Güneş Enerjili Tarımsal Sulama Sistemleri

Tarımsal Sulama Nedir?

İnsanlığın avcı toplayıcı toplum yapısını terk etmeye başladığı ve ilk kez 11.000 yıl öncesinde ürün yetiştirmeye başlaması ile oluşan çiftçilik dünyanın en eski mesleklerinden birisidir. Bugün ise dünya nüfusunun neredeyse tamamının gıdası çiftçilik faaliyetleri ile sağlanmaktadır. Bu kadar büyük insan topluluklarının gıdasını sınırlı tarım arazileriyle karşılamak oldukça zor ve zahmetli bir eylem olduğundan tarımın her alanında verimi artırma çalışmaları başlamıştır. Tarım ürünlerinde verimi arttırmanın en çok bilinen yöntemi de hiç şüphesiz tarımsal sulama faaliyetleridir. Yapılan araştırmalarda bitkilerin ihtiyacı olan suyu düzenli olarak alabilmesi durumunda veriminin %100 -300 arasında arttığı gözlemlenmiştir. Peki tarımsal sulama dediğimiz eylem nedir?

Tarımsal sulama; bitkinin tohum olarak toprakla buluştuğu andan hasadı yapılana kadar -yağışlar haricinde- ihtiyacı olan suyun karşılanmasıdır.

Tarımsal Sulama Yöntemleri Nelerdir?

Tarımsal sulama birçok farklı teknik ile yapılmakla birlikte “Yüzey sulama yöntemleri” ve “Basınçlı sulama yöntemleri” adı altında iki ana başlıkta incelenebilir.

1. Yüzey sulama yöntemleri

   Yüzey sulama yöntemleri tava sulama, uzun tava sulama (border) ve karık sulama olarak sınıflandırılır. Bu yöntemde su araziye ya tavalar içerisinde göllendirilerek ya da uzun tavalar içerisinde düşük bir eğimle ilerletilerek verilir. Ayrıca sıra bitkilerinde ise su belirli bir eğimdeki karıklar içerisinde uygulanır.
   
   Sulanabilir toprakların çoğunda ve hemen hemen bütün bitkiler için uygulanabilen bir yöntemdir. Yüzey sulama yöntemlerinin en belirgin özelliği, sulama için arazide ön hazırlık yapılmasının zorunlu oluşu ve etkili bir su dağıtım sistemine gerek duymasıdır. Su tüketimi yüksek olan bir sistemdir. Özellikle su tutma kapasitesi yüksek, su alma hızı düşük olan killi topraklarda ve tesviyeli arazilerde tercih edilir. Suyun bol ve ucuz olduğu alanlarda kullanılan bu yöntemde tarlaya verilen suyun yaklaşık %40-45 i bitkiye ulaşamadan kaybolmaktadır.

2. Basınçlı sulama yöntemleri

   Basınçlı sulama yöntemleri yağmurlama sulama, damla sulama ve mini sprinkler ile sulama yöntemleri olarak sınıflandırılmaktadır. Yağmurlama sulama yönteminde, sulama suyu kapalı borularda basınç altında mekanik püskürtücülere kadar taşınır ve doğal yağışa benzer bir biçimde toprağa uygulanır.
   
   Çeltik hariç hemen hemen bütün bitkilere uygulanabilir. Fazla meyilli, düz olmayan alanlarda ve derinliği az olan topraklarda su kaybı ve erozyona neden olmadan uygulanabildiği gibi, yüksek geçirgenlik veya düşük su tutma kapasitesine sahip topraklarda da randımanlı olarak kullanılabilir. İlk yatırım masrafları yüksek olmasına karşın bitkinin ihtiyacı olan su miktarını tam olarak verebildiği için daha verimlidir.
   
   Damla sulama yöntemi arıtılmış suyun yaygın bir boru şebekesi ile her bir bitkiye kadar götürülebildiği bir yöntemdir. Bu yöntemin uygulanmasıyla buharlaşma kaybı en aza indirilmektedir. Ayrıca etkili toprak havalanması sağlanır ve kaliteli ürün alınabilir. Fakat yaygın bir boru şebekesine gerek duyulması nedeniyle pahalı olan, fazla teknik bilgi ve özen isteyen bir sistemdir. Özellikle geçirgenliği fazla, su tutma kapasitesi düşük, sık sulanan sıra bitkilerinde bu yöntem tercih edilir. Mini yağmurlama sprinkler) ise özellikle meyve bahçelerinde başarılı bir şekilde uygulanan ve su kullanma randımanı oldukça yüksek bir yöntemdir. Basınçlı sulama sistemlerinde tarlayı sulamak için gerekli su miktarı %25-30 azalmaktadır.
   
