Güneş Enerjisi İle Çalışan Gemi Protopinin Gerçeklenmesi

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz,
TÜRKĐYE
GÜNEŞ ENERJĐSĐ ĐLE ÇALIŞAN GEMĐ PROTOPĐNĐN GERÇEKLENMESĐ
A PROTOTYPE IMPLEMENTATION OF SOLAR POWERED SHIP
Ömür AKYAZI, K.T.Ü Sürmene Abdullah Kanca M.Y.O, Trabzon
M. Orhan BOZDAĞ, K.T.Ü Sürmene Abdullah Kanca M.Y.O Mekatronik Programı,
Trabzon
Fatih YILMAZ, K.T.Ü Sürmene Abdullah Kanca M.Y.O Mekatronik Programı,
Trabzon
ÖZET
Bu çalışmada; güneş enerjisiyle çalışan gemi protopi tasarlanmış ve uygulaması
gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen uygulamada geminin hareketini sağlamak ve
yönünü belirleyen dümeni kontrol etmek için elektrik motoru kullanılmıştır. Gemide
kullanılan elektrik motorlarının beslemesi, güneş enerjisinden faydalanılarak şarj edilen
aküler tarafından sağlanmaktadır. Dünyadaki fosil yakıtlarının rezervlerinin sınırlı
olması, çevreyi kirletmesi ve büyük bir hızla tükenmeleri neticesinde günümüzde
yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilginin artmasına sebep olmaktadır. Bu bakımdan
gemi için gerekli olan enerjinin deniz şartları da göz önüne alındığında, yenilenebilir
enerji kaynaklarından güneş enerjisinin doğada bol miktarda bulunması, kolay
ulaşılabilir olması v.b avantajlarından dolayı diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre
bir adım öne çıkarmaktadır. Ayrıca sistemin çalışması ve denetimi için gerekli olan
elektronik devreler tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir.
ABSTRACT
In this study, a prototype of solar-powered ship was designed and realized. In order to
determine the direction of the ship, an electric motor is attached to the ship’s rudder.
Power need of the electric motors used on the ship is provided by batteries charged via
solar energy utilizing. Because of the limited reserves of fossil fuels in the world,
polluting the environment and rapidly depleted, the interest in renewable energy is
increased. By considering the sea conditions the energy need for the ship can be met by
solar energy. Since it is easily accessible and presented abundantly in the nature, the
solar energy is more prefareble than the other renewable energy sources. The electronic
circuits required for operation and control of the system is designed and implemented.
1

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz,
TÜRKĐYE
1. GĐRĐŞ
Günümüzde fosil yakıtı rezervlerinin sınırlı olması, çevreyi kirletmesi, küresel ısınmaya
yol açması, enerjiye olan talebin sürekli olarak artması v.b gibi nedenlerden dolayı
yenilenebilir ve alternatif enerjileri kullanabilen sistemler üzerindeki çalışmaların
artmasına neden olmuştur[1,2]. Bu çalışmalarda taşıtların hareketleri, güneş
enerjisinden faydalanılarak şarj edilen akülerin beslediği elektrik motorları vasıtasıyla
sağlanmakta ve sistemlerin kontrollerinin gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır. Yapılan
bu çalışmada tasarımı ve prototipi gerçekleştirilen geminin kuru yük gemisi olduğu ve
sabit bir hızla hareket ettiği düşünülmüştür. Bu bakımdan gemi için gerekli olan
enerjinin yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisinden sağlanmıştır[3].
Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için fotovoltaik veya güneş pilleri
kullanılır[4]. Elektrik enerjisinin gerekli olduğu her uygulamada güneş pilleri
kullanılabilir. Bu pillerin yapısı basitçe p ve n yarı iletken malzemeden oluşan diyotlara
benzer, çalışması; fotoelektrik olay prensibine dayanarak pilden fotonlar tarafından
kopartılan elektronlar hareketi esnasında bir elektrik akımı oluşturur prensibine dayanır.
Fotovoltaik piller birbirleriyle seri veya paralel olarak bağlanabilir, bu sayede çıkış
gücünü artırır[5]. Fotovoltaik veya güneş pilleri uygulamaya bağlı olarak akümülatörler,
invertörler, akü şarj denetim aygıtları ve çeşitli elektronik devreler ile birlikte
kullanılarak güneş pili sistemi veya fotovoltaik sistemi oluştururlar. Bu sistemlerin
kurulum masrafları pahalı olduğundan elektrik şebekesi olan yerlerde pek tercih
edilmezler. Özellikle son yıllarda teknolojide ve güç elektroniğindeki gelişmelere
paralel olarak bu sistemlerin maliyetlerinin azalmasıyla birlikte günlük hayatımız da
kullanımları artmıştır[6,7]. Bu çalışmada; yenilenebilir ve alternatif enerjileri
kullanabilen sistemler üzerinde yapılan çalışmalara katkı sağlamak için, tasarımı ve
sistemleri bize ait olan güneş enerjisiyle çalışan yük gemisi protopinin gerçeklenmesi
amaçlanmaktadır.
