Şebekeden Bağımsız Hibrit Rüzgâr-Güneş Enerji Üretim Sisteminin Bulanık Mantık ile Enerji Akışı Kontrolü

Abstract

Bu tez çalışmasında, farklı yükler karşısında hibrit rüzgar-güneş enerji üretim sisteminin Arduino tabanlı bulanık mantık kontrolör ile enerji akış kontrolü yapılmaktadır. Tasarlanan enerji üretim sistemi Kastamonu Üniversitesi Cide Rıfat Ilgaz Meslek Yüksekokulu bahçesine kurulmuştur. Sistemde 300 W’lık rüzgâr türbini ve 3 adet 80 W’lık güneş panelleri kullanılmıştır. Buna ek olarak 12 V 130 Ah’lik bir jel akü kullanılmıştır. Sistemdeki akü, tüketicinin ihtiyacı olmayan gücü depolamak ve güç üretim sisteminin yetersiz kaldığı durumlarda devreye girerek sistemin sürekliliğini sağlamak amacıyla kullanılmıştır. Sistemde rüzgâr türbini ve fotovoltaik panellerin ürettikleri gücün denetimi ve etkililiğinin araştırılması amaçlanmıştır.

Tasarlanan kontrol sisteminin verimliliğini mukayese etmek amacıyla sistem hem klasik hibrit güç üretim sistemi olarak hem de Arduino tabanlı bulanık mantık kontrolör olarak tasarlanmıştır. Dokuz aylık bir süreçte sistemin ürettiği enerji miktarları kaydedilmiş, her iki sistemin avantaj ve dezavantajları ortaya konulmuştur.

Bulanık mantık kontrolörün kural tabloları sayesinde sistemin üretim parametreleri rahatlıkla değişebilmektedir. Matlab Simulink programı ile tasarlanan modellemede sisteme gelen enerji displayler aracılığıyla sürekli izlenmiş ve kayıt edilmiştir. Sistemin enerji girdilerini bilgisayara iletmek ve bulanık mantığın çıkışını yapmak amacıyla Arduino Mega ve akım-gerilim sensörleri kullanılmıştır. Bulanık mantığın gelen akım gerilim değerlerine göre karar vermesi sonucunda Arduino’nun pinleri aktif edilmiş ve röle kartı ile sistemin kontrolü sağlanmıştır. Tasarlanan sistem sayesinde tüketicinin talep ettiği gücün öncelikle yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılanması, üretilen enerjinin yükü karşılamadığı durumlarda ise akü veya şebekenin devreye girmesi sağlanmaktadır.

Tasarlanan Arduino tabanlı bulanık mantık kontrolörün klasik sistemlere göre, üretilen enerjiyi aküyü şarj etmeden yükü beslediği görülmüş ve akülerin ekonomik ömürlerini koruduğu sonucuna varılmıştır. Bulanık mantık kontrol sistemi ile kullanılan akünün 9 aylık süreçte 140 defa dolup boşalması engellenmiş ve akü ömrüne %4’lük bir katkı sağlanmıştır. Bulanık mantık kontrol sistemi ile enerji üretim sistemi enerji üretemediği durumlarda şebeke devreye girebilmekte ancak klasik sistemde bu mümkün olmamaktadır. Dolayısıyla Arduino tabanlı bulanık mantık kontrol siteminin performansının klasik sisteme göre daha iyi olduğu sonucuna varılmıştır.

Sistemde bulanık mantığın kural tablolarının gerçek zamanlı olarak kullanılması ayrıca önemlidir. Yapay zekâ yöntemlerinden biri olan bulanık mantığın aktif ve fonksiyonelliği enerji üretim sistemlerini de aktif ve fonksiyonel hale getirmektedir.

Çalışmanın birinci bölümünde enerjinin önemine değinilmiş, tezin amacı ve kapsamı hakkında kısaca bilgi verildikten sonra hibrit güç sistemleri ile daha önceden yapılmış olan çalışmalara ait özet bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde; dünyada ve Türkiye’de yenilenebilir enerji kaynaklarının durumuna değinilerek, güneş ve rüzgâr enerjisi hakkında genel bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde; hibrit güç üretim sistemi bileşenlerinin özellikleri ve fonksiyonları anlatılmıştır. Sistem ile ilgili çizimler ve şekiller paylaşılmıştır. Dördüncü bölümde bulgular ve bunlara etki eden parametreler verilmiştir. Beşinci bölümde ise elde edilen sonuçlar değerlendirmiştir.