   

Toprak ve su kaynakları sınırlı olan kaynaklardır. Tarımsal üretimden beklenen verim artışının sağlanabilesi, su ve toprak kaynaklarının ekonomik ve doğru bir şekilde kullanılması ile mümkündür. Sulama ile ilgili büyük projeler uygulamaya geçirilirken teknik elemanların çok etkin bir yayım çalışması ile çiftçileri eğitmesi ve ortaya çıkması mümkün olumsuz şartlar konusunda uyarılması gerekmektedir. “Ne kadar çok su o kadar çok ürün” anlayışının değişmesi ancak sulama konusunda etkili ve yoğun bir sulama eğitimine bağlıdır.

Günümüzde doğrudan suya erişim imkanı olan bölgeler dışında kalan arazilerde veya basınçlı sulama yöntemleri kullanılması halinde ekstra bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulmaktadır. Zira suyun kanal, akarsu, gölet veya yeraltı suyu gibi kaynaklardan temin edilerek bitkilere ulaşması için yerçekiminden yararlanılamadığı için suyu bitkinin kök seviyesinin üzerine çıkarmak için bir enerji kaynağı gerekmektedir.

Birkaç yıl öncesine kadar bu enerjiyi sağlamanın sadece 2 yöntemi vardı. Birincisi dizel pompalar vasıtasıyla su kaynağından temin edilen su tarlalara iletilirken diğer yöntemde elektrik dağıtım şebekesine bağlı olarak kullanılan elektrikli pompalar kullanılmaktaydı. Günümüzde ise bu yöntemlere alternatif olarak Güneş enerjisinden elde edilen elektrik ile pompaları çalıştırmak ve bitkileri bu su ile sulamak çok iyi bir alternatif haline gelmiştir. Sürekli artan akaryakıt masrafları ve yükselen elektrik faturalarının üretim maliyetlerini artırması tarımsal sulamada güneş enerjisini kullanmayı giderek daha popüler ve cazip hale getirmektedir. Özellikle çok iyi güneşlenme süreleri almalarına karşılık kurak bölgelerde bitkilerin su ihtiyacını karşılamak için yeraltı suyunun kullanılmasında güneş enerjisi kullanmak en iyi çözüm yöntemi olabilir.

Neden Güneş Enerjili Tarımsal Sulama Sistemleri Kullanmalısınız?

Tarımsal sulama sistemlerinde en büyük maliyet elektrik ihtiyacı için harcanan giderlerdir. Tarımsal sulama elektrik fiyatı gün geçtikçe artmaktadır. Güneş enerjili tarımsal sulama sistemi sayesinde bu maliyetlerden kurtulmak mümkündür. Birçok tarımsal arazilerde elektrik bulunmamakta ve şebeke elektriğine oldukça uzaktır. Şebeke hatlarının tarımsal arazilere getirilme maliyetleri de oldukça fazla olduğundan güneş panelleri sayesinde yapılan tek seferlik yatırımla elektrik üretmek mümkündür.

Sistemin 25 yıllık ekonomik ömrü bulunmakla birlikte yaklaşık 5-6 yılda kendini amorti etmektedir. Üstelik şebeke elektriğine bağımlılığı da ortadan kaldıran solar tarımsal sulama sistemleri ile elektrik fiyatlarına gelecek zamlardan da etkilenmemiş olunur.

Geleneksel pompa sistemlerinin çoğu esas olarak dizel motorla veya yerel güç şebekesiyle çalışır. Bununla birlikte, bu iki operasyon modu güneş pompalarına kıyasla dezavantajlar sunar.

Birçok kırsal alanda, özellikle gelişmekte olan ve gelişmekte olan ülkelerde, elektrik şebekesine erişim her zaman garanti edilmez. Bu durumda, çiftçiler geleneksel sulama sistemine güvenemezler. Elektrik Şebekesine ulaşım her an mümkün olsa bile yüksek elektrik maliyetleri ve her üç ayda bir elektrik fiyatlarına gelen zamlar bu tür bir sulamayı ekonomik olmaktan çıkarabilir. Bu nedenle, bağımsız ve alternatif bir enerji sistemi kullanmak, çiftçinin güvenli bir güç kaynağı sağlaması ve kamu şebekesinin doygunluğu önlemesi için bir çözüm olabilir.

