
Gerilim
R
Direnç
P
Aktif Güç
Q
Reaktif Güç
E
Elektrik Enerjisi
F
Frekans
Cosφ
Güç Faktörü
A
Amper
V
Volt
Ω
Ohm
VAR
VAR
Hz
Hertz
v
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1.1Türkiye’de sulanan alanlar(DSİ,2013)………………………………………….5
Şekil 2.2.1 Türkiye’nin alternatif enerji kaynakları potansiyeli…………….....................6
Şekil3.1 Paneller ile dizileri oluşturan modüller ve hücreler…………………………….7
Şekil3.3 Güneş pilinin yapısı……………………………………………………………..8
Şekil3.4 Fotovoltaik sistem türleri……………………………………………………......9
Şekil3.4.1 Şebekeden bağımsız PV sistem şeması………………………………………10
Şekil 3.4.2 Fotovoltaik destekli ve depolu su pompalama sistemi……………………....10
Şekil3.4.4 Şebeke bağlantılı PV sistem şeması………………………………………….11
Şekil4.1.8 7805 entegresi………………………………………………………………..19
Şekil4.1.8.1 7805 devre şeması………………………………………………………….20
Şekil .. Zaman rölesi ve kontakları……………………………………………………....20
Şekil.. Kontaktör bağlantısı……………………………………………………………...21
Şekil4.3.1 Fotovoltaik hücrenin elektriksel modeli……………………………………...22
Şekil4.3.1.1 FV Paneller…………………………………………………………………22
Şekil4.3.2 Inverter (1600W)……………………………………………………………..23
Şekil4.3.3 12V 100Ah kapasiteli akü…………………………………………………....23
Şekil4.3.4 Dalgıç pompa………………………………………………………………...24
Şekil5.1 Inverter ve akü bağlantıları………………………………………………….....25
Şekil5.2 Kontrol panosu…………………………………………………………………25
Şekil5.3.1 Inverter ekran göstergesi……………………………………………………..26
Şekil5.3.2 Gerilim bölücü devre…………………………………………………………26
Şekil6.1 MIT App Inventor Tasarım Ekranı [24]……………………………………......27
Şekil6.1.1 Blok Şemalar ile Kodlama [24]………………………………………………27
Şekil6.1.2 Tasarlanan Android uygulama………………………………………………..28
Şekil6.1.3 HC-05 bağlantı kurma ekranı………………………………………………...28
Şekil6.1.4 Verilerin uzaktan izlenmesi…………………………………………………..28
Şekil6.2 SMS arıza bildirimleri………………………………………………………….29
Şekil6.3.1……………………………………………………………………………...…30
Şekil6.3.2…………………………………………………………………………….......30
Şekil6.3.3………………………………………………………………………………...30
Şekil7.2 Tasarlanan uygulama ekranı……………………………………………………35
Şekil8.1 Kontrol Panosu…………………………………………………………………38
Şekil8.1.1……………………………………………………………………………...…38
Şekil8.1.2………………………………………………………………………………...38
vi
TABLOLAR LİSTESİ
Tablo 1 Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ......................... 4
Tablo 2 Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre
dağılımı ............................................................................................................................... 5
Tablo 3 LCD pin ve fonksiyonları .................................................................................... 19
Tablo 4 Dalgıç pompa teknik özellikleri ........................................................................... 24
vii
ÖZET
Bu çalışmada şebeke elektriğinin olmadığı tarımsal alanlarda güneş pilli bir su
pompalama sisteminin tasarımı yapılmış ve gerçekleştirilmiştir. Verimi arttırmak için
Arduino tabanlı kontrol sistemi ile nem sensörü kullanılmıştır. Belli bir değerin altında
pompa çalışmakta, uygun su miktarı sağlanınca pompa durmaktadır. Yakın mesafede
izleme yapılabilmesi için bluetooth haberleşmeli Android uygulama tasarlanmıştır.
Ayrıca sistemde arıza kontrolü yapılmıştır. Herhangi bir arıza durumda kullanıcıya SMS
ile bilgi verilecek şekilde tasarlanmıştır. Çalışmada 2 adet 220 watt PV panel, 2 adet 12 V
100Ah batarya, 1 adet 1600 watt inverter, 1 adet 1 HP dalgıç pompa kullanılmıştır.
Sistem gerçekleştirilip çalıştırıldıktan sonra inverter’in WatchPower programıyla güç
akışı, yük akımı, gerilim, frekans gibi parametreler incelenmiştir.
Anahtar kelimeler : Güneş Enerjisi, Fotovoltaik Sistemler, Tarımsal Sulama
1
SUMMARY
In this Project it made the design of a solar-powered water pumping systems and
implemented at agricultural areas where there is no grid power. Arduino-based control
system with humidity sensor is used to increase the yield. pump stop when suitable
amount of water is established. Bluetooth communicate Android application is designed
in order to monitor at close range. In addition, the system fault check is made. If any fault
is happened, it is designed to provide information to the user via SMS. In the Project, 2 x
220-watt PV panels, 2 12V 100Ah battery, 1 x 1600 watts inverter and 1 HP submersible
pumps are used. After system run , power flow - , load current- , voltage,- frequency,
such parameters were investigated.
2
1.GİRİŞ
Bugün Türkiye’de tarımsal sulama; elektrik, mazot veya petrol gibi konvansiyonel enerji
kaynakları ile çalışan su pompaları kullanılarak yapılmaktadır. Elektrik olmayan veya
elektrik götürülmesi güç ve pahalı olan tarımsal alanlarda, mazot ve petrol ile çalışan
pompalar kullanılmaktadır.[1] Bu tip sistemlere sık bakım gerekmektedir. Güneş enerjisi
ile çalışan su pompası sistemleri ise günlük bakım istemedikleri gibi arzu edilen herhangi
bir yerde, bol güneş olması şartı ile kurulabilirler. Bu tip sistemlerin ilk kuruluş
masrafları yüksek olmasına rağmen, yakıt ve bakım ihtiyaçları olmadığından kısa
zamanda ekonomik duruma geçerler.
Ülkemizde, güneş pilli enerji üretim sistemleri özellikle enerji nakil hatlarının
ulaşamadığı veya ulaşmasının yüksek maliyet gerektirdiği yerlerde kullanılabilir.
Bununla birlikte, bu tür sistemlerce üretilen elektrik enerjisinin izlenmesi ve kontrolü de
önem arz etmektedir. Elektrik enerjisinin üretimi ve tüketimi esnasında oluşan akım ve
gerilim gibi elektriksel verilerin izlenmesi, kaydedilmesi ve sistemin kontrolü Arduino
tabanlı veri izleme ve kontrol sistemi ile gerçekleştirilebilir.
Tarım sektöründe enerji kullanımına ilişkin son gelişmeler, yoğun enerji tüketilen sulama
uygulamalarının enerji korunumun da önemli bir yeri olduğunu göstermiştir. Son yıllarda
sulama uygulamalarında enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik olarak yapılan
araştırmalar; sulama amacıyla yeni ve yenilenebilir doğal enerji kaynaklarının
kullanılmasına ve fosil yakıtların tüketildiği geleneksel sistemlerine alternatif olarak,
düşük maliyetli ve etkinliği yüksek sulama sistemlerinin geliştirilmesine
yönlendirilmiştir. En önemli yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisinden tarımsal
sulama amacıyla yararlanılması durumunda, toplam üretim giderleri içerisinde büyük yer
tutan sulama giderleri azalacak ve buna bağlı olarak üretim maliyeti de azalacaktır.
Alışılagelen enerji kaynaklarından elde edilen enerji bedellerinin yüksek olması
nedeniyle, tarımsal sulama amacıyla yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarından
yararlanmak büyük önem kazanmıştır. Sulama uygulamalarında, günümüz enerji varlığını
korumak ve çevre kirlenmesini önlemek amacıyla fosil enerji kaynakları yerine, doğal
enerji kaynaklarından yararlanılması öncelikli bir gereksinimdir. Uzun bir geçmişi olan
sulama işlemi için en az güç kullanarak su pompalama amacıyla birçok yöntem
geliştirilmiştir. Su pompalama için uygulanan bu yöntemlerde, insan enerjisi, hayvan
gücü, rüzgar, güneş ve fosil yakıtlar gibi değişik güç kaynaklarından yararlanılmaktadır.
Güneş enerjisiyle sulama sistemlerinin, içten yanmalı motorlar ile çalıştırılan sulama
sistemlerine kıyasla başlıca üstünlükleri; pratik olarak bakım gereksinimlerinin olmaması,
kullanım sürelerinin uzun olması, yakıt gerektirmemeleri ve dolayısıyla çevreyi
kirletmemeleridir. Diğer önemli bir üstünlükleri de, enerji kaynağı olarak güneşten
yararlanmalarıdır [2]. Sulama uygulamalarında, suya en fazla gereksinim duyulan zaman,
güneş ışınımının en fazla olduğu zamandır. Bu durum, bu sistemler için bir üstünlük
olarak değerlendirilebilir. Bu sistemlerin başlıca olumsuzlukları ise; başlangıç
maliyetlerinin yüksek olması ve sistemlerinin verimlerinin geçerli hava koşullarına bağlı
olarak değişmesidir.
3
Güneş’in etrafına yaydığı enerji, çok derinlerinden (en merkezdeki iç bölgeden)
gelmektedir. Burada yüksek basınç ve sıcaklığın etkisiyle çok büyük nükleer reaksiyonlar
ortaya çıkar. Merkezdeki yüksek sıcaklık altında gerçekleşen (füzyon çekirdek
kaynaşmasıyla) reaksiyonlarla hidrojenler birleşerek helyuma dönüşürler. Bu dönüşüm
sonucunda açığa çıkan elektron, proton ve nötron artıkları uzay boşluğuna fırlarlar. Bu
reaksiyonda mutlak kütle korunumu olmaz. Bir kısım parçacık enerjiye dönüşür. Nükleer
füzyon isimli bu sentez reaksiyonu sırasında muazzam miktarda enerji açığa çıkarılır. Bu
enerji uzay boşluğunda farklı yönlerde yayılır. Güneş’in enerjisini salan dış yüzeyinin
toplam kapasitesi 3.86x1026 W civarındadır. Bu miktarın 1370 W/m2 ‟si (güneş sabiti)
atmosfer dışına ulaşmaktadır. Yeryüzüne ulaşan miktar ise 0–1100 W/m2 arasındadır. Bu
enerjinin Dünya’ya gelen bu küçük bölümü bile, insanlığın mevcut enerji tüketiminden
kat kat fazladır [3].
