Güneş radyasyon tahmini için bulanık zaman serisi yöntemleri ve fotovoltaik sulama sistemi optimizasyonunda uygulanması

Bir yüzeye ulaşan güneş ışınları, Dünya atmosferinin dinamik özelliklerine göre rastsal olarak değişkenlik göstermektedir. Güneş enerjisi uygulamalarını verimli şekilde planlamak, yönetmek ve sistem tasarımcılarına rehber olabilmek amacıyla, güneş radyasyonunun doğru tahminleri gerekli olmaktadır. Bu kapsamda, tez çalışmasında çeşitli zaman serisi modelleri ve bulanık mantıkla entegre edilmiş yöntemler incelenmiştir. Test verileri kullanılarak deneysel analizler gerçekleştirilmiş ve tahmin yöntemlerinin performansı istatistiksel tahmin hatalarına göre karşılaştırılmıştır. Bulanık zaman serileri, belirsiz veriler için etkin tahmin araçlarıdır ve ekonomi, eğitim gibi alanlarda sıklıkla kullanılmıştır. Bu çalışma, bulanık zaman serilerini düzensiz ve rastsal yapıya sahip radyasyon tahmininde uygulayan ilk çalışmadır. Ek olarak mevcut bulanık modeller 8 farklı hibrid model şeklinde iyileştirilmiş, orijinal modellerin başarılı olan aşamaları birleştirilmiş ve geliştirilmiştir. Radyasyon verisi mevsimsel dalgalanmalar içerdiği için, tahmin hatasını azaltmak amacıyla mevsimsellikten arındırma süreci uygulanmıştır. Sonuçlara göre geliştirilen Deneme-8 modeli, diğer bulanık modeller ve klasik zaman serisi yöntemlerine kıyasla en yüksek performansı göstermiştir. Güneş radyasyonu ve benzer şekilde sıcaklık tahminleri, birçok güneş enerjisi uygulamasında girdi olarak kullanılmaktadır. Tek başına fotovoltaik (PV) su pompalama sistemleri, uzak bölgelerde sulama amacıyla güneş enerjisinden etkin şekilde faydalanmaktadır. Ancak güneş enerjisinin rastsal değişkenliği ve tahmin edilemezliği nedeniyle, PV uygulamaların yayılması zorlaşmakta ve sistem tasarımı karmaşıklaşmaktadır. Bu tür sistemlerin optimal boyutlandırılması başlıca görevlerden biridir. Bu nedenle tez çalışmasında tekno-ekonomik optimizasyon modelleri de önerilmiştir. Böylece su depolama tankı veya pilleri kullanan PV su pompalama sistemi bileşenlerinin kapasitelerini optimal şekilde belirlemek amaçlanmıştır. Önerilen modeller güvenilirlik ve maliyet göstergelerine göre geliştirilmiştir. Güvenilirlik, güç tedarik eksikliği olasılığıyla, maliyet ise yaşam döngüsü maliyetleriyle ifade edilmiştir. Burada önerilen ikinci optimizasyon modeliyle literatüre yenilik getirilmiş ve iki amaç fonksiyonu analitik olarak tanımlanmıştır. Çok amaçlı optimizasyon yöntemlerinden olan ağırlıklandırma tekniği ile uzlaşık çözüm araştırılmıştır. Mevcut boyutlandırma çalışmalarında çok amaçlı boyutlandırma yöntemleri genellikle simülasyonlar ve sezgiseller ile uygulanmıştır. Analitik boyutlandırma yöntemleri ise tek bir amaç fonksiyonuna odaklanmıştır. PV su pompalama sisteminin boyutlandırılması, bitki su ihtiyaçları ve optimal eğim açısı için detaylı analizleri de kapsamaktadır. Uzun dönemli güneş radyasyonu ve sıcaklık zaman serileri gerekliliğinin yanı sıra, sulama ihtiyaçlarının doğru tahminleri belirlenmelidir. PV dizisinin eğimi çoğunlukla enleme eşit bir açıyla kabul edilmektedir. Fakat yıllık, mevsimlik ve hatta aylık sıklıkta optimal eğim açısının hesaplanması ve sistemin bu eğime göre yerleştirilmesi, daha yüksek sistem verimiyle sonuçlanmaktadır. Bu nedenle eğim açısının düzenli olarak değiştirilmesi ve güneş enerjisi çıktısının en büyüklenmesi önerilmiştir. Geliştirilen optimal boyutlandırma modelleri tüm bu iyileştirmeleri içermektedir ve PV su pompalama veya sulama sistemlerinin kapsamlı şekilde optimizasyonunu gerçekleştirmektedir. Eğim açıları yıllık ve mevsimsel olarak farklı senaryolarda değiştirilmiştir. Ayrıca depolama birimi, su tankı ve piller olarak farklılaştırılmış, bu senaryoların performansları karşılaştırılmıştır. Antalya'da yerleştirilen limon bahçesi PV sulama sistemi örnek uygulama olarak varsayılmıştır. Önerilen analitik model (Model-2) sayısal algoritmaya dayanan modelle (Model-1) karşılaştırılmıştır. Boyutlandırma sonuçları 25 yıllık analiz için benzer elde edilmiştir. Böylece analitik modelin sonuçlarının doğruluğu gösterilmiştir. Çeşitli performans parametrelerine göre performans analizi gerçekleştirilmiş, seçilen güneş radyasyonu tahmin yöntemlerinin optimal boyutlandırma sonuçlarına etkisi incelenmiştir.