Sdnmz

OTOMATİK GÜNEŞ İZLEME SİSTEMİ
Şadan Dönmez - Aytekin Özdemir
Ege Üniversitesi
Mühendislik fakültesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
Danışman: Dr. Mutlu Boztepe

Amaç ve Kapsam

Projede otomatik olarak iki eksende Güneşi takip ederek Güneş'ten yeryüzüne gelen ışınların sisteme geliş açısı nı 0°'ye maksimum düzeyde yaklaştırmaya, sistemi gelen ışınlara dik konuma getirmeye çalışan bir sistem tasarlanması amaçlanmıştır. Bu sayede Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının temeli olan Güneş Enerjisinden maksimum düzeyde faydalanılması hedef alınmıştır.

Sisteme monte edilebilecek bir güneş paneli veya kullanımında güneşe ihtiyaç duyulan diğer cihazlar böylece güneş enerjisinden en etkin şekilde yararlanabilecektir.

Sistemin Çalışma Prensibi

Güneş Pilinin Sensör Olarak Kullanılması

Güneşin Konumunu belirlemede 4 adet güneş pilinin sensör olarak kullanılmasının temel nedeni, güneş pilinin oldukça kararlı çalışması ve ürettiği akımın ışınımla doğru orantılı olarak değişmesidir. Güneş pili şekil-1'deki gibi bir eşdeğer devreye sahiptir. Aynı ışınım ve ortam sıcaklığında pilin ürettiği akım sabittir ve bu sebeple eşdeğer devrede akım kaynağı modeli kullanılır.

Şekil-1: Güneş Pili Eşdeğer Devresi

Şekil-2: Güneş pili I-V karakteristiği

Güneşten Konum Bilgisinin Alınması ve Kontrol İşlemleri

Güneşin konumunu belirlemek için şekil-5'teki gibi dört adet güneş pilinden oluşan şekil-4'teki düzenek kurulur. Sensör olarak kullanılan 4 adet güneş pilinden PIC16F877A'ya bilgi gönderebilmek için bu pillerin ürettiği akımların gerilime dönüştürülmesi şekil-3'deki devre ile sağlanır. Daha sonra PIC16F877A içindeki ADC ile bu gerilim değerleri sayısallaştırılır. Güneşin konumunu belirlemek için şekil-4'teki düzeneğin dört köşesinde bulunan güneş pillerinden elde edilen sayısal değerler arasında mikrokontrolör vasıtasıyla kıyaslama yapılır. Bu yapılan kontrol ve karşılaştır ma işlemleri sonucunda, güneşin sisteme göre bulunduğu bölge tespit edilir. Ardından mekanik sistem üzerinde bulunan ve biri yatay hareketi diğeri de dikey hareketi sağlayan DC motorlara, tespit edilen konum verisine uygun doğrultuda PWM (Pulse Width Modulation) darbeleri gönderilerek panelin güneşe doğruyönelmesi sağlanır. Diğer önemli bir husus, güneş tam karşıda iken tüm pillerden aynı büyüklükte sayısal bilgi alınıyor olmalıdır. Çünkü güneş pilleri ne kadar benzer üretilseler de aynı ışınım altında ürettikleri akımlar arasında büyük farklar olabilmektedir. Bunu önlemek için şekil-3 'teki gibi her bir güneş pili için ayrı olarak kurulmuş devrede opamp negatif feedback kısmında potansiyometre kullanılmıştır. Bu potansiyometre ile her bir güneş pilinin aynı ışınımda tam olarak aynı gerilim bilgisini göndermesi (Kalibrasyon İşlemi) sağlanmıştır.

PIC Nedir?

