Güneş İzleyici Sistemlerin Sürücü Yöntemine Göre Sınıflandırılması

Güneş izleme sistemleri kullanılan sürücü yöntemine göre genel olarak aktif ve pasif takip sistemleri olarak iki ana grup altında toplanmaktadır [97]. Aktif sistemler, PV panel

58

veya dizileri güneşi takip edecek şekilde kontrol etmek üzere motor ve dişli sistemlerini kullanırken, pasif sistemler güneş ışınlarının ısı etkisiyle kaynayabilecek kadar düşük kaynama noktasına sahip sıvılaştırılmış gazlar içeren sistemler üzerine inşa edilmiştir [98, 99]. Şekil 3.30’da güneş izleme sistemleri kullanılan sürücü tekniğine göre sınıflandırılmıştır.

Şekil 3.30. Sürücü tekniğine göre güneş izleme sistemlerinin sınıflandırılması

3.5.2.1. Pasif Güneş İzleme Sistemleri

Pasif güneş takip sistemlerinde, panellere monte edilen içinde kaynama noktası düşük bir sıvı barındıran metal hazneler kullanılır. Bu metal hazne içindeki sıvıyı ısıtmak için güneşin ışınım enerjisi kullanılır. Bu sistemlerin çalışma prensibi, ısınan gazların genleşmesi üzerinedir. Güneşe maruz kalan gaz genleşerek kendisinden daha ağır sıvıyı gölgede kalan metal hazneye doğru iterek, uygun bir mekanizma sayesinde sistemin ağırlık merkezini değiştirmek suretiyle PV sisteminin dönmesi sağlanmaktadır [100]. Şekil 3.31 pasif güneş takip sistemlerinin çalışma sürecini göstermektedir.

Pasif güneş izleme sistemleri elektrik enerjisi kullanmayan hidrolik ya da pnomatik yapılardan oluşmaktadır. Bu sistemlerde kayış, kasnak, redüktör, aktüatör, motor gibi maliyeti arttırıcı ekipmanlar kullanılmamaktadır. Bu yöntem ile güneş izleme sistemleri

59

üreten firmalar, yöntemin maliyet ve enerji kazanım oranı açısından diğer sistemlere göre daha avantajlı olduğunu iddia etmektedirler. Ancak bu sistemler, güneşi hassas bir şekilde takip edememe ve rüzgârdan etkilenecek kadar hassas bir mekanizmaya sahip olmaları başta olmak üzere kararlılık ve hız sorunları barındırmaktadır. Bununla beraber Narendrasinh vd.nin [101] geliştirdiği yeni nesil bir pasif güneş izleyicinin, sabit açılı sistemlere göre yaklaşık %23 enerji kazanımı sağladığı kaydedilmiştir. Araştırmacıların Zomework prensibine dayanarak geliştirdikleri izleyicide bulunan metal haznelerde tiner, etanol ve aseton olmak üzere üç sıvı kullanılmıştır.

Şekil 3.31. Pasif güneş takip sistemlerinin çalışma süreci

3.5.2.2. Aktif Güneş İzleme Sistemleri

Aktif güneş izleme sistemleri, PV panelleri güneşe yönlendirmek için motor, kayış- kasnak, dişli gibi ekipmanları ve bu mekanizmaları kontrol eden denetleyicileri kullanan sistemlerdir. Aktif takip sistemleri; üçgen güneş paneli, dönen hücre, tek eksenli izleme, çift eksenli izleme olmak üzere başlıca dört takip kategorisinde toplanmaktadır. Üçgen güneş paneli izleme sistemlerinde PV modüller, eşit miktarda güneş ışığı alabilecek şekilde zıt

60

yönlerde konumlandırılmaktadır. Uygulanabilirlik bakımından basit ve ucuz olan tek eksenli izleme sistemleri, sadece yatay ve dikey olarak yönlendirilebildiğinden verimlilikleri düşüktür. İki eksenli izleme sistemlerinde PV modüller yatay ve dikey olarak yönlendirilebilmektedir. Dönen hücre güneş takip sistemlerinde, güneş pilleri konik bir çerçeve üzerine yerleştirilmektedir. Bu sistemler dönel bir yapıya sahip olduğundan, üzerlerinde bulunan PV modüllerinin hareket ettirilmesine gerek yoktur [102]. Verimlilik, uygulanabilirlik, kararlılık ve güvenirlilik bakımından en çok kullanılan aktif güneş izleme sistemleri, tek eksenli ve iki eksenli sistemlerdir. Aktif güneş izleme sistemleri kullandıkları sürücü tekniğine göre, sensörlü, mikrodenetleyicili, akıllı ve açık/kapalı döngü olmak üzere başlıca dört kategoride toplanmaktadır [103].

