Design and Application of Multi-Axis Solar Tracking System to Increase the Efficiency of Solar Cell

Abstract

In this study, a multi-axis solar tracking system was designed and implemented in order to increase the efficiency of electrical energy obtained from solar energy, which is one of the renewable energy sources.The solar tracking unit can monitor the sun on both the horizontal axis and the vertical axis. Using the solar tracking system, it is possible to increase the efficiency by approximately % 25-35. In the biaxial control system implemented in this study, the panel was placed on the north-south line and its movement was made in the east-west axis. If it is vertical movement, the lower part (south end) of the panel is rotated and the upper part (north) is moved up and down. Optimization of the system has been achieved with this mechanism. In the implemented system, horizontal movement is provided with the help of stepper motor controlled by arduino in line with the information coming from LDRs. Vertical axis movement is provided with the help of linear motor controlled by arduino in line with the information coming from LDRs. LDRs that provide sun tracking are placed on the top of the panel. The electrical energy produced by the system can be used as DC and AC current sources with the help of the converter and inverter circuits. In addition, this energy DC can be stored in a battery group connected to the system.

Keywords

• Two-axis solar tracking system
• PV (photovoltaic)
• boost converter
• half wave inverter
• arduino
• control system
• switching
• battery
• linear motor
• step motor

Design and Application of Multi-Axis Solar Tracking System to Increase the Efficiency of Solar Cell

Öz

Bu çalışmada güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için bir sistem tasarlanarak uygulaması yapıldı. Bilindiği gibi güneş hücrelerinden üretilen elektrik enerjisinin verimliliğini artırmak için güneş ışınlarının günün her saatinde güneş paneline dik doğrultuda gelmesi gerekir. Bunu sağlamak için güneş paneline her doğrultuda hareket ettirmek için çok eksenli bir güneş takip sistemi tasarlandı ve uygulaması yapıldı. Güneş takip ünitesi, güneşi hem yatay eksende hem de dikey eksende takip edebilmektedir. Güneş takip sistemi sayesinde güneş hücrelerinin verimliliğini yaklaşık %25-35 oranlarında arttırmak mümkündür. Bu çalışmada gerçekleştirilen çift eksenli kontrol sisteminde, yatay hareket panel kuzey-güney doğrultusunda yerleştirildi ve hareketi doğu-batı ekseninde yapıldı. Dikey hareket ise, panelin alt kısmı (Güney ucu) döner hareketli, üst kısmı (kuzey) ise aşağı yukarı hareket ettirildi. Sistemin optimizasyonu gerçekleştirilen bu düzenekle sağlandı. Güneş hareketinin takibini sağlayan LDR’ ler güneş panelinin üst kısmına yerleştirildi. Gerçekleştirilen bu sistemde panelin yatay açısal hareketi ve dikey yöndeki düşey hareketi LDR lerden gelen pozisyon bilgileri doğrultusunda arduino tarafından kontrol edilmektedir. Arduino’nun LDR lerden aldığı bilgiler doğrultusunda çıkışında yatay hareket için step motoru, dikey hareket içinse lineer motoru kontrol eden sinyalleri motor sürücülerine gönderir. Sistemde üretilen elektrik enerjisi tasarlanan konvertör ve invertör devreleri yardımı ile DA ve AA akım kaynağı olarak kullanılmaktadır. Ayrıca sisteme bağlı bir akü gurubunda üretilen elektrik enerjisi DA olarak depolanmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• İki eksenli güneş takip sistemi
• PV (fotovoltaik)
• boost converter
• yarım dalga inverter
• kontrol sistemi
• anahtarlama
• batarya
• lineer motor
• step motor

References

1. [1] Altın, V., Güneş Pillerinin Yapısı ve Çalışması, Bilim ve Teknik Dergisi, 464 (2006) 41.
2. [2] Altın, V., Güneş Enerjisinden Yararlanılarak Elektrik Üretimi, Mimar ve Mühendis Dergisi, 33 (2004) 28-31.
3. [3] Türkiye Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı internet sitesi “Enerji.gov.tr.”
4. [4] Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası (GEPA)
5. [5] Perdahçı, C., Güneş Pili Verimleri ve Ekonomik Analizi, Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 1996.
6. [6] “Fresnel aynası ve güneş takip sisteminin güneş paneli güç verimliliğine etkisi” Doç.Dr. Ahmet Çağlar*, Anılcan Sarıkaya*, Ömer Faruk Eyyupoğlu* *Akdeniz Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Antalya, 07070
7. [7] Markvat, T., Castaner, L. 2006. “Practical Handbook of Photovoltaics: Fundamentals and Applications”, [8] Haouari-Merbah, M., Belhamel, M., Tobias, I., Ruiz, J. M. 2005. “Extraction and Analysis of Solar Cell Parameters From the Illuminated Current–voltageCurve”, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 87, Mayıs 2005, pp. 225-233.
8. [9] Koutroulis, E., Kalaitzakis, K., Voulgaris, N. C. 2001. “Development of a Microcontroller-BasedPhotovoltaic Maximum Power Point Tracking Control System”, IEEE Transactions on Power.

9. [10] Sözen, A., Arcaklıoğlu, E., Özalp, M., Kanit, E.G. 2005. “Solar-Energy Potential in Turkey”, Applied Energy, 2005, 80, pp. 367-381.
10. [11] BOZTEPE, Mutlu “ Fotovoltaik Güç Sistemlerinde Verimliliği Etkileyen Parametreler” Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü, Bornova, İzmir E-posta: [e-mail]
11. [12] Mohan, N., Undeland, T. M., Robbins, W. P. 1995. “Power Electronics: Converters, Applications and Desing”, 2nd Edition, John Wiley & Sons Inc.
12. [13] Shugar, D. S., Hickman, T., Lepley, T. 1996. “Commercialization of A Value-Engineered Photovoltaic Tracking System”, 25 th IEEE PVSC Proceedings, May 1996, pp. 1537-1540.