PIC Serisi mikroişlemciler MICROCHIP firması tarafından geliştirilmiş olup kelime anlamı – PERIPHERAL INTERFACE CONTROLLER- Çevresel Ünite Denetleme Arabirimi ' dir. Yapılan projede PIC kullanmamızın nedeni; çok geniş bir kullanıcı kitlesi bulunması nedeniyle PIC programlamak için üretilen yazılım ve donanımın çok fazla olması, ülkemizde kolaylıkla ve ucuza bulunabilmeleri, çok basit elemanlar kullanılarak programlanabilmeleri, basit reset, clock sinyali ve güç devreleri gerektirmeleri ve dünyada da çok fazla kullanıcısı olması nedeniyle internet ü zerinden program ve örnek projelerin elde edilebilmesidir. Projede kullanılmış olan 16F877A entegresinde 8 kanal 10 bit ADC bulunmaktadır.

Şekil-3: Akım-Gerilim Dönüştürücü Devresi

Şekil-4: Sensör Platformu

Şekil-5: Sensör olarak kullanılan güneş pili

Sistemin Donanım Kısmı

Anakontrol kartı ve motor sürücü devresi olmak üzere iki bölümden oluşur.

Şekil-6: Kontrol ve Motor Sürücü Devresi

Şekil-7: Sistemin Genel Görünüşü

Sistemin Yazılım Kısmı

Sistemin yazılımı yüksek seviye bir programlama dili olan PICBASIC PRO ile oluşturulmuştur. Micro Engineering Labs firması tarafından PICmikro denetleyicileri için geliştirilen bu derleyicinin kullanımı QBASIC diline çok benzemektedir. Yüksek seviye bir dil olması itibariyle assembly'ye göre daha basit ve daha işlevseldir. Örneğin assembly ile sayfalar dolusu yer tutan LCD kontrolü , seri haberleşme, ADC işlemleri veya seri EEPROM veri alışverişi gibi işlemlerin birkaç satırda yapılabiliyor olmasıprogramlayıcı açısında çok büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Tasarlanan algoritmada Güneşin en kısa sürede, en az hareketle bulunması amaçlanmıştır.

Sistemin Avantajları

Çok fazla harcama yapmadan eldeki mevcut ekipmanlarla yapılmış yeterli nitelikte bir Güneş izleme sistemi olması .
PIC mikrokontrolörünün piyasada kolaylıkla bulunması ve ucuz olması
PIC 16F877A mikrokontrolörünün içerisinde dahili 8 kanallı maksimum 10 bit ADC'nin bulunması .
PICBASIC PRO ile yazılımın çok kısa zamanda, daha az kod yazılarak ve daha anlaşılır şekilde oluşturulabilmesi. Bu sayede algoritma hatalarının da en aza indirgenebilmesi.
Küçük boyutta, ekonomik güneş pillerinin konum saptama sensörleri olarak kullanılıyor olması .
Tasarlanan kontrol kartı üzerinde mevcut bulunan butonlar aracılığı ile sistemin gerektiğinde manuel olarak da kontrol edilebilmesi.
Yine kontrol kartı üzerinde mevcut bulunan RTC (Real Time Clock) ile Güneş in gerçek zamanlı olarak izlenmesi gibi uygulamalara açık olması .
Kullanılan LCD ekran ile programın her an hangi aşamada olduğu bilgisinin görülebiliyor olması .
Düşük güç tüketimi

Sistemin Dezavantajları

Yılın farklı mevsimlerinde güneş ışınımı değerleri arasında çok fark olacağından sensörlerin şekil-3'teki devrede bulunan potansiyometreler ile farklı ışınım durumları için belli dönemlerde yeniden kalibre edilme zorunluluğu.
ADC'nin 8 bit olarak kullanılmasından dolayı örneklemenin sınırlı olması.
İmkanların kısıtlı olması nedeniyle step veya servo motor yerine DC motor kullanılması.
DC motorda konum kontrolü zorluğundan dolayı sistemde panelin herhangi bir anda hangi konumda olduğu bilgisinin alınamaması .
Güneşi iki eksende takip etmenin tek eksene göre veriminin yaklaşık %15-20 civarında olması