2. GEMĐNĐN TASARIMI VE GERÇEKLENMESĐ
Bu çalışmada geminin sabit bir hızla hareket ettiği ve yük gemisi olduğu düşünülerek
gerekli tasarımlar yapılmıştır. Tasarımı gerçekleştirilen gemi, temel olarak iki kısımdan
oluşmaktadır. Bunlar gövde ve elektronik aksamlardır.
2.1. Gemi gövdesinin yapımı
Gövdeyi oluşturmak için kullanmayı düşündüğümüz ağaç ürünler, polyester ve strafor
gibi malzemelerin birbirlerine göre avantaj ve dez avantajlarını belirlemek için küçük
denemelerde bulunduk. Bu denemeler sonucunda gemi için en uygun malzemenin,
kolay işlenebilirliği, hafif olması, ucuz olması, yapılan hataların düzeltilmesine olanak
vermesi ve daha pek çok üstünlüğünden dolayı strafor olmasına karar verdik. Gövdeyi
yapacağımız malzemeyi belirledikten sonra geminin kalıbını oluşturmaya başladık.
Kalıp oluşturma esnasında en önemli sorunumuz geminin dengesi ve dalgaları kırıp
ilerleyebilmesini sağlayan alt yüzeyinin oluşturulmasıydı. Bu hususlar dikkate alınarak
gerçeğine olabildiğince yakın olacak şekilde gemi parçalarını oluşturulmaya başladık.
Geminin bütün parçaları hazırlandıktan sonra sıra bu parçaların birleştirilmesine
gelmişti. Parçaları birleştirmek için yapı sektörünün vazgeçilmezi olan köpük kullandık.
2

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz,
TÜRKĐYE
Hazırlanan parçaları alt yüzeyden başlayarak sırayla birleştirmeye başladık. Birleştirme
olayı tamamlandıktan sonra geminin mukavemetinin artırılması ve estetik açıdan güzel
görünmesi için strafor yüzeyi macunla kaplandı. Daha sonra zımpara kullanılarak gemi
yüzeyindeki pürüzler ortadan kaldırılmıştır. Şekil 1’de geminin gövdesinin tasarım ve
oluşum aşamaları gözükmektedir.
Şekil 1. Gemi gövdesinin oluşum aşamalar
2.2. Geminin kontrolü için tasarlanan elektronik aksamlar
Tasarımı gerçekleştirilen sistemin hareketi 6 adet max 9 volt veren güneş pillerinden
beslenen 12 volt 2500 rpm redüktör’lü elektrik motoru tarafından sağlanmaktadır.
Ayrıca geminin yönünü belirleyen dümeni kontrol etmek içinde, aynı sistemden
beslenen bir redüktör’lü elektrik motoru kullanılmıştır. Sistemin çalışmasını ve
denetimini gerçekleştiren devre şekil 2’de gösterilmiştir.
Şekil 2. Sistemin çalışmasını ve denetimini gerçekleştiren devre
Şekil 2 incelendiğinde sistemin çalışması ve denetimi için tasarlanan elektronik devre 7
bölümden oluşmaktadır. Bunlar;
2.2.1. Güç paylaştırma, şarj ve batarya kontrol devresi
Bu kısım aküleri şarj etmek ve akülerin sistemi beslemesini kontrol etmek için güneş
panellerinden gelen gerilimi data sinyallerine göre akülere paylaştırmada kullanılan bir
sürücü devresidir. Devrede data sinyallerini mikroişlemci kısmından yalıtmak için
optokuplör kullanılmıştır. Ayrıca sinyalin geldiğini gösteren ledler ve akımları
anahtarlamak için mosfet kullanılmıştır. Devre genel olarak işlemciden gelen sinyale
göre bağlı bulunduğu akünün şarj edilmesini veya akü dolu ise şarj gerilimini kesip,
akünün sistemi beslemesini sağlar. Bu işlem iki akü için tekrarlanır. Yani, akülerin biri
boş diğeri dolu ise dolu olanı devreye boş olanı şarja verir. Eğer aküler dolu ise, bu
durumda şarj akımını kapatıp aküleri devrenin kullanımına sunar. Diğer bir olasılıkta
iki akünün de boş olması, bu durumda güneş panellerinden gelen gerilimi akülere pay
ederek akülerin en kısa zamanda dolmaları sağlanır. Böyle bir durum söz konusu
olduğun da güneş panellerinden gelen gerilim ve akım değişken olduğundan devremizin
3

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz,
TÜRKĐYE
kararsız çalışmasına yol açabilir. Bu yüzden güvenlik önlemi olarak sistemimizde
üçüncü bir akü daha bulunmakta ve diğer aküler şarj olurken bu aküde şarj edilmektedir.