Güneşin önemini açıklayan diğer bir unsur bütün enerji kaynaklarının dolaylı veya
doğrudan bu kaynaktan yayılan ışınların farklı şekillerde depo edilmesi sonucu oluştuğu
gerçeğidir. Bitkiler fotosentez sırasında güneş ışığı kullanarak yaşam için gerekli
maddeleri oluştururlar. Bu dönüşüm son derece temiz bir şekilde olmaktadır. Atık olarak
çevreye sadece su verilmektedir. Günümüzde çevre bilincinin artmasıyla insanlar,
bitkilerde olduğu gibi bu enerji kaynağını dolaylı olarak değil doğrudan kullanmak
istemektedirler. Bunun için güneşten yayılan ve foton enerjisi şeklinde bize ulaşan bu
ışınımın bir şekilde kullanılabilir hale getirilmesi şarttır.
2. TÜRKİYE’NİN GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ
Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından
birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde
(DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti
verilerinden yararlanarak Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü (EİE) tarafından
yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat
(günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m²- yıl (günlük
toplam 3,6 kWh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Aylara göre Türkiye güneş enerji
potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ise Tablo 1’de verilmiştir [4].
Tablo 1 Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri
Aylar
Ocak
Şubat
Mart
Nisan
Mayıs
Haziran
Temmuz
Ağustos
Eylül
Ekim
AYLIK TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ
(kcal/cm2 -ay)
(kWh/cm2 -ay)
4,45
51,75
5,44
63,27
8,31
96,65
10,51
122,23
13,23
153,86
14,51
168,75
15,08
175,38
13,62
158,4
10,6
123,28
7,73
89,9
4
GÜNEŞLENME SÜRESİ
(Saat/Ay)
103
115
165
197
273
325
365
343
280
214
Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunu
Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi
değerlerinin bölgelere göre dağılımı Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2 Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı
TOPLAM GÜNEŞ ENERJSİ GÜNEŞLENME SÜRESİ
(kw/m2 - yıl)
(Saat/yıl)
G. DOĞU ANADOLU
1460
2993
AKDENİZ
1390
2956
DOĞU ANADOLU
1365
2664
İÇ ANADOLU
1314
2628
EGE
1304
2738
MARMARA
1168
2409
KARADENİZ
1120
1972
BÖLGE
Ancak bu değerlerin, Türkiye’nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu daha sonra
yapılan çalışmalar ile anlaşılmıştır. 1992 yılından bu yana EİE ve DMİ, güneş enerjisi
değerlerinin daha sağlıklı olarak ölçülmesi amacıyla güneş enerjisi ölçümleri
almaktadırlar. Devam etmekte olan ölçüm çalışmalarının sonucunda, Türkiye güneş
enerjisi potansiyelinin eski değerlerden %20-25 daha fazla çıkması beklenmektedir.
2.1 Türkiye’de Sulama Değerleri
Türkiye’nin yüzölçümü 78 milyon hektar (783.577 km²) olup, tarım arazileri bu alanın
yaklaşık üçte biri yani 28 milyon hektar mertebesindedir. Yapılan etütlere göre ekonomik
olarak sulanabilecek 8,5 milyon hektar alanın 2011 yılı sonu itibari ile toplam 5,61
milyon hektarı Şekil 1.4’ de verildiği gibi sulamaya açılmıştır. Bu miktarın 3,32 milyon
hektarı Devlet Su İşleri (DSİ) tarafından inşa edilmiş modern sulama şebekesine sahiptir.
1,3 milyon hektarı Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü (KHGM) ve İl Özel İdareleri
tarafından işletmeye açılmıştır. Ayrıca, yaklaşık 1 milyon hektar alanda halk sulaması
yapılmaktadır [5].
Şekil 2.1Türkiye’de sulanan alanlar(DSİ,2013)
5
2.2 Tarımsal Sulamada Alternatif Enerji Kaynaklarının Kullanımı
Türkiye’nin alternatif enerji kaynakları potansiyeli Tablo 1.6’da verilmiştir. Günümüz
Türkiye'sinde alternatif enerji kaynaklardan en çok klasik biyokütle enerji ve hidrolik
enerji kullanılmaktadır. Jeotermal enerjiden yararlanma üçüncü sırada yer almakla
birlikte, kullanımı sınırlıdır. Güneş enerjisi kullanımı düşük düzeyde iken, rüzgar enerjisi
kullanımı giderek artış göstermektedir [7].
Şekil 2.2.1 Türkiye’nin alternatif enerji kaynakları potansiyeli
Uygulama alanı ve teknolojilerine bağlı olarak tarımda alternatif enerji kaynaklarının
kullanılması durumunda:
∙ İşletme giderleri azalır.
∙ Dış alım yapılan fosil enerjilere olan gereksinim azalır.
∙ Elektriksel güç için aşırı talep azalır.
∙ Çevre kirliliği azalır.
∙ Ekonomik gelişme sağlanır.
Tarımsal üretim işlemlerinde yararlanılabilecek alternatif enerji teknolojisinin seçimi,
gerekli enerjinin çeşidi, alternatif enerji kaynağı, tarımsal yapı ve işlemlerin tasarımına
bağlıdır. Tarımsal üretim işlemleri arasında çok fazla miktarda enerji tüketilen başlıca
işlemler: sulama, ürün kurutma, sera ve hayvan barınaklarının ısıtma ve soğutulmasıdır.
Bu işlemler sırasında yaygın olarak; motorin, doğal gaz, elektrik, sıvılaştırılmış petrol
gazı veya propan gibi yakıtlar kullanılmaktadır. Tarımda güneş enerjisi kullanımının
planlı biçimde artırılması gereklidir. Tarımsal yapıların ısıtılmasında güneş enerjisiyle
pasif ve/veya aktif olarak ısıtma uygulamalarından yararlanılmalıdır. Güneş enerjisi ile
yüksek sıcaklıktaki uygulamalar, soğutma uygulamaları, ve fotovoltaik teknoloji ile
üretilen elektrikten tarımsal üretimde yararlanılabilir. Tarımsal sulama işlemlerinde güneş
pillerinden yararlanılması durumunda: gerekli su miktarı, sulama için gereken zaman, su
kaynağının durumu, gerekli su miktarı, kuyu derinliği, suyun kimyasal yapısı ve su
depolama tanklarının kapasitesi gibi özellikler dikkate alınmalıdır [8].
6
3. FOTOVOLTAİK SİSTEMLER
3.1. Fotovoltaiklerin Elektriksel Karakteristikleri
Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren özel hazırlanmış malzemelere güneş pili
denir. Güneş pili denmesinin sebebi bünyesinde meydana gelen elektron hareketlerinin
mevcut pillere benzer olmasından kaynaklanmaktadır. Her ikisi de iki farklı yükle
yüklenmiş katmanlar ve bu katmanlar arasında geçirgen nötr bölgeden oluşurlar.
Katmanlara bağlanan bir kablo aracılığıyla elektron hareketi sağlanır. Farklı yanları ise
elektrik akımının kaynağıdır. Pillerde elektrik akımını, kutuplar arasında kimyasal
olaylarla oluşturulmuş gerilim ve akım oluştururken (mevcut bir yük varken), güneş
pilleri yakaladıkları fotonlar miktarınca yüklenirler. PV sistemlerin en temel yapı taşı
olan güneş pilleri farklı şekillerle bir araya gelerek modülleri oluştururken bu modüller de
amaca göre değişik şekillerde bir araya getirilerek panelleri oluştururlar [9]. Şekil 3.1‟de
hücrelerin modülleri, panelleri ve dizileri oluşturması gösterilmiştir.
Şekil3.1 Paneller ile dizileri oluşturan modüller ve hücreler
7
3.2 Güneş Pillerinin Yapısal ve Karakteristik Özellikleri
Güneşten emdikleri foton ışınlarının enerjisiyle akım ve gerilim oluşturan sistemlerin
yapısı bu ışınları daha fazla tutmak (soğurmak) ve elektrik akımı oluşturmak üzere
özelleşmiştir. Gelişmiş modellerinde odaklayıcı aynalar bulunurken, teknolojinin
ilerlemesiyle kullanılan malzemelerin çeşitliliği ve kalitesi artmakta, bu da verimde artış
sağlamaktadır. Güneş pillerinin yapısının çok büyük bir bölümünü verimi düşük yarı
iletkenler oluşturur. Yapıları karmaşık gibi görünse de temel çalışma prensipleri 1840‟lı
yıllarda ortaya konulmuştur.Zamanla gelişen teknolojiyle verimler % 20‟lere kadar
çıkmış ve kullanım alanları çoğalmıştır. Şüphesiz burada en büyük pay üretim
yöntemlerinin geliştirilmesine aittir. Petrol krizine kadar duraklamaya giren üretim bu
dönemden sonra tarımsal sulama, evsel kullanım, su pompalama, gece aydınlatması, akü
şarjı, elektrik şebekelerinin beslenmesi gibi çok geniş alanlarda kullanılmaya
başlanmıştır.Günümüzde laboratuvar ortamında verimleri % 40‟a ulaşan hücreler üretilse
de maliyetleri nedeniyle kullanılabilir durumdaki güneş pillerinin verimleri yaklaşık %
20-25 arasında değişmektedir [9].
3.3 Güneş Pillerinin Yapısı
Yarı iletkenler olarak adlandırılan PV hücrelerde kullanılan maddeler bazen elektron
alırken bazen de elektron vererek yörüngelerini tamamlarlar. Bu elementlere uygun
elementler eklenerek elektron alıp-verme etkilerinin dışarıdan alınacak enerjiyle ortaya
çıkması sağlanabilir. Böylece yarı iletken parçasının bir kısmı negatif elektron alan bir
tarafı ise pozitif elektron veren (P ve N tipi) hale getirilerek elektrik akımı oluşturulabilir.
