Çift Eksenli Otonom Güneş Takip Sistemi ile Fotovoltaik Enerji Hasadı (TÜBİTAK 2204-A)

Fosil yakıtların atmosfere yaydığı sera gazları nedeniyle gezegenimizin sıcaklığı her geçen yıl artmakta, temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç hayati bir seviyeye ulaşmaktadır. Güneş enerjisi bu dönüşümün en önemli aktörüdür; ancak günümüz çatılarındaki fotovoltaik paneller sabit bir açıyla (genellikle güneye dönük) monte edilmektedir. Güneş gün boyunca gökyüzünde doğudan batıya hareket ederken ışınlar panele eğik gelmekte ve sabah ile akşam saatlerinde %40'a varan devasa bir enerji kaybı yaşanmaktadır. TÜBİTAK 2204-A Lise ve 2204-B Ortaokul kategorilerinde "Fizik", "Enerji" ve "Teknolojik Tasarım" alanlarına yönelik bu projede, güneşi iki eksende (yatay ve dikey) anlık takip eden Çift Eksenli Otonom Güneş Takip Sistemi (Dual-Axis Solar Tracker) geliştiriyoruz.

1. 🎯 Proje Özeti ve Anahtar Kelimeler

Bu araştırmada, 4 adet LDR (Işığa Duyarlı Direnç) sensörü artı şeklindeki bir seperatörle güneş panelinin dört köşesine yerleştirilmiştir. Güneş hareket ettikçe seperatörün oluşturduğu mikro gölgeler LDR'lar üzerinde direnç farkı yaratır. Arduino Uno bu analog gerilim farklarını matematiksel olarak kıyaslayarak; yatay eksende (Azimut) 0-180 derece, dikey eksende (Zenit / Yükseklik) 0-180 derece hareket edebilen iki adet servo motoru kontrol eder. Böylece panel yüzeyi her an güneş ışınlarına tam 90 derece dik açıyla bakar.

2. 📌 Problem Durumu ve Araştırma Sorusu

3. 💡 Proje Hipotezleri

4. 🧰 Gerekli Malzemeler ve Sistem Mimarisi

5. 🔌 Devre Şeması ve Matematiksel Eşik Mantığı

Panelin dört köşesindeki 4 LDR şu şekilde adlandırılır:

Ortalama Hesaplamaları:

Eğer $| ext{Üst} - ext{Alt}| > ext{Eşik}$ ise: Dikey servo aradaki farkı sıfırlayana kadar yukarı veya aşağı döner!

Eğer $| ext{Sol} - ext{Sağ}| > ext{Eşik}$ ise: Yatay servo fark sıfırlanana kadar sağa veya sola döner!

6. 💻 Tam ve Çalışan Arduino C++ Kodu

#include <Servo.h> Servo servoYatay; // Azimut (0-180)
Servo servoDikey; // Zenit (0-180) // Pin Bağlantıları
const int LDR_TL = A0; // Üst Sol
const int LDR_TR = A1; // Üst Sağ
const int LDR_BL = A2; // Alt Sol
const int LDR_BR = A3; // Alt Sağ int aciYatay = 90;
int aciDikey = 90;
const int ESIK = 15; // Titremeyi önleyici ölü bant toleransı void setup() { servoYatay.attach(9); servoDikey.attach(10); servoYatay.write(aciYatay); servoDikey.write(aciDikey); Serial.begin(9600);
} void loop() { int tl = analogRead(LDR_TL); int tr = analogRead(LDR_TR); int bl = analogRead(LDR_BL); int br = analogRead(LDR_BR); int ustOrt = (tl + tr) / 2; int altOrt = (bl + br) / 2; int solOrt = (tl + bl) / 2; int sagOrt = (tr + br) / 2; // Dikey Eksen Kontrolü int farkDikey = ustOrt - altOrt; if (abs(farkDikey) > ESIK) { if (ustOrt > altOrt && aciDikey < 160) { aciDikey++; } else if (altOrt > ustOrt && aciDikey > 20) { aciDikey--; } servoDikey.write(aciDikey); } // Yatay Eksen Kontrolü int farkYatay = solOrt - sagOrt; if (abs(farkYatay) > ESIK) { if (solOrt > sagOrt && aciYatay > 10) { aciYatay--; } else if (sagOrt > solOrt && aciYatay < 170) { aciYatay++; } servoYatay.write(aciYatay); } delay(20); // Servoların mekanik tepki süresi
}

7. 📊 Deneysel Bulgular ve Karşılaştırma Grafiği

Aynı özelliklere sahip iki adet 6V/2W panel ile sabah 08:00'den akşam 18:00'e kadar her saat başı anlık güç (Watt) ölçülmüştür:

8. 🎤 TÜBİTAK Jüri Sunum Tavsiyeleri

Sonuç

Güneş Takip Sistemi projesi, hem mekanik tasarım hem yazılım hem de fizik yasalarını bir araya getiren örnek bir STEAM çalışmasıdır. TÜBİTAK yarışmalarında uygulanabilirliği ve somut veri üretimiyle her zaman dereceye giren güçlü bir projedir.