Böylece devre her olasılık ve durumda çalışmasını sürdüre bilmektedir.
2.2.2. Gerilim sabitleyici (Boost Converter)
Bu devre güneş panellerinden gelen değişken gerilim ve akımı sabitlemek ve
yükseltmek için boost converter görevini görmektedir. Devrenin çalışması, güneş
panellerinden gelen gerilim diyottan geçerek akımın geri dönmesi engellenir. Gelen
gerilim trafo ve trimpot üzerinden mosfeti iletime sokar. Trafo üzerinde bir gerilim
indükler, bu indükleme sonucunda bobindeki ters emk mosfeti yalıtıma sokar ve
böylece bir osilasyon yaparak gerilim yükseltilir. Yükseltilen gerilim çıkış diyotu
üzerinden kondansatörlere ulaşır ve gerilimdeki parazitlerden kurtulmak için bobinden
geçirilir. Böylece değişken gerilim ve akımda sabit 40 volt çıkış elde edilir. Şekil 3’de
gerilim sabitleyici devre ve güç paylaştırma şarj kontrol devre tasarımı gözükmektedir.
Şekil 3. a) Gerilim sabitleyici devre b) Güç paylaştırma, şarj ve batarya kontrol devresi
2.2.3. Akü şarj sinyal devresi
Bu kısım akülerin şarj kısımlarını kontrol eder. Akülerin her biri için iki ayrı devre
kullanılmıştır.
Bu kısımda aküleri şarj eden güneş panelleri hakkında bilgi verecek olursak; devrede
her biri max 9 volt verebilen 6 adet güneş paneli kullandık. Güneş panellerinden yeterli
miktarda akım alabilmek için birbirleriyle paralel bağladık. Şekil 4’de sistemde
kullanılan güneş panelleri gözükmektedir.
Şekil 4. Sistemde kullanılan güneş panelleri
2.2.4. Mc 145026 encoder devresi ve Mc 1450276 decoder devresi
Bu kısımda geminin uzaktan kontrolünü gerçekleştirmek için tasarlamış olduğumuz
kumandadan göndermiş olduğumuz kodlanmış sinyalleri bilgiye dönüştürmektedir.
Burada iki adet dekoder entegresi bulunmaktadır. Bu entegrelerden her biri 4 kanal
olmak üzere iki entegreden toplam 8 kanal elde edilmiştir. Bu 8 kanalın 4’ü ileri-gerisağ-sol
komutları için diğer 4 komut ise opsiyonel olarak transistör çıkışı olacak şekilde
tasarlanmıştır. Devrede sinyallerin algılanıp iletilmesi için de mini rf modüller
kullanılmıştır.
4

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz,
TÜRKĐYE
Kumanda devresinden de bu bölümde bahsedecek olursak, devrede 1 adet enkoder
entegresi ve rf modül bulunmaktadır. Burada ileri-geri-sağ-sol komutlarını butonlarla
algılayıp, kodlayarak rf modülle iletip, haberleşmeyi sağlamaktadır. Şekil 5’de kumanda
devresi görülmektedir.
Şekil 5. Geminin uzaktan kontrolünü gerçekleştiren kumanda devresi
2.2.5. Motor Sürücü devresi
Devrede dijital olarak verdiğimiz komutlarla kullanmış olduğumuz dc motorları kontrol
etmek için içerisinde iki adet H köprüsü barındıran entegre bulunmaktadır. Motorlarda
oluşabilecek ters emklardan kurtulmak için motor kutuplarına diyotlar bağladık.
Devrenin çalışması, dekoder entegresinden gelen ileri-geri-sağ-sol sinyallerini ilgili
motorlara iletir. Yani ileri-geri sinyallerini arkadaki pervaneyi döndüren motora ve sağsol
sinyallerini de dümeni kontrol eden motora iletir. Devrede kullanılan H entegresi
motorların toplamda 4 amper akım çekmelerine izin verir ayrıca motorlar için parazit
engelleyici görevini de yapar. Devre akülerden beslenirken voltaj sıkıntısı yaşamamak
için devreye 7805 dahil ettik.