Daha sonra bu P ve N parçalar birleştirilir. Birleştirilmeden önce her ikisinin de proton ve
elektronları birbirine eşittir. P tipi malzemenin kristal yapısında boşluklar (hole), N
tipinin etrafında ise valans elektronları vardır. Birleştirildiklerinde N tipi malzemedeki
elektronlar P tipi malzemeye doğru harekete başlarken, P tipi malzemedeki delikler ise N
tipi malzemeye doğru hareket ederler. Sonuç olarak ani bir dengesizlik oluşur. Birleşme
bölgesinde, Fosfor eklenmiş olan N tipi (negatif yükleyici) malzeme bazı valans
elektronlarını (kristal yapı etrafında bulunan) kaybeder ve pozitif yüke sahip olur. Bor
eklenmiş P tipi (pozitif yükleyici) malzeme ise bazı ek elektronlar kazandığı için net bir
negatif yüke sahip olur. N tipi malzemeden ayrılan elektronlar kendilerine yaklaşan
delikleri doldururlar. Boşlukları doldurulan atomlar bir elektriksel alan oluşturarak daha
fazla deliğin ve elektronun geçişini engeller. Her geçen elektron bu elektrik alanı
büyüterek iki malzeme arasında bir bölge oluştururlar. Geçiş bölgesindeki bütün serbest
elektron ve delikler bu bölgenin dışına itilirler. Bu olay her iki tarafta yük dengesi
oluşana kadar devam eder. Güneş enerjisinden elektrik akımı elde edilmesini sağlayan
çoğunluk taşıyıcılar değil azınlık taşıyıcılardır. Azınlık taşıyıcı miktarı doğrudan doğruya
bu bölgeleri etkileyen ışık ve ısıya bağlıdır [10]. Şekil 3.2‟de bir güneş pilinin yapısı
gösterilmiştir.
Şekil3.3 Güneş pilinin yapısı
8
3.4 Fotovoltaik Sistem Türleri
Fotovoltaik sistemler, güneş enerjisinden doğrudan elektrik enerjisi üreten sistemlerdir ve
bu sistemler genel olarak şebekeye bağlı ve şebekeden bağımsız olmak üzere iki gruba
ayrılırlar. Şekil 3.3‟de PV sistemlerin türlerine göre gruplandırılması görülmektedir.
Şekil3.4 Fotovoltaik sistem türleri
3.4.1 Şebekeden Bağımsız Sistemler
Şebekeden bağımsız PV sistemler genellikle yerleşim yerlerinden uzak olan bölgelerde
enerji taleplerini karşılayan sistemlerdir. Bu sistemlerin güç aralıkları birkaç watt‟tan
birkaç yüz kW‟lara kadar değişebilmektedir ve çok çeşitli türlerde yüklerin enerji talebini
karşılayabilmektedirler. Bu sistemler, kullanılan depo elemanına (akü) ve yükün çeşidine
göre birkaç farklı şekilde kurulabilmektedirler. Şekil 3.4‟de şebekeden bağımsız
sistemlerin şematik gösterimi verilmiştir [29]. Alternatif akımın gerekli olduğu
uygulamalarda, sisteme bir inverter eklenerek akümülatördeki doğru gerilim alternatif
şebeke gerilimine dönüştürülür. Değişen yük ihtiyacını karşılamak için bazen hibrit
destekli olarak da kullanılırlar. Böylece daha güvenilir sistemler oluşturulur. Birçok
ülkede bu şekilde kurulmuş PV sistemlerin, iletişim, denizcilik, gözetleme kuleleri, su
pompaları, kara/deniz/hava yolları ile ilgili sinyaller, petrol ve gaz hatlarında
korozyondan korunma vb. uygulamaları gün geçtikçe artmaktadır [12].
Şebekeden bağımsız sistemler kurulurken yük tüketimleri ile ekonomik kriterler dikkate
alınmalıdır. Burada yük tüketimleri ihtiyaçları karşılayacak seviyede olmalı, fakat israftan
kaçınılmalıdır. Özellikle ısınma amaçlı enerji ihtiyaçları mümkünse başka kaynaklardan
sağlanmalıdır. Güneş enerjisi su ısıtmada kullanılabilir. Klimalar ve elektrikli sobalar
sistemde çok fazla enerji tükettiğinden minimum düzeyde kullanılmalı, mümkünse
kullanılmamalıdır. Enerji talebini karşılamak çoğunlukla teknik açıdan mümkün olmasına
karşın, sistemin boyutlarının büyümesi maliyetleri arttırmaktadır. Sistemde akü
maliyetlerinin artması ve akülerin de ömürlerinin kısa olması nedeniyle ekonomik olarak
olumsuzluklar içermektedir [13].
9
Şekil3.4.1 Şebekeden bağımsız PV sistem şeması
3.4.2 Doğrudan (Direkt) Bağlı Sistemler
Direkt bağlı sistemler bağımsız PV sistemlerin en basit çeşididir. Bu sistemde bir doğru
akım yükü, PV panele veya dizisine eksi ve artı uçları karşılıklı gelecek şekilde direkt
olarak bağlanır. Elektrik depolayıcı barındırmayan bu sistem, PV dizi tarafından üretilen
gücün ve yükün aynı yerde olduğu durumlarda kullanılabilir. Bu sistemler Şekil3.4.2‟de
görüldüğü gibi en çok tarımsal sulama ihtiyacını karşılamak amacıyla kullanılmaktadır.
Şekil 3.4.2 Fotovoltaik destekli ve depolu su pompalama sistemi
10
3.4.3 Bataryalı (Akülü) Sistemler
Bu tür sistemlerde yeterli sayıda PV modül, enerji kaynağı olarak kullanılır. Güneşin
yetersiz olduğu zamanlarda ya da özellikle geceleri kullanılmak üzere genellikle sistemde
akü bulundurulur. PV modüller gün boyunca elektrik enerjisi üretir, bunu aküler depolar,
yüke gerekli olan enerji akülerden alınır. Şekil 3.4‟de akülü bir PV sistemin blok
diyagramı verilmiştir.
Akülü sistemlerde akü ile modül arasındaki denetim birimi güneş ışınım şiddetindeki
değişimleri direkt olarak sisteme yansıtmadan sabite yakın bir gerilim ile sistemi
çalıştırır. Ancak sisteme ulaştırılan akım ve gerilim değerleri maksimum güce karşılık
gelen akım ve gerilim değerlerinin altında seyreder. Söz konusu bu iki kombinasyona
alternatif olarak ortaya çıkan MPPT‟li sistemlerin, PV modüllerin her zaman maksimum
güç üretecek noktada çalışmasını temin etmesinden dolayı çalışma performansları daha
yüksektir [12].
3.4.4 Şebeke Bağlantılı Sistemler
Ürettiği enerjiyi şebekeye aktaran ve tüketicinin hem şebekeden hem de ürettiğinden
faydalanarak ihtiyacını karşıladığı sistemlerdir. Özellikle enerji ihtiyacının fazla olduğu
saatlerde devreye sokularak enerji sistemi rahatlatılmakta ve aynı zamanda enerji üretilen
yerden fazla uzaklarda kullanılmadığı için kayıpların asgari seviyede kalması sağlanmış
olmaktadır. Bu sistemlerde örneğin bir konutun elektrik gereksinimi karşılanırken,
üretilen fazla elektrik çift yönlü sayaç kullanılarak şebekeye satılır, yeterli enerjinin
üretilmediği durumlarda ise şebekeden enerji alınır. Bu sistemlerin en önemli parçası
eviricidir. PV paneller DA üretirler. PV panellerde üretilen doğru akımın alternatif akıma
dönüştürülmesi ve şebekeye uyumlu olması gerekmektedir. Bunun için, DA/AA
inverterler kullanılır [12]. Şekil3.4.4’te şebeke bağlantılı PV sistem diyagramı
görülmektedir.
Bu tip sistemlerde, eviricinin şebekeye aktardığı güç öncelikle yerel yükler tarafından
tüketilmektedir. Artan güç ise elektrik şebekesine verilerek daha uzaklarda bulunan
yükler tarafından tüketilmektedir. Genellikle 5 kW altındaki güçlerde tek fazlı şebeke
bağlantılı inverterler, daha yüksek güçlerde ise 3 fazlı şebeke bağlantılı inverterler
kullanılmaktadır [14].
Şekil3.4.4 Şebeke bağlantılı PV sistem şeması
11
Şebeke bağlantılı sistemler inverterlerin kontrolleri ile şebekenin karakteristiklerine
uygun olarak çalışmaktadır. Ülkelerin şebekeleri için belirledikleri gerilim, frekans ve
harmonik seviyeleri üretim santralinin karakteristiğinden bağımsız olarak uyulması
gereken temel parametrelerdir. Bu parametreler özellikle inverter firmaları tarafından
dikkate alınarak uygun konfigürasyonda çalışma sınırları belirlenir. Ülke ayarları denilen
bu ayarlar elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımından sorumlu olup, limitler devletin
yetkili kuruluşları tarafından belirlenir. Gerilim ve frekansın ülke için izin verilen
limitlere uygun olarak çalışması inverter üzerinden ayarlanır. Bu sayede daha güvenli ve
standartlaşmış bir elektrik üretim sistemi kurulmuş olur.
İnverterler bu ayarları sayesinde şebeke gerilim ve frekans değerlerini çok kısa
periyotlarla takip ederler. Bu limitlerin dışına çıkıldığında sistem kendisini otomatik
olarak kapatır. Bu durumun en önemli nedeni enerji dağıtım sisteminde arıza veya bakım
işlemleri sırasında görevli personelin zarar görmesini önlemektir. Mesela, güneşli bir
günde şebeke arızasından veya bakım yapılması gerektiğinden bir bölgenin elektriğinin
kesildiği varsayılırsa, PV sistemler elektrik üretmeye devam edecektir ve üretilen
elektriği eğer tüketim yoksa şebekeye verme eğiliminde olacaktır. Bu durumda bakım
ekiplerinin elektriğin kesildiğini düşünmelerine karşın, PV sistemin ürettiği gerilimden
zarar göreceği düşünülmelidir. İnverterin çalışma prensibi açısından böyle bir duruma
sebep vermesi mümkün değildir. Şebekenin olmadığını gören inverter mili saniyeler
içinde çalışmayı durduracaktır.
