Deneysel Kullanım İçin Otomasyon Kontrollü Güneş Simülatörünün Tasarımı ve İmalatı
Özet
Bu çalışmada, güneş enerjili sistemlerin dış ortam değişkenlerinden bağımsız ve kontrollü koşullarda test edilip optimize edilebilmesi amacıyla otomasyon kontrollü, düşük maliyetli bir güneş simülatörünün tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Yenilenebilir Enerji Laboratuvarında geliştirilen simülatör, 100x120 cm ölçülerinde alüminyum sigma profillerden oluşan çatı aksamına ve yüksekliği ayarlanabilen taşıyıcı kolonlara sahiptir. Işınım kaynağı olarak, ayrı dimmer devreleri üzerinden gücü ve ışınım şiddeti bağımsızca ayarlanabilen 20 adet 500 W gücünde halojen lamba tercih edilmiştir. Yapılan deneysel ölçümler, 50 cm mesafede 0-1000 W/m² arasında ışınım şiddeti sağlandığını ve TS EN ISO 9806 standardına uygun şekilde %10’dan az hatayla homojen bir ışınım dağılımı elde edildiğini göstermiştir. Simülatörün işletilmesi ve veri kaydı için Delta marka PLC tabanlı, HMI dokunmatik ekranlı bir otomasyon sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem sayesinde lambaların açık ve kapalı kalma süreleri, akışkan hızı ve dört farklı noktadan alınan sıcaklık verilerinin dakikada bir kaydedilmesi işlemleri eş zamanlı olarak yürütülmektedir. Sonuç olarak çalışma, iç mekân güneş enerjisi araştırmalarında yüksek tekrarlanabilirlik sağlayan güvenilir ve modüler bir test platformu sunmaktadır.
In this study, an automation-controlled, low-cost solar simulator was designed and manufactured to enable testing and optimization of solar energy systems under controlled conditions independent of outdoor variables. Developed at the Renewable Energy Laboratory of Isparta University of Applied Sciences, the simulator features a 100x120 cm roof structure made of aluminum sigma profiles and height-adjustable support columns. Twenty 500 W halogen lamps, whose power and irradiance can be independently adjusted via individual dimmer circuits, serve as the radiation source. Experimental measurements demonstrated that irradiance levels between 0 and 1000 W/m² were achieved at a 50 cm distance, providing a homogeneous radiation distribution with less than 10% error in compliance with the TS EN ISO 9806 standard. A Delta PLC-based automation system equipped with an HMI touch screen interface and custom software was developed for control and data acquisition. This system enables simultaneous management of lamp operating cycles, fluid velocity, and the recording of temperature data from four different points every minute. Consequently, the study offers a highly repeatable, modular test platform for indoor solar energy research.
Referanslar
Kılıç Demircan, R. & Gültekin, A. B. (2017). Binalarda Pasif ve Aktif Güneş Sistemlerinin İncelenmesi. TÜBAV Bilim Dergisi, 10 (1), 36-51.
Yıldız, A. (2013). Gıda Kurutma Sistemlerinde Kullanılan Havalı Güneş Enerjisi Toplayıcıları. 11. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 65-76.
Bulut, H., Şahin, H. ve Karadağ, R. (2006). Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemlerinin Tekno-Ekonomik Analizi, Harran Üniversitesi, Şanlıurfa MYO, İklimlendirme ve Soğutma Programı, Şanlıurfa.
German Energy Society (2008). Planning and Installing Photovoltaic Systems: A Guide for Installers, Architects and Engineers. 2nd ed. London, UK, CRC Press.
Sulukan, E., (2020). İstanbul’da bir fotovoltaik sistemin tekno-ekonomik ve çevresel analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(1), 127-132.
Toniazzo, F., Klajn, F.F., Nogueira, C.E.C., Siqueira, J.A.C., Souza, S.N.M.D, (2017). Solar Energy and its Global Investments. Revista Brasileira De Energia Renováveis , V. 6, P. 845.
TS EN ISO 9806, (2014). “Güneş Enerjisi-Güneş kollektörleri- Deney metotlar”.
Wang W., (2014). Simulate a Sun for Solar Research: A Literature Review of Solar Simulator Technology. Stockholm, Sweden.
Bhatia, S.C., (2014). Advanced Renewable Energy Systems, WPI Publishing, New Delhi. https://doi.org/10.1201/b18242
Gueymard, C.A., (2018). A reevaluation of the solar constant based on a 42-year total solar irradiance time series and a reconciliation of spaceborne observations. Sol. Energy 2018, 168, 2–9.
Şen, Z. (2004). Solar energy in progress and future research trends. Progress in Energy and Combustion Science 30:367–416.
J.A. Duffie, W.A. Beckman, (2013). Solar Engineering of Thermal Processes (Fourth Edition), John Wiley & Sons Inc., New Jersey.
Riverola A, Vossier A, Chemisana D., (2019). Fundamentals of solar cells. In: Nanomaterials for solar cell applications. Elsevier. p. 3–33.
Gueymard C.A., Myers D., Emery K. (2002). Proposed reference irradiance spectra for solar energy systems testing Sol. Energy, 73, pp. 443-467.
Gonzalez C. C. and Ross R. G. (1980) Performance measurement reference conditions for terrestrial photovoltaics. In Proceedings of the International Solar Energy Society Conference, Phoenix, AZ.
Wang, W. (2014) Simulate a ’Sun’ for Solar Research: A Literature Review of Solar Simulator Technology, Royal Institute of Technology, Department of Energy Technology, Swede, Stockholm, 2014, p. 7
N. Mohamad Samiudin, F. Hussain, M. Othman, B. Yatim, M. Ruslan, K. Sopian and Z. Ibrahim, (2016) “Development Of Solar Simulator For Indoor Testing Of Solar Collector,” Journal of Industrial Technology, vol. 24, no. 21908/jit, pp. 27-42.
V. Esen, Ş. Sağlam, B. Oral, (2017) Light sources of solar simulators for photovoltaic devices: a review Renew Sustain Energy Rev, 77, pp. 1240-1250.
Y.M. Irwan, W.Z. Leow, M. Irwanto, M. Fareq, A.R. Amelia, N. Gomesh, I. Safwati, (2015) Indoor test performance of PV panel through water cooling method, Energy Procedia, 79, pp. 604-611
M. Tawfik, X. Tonnellier, C. Sansom (2018) Light source selection for a solar simulator for thermal applications: a review Renew. Sustain. Energy Rev., 90, pp. 802-813.
Wikipedia, Solar Simulator, Erişim Tarihi: 04.08.2022 https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_simulator