Bu kısımda motorun yönünü belirleyen dümen kısmından da bahsedecek olursak;
dümen çark sitemi ve çarkı döndürmeye yarayan dc motordan oluşmaktadır. Dümeni
kontrol edecek olan motoru seçerken mümkün olduğunca düşük voltaj ve yeterli güce
sahip motor seçmeye çalıştık. Daha sonra motorumuza uygun ve bize yeterli torku
verebilecek redükdör hazırladık ve çarkı döndürmek için çelik tel kullandık. Çelik tele
istediğimiz güçte asılarak dümeni hareket ettirebiliyoruz. Dümen 360 derece
dönemeyeceğinden ve fazla akım çekmemesi için iki adet limit anahtarı ve bir diyottan
oluşan devre tasarladık. Şekil 6’da dümen sisteminin yapısı ve çalışması
gözükmektedir.
2.2.6. PIC kontrol devresi
Şekil 6. Dümen sistemin yapısı ve çalışması
Bütün sistemlerin beyni olan mikroişlemci bu bölümde bulunmaktadır. Sistemin
çalışmasını gerçekleştiren PIC programı tasarlanmış ve sisteme uygulanmıştır.
5

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz,
TÜRKĐYE
2.2.7. Regüle devresi
Bu devre dc 5 volt gerilim elde etmemizi sağlar. Bu gerilimle devrede 5 voltla çalışan
elemanlar beslenir. Devredeki kondansatörler motorlardan dolayı oluşabilecek
parazitleri bastırmak için kullanılmıştır.
Tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilen geminin yapısı ve çalışması hakkında vermiş
olduğumuz bilgilerden sonra sistemin gerçeklenmiş hali şekil 7’de gösterilmektedir.
Şekil 7. Sistemin gerçeklenmiş hali
3. SONUÇ
Enerjiye olan talebin sürekli olarak artığı günümüzde fosil yakıtlarının sınırlı olması,
çevreyi kirletmesi v.b gibi nedenlerden dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarını
kullanabilen sistemler üzerindeki çalışmaların artmasına neden olmuştur. Bu bakımdan
bu çalışmada tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilen kuru yük gemisi için gerekli olan
enerji, yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisinden sağlanmıştır.
Sonuç olarak güneş enerjisiyle çalışan bir yük gemisi tasarlanıp, uygulaması için gerekli
olan mekanik ve elektronik aksamlar oluşturulmuştur. Ayrıca sistemin denetimini
gerçekleştiren PIC programı da yazılmıştır. Gerçekleştirilen bu uygulama ile sabit hızla
hareket eden yük gemilerinde güneş enerjisinin kullanımının son derece uygun olacağı
anlaşılmıştır.
KAYNAKÇA
[1]Bayrak G., Cebeci M., “Güneş pilinden beslenen scada kontrollü hidrolik seviye ölçüm
sistemi”, VIII Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, UTES’10, 1-5 Aralık 2010, Bursa
[2]Demir B, Yıldız M.N., “Formula-G Güneş Arabaları Yarışı Đçin Güneş Enerjili Bir
Aracın Mekanik Tasarımı ve Üretimi”, Taşıt Teknolojileri Elektronik Dergisi ,2009 (3), 31-
42
[3]Güneş, M., “Fotovoltaik Sistemin Sağladığı Elektrik Enerjisi Đle Çalışan Bir Uygulama
Sisteminin Tasarımı”, F.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi,1999, Elazığ
[4]Gençoğlu M.T., Cebeci M., Güneş M., “Güneş Enerjisi Đle Çalışan PLC Kontrollü Su
Pompası Sistem Tasarımı”, 3e Electrotech Dergisi, 2002 (94), s. 90-96.
[5]Altaş Đ.H., "Fotovoltaj Güneş Pilleri: Eşdeğer Devre Modelleri ve Günışığı ile Sıcaklığın
Etkileri", Aylık 3e (Enerjı, Elektrik, Elektromekanik) Dergisi, Mart 1998 (46), s.86-91.
[6]Demirtaş M., Sefa Đ., Irmak E., Çolak Đ., “Güneş enerjili sistemler için mikrodenetleyici
tabanlı DA/DA yükselten dönüştürücü”, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., Cilt 23, No 3,
2008, s.719-728
[7]Karamanav M., “Güneş enerjisi ve güneş pilleri”, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Mayıs 2007, Sakarya
6