Şebekeye bağlı sistemlere sahip olan tüketiciler şebeke olmadığı zamanlarda da
elektriksiz kalmayacaklardır. Şebeke gittiğinde elektriğin kullanılmaya devam edilmesi
isteniyorsa; şebekeden kendini izole edip üretime devam eden veya depolanan enerjiyi
kullanabilen yedekleme ünite sistemleri kurulması gereklidir. Yedekleme sistemleri akü
gurupları ile depolama yapabilen, duruma göre dizel veya rüzgâr türbinleri ile takviye
edilebilen sistemlerdir. Şebeke bağlantılı sistemler küçük evsel kurulumlardan santral tipi
kurulumlara kadar çok geniş bir ölçekte değerlendirilmelidir [13].
3.4.5 Hibrit Sistemler
Hibrit sistemler enerji üretiminde farklı teknolojilerin bir arada kullanıldığı sistemlerdir.
Hibrit sistemler tek bir enerji üretim kaynağına bağlı olmadığı için enerji güvenliği
yönünden daha etkindir. Bu sistemler genelde güneş, rüzgar, dizel generatör,
hidroelektrik
ve
hidrojen
enerjisi
teknolojilerinden
birkaçını
kullanarak
oluşturulmaktadır. Şebeke bağlantılı veya şebekeden ayrık olarak hibrit sistemler
kurulabilmektedir. Özellikle PV sistemlerde kış aylarında üretilen enerjinin azalmasına
karşılık hibrit sistemlerle enerji üretimini takviye etmek, sistem kurulum maliyetlerini
oldukça düşürmektedir. PV ve dizel generatörün birlikte kullanıldığı hibrit şebekeden
bağımsız sistemlerde yakıt tüketimleri oldukça düşmektedir. Buna ek olarak, kış ayları
için PV sistem kurulu gücü büyük tutulmak zorunda olmadan ilk yatırım maliyetleri
düşürülebilir.
Enerji depolama, güç elektroniği ve akü çözümleri ile rüzgar, güneş ve dizel generatör
gibi farklı enerji üretim sistemlerinden üretilen enerjiyi depo edebilen ve yükleri
kontrollü olarak besleyen ileri teknoloji bir hibrit enerji kontrol teknolojisi geliştirilmiştir.
Modüler olarak üretilmekte olan bu üniteler şebeke bağlantılı sistemlerde, yenilenebilir
enerjilerde oluşacak dengesiz üretimleri düzenlerken, şebekeden bağımsız sistemlerde
tüm üretim kaynakları ve tüketim kaynaklarını kontrol eden merkez birimlerdir. Sistem
modüler olduğundan, mesela 100 kVA‟dan 20 MVA seviyesine kadar enerjinin depo
edilmesi ve kontrolü sağlanabilmektedir [13].
12
4.SİSTEMDE KULLANILAN ARAÇ-GEREÇLER
4.1 Arduino kontrol devresinde kullanılan elemanlar
4.1.1 Arduino Uno
Arduino Uno ATmega328 mikrodenetleyici içeren bir
Arduino kartıdır. Arduino 'nun en yaygın kullanılan kartı
olduğu söylenebilir.
Arduino Uno 'nun 14 tane dijital giriş / çıkış pini vardır.
Bunlardan 6 tanesi PWM çıkışı olarak kullanılabilir.
Ayrıca 6 adet analog girişi, bir adet 16 MHz kristal
osilatörü, USB bağlantısı, power jakı (2.1mm), ICSP
başlığı ve reset butonu bulunmaktadır. Arduino Uno bir mikrodenetleyiciyi desteklemek
için gerekli bileşenlerin hepsini içerir. Arduino Uno 'yu bir bilgisayara bağlayarak, bir
adaptör ile ya da pil ile çalıştırabilirsiniz. Aşağıdaki resimde Arduino Uno R3 'ün
kısımları gösterilmektedir.[23]
1. USB jakı
2. Power jakı (7-12 V DC)
3. Mikrodenetleyici ATmega328
4. Haberleşme çipi
5. 16 MHz kristal
6. Reset butonu
7. Power ledi
8. TX / NX ledleri
9. Led
10. Power pinleri
11. Analog girişler
12. TX / RX pinleri
13. Dijital giriş / çıkış pinleri (yanında ~ işareti olan pinler PWM çıkışı olarak)
14. Ground ve AREF pinleri
15. ATmega328 için ICSP
16. USB arayüzü için ICSP
Arduino Uno Teknik Özellikleri











Mikrodenetleyici : ATmega328
Çalışma gerilimi : +5 V DC
Tavsiye edilen besleme gerilimi : 7 - 12 V DC
Besleme gerilimi limitleri : 6 - 20 V
Dijital giriş / çıkış pinleri : 14 tane (6 tanesi PWM çıkışını destekler)
Analog giriş pinleri : 6 tane
3,3 V pini için akım : 50 mA
Flash hafıza : 32 KB (0.5 KB bootloader için kullanılır)
SRAM : 2 KB
EEPROM : 1 KB
Saat frekansı : 16 MHz
13
Güç
Arduino Uno bir USB kablosu ile bilgisayar bağlanarak çalıştırılabilir ya da harici bir
güç kaynağından beslenebilir. Harici güç kaynağı bir AC-DC adaptör ya da bir pil /
batarya olabilir. Adaptörün 2.1 mm jaklı ucunun merkezi pozitif olmalıdır ve Arduino
Uno 'nun power girişine takılmalıdır. Pil veya bataryanın uçları ise power konnektörünün
GND ve Vin pinlerine bağlanmalıdır.
VIN : Arduino Uno kartına harici bir güç kaynağı bağlandığında kullanılan voltaj
girişidir.
5V : Bu pin Arduino kartındaki regülatörden 5 V çıkış sağlar. Kart DC power jakından
(2 numaralı kısım) 7-12 V adaptör ile, USB jakından (1 numaralı kısım) 5 V ile ya da
VIN pininden 7-12 V ile beslenebilir. 5V ve 3.3V pininden voltaj beslemesi regülatörü
bertaraf eder ve karta zarar verir.
3.3V :Arduino kart üzerindeki regülatörden sağlanan 3,3V çıkışıdır. Maksimum 50 mA
dir.
GND : Toprak pinidir.
IOREF : Arduino kartlar üzerindeki bu pin, mikrodenetleyicinin çalıştığı voltaj
referansını sağlar. Uygun yapılandırılmış bir shield IOREF pin voltajını okuyabilir ve
uygun güç kaynaklarını seçebilir ya da 3.3 V ve 5 V ile çalışmak için çıkışlarında gerilim
dönüştürücülerini etkinleştirebilir. [23]
Giriş ve Çıkışlar
Arduino Uno 'da bulunan 14 tane dijital giriş / çıkış pininin tamamı, pinMode(),
digitalWrite() ve digitalRead() fonksiyonları ile giriş ya da çıkış olarak kullanılabilir. Bu
pinler 5 V ile çalışır. Her pin maksimum 40 mA çekebilir ya da sağlayabilir ve 20-50
KOhm dahili pull - up dirençleri vardır. Ayrıca bazı pinlerin özel fonksiyonları vardır:
Serial 0 (RX) ve 1 (TX) : Bu pinler TTL seri data almak (receive - RX) ve yaymak
(transmit - TX) içindir.
Harici kesmeler (2 ve 3) : Bu pinler bir kesmeyi tetiklemek için kullanılabilir.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, ve 11 : Bu pinler analogWrite () fonksiyonu ile 8-bit PWM sinyali
sağlar.
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) : Bu pinler SPI kütüphanesi ile SPI
haberleşmeyi sağlar.
LED 13 : Dijital pin 13 e bağlı bir leddir. Pinin değeri High olduğunda yanar, Low
olduğunda söner.
Arduino Uno 'nun A0 dan A5 e kadar etiketlenmiş 6 adet analog girişi bulnur, her biri 10
bitlik çözünürlük destekler. Varsayılan ayarlarda topraktan 5 V a kadar ölçerler. Ancak,
AREF pini ve analogReference() fonksiyonu kullanılarak üst limit ayarlanabilir.
14
TWI : A4 ya da SDA pini ve A5 ya da SCL pini Wire kütüphanesini kullanarak TWI
haberleşmesini destekler.
AREF : Analog girişler için referans voltajıdır. analogReference() fonksiyonu ile
kullanılır.
RESET : Mikrodenetleyiciyi resetlemek içindir. Genellikle shield üzerine reset butonu
eklemek için kullanılır.
Haberleşme
Arduino Uno bir bilgisayar ile, başka bir Arduino ile ya da diğer mikrodenetleyiciler ile
haberleşme için çeşitli imkanlar sunar. ATmega328 mikrodenetleyici, RX ve TX
pinlerinden erişilebilen UART TTL (5V) seri haberleşmeyi destekler. Kart üzerindeki bir
ATmega16U2 seri haberleşmeyi USB üzerinden kanalize eder ve bilgisayardaki yazılıma
sanal bir com portu olarak görünür. 16U2 standart USB com sürücülerini kullanır ve
harici sürücü gerektirmez. Ancak, Windows 'ta bir .inf dosyası gereklidir. Kart üzerindeki
RX ve TX ledleri USB den seri çipe ve USB den bilgisayara veri giderken yanıp söner.
SoftwareSerial kütüphanesi Arduino Uno 'nun digital pinlerinden herhangi biri üzerinden
seri haberleşmeye imkan sağlar.
Ayrıca ATmega328 I2C (TWI) ve SPI haberleşmelerini de destekler.[23]
15
4.1.2 Toprak Nem Sensörü
Sensör analog olarak 0-1024 arası çıkış verir. Toprak
nemi arttıkça bu değerin 0(sıfır)’a yaklaştığı görülür.
Toprak Nemi Algılama Sensörü, toprağın
içerisindeki nem miktarını veya ufak ölçekte bir sıvının
seviyesini ölçmek için kullanabileceğiniz bir sensördür.
