Akademik Veri Yönetim Sistemi
6th International Congress on Engineering and Sciences (MFBK’25), İstanbul, Türkiye, 8 - 09 Mart 2025, ss.251-261, (Tam Metin Bildiri)
Güneş enerjisiyle çalışan insansız hava araçları (İHA), fosil yakıtlara bağımlılığı azaltma, çevre dostu uçuş imkânı sağlama, yüksek irtifada uzun süreli görev yapabilme ve keşif, gözetleme, haberleşme gibi alanlarda sürdürülebilir bir çözüm sunma potansiyeli ile dikkat çekmektedir. Özellikle geleneksel yakıtlı sistemlerin sınırlı uçuş süresi ve operasyonel maliyetleri düşünüldüğünde, güneş enerjili İHA’lar düşük bakım gereksinimi ve kesintisiz enerji üretimi sayesinde avantaj sağlamaktadır. Bu tür İHA’lar, üzerlerine entegre edilen güneş panelleri aracılığıyla sürekli enerji üretebilir, ancak bu enerjinin kesintisiz ve verimli bir şekilde kullanılması, depolanması ve dağıtılması önemli mühendislik çözümleri gerektirmektedir. Güneş ışığının gün içerisindeki değişkenliği, farklı açılardan gelen ışınların panel verimliliğini etkilemesi ve enerji depolama kapasitesinin sınırlı olması nedeniyle, sistemin enerji yönetimi açısından optimize edilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, güneş enerjili İHA’ların tasarım ve enerji yönetim sistemleri ele alınmış, MPTT algoritması ve buck dönüştürücü kullanılarak verimliliğin arttırılması amaçlanmıştır. Çalışmamızda İHA’nın üzerine yerleştirilen güneş panellerine gelen güneş ışınlarından elde edilen enerji doğrudan bataryalara iletilmez, önce Maksimum Güç Noktası İzleme (MPPT- Maximum Power Point Tracking) birimine yönlendirilir. MPPT, panelin voltaj ve akım değerlerini izleyerek maksimum verimle çalışmasını sağlar. Daha sonra, buck dönüştürücü bu enerjiyi batarya ve düşük voltajlı aviyonik sistemler için uygun seviyeye düşürerek sisteme aktarır. MPPT kontrol mekanizması, güneş panellerinin anlık voltaj ve akım değerlerini analiz ederek güç eğrisinin en yüksek noktasında çalışmasını sağlamaktadır. Böylece, değişken ışık yoğunluğu altında dahi panellerden elde edilen enerji maksimum seviyeye çıkarılmıştır. Buck dönüştürücü ise, güneş panellerinden elde edilen genellikle yüksek gerilimi, sistem için uygun olan daha düşük ve sabit bir voltaj seviyesine indirerek batarya ve motor sistemlerine verimli bir şekilde enerji aktarımını sağlamaktadır. Düşük anahtarlama kayıpları ve yüksek verimlilik sunan bu dönüştürücü sayesinde, batarya şarj süreci daha stabil hale getirilmiş ve motor sistemlerine iletilen güç kayıpları minimize edilmiştir. Gerçeklenen sistemde, aerodinamik yapı ve hafif malzeme kullanımıyla enerji kayıpları minimize edilmiş, simülasyon testleri ile teorik öngörüler karşılaştırılmıştır. Yapılan benzetimler sonucunda, tasarlanan sistemin enerji verimliliği ve uçuş süreleri konvansiyonel batarya bazlı sistemlere göre anlamlı ölçüde artmıştır. Elde edilen sonuçlar, güneş enerjili İHA’ların verimli enerji dönüşüm sistemleriyle donatılması halinde uzun süreli ve sürekli enerji ihtiyacını karşılayabilecek kapasiteye sahip olabileceğini göstermiştir. Bu çalışmanın, güneş enerjili hava taşıtları teknolojisinin yerli ve milli imkanlarla geliştirilmesine katkı sağlaması beklenmektedir.