Enerji farkındalıklı ve optimizasyon tabanlı akıllı PV temizleme sistemi tasarımı

Bu tez çalışmasında, fotovoltaik (photovoltaic – PV) sistemlerde enerji üretim verimliliğini düşüren iki temel problem bütüncül bir yaklaşımla ele alınmıştır: (i) kirlenme kaynaklı güç kayıplarının modellenmesi ve öngörülmesi, (ii) panel temizleme süreçlerinde enerji ve kaynak tüketiminin optimizasyonu. Literatürdeki mevcut çalışmaların çoğu, kirlenmenin paneller üzerinde homojen (uniform) dağıldığı varsayımına dayanmakta ve bu nedenle gerçek saha koşullarındaki performans kayıplarını yeterince temsil edememektedir. Bu tezde, ilk olarak homojen olmayan (non-uniform) kirlenmelerin panel çıkış karakteristiğine etkisini fiziksel olarak modelleyen yeni bir Geçirgenlik Dağılımı (Transmittance Distribution – TD) yaklaşımı geliştirilmiştir. TD'nin çıkarımı, Eşdeğer Devre Modeli (Equivalent Circuit Model – ECM) ve optimizasyon tabanlı çözüm yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiş, ölçülen I–V eğrileri ile yüksek doğrulukta doğrulanmıştır. Geliştirilen yöntem, çevresel değişkenlerin (ışınım, sıcaklık) etkilerini içeren doğrusal olmayan durumları da açıklayabilmekte ve mevcut modellerin aksine non-uniform kirlenme koşullarında panelin gerçek güç kaybını tahmin edebilmektedir. İkinci aşamada, temizleme kararı ve güzergâh planlaması konuları ele alınmış, bu amaçla Yinelemeli Tablo Doğrulama Algoritması (Recursive Tabular Validation Algorithm – RTVA) tabanlı yeni bir enerji farkındalıklı güzergâh optimizasyon yöntemi geliştirilmiştir. RTVA algoritması, görüntü işleme ile tespit edilen kısmi kirlenme koordinatlarını dikkate alarak temizleme sırasını ve robotik hareket güzergâhını optimize etmekte, böylece gereksiz kaynak kullanımını minimize etmektedir. Bu iki yaklaşım (TD optimizasyonu ve RTVA güzergâh planlama), ölçülen verim düşüşünden kirlenme dağılımının çıkarılmasından, gelecekteki enerji kaybı tahmini ve optimum temizlik kararına uzanan bütünleşik bir karar destek sistemi oluşturmaktadır. Elde edilen bulgular, PV sistemlerinde enerji üretim verimliliğinin artırılması, temizlik süreçlerinin maliyet-etkin hâle getirilmesi ve sürdürülebilir işletme stratejilerinin geliştirilmesi açısından önemli katkılar sağlamaktadır.