Nem ölçer problar ölçüm yapılacak ortama batırılarak
kullanılır. Toprağın veya içine batırılan sıvının meydana
getirdiği dirençten dolayı, prob uçları arasında bir
gerilim farkı oluşur. Bu gerilim farkının büyüklüğüne
göre de nem miktarı ölçülebilir. Topraktaki nem oranı arttıkça iletkenliği de artmaktadır.
Kart üzerinde yer alan trimpot sayesinde hassasiyet ayarı yapılabilmektedir.[15]
Teknik Özellikler






Çalışma Gerilimi: 3.3V-5V
Çıkış Gerilimi: 0-4.2V
Akım: 35 mA
Çıkış Türü: Dijital ve analog
Boyut: 30mm x 15mm
Ağırlık: 10g
Sistemde nem sensörünün değerlerine göre dalgıç pompa çalıştırılmaktadır.Bu nedenle
nem sensöründen gelen değerlerin doğruluğu oldukça önemlidir.Bunun için nem
sensöründen çok sayıda örnek alınarak çıkış verilmesi sağlanmıştır.
Sistemde motorun sürekli devreye girip çıkmasını engellemek için analog değerler ile
pencere oluşturularak çalışma düzeni sağlanmıştır.
16
4.1.3 DHT11 Hava Sıcaklık ve Nem sensörü
DHT11 nem ve ısı sensör modülü ile %1 hassasiyetle ölçümler yapılabilir.
Teknik Özellikler







Nem ölçüm aralığı: 20-90 %RH
Nem ölçüm hata oranı : ±5%RH
Sıcaklık Ölçüm Aralığı: 0-50°C
Sıcaklık ölçüm hata oranı: ±2°C
Çalışma Voltajı 3.3V-5V
Kolay montaj için 3mm vida deliği
Boyut: 30.5mm x 7.2mm x 12mm [16]
4.1.4 ACS712 Akım Sensörü
Manyetik lineer akım ölçer entegresi tabanlı bir karttır.
%5’in altında hata payı ile çift yönlü 30A’e kadar ölçebilir ve
ölçümleri analog voltaj (66mV/A) olarak verir.
Üzerinden akım geçmezken 2.5V çıkış verir.Akım geçtiğinde
gerilim değeri 2.5 V un üzerindeyse akım pozitif(+),altındaysa
akım negatif(-) yöndedir.
ACS712 30A Akım Sensörü akım ölçerken hall etkisinden faydalanır.Böylece
elektronik izolasyon gerektiren uygulamalarda rahatlıkla kullanılabilir. Kart üzerindeki
filtre olarak tanımlı pinler üzerine bir kapasitör ekleyerek 80 kHz bant genişliği isteğe
bağlı olarak düşürülebilir. [17]
Teknik Özellikler




Çalışma Voltajı: 3V- 5.5V
İç rezistans: 1.2mΩ
Çalışma sıcaklığı: -40⁰C – 85⁰C
Ağırlık: 1g
17
4.1.5 HC-05 Bluetooth Modül
HC-05 Bluetooth modülü, Bluetooth 2.0 protokolünün
destekler.2.4 GHz frekansında haberleşme yapar. Haberleşme
mesafesi yaklaşık 10-15 metredir .SSP ( Standart Serial Port )
standartına sahiptir.[18]
Modül Arduino kartı ile Android yazılımı arasındaki
haberleşmeyi sağlar.Sistemin sensörlerden okunan değerleri
bu modül aracılığıyla iletilir.
Teknik Özellikler










Çalışma Gerilimi: 3.3V
Bluetooth Protokolü: Bluetooth 2.0+EDR(Gelişmiş Veri Hızı)
2.4GHz haberleşme frekansı
Hassasiyet: ≤-80 dBm
Çıkış Gücü:≤+4 dBm
Asenkron Hız: 2.1 MBps/160 KBps
Senkron Hız: 1 MBps/1 MBps
Güvenlik: Kimlik Doğrulama ve Şifreleme
Akım: 50 mA
Boyutları: 43x16x7mm [18]
4.1.6 220/5V Röle Modül
5V ile kontakların kontrol edilebildiği, Arduino veya
diğer başka mikrodenetleyeciler ile kullanılabilen bir röle
kartıdır.
Mikrodenetleyeciden tetik sinyali sırasında 20mA'lik bir
akım çekmektedir. Çeşitli hobi, endüstriyel ve robotik
projelerde sıklıkla kullanılır.
30VDC veya 220VAC gerilimde 10A'e kadar akımı
anahtarlayabilmektedir. Her bir röle için kontrol ledleri
bulunmaktadır.Röleler lojik 0(0V) ile tetiklenir.
Her bir röle için NC, NO ve COM bacakları dışarı alınmıştır. Böylece tetikleme
durumunda kısa devre veya tetikleme durumunda açık devre olması istenilen durumlarda
kullanılabilir.
Nem sensöründen alınan verilere göre sulama yapılması veya sulama kesilmesi
gerektiğinde 5V çıkış ile 220V anahtarlama yaparak dalgıç pompayı devreye alma veya
durdurma görevi görür.
18
4.1.7 LCD Ekran (LM016L)
Tablo 3 LCD pin ve fonksiyonları
LCD Pinleri
1) Vss
2) Vcc
3) VEE
4) RS
5) RW
6) E
7 - 14) D0 - D7
15) BL+
16) BL -
Fonksiyonları
Toprak (Ground)
+5 V
Kontrast
Register Select
Read / Write
Enable
Data girişleri
Arka panel ışığı pozitif ucu
Arka panel ışığı negatif ucu
LCD,Liquid Crystal Display (Sıvı Kristal Ekran) elektrikle kutuplanan sıvının ışığı tek
fazlı geçirmesi ve önüne eklenen bir kutuplanma filtresi ile gözle görülebilmesi ilkesine
dayanan bir görüntü teknolojisidir.
VEE : Kontrast girişine bağlanan direnç ile LCD panelin kontrastı ayarlanabilir. Direnç
değeri yükseldikçe kontrast düşer, azaldıkça ise kontrast yükselir.
RS : Lcd ye komut mu yoksa data mı gönderileceğini belirler. RS girişi "0" (ground)
durumundayken komut saklayıcısı, +5V oldugundaysa veri saklayıcısı seçilmiş olur.
RW : Lcd den okuma mı yoksa lcd ye yazma yapılacağını belirler. RW girişi toprağa
bağlandığında yani "0" durumundayken LCD yazma modundadır.
E : Enable ucu LCD ve pinler arasındaki gerçek veri alışverişini sağlayan bacaktır. Bu
girişi mikrodenetleyiciye program aracılığıyla tanıttıktan sonra PIC kendisi veri
gönderileceği zaman bu bacaga enable pulsu gönderir.
D0 - D7 : Data hattı olan bu pinler doğrudan mikrodenetleyicinin bir portuna bağlanır.
Veri 4 ya da 8 bitlik veri yolu ile gönderilebilir. [21]
4.1.8 7805 Voltaj Regülatörü ve Devresi
7805 entegresi sabit 5 volt gerilim almamızı sağlayan bir devre elemanıdır.Bu devre
elemanımız şekilde görüldüğü gibi 3 bacaklıdır.1. bacağı yüksek volt girişi, 2. bacağı
GND ve 3. bacağı 5 volt çıkışıdır.
Şekil4.1.8 7805 entegresi
19
Şekil4.1.8.1 7805 devre şeması
Kontrol devresine 5V DC gerilim sağlanması amacıyla, aküden alınan 12V gerilim
7805 devresi yardımıyla 5V sabit çıkışa düşürülmüştür.
4.2 Sistem kontrol panosunda kullanılan elemanlar
4.2.1 Zamanrölesi
Bir kumanda devresini ayarlanan süre sonunda çalıştıran veya
durduran kumanda elemanlarıdır.Genellikle kumanda devresindeki
güç kontaktörlerini kontrol eder.
Düz Zaman Rölesi
Devreye ve zaman rölesine (a1 ve a2)enerji verildiğinde zaman
rölesi çalışır ve Röle çalışma ledi yanar. Aynı anda zaman
rölesinin normalde kapalı kontağına bağlı olan kontaktör de çalışır
ve motor yol alır.Zaman rölesinin ayarlanan gecikme süresi
dolduğunda ise zaman rölesinin kontakları konum değiştirir.
Normalde açık olan kapanır, kapalı olan kontak ise kapanır.
Böylece normalde kapalı kontağa bağlı olan kontaktör enerjisiz kalır, kontaklarını açar
ve motor durur.[20]
Şekil .. Zaman rölesi ve kontakları
20
4.2.2 Kontaktör
Normal devre şartlarında akımları kapamaya, taşımaya ve
kesmeye
yetenekli
uzaktan
kumanda
edilebilen
anahtarlama
düzenekleridir.Kullanım
yerleri
çok
çeşitlidir.Motorlara yol verilmesinde, kompanzasyon,
ısıtma cihazlarının devreye girip çıkması gibi neredeyse
bütün devrelerde ve sistemlerde kullanılırlar.
Çalışma ve kullanma tarzı bakımından kontaktörü diğer anahtar türlerinden ayıran en
önemli özeliği devreyi daha sık açıp kapamaya ve aynı zamanda uzaktan kumandaya
elverişli olmalarıdır.
Kontaktörleri uluslararası IEC 60947-4-1 standartlarına göre üretilirler ve test edilirler.
Kontaktörler tek başlarına devre koruma elemanı olarak kullanılamazlar ancak bir Termik
rölelerle birlikte kullanıldıklarında devreleri aşırı yük akımlarına karşı korurlar.[19]
Şekil.. Kontaktör bağlantısı
Çalışma prensibi
Kontaktörün çektirme bobinine enerji verildiğinde, alt gövde silisli sacları üzerinde bir
manyetik alan indüklenir.Bu manyetik alan üst gövde silisli saclarını kendisine doğru
çeker.Üst gövde silisli sacları üzerinde bulunan hareketli kontak bloğuna monte edilmiş
olan hareketli kontak baralarıyla birlikte aşağıya doğru çekilir. Bu çekilme işlemi
sonunda, hareketli kontaklar sabit kontaklara temas eder, bu arada açtırma yayının
mukavemetini de yenerek silisli saclar birbirleriyle yüzeysel temas sağlarlar.Böylece
devre tamamlanarak akım iletilmiş olur.