3.5.2.2.1. Sensörlü Aktif Güneş İzleme Sistemleri

Foto dedektörleri olarak da bilinen ışık sensörleri, ışık kaynaklarını algılayan ve ışık sinyallerini gerilim veya akıma dönüştürülebilen devre elemanlarıdır. Güneş pilleri soğurdukları ışığı elektrik enerjisine çevirdikleri için yapı olarak foto dedektörlere benzerler. Elektrooptik sensörlerin ışık şiddeti değişimini algılayabilmeleri, birçok endüstriyel uygulamada kullanılan devre elemanları olmalarını sağlamıştır. Optik sensörler, algıladıkları ışık şiddeti miktarını, tetikleme devreleriyle okunabilir bir biçimde ölçebilirler. Bu tetikleyici devreler, optik sensörlerden gelen ışık şiddeti bilgisine göre çıkışlarındaki gerilim değerini arttırıp azaltabilecek şekilde tasarlanırlar. Güneş izleme sistemlerini çalıştırmak için çok sayıda optik sensör kullanılmıştır. Bunlardan en çok kullanılanı ışığa bağımlı dirençlerdir (LDR). LDR’ler, bulundukları ortamın aydınlık düzeyine göre direnç değerlerini değiştirmektedirler. Teorik olarak karanlık bir ortamda dirençleri sonsuza yakın bir değerken, aydınlık düzeyinin yüksek olduğu ortamlarda direnç değerleri sıfıra yakın bir değer almaktadır. Optik sensörler, basit elektronik devrelerle beraber kullanılabildiği gibi kontrol bakımından daha kararlı çalışan programlanabilir lojik denetleyiciler (PLD) gibi sistemlerle de kullanılabilmektedirler. Şekil 3.32’de 4 adet LDR’den gelen ışık şiddeti bilgisine göre güneşi iki eksende izleyebilen programlanabilir lojik denetleyicili bir sisteme ilişkin blok diyagramı verilmiştir [104].

61

Şekil 3.32. PLD tabanlı güneş izleyici blok diyagramı

3.5.2.2.2. Mikroişlemcili Aktif Güneş İzleme Sistemleri

Mikroişlemciler ve bilgisayar sistemleri, takip sistemlerinde bulunan mekanik yapıları güneşi izleyecek şekilde rahatlıkla kontrol edebilirler. Sensörlü sistemlerden farklı olarak bu sistemler, güneşin konumunu net bir şekilde belirlemek için çeşitli algoritmalarla elde edilen matematiksel denklemleri kullanmaktadırlar. Ucuz maliyetleri dolayısıyla Programlanabilir Arabirim Denetleyicisi (PIC) ve Arduino gibi mikroişlemciler çok sayıda sistemde kullanılmaktadır. Mikroişlemcili izleme sistemlerinde, saat ve güneş modu olmak üzere genel anlamda iki yaklaşım söz konusudur. Saat modu yaklaşımında güneşin yeryüzü üzerinde bir yıl boyunca izlediği yörüngeye ait koordinatlar, zamanın bir fonksiyonu olarak değerlendirilmektedir. Güneş modu yaklaşımında ise, optik sensörlerden gelen ışık şiddeti bilgilerinin yine çeşitli algoritmalar aracılığıyla güneşi takip edecek şekilde kullanılması söz konusudur [105].

3.5.2.2.3. Akıllı Aktif Güneş İzleme Sistemleri

Yapay zekâ, güneş izleme sistemlerini çalıştırmak için birçok uygulamada kullanılmıştır [106, 107]. Bulanık mantık, yapay sinir ağları ve her ikisinin bir kombinasyonu olarak geliştirilen bulanık sinir ağları vb. çeşitli yapay zekâ teknikleri, güneş izleme sistemlerini kontrol etmek için kullanılmaktadır [103]. Bu teknikler, PV panellerin gün boyunca güneşi izlemesini sağlamak üzere, sistemlere ait mekanizmaları kontrol etmekle birlikte, daha çok PV panellerden azami verim elde etmek amacıyla MPPT sistemlerin temelini teşkil etmektedirler. Yapay zekâ teknikleriyle donatılmış MPPT sistemleri, PV panellere ait I-V

62

karakteristiklerinden elde edilen veriler ışığında, farklı güneş ışınımı değerlerine göre panellerin en verimli çalıştığı noktayı tespit ve takip ederler [108].