Fotovoltaik enerji destekli akıllı tarımsal sulama sistemi

Abstract

Dünyamızın karşı karşıya kaldığı küresel ısınma ve su kıtlığı riski hayatımızın temelini oluşturan suyun önemini bir kez daha gözlerimizin önüne sermektedir. Su kaynaklarını verimli kullanabilmede en önemli faktör verimli sulama yapabilmektir. Güneş enerjisi en yaygın ve temiz enerji kaynaklarından olmasının yanı sıra akıllı tarım sistemleri için de çok uygun bir alternatiftir. Tarımsal sulama sistemlerinde güneş enerjisinden yararlanılması sulama ve dolayısıyla üretim maliyetini düşürebilmekte, aynı zamanda güç kaynağı olarak sınırsız bir enerji kaynağını kullanmak sistemin sürdürülebilirliğini sağlamakta, ülkenin dışa bağımlılığını ve çevre kirliliğini azaltmaktadır. Sistemde güneş enerjisinin kullanımı bizlere sınırsız, kesintisiz bir enerji sağlamakta, şebekeye bağlanması zor ve pahalı olan engebeli tarımsal alanlarda bile kullanım kolaylığı sağlamaktadır. Yerleşim bölgelerinden uzak arazilere su temininde fotovoltaik enerji destekli bir sulama sistemi diğer sistemlere göre daha ekonomik ve güvenilirdir. Bu çalışmalarda çeşitli pompalama ve sulama sistemleri kullanılmaktadır. Ancak bu sistemlerden en verimlisi ve zorlu araziler için uygun olanı Damla Sulama Sistemi'dir. Su kaynaklarının yetersiz olduğu, uzak ve diğer sulama sistemlerinin kullanımının zor olduğu bölgelerde tercih edilir. Bu yöntem doğrudan bitkinin köklerini sulama imkânı vererek, diğer yöntemlerdeki sulama kayıplarının önüne geçmekte, böylece verimli sulama sağlanmaktadır. Türkiye'de su kaynaklarının büyük çoğunluğunun tarımda kullanıldığı düşünülürse, tarımsal sulamanın verimliliği bir zorunluluktur. Bu tez çalışmasında kullanıcının uzaktan verileri izleyerek kontrol edebileceği off- grid (şebeke bağlantısı olmayan), fotovoltaik enerjili, akıllı bir tarım sistemi tasarlanmış, fotovoltaik ışınım, güç, panel ve su pompası hesaplamaları yapılmış ve sulama modellenerek, sürdürülebilir ve verimli bir akıllı tarımsal sulama sistemi tasarlanmıştır. Seçilen mekanik elemanların (pompa, filtre, DC motor vb.) yanı sıra elektronik elemanlar (sensörler, Lora Gateway, vb.) hakkında da bilgi verilmiştir. Gerçekleştirilen prototip uygulama için kodlama yapılarak tasarlanan sistemin küçük ölçekte yapılabilirliği test edilmiştir. Bu tez mevcut ticari uygulamalar ve kişisel kullanımlar için bir kılavuz olup, gelecekte yapılacak bilimsel çalışmalara yol gösterici niteliktedir.From the risks which is getting from global warming and water shortage we understand that the most important thing is water in human life. The energy and water shortage that we are facing is directing us the most reliable and sustainable sources. The most efficient way to use the water sources derives from efficient watering. The solar energy is not only one of the most common clean energy types, but it is also very convenient alternative for the smart agricultural systems. Using the solar energy for watering systems could decrease the production cost, and using the endless power systems like solar energy could make the system as sustainable as possible. And this could be the reason to decrease of the dependency to outside financial sources and it also decreases the pollution. The main goal of the thesis is to create sustainable and efficient smart agricultural system with solar energy. Using the solar energy in that system could supply endless power and it can be used in off grid and the areas that have expensive transporting cost for the electricity. The water needs of agricultural areas depending on the radiation of the location changes directly and proportionally. The far away fields from the city, using the solar systems create better, more economic, and reliable solutions. In these studies, researchers generally work on different type of watering and pumping systems. The most efferent and suitable system for rough fields is drip irrigation systems. The main purpose of this project is efficiency. Drip irrigation system is preferred to use in far fields from water sources and in the areas where it is difficult to use other type of irrigation systems. This method could enable to irrigation of roots therefore it prevents the loss of water. As most of the water resources in Turkey are used in agricultural systems, using efficient ways in watering systems is mandatory. Besides, drip irrigation system requires less labor when it is compared to other systems. This project will be a pathfinder for researchers for efficient system designs and farmers for efficient system setup. The method of that project is based on modelling and literature review. In this project an off-grid smart solar systems will be envisaged, photovoltaic radiation, power, and panel calculations, water and pump calculations will be made, and this sustainable and efficient smart system will be modelled. In addition to the mechanical elements (pump, filter, DC motor, etc.) the information about electronic elements (sensors, Lora Gateway, etc.) will also be provided in this study. This study will be a guide for current commercial applications, personal uses, and future scientific studies.