Çektirme bobinin enerjisi kesildiğinde, açtırma yayı üst gövde silisli sacını ve
dolayısıyla hareketli kontağı yukarıya doğru iterek, sabit kontakla temasını keser.Böylece
devreden akım geçişi engellenmiş olur.[19]
21
4.3 Fotovoltaik Sistemde Kullanılan Cihazlar ve Elemanlar
FV sistemler güneş pilleri, akü grubu, inverter gibi temel bileşenlerden oluşmaktadır.
4.3.1 Fotovoltaik Panel
Yapısındaki yarı iletken malzeme sayesinde güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren
sistemdir. Güneş ışığının güneş pilinin üzerine düşmesiyle yarı iletken üzerindeki boşluklar
pozitif terminale, elektronlar ise negatif terminale doğru hareket ederler. Böylelikle
potansiyel fark oluşur ve güneş ışığı elektrik enerjisine dönüşmüş olur. Gerekli gücü elde
etmek için çok sayıda FV hücre birbirine paralel veya seri olarak bağlanarak FV paneller elde
edilir. FV hücrelerin verimleri %20 mertebesindedir.
Şekil4.3.1 Fotovoltaik hücrenin elektriksel modeli
FV hücreler kullanıldıkları teknolojiler göre farklılık gösterebilir. Bunlar: monokristal,
polikristal, ince film ve organik güneş hücreleridir. FV hücrelerin üretiminde silisyum,
galyum arsenide, cadmium tellureide gibi malzemeler kullanılabilir. Farklı yapıdaki
güneş pillerinin verimlilik ve üretim noktasında birbirlerine göre üstünlükleri olabilir.
Monokristal silisyum yapısında olan güneş pilleri yüksek verimli olmalarına karşın
üretimlerinde çok fazla enerji kullanılmaktadır. Bundan dolayı polikristal güneş pilleri
geliştirilmiştir. Polikristallerin verimi düşüktür. Ancak üretim için harcanan enerji de
düşüktür. Geniş bant aralığına sahip amorf silisyum güneş pilleri ise güneş ışığını daha
fazla absorbe etmektedir. İnce film güneş pilleri hem kararlı bir yapıya sahip hem de
amorf silisyumdan daha verimlidir.
Şekil4.3.1.1 FV Paneller
22
4.3.2 Inverter
Inverter DA belirli bir genlikte ve frekanstaki alternatif akıma dönüştürme işlemini yapan
cihazdır. FV paneller doğru akım üretir. Eğer sistemde alternatif akım ile çalışması gereken
yük bulunuyorsa DA inverter yardımıyla alternatif akıma çevrilmesi gerekir. FV sistemlerde
inverterin verimi yüke ve sistemin şebekeye bağlı olup olmamasına bağlıdır. Çıkış gücü,
inverter verimi ve harmonik distorsiyonlar inverterin verimini etkileyen faktörlerdir.
İnverterler yükü veya şebekeyi besleyebilirler. Yükü besleyen inverterler genellikle
şebekeden bağımsız sistemlerde kullanırlar ve aküden aldıkları DC enerjiyi AC güce
çevirerek yüke aktarılar. Şebekeyi besleyen inverterler ise doğrudan FV panelden aldıkları
enerjiyi AC güce dönüştürerek şebekeye aktarırlar ve şebekeyi görmeden çalışmazlar.
Şebekeye bağlı inverterlerin ürettiği gücün frekansı şebekenin frekansı ile aynı olmalıdır.
Multifonksiyonel inverterler ise hem şebekeye bağlı hem de şebekeden bağımsız
çalışabilirler.Inverterin gücü aynı anda çalışacağı düşünülen cihazların anlık toplam gücüne
göre seçilmelidir.
Şekil4.3.2 Inverter (1600W)
4.3.3 Aküler
Aküler elektrik enerjisinin depolanması ve ihtiyaç halinde kullanılması amacıyla
tasarlanmaktadır. FV sistemlerde gece veya üretilen gücün yetersiz kaldığı zamanlarda
kullanılmak üzere üretilen enerji kimyasal enerji olarak akülerde depolanır. Bir akünün ne
kadarlık bir akımı ne kadar süre üretebileceği amper-saat (Ah) ile ifade edilir. FV sistemlerde
genellikle kuru tip kurşun asit, jel ve nikel kadmiyum tip aküler kullanılmaktadır. Kurşun asit
akülerinin maliyetinin az olması ve bakımının kolay olması tercih sebebidir. Nikel
Kadminyum aküler daha uzun ömürlü ancak masraflıdır. Jel akülerin içerisinde jöleye
benzeyen elektrolitler bulunur. Jel aküler sıcaklığa dayanıklı olduklarından güneş enerji
sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şekil4.3.3 12V 100Ah kapasiteli akü
Akülerin gerilim ve akım kapasiteleri bağlantı şekillerine göre değişir. Akü grupları
oluşturulurken gerilim arttırılmak istenirse aküler seri, akım arttırılmak istenirse paralel
bağlanır.
23
4.3.4 Dalgıç Pompa
Tarımsal alanlarda sulama için yaygın olarak dalgıç pompalar kullanılmaktadır.Su kuyularına
yerleştirilen dalgıç pompalar ile gücüne göre minimum 50m. basma yüksekliğine kadar su
çekilebilir.Aşağıda, sistemde kullanılan 1 HP gücündeki dalgıç pompaya ait veriler verilmiştir.
Genel Bilgiler



Bu tip pompalar, sondaj ve kuyulardan basınçlı ve temiz su temininde villa ve
yazlıklarda sulama amaçlı kullanılan dalgıçlardır.
Pompa 40 metre derinliğe kadar kuyulara direkt montajlanabilir.
Dar kuyularda kullanımında, sürekli çalışabilir özelliktedir.
Marka
Tip
Model
Gövde Malzemesi
Çark Malzemesi
Mil
Motor Gücü
Enerji
Termik Koruma
Maksimum Basma Yüksekliği
Maksimum Debi
Basma Ağzı Ölçüsü
Sızdırmazlık
Maksimum Akışkan Sıcaklığı
Maksimum Ortam Sıcaklığı
Maksimum Kuru Çalışma Süresi
Pompa Gövdesi
İzolasyon Sınıfı
Motor Koruma Sınıfı
Ağırlık
Daldırma Derinliği
:SUMAK
:4’’ Periferik Pompalı Temiz Su Dalgıcı
:4SDM 100
:Paslanmaz çelik
:Pirinç
:Paslanmaz çelik - AISI 416
:1,0 HP
:220 V
:Mevcut (Cihazla birlikte verilen Koruma panosunda)
:55 metre
:2.4 m3/h
:1'' (Bir parmak)
:Mekanik salmastra
:40°C
:40°C
:1 dakika
:Pirinç
:F.
:IP 68
:13 kg
Maksimum 20 metre
:
Tablo 4 Dalgıç pompa teknik özellikleri
Şekil4.3.4 Dalgıç pompa
24
5. SİSTEM KURULUMU ve ÇALIŞMASI
5.1 Fotovoltaik Sistemin Kurulumu
FV sistem paneller, inverter ve akü grubundan oluşmaktadır. Sistemde kullanılan 2 adet
220Wp gücündeki paneller seri bağlanarak inverter bağlantıları yapılmıştır. Şekil… de
kullanılan panellerin, akü grubunun ve yük çıkışı inverter bağlantıları görülmektedir.
Şekil5.1 Inverter ve akü bağlantıları
Sistemde kullanılan aküler 12V 100Ah kapasiteye sahiptir.Aküler seri bağlanarak
toplamda 24V 100Ah’lik (2400W) bir sistem elde edilmiştir.Inverter bağlantısında
şebeke gerilimi, paneller, akü grubu ve yük çıkışı için ayrı ayrı sigortalarla koruma
sağlanmıştır.
5.2 Kontrol panosunun tasarımı
Kontrol panosunda Arduino ile sistematik olarak çalışan
zamanlayıcı ve kontaktörler kullanılmıştır.Bu panoda
sistem sensörlerinin, haberleşme cihazının ve besleme
geriliminin sağlandığı devrenin üzerinde bulunduğu kontrol
kartı da yer almaktadır.Tasarlanan pano Şekil… de
verilmiştir.
Kontrol kartında sisteme sabit 5V besleme sağlayan 7805
devresi ile bluetooth modül, toprak nem sensörü ve hava
sıcaklık-nem sensörü bulunmaktadır.Panoda ayrıca sistem
değerlerini
görüntülemek
amacıyla
LCD
ekran
bulunmaktadır.
Şekil5.2 Kontrol panosu
25
5.3 Sistemin Çalışması
5.3.1 Enerji elde edilmesi
FV paneller güneş ışığından aldığı enerji ile bir akım oluşturur.Bu akım ile inverter
içerisindeki MPPT (Maximum power point tracking) şarj devresi aracılığıyla aküleri şarj
eder.DC gerilim AC gerilime çevirilerek inverterin AC çıkış ucundan yüke
aktarılır.Enerji elde edildikten sonra Arduino kontrol devresi ile sistem istenilen şekilde
çalıştırılabilir.
Şekil5.3.1 Inverter ekran göstergesi
Şekil5.3.1’de panellerin,bataryanın ve çıkışa verilen gerilimlerin değerleri
görülmektedir.Ayrıca panel-akü-yük enerji akışı da bu ekrandan takip
edilebilmektedir.Inverter üzerindeki butonlar ile çeşitli ayarlar ve veri izlemeleri
yapılabilmektedir.
