İnsansız Hava Aracının Fotovoltaik Sistem Vasıtasıyla Otonom Şarj Edilmesinin İncelenmesi

Abstract

ÖZET: Bu tez çalışmasında, güneş enerjisi ile beslenen, tamamen 12 V doğru akım (DA) güç barası esaslı şebekeden bağımsız bir güç sistemi tasarlanmış ve analiz edilmiştir. Tasarlanan sistem, enerji dönüşüm kayıplarını azaltmak ve saha koşullarında güvenilir bir çalışma sağlamak amacıyla AA invertör kullanılmadan yapılandırılmıştır. Enerji üretimi güneş paneli aracılığıyla sağlanmış, üretilen enerji LiFePO₄ aküde depolanmış ve sistem yükleri sigortalı DA dağıtım hattı üzerinden beslenmiştir. İHA’nın iniş sonrasında kablosuz şarj vericisi ile uygun şekilde hizalanabilmesi amacıyla elektromekanik bir merkezleme sistemi geliştirilmiştir. İHA’nın platform üzerine inişinin algılanmasının ardından motorlu merkezleme mekanizması devreye girerek İHA’yı platformun merkezinde bulunan kablosuz şarj noktasına yönlendirmektedir. Merkezleme işleminin tamamlanmasıyla verici ve alıcı bobinlerin uygun konuma getirilmesi ve kablosuz enerji aktarımının daha güvenilir şekilde gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, otonom sistemlerde insan müdahalesini azaltmak ve mekanik temas kaynaklı problemleri ortadan kaldırmak amacıyla manyetik kuplaj temelli kablosuz enerji aktarım sistemi değerlendirilmiştir. Kablosuz şarj yaklaşımı DA güç altyapısı ile uyumlu olacak şekilde entegre edilmiş ve düşük gerilimli yüklerin adaptörsüz olarak beslenmesi sağlanmıştır. Bu sayede sistem verimliliğinin artırılması, bakım ihtiyacının azaltılması ve güvenli bir enerji aktarımının sağlanması hedeflenmiştir. Yapılan enerji üretim ve tüketim hesapları, sistem bileşenlerinin birbiriyle uyumlu olduğunu ve günlük enerji ihtiyacının uygun güneşlenme koşullarında karşılanabileceğini göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen sistemin otonom İHA istasyonları ve benzeri şebekeden bağımsız uygulamalar için uygulanabilir ve ölçeklenebilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.

ABSTARCT: In this thesis, a solar-powered off-grid power system based entirely on a 12 V direct current (DC) power bus was designed and analyzed. The proposed system was configured without an AC inverter in order to minimize energy conversion losses and ensure reliable operation under field conditions. Electrical energy was generated by a photovoltaic panel, stored in a LiFePO₄ battery, and supplied to the system loads through a fused DC distribution line. An electromechanical centering system was developed to ensure proper alignment of the unmanned aerial vehicle (UAV) with the wireless charging transmitter following landing. Once the UAV landing on the platform is detected, the motor-driven centering mechanism is activated to guide the UAV toward the wireless charging point located at the center of the platform. Upon completion of the centering process, the transmitter and receiver coils are brought into appropriate alignment, thereby enabling more reliable wireless power transfer. Within this framework, a magnetic coupling-based wireless power transfer system was evaluated with the aim of reducing human intervention in autonomous systems and eliminating problems associated with mechanical contact. The wireless charging approach was integrated with the DC power infrastructure, allowing low-voltage loads to be supplied without the use of AC adapters. This configuration was intended to improve overall system efficiency, reduce maintenance requirements, and ensure safe energy transfer. The energy generation and consumption calculations demonstrated that the system components were mutually compatible and that the daily energy demand could be met under suitable solar irradiation conditions. The obtained results indicate that the developed system provides a feasible and scalable solution for autonomous UAV stations and similar off-grid applications.