DESIGN OF A SINGLE-AXIS SOLAR TRACKING SYSTEM FOR THE AEGEAN REGION

Yıl 2025, Cilt: 66 Sayı: 719, 331 - 360, 30.06.2025

Furkan Doğan , Onur Kalkan , Hüseyin Topal

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1730493

Öz

In this study, the single-axis solar panel tracking system designed for a roof application and the details of the work are presented. The design has been shaped around dynamic software developed on a microcontroller. This module calculates the panel's ideal tracking angle according to the position of the sun by using information obtained from the PVGIS database and the capabilities provided by the “ephem” library. The system, which can be controlled remotely, aims to maximize energy efficiency within the constraint of single-axis movement. During the design process, models created with Autodesk Inventor were subjected to necessary tests in the computer environment regarding system dynamics and structural durability. Simulations were also used to evaluate the system's energy collection capacity, in addition to wind load and shading. The study formulated a comparison of energy production between a single-axis tracking system and both fixed and dual-axis systems. Theoretical calculations showed that the annual efficiency increase for the single-axis tracking system can reach 28.110%. While the lowest efficiency increase was found to be 10.659% for May, the highest efficiency increase belongs to December with 78.893%. The total payback period of the tracking system investment was calculated as 2.5 years.

Anahtar Kelimeler

Solar tracing system , single-axis tracing , energy efficiency , dynamic software module

EGE BÖLGESİ İÇİN TEK EKSENLİ GÜNEŞ PANELİ TAKİP SİSTEMİ TASARIMI

Öz

Bir çatı uygulaması için tasarlanan tek eksenli güneş paneli takip sistemi ve detayları bu çalışma kapsamında sunulmuştur. Tasarım, mikro sürücü üzerinde geliştirilmiş dinamik bir yazılım etrafında şekillenmiştir. Bu modül, PVGIS veri tabanından edinilen bilgileri ve “ephem” kütüphanesinin sağladığı imkanları kullanarak güneşin konumuna göre panelin ideal takip açısını hesaplamaktadır. Uzaktan kontrol edilebilen sistem, tek eksen kısıtlamasıyla birlikte, enerji verimliliğini maksimum seviyeye ulaştırmayı amaçlamaktadır. Tasarım sürecinde Autodesk Inventor ile yapılan modellemeler, sistem dinamikleri ve yapısal dayanıklılık hususlarında, bilgisayar ortamında, gerekli testlere tabi tutulmuşlardır. Simülasyonlar; rüzgar yükü ve gölgelenmenin yanı sıra, sistemin enerji toplama kapasitesini değerlendirmek için de kullanılmıştır. Tek eksenli bir takip sisteminin sabit ve çift eksenli sistemlerle enerji üretiminin karşılaştırılması yapılmaktadır. Teorik hesaplamalar tek eksenli takip sistemi için yıllık verim artışının %28,110 oranına çıkarılabileceğini göstermiştir. En düşük verim artışı, mayıs ayı için %10,659 olarak bulunurken, en yüksek verim artışı %78,893 ile aralık ayına aittir. Tek eksenli takip sisteminin toplam yatırım geri dönüşüm süresi 2,5 yıl olarak hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Güneş takip sistemi , tek eksenli takip , enerji verimliliği , dinamik yazılım modülü