5.3.2 Toprak Nem Sensörü ile Dalgıç Pompa Kontrol
Toprak nem sensörü analog olarak 0-1024 arası çıkış vermektedir.Toprak nemi arttığında
analog değer 0(sıfır)’a yaklaşmaktadır.Sistemin güvenilirliği açısından toprak nem
değerinden 30 adet örnekleme alınarak, belirlenen analog nem değerinin üzerine
çıkıldığında dijital çıkış aktif olmaktadır.Dijital çıkış ile 5/220V röle anahtarlaması
yapılarak zamanlayıcı devreye alınır.Zamanlayıcı ayarlanan sürenin sonunda motora ait
kontaktörün bobinini enerjilendirerek motorun çalışmasını sağlamaktadır.Sulama sonrası
toprak neminin istenilen orana gelmesiyle işlemcide dijital çıkış kapatılarak dalgıç
pompanın durdurulması sağlanır.
Sistemde batarya gerilimi gerilim bölücü devre yardımıyla
ölçülmektedir.100k ve 20k’lık dirençlerle oluşturulan
bölücü devre ile maksimum 30V ölçülebilmektedir.Grilim
bölücü devresi şekil5.3.2’de görülmektedir.
Şarj akımı ise ACS712 hall-effect akım sensörü ile
ölçülmektedir.Inverter-dalgıç pompa arası enerji durumu
ise arıza bildirimi içindir.
Şekil5.3.2 Gerilim bölücü devre
26
6. SİSTEM VERİLERİNİN İZLENMESİ ve ARIZA BİLDİRİMİ
6.1 Verilerin İzlenmesi
Sistemde çalışan sensörler ile elde edilen veriler şunlardır;
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Toprak nem oranı
Hava sıcaklığı
Hava nem oranı
Batarya gerilimi
Panel şarj akımı
Inverter-pompa arası enerji durumu (VAR-YOK)
Kontrol kartında bulunan bluetooth modül ile 10m mesafeye kadar akıllı telefon ile
verilerin takibi yapılabilir.Bunun için tasarlanan android uygulama ile sistem verilerini
tek tek veya tümünü birden telefon ekranında görüntülenebilir.
Android uygulama MIT App Inventor adlı program ile tasarlanmıştır.App Inventor,
MIT tarafından geliştirilen ve Android programlama konusunda hiç bilgisi olmayan
kullanıcıların bile, sürükle ve bırak yöntemiyle kolayca Android uygulamaları
geliştirmesini mümkün kılan bir programdır. Bu program online olarak
sunulmaktadır.Yani web tarayıcı üzerinden bir Google hesabı ile giriş yapılıp sonrasında
uygulama geliştirilebilmektedir.Sisteme giriş yapıldığında ilk olarak karşımıza
Şekil6.1’de görülen Designer ekranı çıkmaktadır.[24]
Şekil6.1 MIT App Inventor Tasarım Ekranı [24]
Bu ekran üzerinden görsel tasarım ve kullanılacak elemanlar seçilerek tasarım
yapılır.Uygulamanın programlanma aşaması için ise ekranın sağ üst kısmında bulunan
Blocks butonuna tıklanarak blok şemalar kullanılır.
Şekil6.1.1 Blok Şemalar ile Kodlama [24]
27
FV sistem ile akıllı tarımsal sulamada verilerin izlenmesi ve arıza bildirimi sağlanması
amacıyla tasarlanan uygulamaya ait görseller aşağıda verilmiştir.
Şekil6.1.2 Tasarlanan Android uygulama
Ekranın en altında bulunan bluetooth ikonuna tıklanarak kontrol kartında bulunan modül ile
haberleşme sağlanarak verilerin alınması gerçekleştirilir.Şekil6.1.3’deki gibi öncelikle HC-05
ile bağlantı kurulması gerekmektedir.
Şekil6.1.3 HC-05 bağlantı kurma ekranı
Tüm sistem çalışırken akıllı telefon hazırlanan pano içerisinde yer alacaktır.Bu uygulama
ile verilerin sürekli takip edilmesi ve SMS ile arıza bildirimi sağlanmaktadır.Uygulama
tasarımında hedef gösterilen diğer akıllı telefon numarasına istendiği takdirde sistemin
tüm verileri SMS olarak gönderilmektedir.Sistemin sahibi uzak bir yerden takibi için
pano içerisinde bulunan telefona “bilgi” kelimesini SMS olarak gönderdiğinde sistemin o
anki tüm verileri kullanıcıya yine SMS olarak aktarılmaktadır.Şekil6.1.4’de bu
çalışmanın örneği görülmektedir.
Şekil6.1.4 Verilerin uzaktan izlenmesi
28
6.2 Arıza bildirimi
Sistemde herhangi bir arıza olduğunda kullanıcının bilgilendirilmesi amacıyla SMS ile
arıza bildirimi tasarlanan uygulama ile sağlanmaktadır.Sistemden elde edilen veriler
ayarlanan veya istenilen şartları sağlamadığı takdirde arıza bildirimi yapılmaktadır.
Sistemde uyarı verilecek arızalar şu şekildedir;
1. Panel-inverter arası düşük akım arızası (gündüz)
2. Batarya düşük gerilim arızası
3. Inverter-dalgıç pompa arası enerji çıkışı arızası(Enerji:VAR-YOK)
Arıza mesajlarının güvenilirliği açısından arıza mesajı gönderilmeden önce Arduino ile
sensörlerden gelen veriler 20 kez alınmaktadır.Örneğin; panel-inverter arası akım değeri,
ayarlanan akımın altına düştüğünde 20 defa alınan örnekler karşılaştırılır ve emin
olunduktan sonra arıza SMS’i gönderilir.Şekil6.2’de uygulamadan gönderilen SMS
örneği görülmektedir.
Şekil6.2 SMS arıza bildirimleri
29
6.3 WatchPower Programı ile Fotovoltaik Sistemin İzlenmesi
Inverter üzerinde bulunan RS232 çıkışı ile bilgisayar bağlantısı kurularak sistem verileri
izlenebilmektedir.Bu veriler inverterin nominal değerleri, batarya gerilimi, panellerden
sağlanan akım değeri, enerji akışı gibi sistemin tüm verileridir.Aşağıda sistem
çalışmazken ve çalışırken izlenmesi görülmektedir.
Şekil6.3.1
Şekil6.3.2
Program ile ayrıca geçmiş çalışmalara dair veriler izlenebilmektedir.(View-Data)
Şekil6.3.3
30
7. SİSTEM YAZILIMLARI
7.1 Arduino Yazılımı
Sistemde sensörlerin çalışması, verilerin alınması ve LCD ekrana yazdırılması ile ilgili
yapılan kodlamalar aşağıda verilmiştir.
//Akıllı Sulama Sistemi
//toprak nem---const int numReadings = 30;
int readings[numReadings];
int readIndex = 0;
int total = 0;
int ortalama = 0;
int i;// the average
int led1 = 2;
int moistureSensor = 0;//A0
//Hava nem ve sicaklik---#include <dht.h>
#define dht_apin A1 // Analog Pin sensor is connected to
dht DHT;
//Akim sensor---int analogIn = A2;
int mVperAmp = 66; // use 100 for 20A Module and 66 for 30A Module
int Value= 0;
int ACSoffset = 2500;
int D3 = 3;
double Voltage = 0;
double Akim = 0;
//Batarya gerilim---int analogInput = A3;//voltaj
float vout = 0.0;
float vin = 0.0;
float R1 = 100000.0; // resistance of R1 (100K) -see text!
float R2 = 20000.0; // resistance of R2 (20K) - see text!
int value = 0;
//---------------------------enerji ariza
int pushButton = 5;
//-------------------------//LCD
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 9, 8, 7);
31
void setup() {
// Serial Begin so we can see the data from the mosture sensor in our serial input
window.
Serial.begin(9600);
lcd.begin(16, 2);
// setting the led pins to outputs
pinMode(led1, OUTPUT);
pinMode(D3, OUTPUT);
pinMode(pushButton, INPUT);
}
void loop() {
//Toprak nem
for (int i = 0; i< numReadings; i++) {
readings[i]= analogRead(moistureSensor);
total=total+readings[i];
}
Serial.print("Nem = ");
Serial.println(readings[29]);
ortalama=total/numReadings;
total=0;
if (ortalama >= 900)
{
digitalWrite(led1, HIGH);
}
else if (ortalama < 150)
{
digitalWrite(led1, LOW);
}
//Hava nem sicaklik
DHT.read11(dht_apin);
Serial.print("Hava nem orani = ");
Serial.print(DHT.humidity);
Serial.println("% ");
Serial.print("Sicaklik = ");
Serial.print(DHT.temperature);
Serial.println("C ");
32
//Akim sensor
Value = analogRead(analogIn);
Voltage = (Value / 1024.0) * 5000; // Gets you mV
Akim = ((Voltage - ACSoffset) / mVperAmp);
Serial.print("Akim = "); // shows the voltage measured
Serial.println(Akim,3); // the '3' after voltage allows you to display 3 digits after decimal
point
if (Akim < 2)
{
digitalWrite(D3, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(D3, LOW);
}
//Batarya gerilim
value = analogRead(analogInput);
vout=(value*0.00489) ;
vin = (vout/ R2)*(R1+R2);
Serial.print("Batarya = ");
Serial.print(vin);
Serial.println(" V ");
//Motor enerji durumu
int buttonState = digitalRead(pushButton);
if (buttonState==1) {
Serial.print("Enerji =");
Serial.println(" VAR");
}
else {
Serial.print("Enerji =");
Serial.println(" YOK");
}
lcd.clear();
lcd.print("Toprak Nem=");
lcd.setCursor(12, 0);
lcd.print(readings[4]);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Sicaklik=
C");
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print(DHT.temperature);
delay(1000);
lcd.clear();
lcd.print("Akim=
A");
33
lcd.setCursor(6, 0);
lcd.print(Akim,3);
// Display Light on second row
lcd.setCursor(0, 1);
//
---------------lcd.print("Batarya=
lcd.setCursor(9, 1);
lcd.print(vin);
V");
delay(1000);
lcd.clear();
lcd.print("Hava nem=
%");
lcd.setCursor(10, 0);
lcd.print(DHT.humidity);
lcd.setCursor(0, 1);
//
---------------lcd.print("Enerji=");
if (buttonState==1) {
lcd.setCursor(8, 1);
lcd.print("VAR");}
else {
lcd.setCursor(8, 1);
lcd.print("YOK");
}
delay(1000);
//total delay 3s
}
34
7.2 Android Uygulama Yazılımı
MIT App Inventor programı ile tasarlanan programın yazılımı da yine bu programda blok
şemalar ile kodlanmıştır.Tasarım ekranı ve blok şemalar ile kodlamalar aşağıda
verilmiştir.
