Güneş Takip Sistemi Yapımı: 2 LDR ve Servo ile

Güneş panelleri ışığa dik baktıklarında en çok enerjiyi üretir. Bu yazıda iki LDR ve bir servo motorla ışığı kendiliğinden izleyen küçük bir güneş paneli yapıyoruz. Karşılaştırma mantığını, bağlantıyı ve kodu adım adım anlatıyoruz. Sonda takip eden paneli sabit panelle karşılaştıran bir verim deneyi var.

Güneş takip sistemi nedir?

Güneş takip sistemi, güneş panelini gün boyunca güneşe dönük tutmak için paneli bir motorla döndüren bir düzenektir. Güneş santrallerinde tek eksenli ve çift eksenli takip sistemleri kullanılır. Tek eksenli sistem paneli yalnızca doğu-batı yönünde, çift eksenli sistem ayrıca yukarı-aşağı yönde de döndürür.

Bizim yapacağımız model tek eksenlidir. Işığı iki LDR algılar, kararı Arduino verir, paneli SG90 servo motor döndürür. Servo motor, kendisine söylenen açıya dönüp orada duran küçük bir motordur.

Güneş takibi neden daha fazla enerji sağlar?

Güneş takibi daha fazla enerji sağlar, çünkü panel ışığa dik baktığında yüzeyine en fazla ışık düşer. Işık eğik geldiğinde aynı ışık demeti daha geniş bir alana yayılır. Doğrudan ışıktan alınan pay, ışığın geliş açısının kosinüsüyle orantılıdır.

Güneş sabah doğudan doğup akşam batıda battığı için sabit panel günün çoğunda ışığa eğik bakar. Takip sistemi bu açıyı küçük tutar. Bulutlu havada ışık her yönden dağınık geldiği için kazanç azalır. Panel gücünün nasıl hesaplandığını solar panel watt hesabı yazısında anlattık.

Hangi malzemeler gerekir?

Güneş takip sistemi için Arduino Uno, iki LDR, iki 10 kΩ direnç, bir SG90 servo ve küçük bir güneş paneli yeterlidir. Verim deneyi için ayrıca bir yük direnci ve multimetre gerekir.

Malzeme listesi

LDR, yani ışığa bağımlı direnç, üzerine düşen ışık arttıkça direnci azalan bir sensördür. SG90 küçük bir servodur; bu yüzden panel ve tutucusu hafif olmalıdır. Karton, pipet ve sıcak silikonla basit bir gövde yapabilirsiniz.

İki LDR ile karşılaştırma mantığı nasıl çalışır?

İki LDR, aralarında küçük bir karton perde olacak şekilde panelin kenarına yan yana takılır; panel ışığa tam bakmıyorsa perdenin gölgesi LDR'lerden birinin üstüne düşer. Arduino iki değeri karşılaştırır ve servoyu daha aydınlık tarafa çevirir.

Her LDR, bir 10 kΩ dirençle gerilim bölücü oluşturur. Gerilim bölücü, iki direnç arasındaki noktadan kaynak geriliminin bir kısmını alan devredir. Işık arttıkça LDR'nin direnci azalır ve analog girişteki gerilim yükselir. Arduino bu gerilimi 0-1023 arasında bir sayı olarak okur. LDR'yi LDR ışık sensörü yazısında ayrıntılı anlattık.

Fark eşikten büyükse servo 1 derece döner, küçükse yerinde kalır. Bu eşik aralığına ölü bölge denir; ölü bölge olmazsa küçük farklar servoyu sürekli titretir. Örneğin sol 620, sağ 540 okunursa fark 80'dir; 30'luk eşikten büyük olduğu için panel sola döner. Sol 560, sağ 545 ise fark 15'tir ve servo kıpırdamaz.

Güneş takip sistemi adım adım nasıl yapılır?

Güneş takip sistemi, paneli servoya yapıştırıp LDR'leri A0 ve A1'e, servoyu D9'a bağlayarak ve kodu yükleyerek yapılır. Bağlantıyı yaparken USB kablosu takılı olmasın.

