Global Güneş Işınımı Tahmin Modelleri için ATATEK-Solar Yazılımının Geliştirilmesi

Yıl 2024, Cilt: 10 Sayı: 1, 62 - 73

Ahmet Süslü , Recep Külcü

Öz

Güneş enerjisi hesaplamaları, atmosfer dışına kadar çeşitli eşitlikler yardımıyla büyük bir doğrulukla gerçekleştirilebilmektedir. Ancak, yeryüzüne düşen ışınım miktarının hesaplanması oldukça zordur. Bunun nedeni, atmosfer içerisindeki ışınımın; topografik özellikler, bulutluluk ve nem gibi koşullardan etkilenmesidir. Bu etmenlerin zamanla değişmesi, eşitlikler yoluyla hesaplamayı zorlaştırmaktadır. Bu bağlamda, global güneş radyasyonu hesabında rasat cihazlarıyla ölçüm ve tahmin modelleri kullanılmaktadır. Güneş rasat cihazlarının kurulması ve işletilmesi maliyetli bir süreç olduğundan, bu cihazlar meteoroloji istasyonları, havaalanları ve üniversiteler gibi alanlarda kullanılmaktadır. Ancak geniş bir coğrafi alana gelen global güneş radyasyonunun tahmin edilmesinde tahmin modelleri daha etkin bir rol oynamaktadır. Bununla birlikte, tahmin modellerinin validasyonlarının meteoroloji istasyonlarından alınan verilerle yapılması gerekmektedir. Bu doğrultuda, tahmin yapılan her bölge için ayrı doğrulama yapılması zorunlu hale gelmektedir.
Global ışınım tahmin modellerinde kullanılan sabitler, meteorolojik ölçüm istasyonlarından elde edilen veriler kullanılarak iterasyon yoluyla belirlenmektedir. Model sabitleri belirlendikten sonra tahminler gerçekleştirilmekte ve hesaplama yapılan il için en doğru tahminleri veren model belirlenmektedir. En başarılı modelin belirlenmesinde istatistiksel hata parametreleri kullanılmaktadır. Araştırmacılar modellerin iterasyonla çözümünde farklı yazılımlar kullanmaktadır (MATLAB, Excel Solver, SigmaPlot, vb.). Ancak bu yazılımların global güneş radyasyonu hesabına özel tasarlanmamış olması birçok soruna neden olmaktadır. Bu bağlamda, ATATEK (Akıllı Tarım Teknolojileri) çalışma grubu tarafından ATATEK-Solar yazılımı geliştirilmiştir. Yazılım, Türkiye için geniş içeriğe sahip kütüphanesiyle modellerde kullanılan tüm değişkenlerin yıllık değerlerini sağlamakta, ayrıca kullanıcıya veri ekleme imkânı sunmaktadır. Yazılım, optimizasyon aşamasında iterasyonla modelleri 3 farklı yönteme göre çözmekte ve her model için en uygun çözüm yoluna göre global güneş radyasyonu değerlerini hesaplamaktadır. Ardından, istatistiksel analiz sonuçlarını raporlamaktadır.
Bu çalışmada, makalenin yazarları tarafından geliştirilen ATATEK-Solar yazılımının çalışma ilkeleri, kullanım arayüzü ve kullanıcıya sunduğu sonuçlar incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler

ATATEK-Solar, global güneş radyasyonu, ışınım tahmini

Kaynakça

• Almorox, J., Hontoria, C. (2004). Global solar radiation estimation using sunshine duration in Spain. Energy Conversion and Management, 45: 1529–35.
• Ampratwum, D. B., & Dorvlo, A. S. S. (1999). Estimation of solar radiation from the number of sunshine hours. Applied Energy, 63, 161–167.
• Angstrom, A. (1924). Solar and terrestrial radiation. Report to the international commission for solar research on actinometric investigations of solar and atmospheric radiation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 50(210), 121–126.
• Bahel, V., Bakhsh, H., & Srinivasan, R. (1987). A correlation for estimation of global solar radiation. Energy, 12, 131–135.
• Bakırcı, K. (2009). Correlations for estimation of daily global solar radiation with hours of bright sunshine in Turkey. Energy, 34, 485–501.
• Bristow, K. L., & Campbell, G. (1984). On the relationship between incoming solar radiation and daily maximum and minimum temperature. Agricultural and Forest Meteorology, 31(2), 159–166.
• Coppolino, S. (1994). A new correlation between clearness index and relative sunshine. Renewable Energy, 4(4), 417–423.
• Dogniaux, R., & Lemoine, M. (1983). Classification of radiation sites in terms of different indices of atmospheric transparency. Solar Energy Research and Development in the European Community, Series F, Vol. 2. Dordrecht, Holland: Reidel.
• Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (2006). Solar engineering of thermal processes (3rd ed.). New York: John Wiley & Sons.
• Elagib, N., & Mansell, M. (2000). New approaches for estimating global solar radiation across Sudan. Energy Conversion and Management, 41(5), 419–434.
• El-Metwally, M. (2005). Sunshine and global solar radiation estimation at different sites in Egypt. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 67(14), 1331–1342.
• Ersan, R., & Külcü, R. (2024). Development of new models using empirical modeling of global solar radiation and its application in Uşak city, Turkey. Unpublished manuscript.
• Ertekin, C., & Yaldız, O. (2000). Comparison of some existing models for estimating global solar radiation for Antalya (Turkey). Energy Conversion and Management, 41, 311–330.
• Ertekin, C., Külcü, R., & Evrendilek, F. (2008). Techno-economic analysis of solar water heating systems in Turkey. Sensors, 8, 1252–1277.
• Hargreaves, G., & Riley, J. (1985). Irrigation water requirements for Senegal River basin. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 111(3), 265–275.
• Hooke, R., & Jeeves, T. A. (1961). "Direct Search" solution of numerical and statistical problems. Journal of the ACM, 8(2), 212–229. https://doi.org/10.1145/321062.321069
• Kirkpatrick, S., Gelatt, C. D., & Vecchi, M. P. (1983). Optimization by simulated annealing. Science, 220(4598), 671–680. https://doi.org/10.1126/science.220.4598.671
• Külcü, R. (2015). Modelling of solar radiation reaching the earth to Isparta province. Süleyman Demirel University, Journal of the Faculty of Agriculture, 10(1), 19–26.
• Külcü, R. (2019). Development of a new model using empirical modeling of global solar radiation and its application in Çankırı city. Süleyman Demirel University, Yekarum e-Dergi, 4(2), 1–8.
• Mengeç, O., Ertekin, C., & Sonmete, M. H. (2006). Evaluation of global solar radiation models for Konya, Turkey. Energy Conversion and Management, 47, 3149–3173.
• Nelder, J. A., & Mead, R. (1965). A simplex method for function minimization. The Computer Journal, 7(4), 308–313. https://doi.org/10.1093/comjnl/7.4.308
• Prescott, J. (1940). Evaporation from a water surface in relation to solar radiation. Transactions of the Royal Society of South Australia, 64(1), 114–118.