Şekil7.2 Tasarlanan uygulama ekranı
Blok Şema Kodları
35
36
8.SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bu çalışmada tarımsal bir arazinin sulama için gerekli elektrik enerjisi ihtiyacını
karşılayacak güce sahip bir FV sistem gerçekleştirilmiştir. Uygulama şebekeden
bağımsız, toprağın nemini kontrol eden ve SMS ile arıza bildiren Arduino tabanlı kontrol
sisteminden meydana gelmektedir. Sistem kurulu gücü yaklaşık 400 W dır.Toprağın
nemini ölçmek için toprak nem sensörü kullanılmıştır. Nem sensöründen alınan analog
veri, Arduino’da digital veriye çevrilmiştir.Arazide yetiştirilecek olan ürüne göre toprağın
nem miktarı belirlenmiştir.Nem bu değerin altında olduğu zaman Arduino’nun çıkış portu
aktif olmaktadır.Arduino’nun çıkış portundan alınan 5V ile 5/220V röle tetiklenmektedir.
Aktif olan röle zaman rölesini devreye almakta ve zaman rölesi ayarlanılan süre sonunda
zaman rölesinin kontakları yer değiştirir ve açık olan kontağı kapanır. Zaman rölesinin
açık kontağına bağlı olan kontaktör, enerjilenmesiyle kontakları yer değiştirir.Böylece
açık olan kontağına bağlanılan dalgıç pompa çalışmaya başlar ve arazi sulanır. Nem
sensöründen alınan veri belirlediğimiz değerin altında olduğunda Arduino’nun aktif olan
çıkış portu pasif olur ve sistemin enerjisi kesilir. Böylece arazinin ihtiyaç olduğu nem
miktarına göre tarla sulanmıştır. Sonuç olarak motor yeteri kadar çalışmıştır ve enerjiden
tasarruf edildiği görülmüştür.Motor gereğinden fazla çalışmadığı için sudan da tasarruf
edilmiştir.
Sistem verilerinin takibi bluetooth modül kullanılarak 10m mesafeye kadar akıllı telefon
üzerinden tasarlanan uygulama ile yapılabilmektedir.Uzak mesafeler için ise SMS ile
izlenme sağlanmaktadır.Kontrol panosunda bulunan akıllı telefona “bilgi” kelimesini
içeren SMS gönderildiğinde sistemin o anki tüm verileri kullanıcıya yine SMS olarka
gönderilmektedir.
Arıza bildiriminde batarya gerilimi ve inverter-dalgıç pompa arası enerji varlığı ile ilgili
bildirimler yapılmaktadır.Arızanın güvenirliliği açısından çok sayıda veri örneklemesi
alınarak emin olunduktan sonra bildirim SMS olarak kullanıcıya gönderilmektedir.
Güneş enerjisi potansiyeli yüksek olan ülkemizde öncelikle elektrik enerjisi olmayan
veya ulaştırılması zor ve pahalı olan yörelerde, küçük ölçekli zirai sulama amaçları için
güneş pilleri ile beslenen su pompalama sistemleri kurulmalıdır. Türkiye ekonomisi
büyük ölçüde tarıma dayalıdır ve sulama uygulamalarında ciddi anlamda elektrik enerjisi
tüketilmektedir. Gelişmiş ülkelerde PV sistemlere hızlı bir geçiş söz konusudur. Bu
sistemlerin ilk kurulum maliyetlerinin yüksek olmasına rağmen uzun yıllar bazında
düşünüldüğünde PV sistemin daha ekonomik bir çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır.
Ülkemizde yapılması ön görülen büyük baraj ve sulama projeleri vasıtasıyla binlerce
dönüm tarım arazisi sulamaya açılacaktır. Bu projeler kapsamında sulamaya açılacak
tarım alanlarının büyük bir kısmında pompa yardımıyla sulama yapılacaktır. Bu tarım
alanları için yapılacak olan elektrik hatları ülkemiz için ekonomik anlamda büyük yük
demektir. Bir an önce PV sistemli tarımsal sulama sistemlerine geçilmesi bu noktada
çiftçilerin bilinçlendirilmesi aynı zamanda teşvik edilmesi gerekmektedir.
Tasarlanan sistemde her projede olduğu gibi geliştirilmesi ve eklenmesi gereken kısımlar
bulunmaktadır.Tarımsal arazilerde sulama işlemi genellikle havanın serin olduğu sabah
ve akşam üzeri yapılmaktadır.Bunun sağlanması için astronomik zaman rölesi eklenerek
sistemin çalışması sabah ve akşam saatlerine ayarlanabilir.Ayrıca panel arıza bildirimi
akım ölçülerek sağlanmaktadır.Ancak panellerde havanın durumuna göre akım çok
değişken olmaktadır.Bu sistemin de geliştirilmesi gerekmektedir.
37
Sistemin çalışmasına dair elde edilen sonuçlar aşağıdaki şekillerde görülmektedir.
Şekil8.1 Kontrol Panosu
Şekil8.1.1
Şekil8.1.2
38
9. KAYNAKÇA
[1] Gençoğlu M.T., Cebeci M., Güneş M.: “Güneş enerjisi ile çalışan PLC kontrollü su
pompası sistem tasarımı”, Fırat Üniversitesi Mühendislik
[2] Karamanav M.: “Güneş enerjisi ve güneş pilleri”, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Sakarya, 86, (2007).
[3] Düzenli, A., 2010. Güneş Enerjili Su Pompalama Sistemleri, Yüksek Lisans Tezi,
İstanbul Üniversitesi, İstanbul.
[4] Köksal M. A.: “Güneş Enerjisiyle su pompalama üzerine bir araştırma”, Çukurova
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 47, (2012).
[5] Devlet Su İşleri: “ 2011 yılı Türkiye’de sulama oranları raporu ”, Devlet Su İşleri Genel
Müdürlüğü, Ankara, (2011).
[6] ETKB, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, (2004).
[7] Öztürk H.H., Barüt Z.B.: “Türkiye Tarımda Enerji Kullanımı”, Türkiye Ziraat
Mühendisliği VI. Teknik Kongresi Bildiriler Kitabı, 1253-1264, 3-7, (2005).
[8] Öztürk H.H.: “Tarımda Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Kullanımı”, Çukurova
Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makineleri Bölümü, 01330 Balcalı, Adana, (2010).
[9] Masters Gilbert, M., 2004, Renewable and Efficient Electric Power Systems, John
Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey (ABD), ISBN 0-471-28060-7.
[10] Altaş, İ.H., 1998. Fotovoltik Güneş Pilleri: Eşdeğer Devre Modelleri ve Günışığı ile
Sıcaklığın Etkileri, 3e Enerji, Elektrik, Elektromekanik, 46, 86-91.
[11] Kumbasar, A., 2010. DA Çevirici Temelli Fotovoltaik Elektrik Üretim Sistemlerinin
İncelenmesi ve Simülasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü, İstanbul.
[12] Kılıç, I.M., 2007. Fotovoltaik Sistem Eğitimi İçin Bir Simulink Araç Kutusu Tasarım ve
Uygulaması, Yüksek Lisans Tezi, Muğla Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Muğla.
[13] Özgün, H., 2015. Fotovoltaik Enerji Sistemleri, Temel Kavramlar ve Örnek Projelerle
Fotovoltaik Güneş Enerjisi Sistemleri. Günder Yayınları, İstanbul.
[14] Çalıkoğlu, S., Özdemir, E. ve Uçar, M., 2011. Şebeke Bağlantılı Fotovoltaik Elektrik
Üretim Sistemlerinin Güç Kalitesine Etkileri, 4. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu
EVK 2011, 275-279.
[15] http://www.robotpark.com.tr/Toprak-Nemi-Algilama-Sensoru
[16] http://www.robodukkan.com/DHT11-Nem-ve-Isi-Sensoru-Karti-DHT11-HumiditySensor-Module,PR-115.html
[17] http://www.robotpark.com.tr/ACS712-30A-Akim-Sensoru
[18] http://www.robodukkan.com/HC-05-Bluetooth-Modul,PR-40.html
39
[19] http://elektriksel.blogcu.com/kontaktor-nedir-ve-nasil-calisir/2847348
[20] http://www.otomasyontr.com/zaman-rolesi/108-zaman-rolesi-yapisi-ve-cesitleri.html
[21] http://www.robotiksistem.com/lcd_yapisi_calismasi.html
[22] http://www.devreyapimi.com/2011/11/02/7805/
[23] http://www.robotiksistem.com/arduino_uno_ozellikleri.html
[24] https://www.technopat.net/2013/05/20/app-inventor-programlamaya-giris/
40
ÖZGEÇMİŞ
Orhan ŞEN, 19.01.1993’te Samsun’da doğdu. İlk ve orta öğrenimini Çorum’un
Mecitözü ilçesinde, lise öğrenimini ise Çorum’da tamamladı. 2011 yılında Öğretmen
Mukadder Akaydın
Anadolu Lisesi’nden mezun oldu. Aynı yıl Düzce Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nü kazandı.Eğitimi
süresince AR ELEKTRİK / ÇORUM ve BOYABAT ELEKTRİK ÜRETİM VE
TİCARET A.Ş. (BOYABAT-HES) / SİNOP’ta stajlarını tamamladı.
Halen Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü 4. Sınıf öğrencisidir.
Barış Can ÇİÇEK, 08.08.1991’te Eskişehir’de doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini
Eskişehir’de tamamladı. 2009 yılında Hoca Ahmet Yesevi Lisesi’nden mezun oldu. Aynı
yıl Muğla Üniversitesi Eğitim Fakültesi Fen ve Teknolojileri Bölümü’nü kazandı. 2011
yılında Düzce Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği
Bölümü’nü kazandı.
Eğitimi süresince AFŞA ROBOTİK / BURSA ve Düzce
Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümünde stajlarını tamamladı.
Halen Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü 4. Sınıf öğrencisidir.
41