1. Paneli kartondan bir tabanla servonun koluna yapıştırın. Panelin üst kenarına iki LDR'yi 2-3 cm arayla takın ve aralarına 3-4 cm yüksekliğinde bir karton perde koyun.
2. Sol LDR'nin bir bacağını 5V'a, diğer bacağını A0'a bağlayın. A0 ile GND arasına 10 kΩ direnç takın.
3. Sağ LDR'yi aynı şekilde A1'e bağlayın ve A1 ile GND arasına ikinci 10 kΩ direnci takın.
4. Servonun kahverengi kablosunu GND'ye, kırmızı kablosunu 5V'a, turuncu sinyal kablosunu D9'a bağlayın.
5. Kodu yükleyin ve Seri Monitör'de sol, sağ ve açı değerlerini izleyin.
6. Paneli bir el feneriyle soldan ve sağdan aydınlatın. Panel ışıktan uzağa dönüyorsa koddaki aci++ ile aci-- yer değiştirsin.

#include <Servo.h>
Servo servo;
int aci = 90;              // baslangic: tam orta
const int ESIK = 30;       // olu bolge

void setup() {
  servo.attach(9);
  servo.write(aci);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int sol = analogRead(A0);
  int sag = analogRead(A1);
  int fark = sol - sag;
  if (fark > ESIK && aci < 180) aci++;
  else if (fark < -ESIK && aci > 0) aci--;
  servo.write(aci);
  Serial.print(sol); Serial.print(" ");
  Serial.print(sag); Serial.print(" ");
  Serial.println(aci);
  delay(30);
}

Servo her 30 ms'de en fazla 1 derece döner; 0°'den 180°'ye gitmesi 180 × 30 ms = 5,4 saniye sürer. Tek SG90 ve hafif bir panel için USB beslemesi yeterlidir. Servo titreyip Arduino yeniden başlıyorsa servoyu ayrı bir 5 V kaynaktan besleyip GND uçlarını birleştirin. Servoların çalışmasını servo motor nedir yazısında anlattık.

Verim karşılaştırma deneyi nasıl yapılır?

Verim karşılaştırma deneyinde aynı panelin gücü önce sabit, sonra ışığı takip eden konumda ölçülüp karşılaştırılır. Güç, panele bağlanan 22 Ω yük direnci üzerindeki gerilimden P = V² / R formülüyle hesaplanır. Örneğin 2,2 V ölçerseniz P = 2,2 × 2,2 / 22 = 0,22 W olur.

1. Panelin iki ucunu 22 Ω 1 W dirence bağlayın. Panel çıkışı Arduino'ya bağlanmaz.
2. Multimetreyi DC 20 V kademesine alıp direncin uçlarındaki gerilimi okuyun.
3. Güneşli bir günde paneli güneye bakacak şekilde sabitleyin ve 09.00 ile 15.00 arasında her saat ölçüm yapın.
4. Ertesi gün benzer havada, takip sistemi açıkken aynı saatlerde ölçün.
5. Her ölçümün gücünü hesaplayıp iki günün toplamını karşılaştırın.

Yüksüz paneli ölçmeyin; ışık azalsa da boştaki panel gerilimi pek düşmez ve sonuç yanıltıcı olur. Sınıfta deney yapacaksanız masa lambasını panelden aynı uzaklıkta 0°, 30° ve 60° açıyla tutup sonuçları kosinüs tablosuyla karşılaştırabilirsiniz.

Hangi güvenlik kurallarına dikkat edilmeli?

Bu proje düşük gerilimle çalışır; asıl dikkat edilmesi gereken güneş ışığı ve ısıdır:

• Güneşe asla doğrudan bakmayın; panelin yönünü LDR değerlerinden ve gölgeden takip edin.
• Işığı toplamak için büyüteç ya da ayna kullanmayın; yangın ve göz yaralanması riski vardır.
• Devreyi USB ya da USB powerbank ile besleyin; 220V ile hiçbir bağlantı yapmayın. Masa lambasının fişini bir yetişkin taksın, sıcak lambaya dokunmayın.
• Güneşte uzun kalan panel ısınabilir; dokunmadan önce gölgede soğumasını bekleyin.
• Pil kullanırsanız kısa devre etmeyin, şişen ya da ısınan pili kullanmayın.

