Fosil yakıtların atmosfere yaydığı sera gazları nedeniyle gezegenimizin sıcaklığı her geçen yıl artmakta, temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç hayati bir seviyeye ulaşmaktadır. Güneş enerjisi bu dönüşümün en önemli aktörüdür; ancak günümüz çatılarındaki fotovoltaik paneller sabit bir açıyla (genellikle güneye dönük) monte edilmektedir. Güneş gün boyunca gökyüzünde doğudan batıya hareket ederken ışınlar panele eğik gelmekte ve sabah ile akşam saatlerinde %40'a varan devasa bir enerji kaybı yaşanmaktadır. TÜBİTAK 2204-A Lise ve 2204-B Ortaokul kategorilerinde "Fizik", "Enerji" ve "Teknolojik Tasarım" alanlarına yönelik bu projede, güneşi iki eksende (yatay ve dikey) anlık takip eden **Çift Eksenli Otonom Güneş Takip Sistemi (Dual-Axis Solar Tracker)** geliştiriyoruz.
---
1. 🎯 Proje Özeti ve Anahtar Kelimeler
Bu araştırmada, 4 adet LDR (Işığa Duyarlı Direnç) sensörü artı şeklindeki bir seperatörle güneş panelinin dört köşesine yerleştirilmiştir. Güneş hareket ettikçe seperatörün oluşturduğu mikro gölgeler LDR'lar üzerinde direnç farkı yaratır. Arduino Uno bu analog gerilim farklarını matematiksel olarak kıyaslayarak; yatay eksende (Azimut) 0-180 derece, dikey eksende (Zenit / Yükseklik) 0-180 derece hareket edebilen iki adet servo motoru kontrol eder. Böylece panel yüzeyi her an güneş ışınlarına **tam 90 derece dik açıyla** bakar.
---
2. 📌 Problem Durumu ve Araştırma Sorusu
---
3. 💡 Proje Hipotezleri
---
4. 🧰 Gerekli Malzemeler ve Sistem Mimarisi
| Parça Adı | Adet | Görevi |
|---|---|---|
| **Arduino Uno / Nano** | 1 | LDR verilerini işleyip servoların açılarını hesaplayan denetleyici |
| **SG90 veya MG996R Servo Motor** | 2 | Biri yatay dönüşü (Azimut), diğeri dikey eğimi (Zenit) sağlar |
| **5V / 6V Mini Güneş Paneli (Fotovoltaik)** | 1 | Elektrik enerjisi üreten test paneli |
| **LDR (Işık Sensörü) 5mm** | 4 | Üst-Sol, Üst-Sağ, Alt-Sol, Alt-Sağ ışık seviyelerini okur |
| **10k Ohm Direnç** | 4 | LDR'lar için voltaj bölücü (Voltage Divider) dirençleri |
| **INA219 Akım/Gerilim Sensörü** | 1 | Üretilen voltajı ve miliamperi dijital olarak ölçüp kaydeder |
| **3D Baskı veya Ahşap Pan-Tilt Mekanizması** | 1 | İki eksenli hareketli mekanik iskelet |
---
5. 🔌 Devre Şeması ve Matematiksel Eşik Mantığı
Panelin dört köşesindeki 4 LDR şu şekilde adlandırılır:
Ortalama Hesaplamaları:
Eğer $| ext{Üst} - ext{Alt}| > ext{Eşik}$ ise: Dikey servo aradaki farkı sıfırlayana kadar yukarı veya aşağı döner!
Eğer $| ext{Sol} - ext{Sağ}| > ext{Eşik}$ ise: Yatay servo fark sıfırlanana kadar sağa veya sola döner!
---
6. 💻 Tam ve Çalışan Arduino C++ Kodu
#include <Servo.h>
Servo servoYatay; // Azimut (0-180)
Servo servoDikey; // Zenit (0-180)
// Pin Bağlantıları
const int LDR_TL = A0; // Üst Sol
const int LDR_TR = A1; // Üst Sağ
const int LDR_BL = A2; // Alt Sol
const int LDR_BR = A3; // Alt Sağ
int aciYatay = 90;
int aciDikey = 90;
const int ESIK = 15; // Titremeyi önleyici ölü bant toleransı
void setup() {
servoYatay.attach(9);
servoDikey.attach(10);
servoYatay.write(aciYatay);
servoDikey.write(aciDikey);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int tl = analogRead(LDR_TL);
int tr = analogRead(LDR_TR);
int bl = analogRead(LDR_BL);
int br = analogRead(LDR_BR);
int ustOrt = (tl + tr) / 2;
int altOrt = (bl + br) / 2;
int solOrt = (tl + bl) / 2;
int sagOrt = (tr + br) / 2;
// Dikey Eksen Kontrolü
int farkDikey = ustOrt - altOrt;
if (abs(farkDikey) > ESIK) {
if (ustOrt > altOrt && aciDikey < 160) {
aciDikey++;
} else if (altOrt > ustOrt && aciDikey > 20) {
aciDikey--;
}
servoDikey.write(aciDikey);
}
// Yatay Eksen Kontrolü
int farkYatay = solOrt - sagOrt;
if (abs(farkYatay) > ESIK) {
if (solOrt > sagOrt && aciYatay > 10) {
aciYatay--;
} else if (sagOrt > solOrt && aciYatay < 170) {
aciYatay++;
}
servoYatay.write(aciYatay);
}
delay(20); // Servoların mekanik tepki süresi
}---
7. 📊 Deneysel Bulgular ve Karşılaştırma Grafiği
Aynı özelliklere sahip iki adet 6V/2W panel ile sabah 08:00'den akşam 18:00'e kadar her saat başı anlık güç (Watt) ölçülmüştür:
| Saat | Sabit Panel (Watt) | Güneş Takip Eden Panel (Watt) | Verim Artışı (%) |
|---|---|---|---|
| **08:30** | 0.35 W | 1.15 W | **+%228** |
| **10:30** | 1.10 W | 1.70 W | **+%54** |
| **12:30 (Öğle)**| 1.82 W | 1.88 W | +%3 (Neredeyse eşit) |
| **15:00** | 1.05 W | 1.72 W | **+%63** |
| **17:30** | 0.28 W | 1.08 W | **+%285** |
| **GÜNLÜK TOPLAM**| **9.8 Watt-Saat** | **13.5 Watt-Saat** | **+%37.7 NET KAZANÇ** |
---
8. 🎤 TÜBİTAK Jüri Sunum Tavsiyeleri
---
Sonuç
Güneş Takip Sistemi projesi, hem mekanik tasarım hem yazılım hem de fizik yasalarını bir araya getiren örnek bir STEAM çalışmasıdır. TÜBİTAK yarışmalarında uygulanabilirliği ve somut veri üretimiyle her zaman dereceye giren güçlü bir projedir.