Kaynakça

• Alahmad, H., E. Taşkesen ve E. N. Bilen. “Uzay Tabanlı Güneş Enerjisine Genel Bakış” Researcher, 2023: 53-75.
• Alemayehu, Mintesinot ve Bimrew Tamrat Admasu. “Passive solar tracker using a bimetallic strip activator with an integrated night return mechanism” Heliyon, 2023.
• Alomar, Omar Rafae, Omar Mohammad Ali, Bashar Mahmood Ali, Veen S. Qader ve Obed M. Ali “Energy, exergy, economical and environmental analysis of photovoltaic solar panel for fixed, single and dual axis tracking systems: An experimental and theoretical study” Case Studies in Thermal Engineering, 2023.
• Al-Othman Ahmad, Younes Tariq, Al-Adwan Ibrahim, Khawaldah Mohammad Al, Alauthman Hamza, Alkhedher Mohammad, Ramadan Mohamad “An experimental study on hybrid control of a solar tracking system to” Solar Energy, 2023.
• Bentahar, H., H. Kaich, N. Ayadi, M. Ben Hmouda, A. Maalej ve U. Lemmer “A simple tracking system to monitor solar PV panels” Energy Conversion and Management, 2014.
• Dehshiri, Seyyed Shahabaddin Hosseini ve Bahar Firoozabadi “Comparison, evaluation and prioritization of solar photovoltaic tracking systems using multi criteria decision making methods” Sustainable Energy Technologies and Assessments, 2023.
• Doğan Furkan, Onur Kalkan ve Hüseyin Topal “Tek Eksenli Güneş Paneli Takip Sistemi” Gazi Üni. Makine. Müh. Bitirme Projesi, 2024.
• EİGM Yenilebilir Enerji Üretim Faaliyetleri Lisanslı Elektrik Üretimi. T.C. Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı. 10 25, 2024. https://enerji.gov.tr/eigm-yenilebilir-enerji-uretim-faaliyetleri-lisansli-elektrik-uretimi (accessed 10 25, 2024).
• Eldin, S. A. Sharaf, M. S. Abd-Elhady ve H. A. Kandil “Feasibility of solar tracking systems for PV panels in hot and cold regions” Renewable Energy, 2016: 228-233. «Github.» 2021. https://github.com/binyisu/PVEL-AD (erişildi: 09 05, 2024).
• Ito, Risa ve Sihwan Lee “Development of adjustable solar photovoltaic system for integration with solar shading louvers on building façades” Applied Energy, 2024.
• Juarez-Perez, Emilio J., Cristina Momblona, Roberto Casas ve Marta Haro “Enhanced power-point tracking for high-hysteresis perovskite solar cells with a galvanostatic approach” Cell Reports Physical Science, 2024.
• Menak, R. “Çift Eksenli Güneş Takip Sistemi Tasarımı ve Modellenmesi” Master Thesis, 2018.
• Mohammad, Sheikh Suhail, Sheikh Javed Iqbal ve Rayes Ahmad Lone “Improved Utilization of Solar Energy Using Estimated Optimal Tilt Factor and Trackers” 2022 7th International Conference on Green Energy Technologies, ICGET 2022 July 28–30, July 28, 2022.
• Muthukumar, P., S. Manikandan, R. Muniraj, T. Jarin ve Ann Sebi “Energy efficient dual axis solar tracking system using IOT” Measurement: Sensors, 2023.
• Rao, JVG Rama, S. Venkateshwarlu, Shaik Abdul Saleem, Sairaj Arandhakar ve Srinu Ruttala “Optimizing solar panel maximum power point tracking and parasitic parameter extraction in partial shading with Enhanced Slime Mold optimization” Measurement: Sensors, 2024.
• Sağlam, A. ve S. Akkaya “İki Eksenli Güneş Takip Sistemi ile Sabit Eksenli Fotovoltaik (PV) Sistemlerinin Tasarımı ve Uzaktan İzlenmesi” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2019: 348-364.
• “Solar resource maps & GIS data” SOLAGRIS. 01 09 2024. https://solargis.com/resources/free-maps-and-gis-data?locality=turkey.
• “Solar Trade Platform ve Directory of Solar Companies” 03 09 2024. https://www.enfsolar.com/pv/panel-datasheet/crystalline/57316.
• Vieira, R. G., F. K.O.M.V. Guerra, M. R.B.G. Vale ve M. M. Araujo “Comparative performance analysis between static solar panels and single-axis tracking system on a hot climate region near to the equator” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016.