Ödevinizi nasıl sunarsınız?

Ödevinizi, sabit panel ile takip eden panelin saatlik güçlerini aynı grafikte göstererek sunun. Fark en çok sabah ve akşam saatlerinde ortaya çıkar.

• Ölçülecek: Saat, yük direncindeki gerilim ve hesaplanan güç.
• Hesap: Kazanç = (takip − sabit) / sabit × 100. Örneğin sabit panel 0,20 W, takip eden panel 0,24 W ise kazanç (0,24 − 0,20) / 0,20 × 100 = %20 olur.
• Gözlem: Bulutlu bir günde aynı ölçümü yapıp kazancın nasıl değiştiğini yazın.

Örnek hipotez: "Işığı takip eden panel sabit panelden daha fazla güç üretir ve fark sabah ile akşam saatlerinde daha büyüktür." Diğer panel seçeneklerine solar panel ürünleri kategorisinden bakabilirsiniz.

Sık sorulan sorular

Servo neden sürekli titriyor?

Servonun titremesinin en sık nedeni ölü bölgenin küçük olmasıdır; iki LDR'nin değerleri hep biraz farklı okunur ve servo bir sağa bir sola döner. Koddaki ESIK değerini 30'dan 50'ye çıkarın. Titreme devam ediyorsa servo, Arduino'nun beslemesini zorluyor olabilir. Servoyu ayrı bir 5 V kaynaktan besleyin ve GND uçlarını birleştirin.

Panel Arduino'yu besleyebilir mi?

Bu küçük panel tek başına Arduino'yu ve servoyu güvenle besleyemez. Panel en iyi koşulda 3 V ve 250 mA verir; Arduino ise 5 V ister ve servo dönerken ani akım çeker. Ayrıca bulutta ve gece üretim düşer. Bunun için daha büyük bir panel, şarj devresi, pil ve voltaj yükseltici gerekir. Öğrenci projesinde USB beslemesi daha güvenlidir.

Çift eksenli takip nasıl yapılır?

Çift eksenli takip için dört LDR ve iki servo kullanılır. LDR'ler bir artı işareti biçimindeki perdeyle dört bölgeye ayrılır. Sol ve sağ LDR'ler birinci servoyu, üst ve alt LDR'ler ikinci servoyu yönetir. İki servoyu birlikte taşımak için hazır bir pan-tilt tutucu kullanılabilir. Kod, aynı karşılaştırma mantığını iki kez uygular.

Takip sistemi harcadığından fazla enerji kazandırır mı?

Büyük güneş santrallerinde evet; motorun harcadığı enerji, kazanılan enerjinin küçük bir kısmıdır. Bizim küçük modelimizde ise Arduino ve servonun harcadığı güç, küçük panelin kazancından fazla olabilir. Bu yüzden model, takip fikrini göstermek ve ölçmek içindir. Bu karşılaştırmayı raporunuzda tartışmak çalışmanızı güçlendirir.

LDR yerine başka sensör kullanılabilir mi?

Evet, LDR yerine fototransistör ya da fotodiyot kullanılabilir; bunlar ışığa daha hızlı tepki verir. Ancak bağlantıları biraz farklıdır ve yönlerine dikkat etmek gerekir. Öğrenci projesinde LDR en kolay seçenektir, çünkü yönü yoktur ve bir dirençle doğrudan analog girişe bağlanır. İki LDR'nin aynı modelden olması karşılaştırmayı daha doğru yapar.

Özet

• Güneş takip sistemi paneli ışığa dik tutarak daha fazla güç üretmesini sağlar.
• Doğrudan ışıktan alınan pay geliş açısının kosinüsüyle azalır; 60°'de yarıya iner.
• İki LDR A0 ve A1'e 10 kΩ'luk gerilim bölücüyle, servo D9'a bağlanır.
• Fark 30'luk eşiği aşınca servo 1 derece döner; ölü bölge titremeyi önler.
• Güç, 22 Ω yük direncindeki gerilimden P = V² / R ile hesaplanır.
• Güneşe doğrudan bakmayın, ışığı mercek ya da aynayla toplamayın.