Güneş enerjisi ile çalışan küçük ölçekli pompalama sisteminin doğrudan ve enerji yedeklemeli çalışma modlarının karşılaştırılması

Abstract

Son yıllarda güneş hücreleri ve rüzgâr türbinleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının verimlerinin arttırılmasında ve üretim maliyetlerinin düşürülmesinde önemli ilerlemeler sağlanmasına karşın, üretilen enerjinin ekonomik olarak yedeklenebilmesi önemli problemlerden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Şebekeye bağlı olmayan yenilenebilir enerji sistemlerinde, enerji yedeklemesi için akülerin kullanılması durumunda, kurulan sistem maliyetlerinin önemli bir kısmını enerji yedeklemesi oluşturmaktadır. Akülerin zamanla yıpranması, hem belirli süreler ile değişimlerini gerektirmekte hem de arıza olasılıklarını arttırmaktadır. Ayrıca, mobil uygulamalarda akü ağırlıkları da önemli bir dezavantaj oluşturmaktadır.Bu çalışmada, güneş enerjisi ile çalışan ve küçük ölçekte su teminine yönelik biri doğrudan pompaya bağlı diğeri ise kurşun-asit akü üzerinden pompayı besleyen iki ayrı sistemin çalışma modlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Deneyler sırasında İTÜ Enerji Enstitüsü çatısında bulunan güneş panelleri, zeminden çatıya dokuz metre yüksekliğe su pompalayan bir pompalama sistemi ve laboratuarda verilerin kayıt edildiği deney sistemi kullanılmıştır. Deneyler Ekim ve Kasım aylarında farklı meteorolojik şartların oluştuğu on yedi günü içermektedir. Hem şarj hem de deşarj sırasında ölçülen akım ve gerilim değerleri yardımıyla aküde depolanan enerji ve kapasite değerleri hesaplanılmış, her bir sistem tarafından pompalanan su miktarları kayıt edilmiştir. Ayrıca, kayıt edilen veriler yardımıyla, her bir sistem için birim enerji başına pompalanan su miktarları ve verimler hesaplanılmıştır. Farklı ışınım değerlerinde ölçülen değerler ve buna bağlı olarak pompalanan su miktarları çok farklı olduğundan, seçilen üç güne ait şarj ve deşarj değerleri ayrıntılı olarak incelenerek gün boyunca akım, gerilim, güç, enerji, kapasite değerlerinin zamanla değişimi ile akü geriliminin kapasite ile değişimini içeren grafikler çizilmiştir. Özellikle açık günlerde, direkt sistem tarafından pompalanan su miktarının akülü sistem tarafından pompalanan su miktarının yaklaşık %90'ına kadar ulaştığı görülmektedir.Sonuç olarak, güneş enerjili su pompalama sisteminin dizayn edileceği bölgenin şartları ve günlük talep edilen su miktarları göz önüne alınarak hem sistem maliyetlerinin azaltılabileceği hem de özellikle yaz şartlarında sıcaktan çok etkilenen aküler sebebiyle oluşabilecek arızaların ortadan kaldırılabileceği küçük ölçekli pompalama sistemlerinin tasarlanabileceği gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: Güneş enerjili pompalama sistemleri, fotovoltaik sistemler.

The economical energy storage is the most important problems of the renewable energy sources although advances in solar cells and wind turbines efficiencies have been achieved in recent years. For the off-grid renewable energy systems such as water pumping and ligthing, the energy storage is one of the most expensive portion of the cost. Furthermore, since the failure probability of the systems are related to the degradation of the batteries, the degraded batteries must be replaced periodically.In this work, the comparison of a direct and battery backed up (lead asit battery) modes of the small scale solar pumping system is examined. The experimental setup includes the solar panels positioned at ITU Energy Institute, pumping system with a nine meter head, measuring equipments and computers.Experiment have been repeated seventeen times in October and November by considering different meteorological conditions which are sunny, partly cloudy and cloudy. Energy and capacity stored in the battery have been calculated through the charge/discharge cycle by using the measured current and voltage values and the amount of pumped water has been recorded. Also, by using the recorded and calculated data, the pumped water per unit energy and efficiencies have been calculated for both systems. Since the measured current/voltage and related pumped water values are different for different irradiance values, the charge/discharge data for selected three days have been investigated in detail and then the variation of current, voltage, power, energy and capacity with time and voltage versus capacity graphics have been plotted. Especially for some sunny days, the direct pumping system has pumped as much water as ninety-percent compared to battery backed up system.As a result, by considering the spesifications of the water pumping region and the average daily water demand, the pumping cost may be reduced by designing the solar power pumping system without batteries.Keywords: Solar powered pumping systems, photovoltaic systems.