Dizel pompalar, daha fazla esneklik sağladıkları için AC destekli pompalardan biraz daha verimlidir. Bununla birlikte, ana kısıtlamalardan biri, bu sistemin çevre üzerinde daha büyük bir etkiye sahip sürekli eklenen yakıt kullanılabilirliğine dayandırıyor olmasıdır. Dizel pompalar güneş enerjisiyle çalışan pompalardan daha ucuzdur, ancak işletme maliyetleri oldukça yüksektir ve büyük ölçüde dizel fiyatına bağlıdırlar. Güneş enerjisiyle çalışan sistemlerde ise tam tersi sözkonusudur yani bu sistem nispeten pahalı olmasına rağmen, enerji kaynağı ücretsizdir, bu nedenle itfa döneminden(kendi kendini amorti etme süresi) sonra artık işletme maliyetleri yoktur (sadece bakım maliyetleri göz önünde bulundurulmalıdır). Bu nedenle, güneş enerjili tarımsal sulama uygulamaları orta ve uzun  uzun vadede karlı yatırım olarak ortaya çıkmaktadır.

Özetle güneş enerjili sulama sisteminin bazı avantajları şunlardır:

• Elektirk dağıtım şebekesinden uzak bölgelerde sulamayı mümkün kılar
• Çevre dostudur. CO₂ emisyonu sıfıra yakındır.
• Şebeke bağlantısı gerekmez.
• Ödenecek elektrik faturası yoktur. Dolaysıyla sabit bir gideri yoktur.
• Dizel pompalar gibi sürekli yakıt gerektirmez.
• Dayanıklıdır, minimum bakım gerektirir.
• Kendi bedelini çıkardıktan sonra işletme ömrü boyunca bakım hariç sıfır bedelle sulama yapılabilir.

Ülkemizde de tarımsal sulamaya giderek ilginin artması ile birlikte öncelikle yüzey sulama için kullanılan güneş enerjili sistemler avantajlarının fark edilmesi ile birlikte basınçlı sulama sistemlerinde de kullanılmaya başlanmıştır. Ziraat Bankası’nın sıfır faiz ile desteklediği modern basınçlı sulama sistemleri sayesinde çiftçilerimizin sulama giderleri de önemli oranda azalmaktadır. Konuyla ilgili yakın zamanda Şanlıurfa da faaliyete geçen bir sulama projesinde bir çiftçimiz 600 dönüm tarlasında “pivot” denilen bilgisayar destekli modern sulama yöntemi kurmuş ve güneş enerjisini de sisteme entegre ederek, hem verimde hem enerjide yüzde 50 tasarruf sağlamaktadır.  Ziraat Bankasının sıfır faizli kredi şartlarını öğrenmek için buraya tıklayabilir veya Ziraat Bankası şubelerinden destek alabilirsiniz.

Solar Tarımsal Sulama Sistemleri Nasıl Çalışır?

Güneş Enerjili Tarımsal Sulama Sistemlerinde suyun kaynağından bitkiye taşınmasında kullanılan pompalar elektrikle çalışır. Elektrik ise güneş panellerinde bulunan hücreler tarafından emilen güneş enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülmesiyle elde edilir.

Güneş Enerjili Tarımsal Sulama Sistemleri Nelerden Oluşur?

Tipik bir güneş enerjili tarımsal sulama sisteminin ana bileşenleri arasında, dalgıç pompa veya yüzey pompasına güç veren bir güneş paneli dizisi bulunur. Komple sistemin boyutu; pompanın gücüne, bir gün içerisinde gereken su miktarına ve güneş panellerinden elde edilen güce bağlıdır. Su genellikle bir su kuyusundan veya akarsudan bir depolama tankına veya doğrudan tarlaya pompalanır. Güneş enerjisiyle çalışan sulama sisteminin üç ana parçası vardır: Pompa Motoru, Pompa Sürücüsü Cihaz ve Güneş Paneli.

1. Pompa Motoru:

   
   Tarımsal solar sulama sistemleri güneş paneli tarafından üretilen elektrikle çalışan bir motora sahiptir. Motorlar türüne göre alternatif akım (AC) veya doğru akım (DC) ile çalışabilirler. DC motorlar çoğunlukla bahçe çeşmeleri, peyzaj, hayvancılık için içme suyu veya küçük sulama projeleri gibi küçük ve orta ölçekli uygulamalar için kullanılır. DC pompaların çoğu 12 volt yerine 24 voltta çalışır. Bununla birlikte, hafif hizmet uygulamaları için 12 volt için daha küçük sistemler bulunurken, daha ağır uygulamalar için 48 volt üzerinde çalışan sistemler de mevcuttur. Bir motorun gücü watt veya beygir gücünde (HP) belirtilir. AC ile çalışan pompa motorları ise kendi aralarında monofaze (tek fazlı)  ya da trifaze (üç fazlı) motorlu olarak ayrılırken 1,5 HP den 175 HP ye kadar çeşitli güçlerde bulunurlar.

   1. Pompa Türleri

      Elektrik ile çalışan tarımsal sulama pompaları, yapılarına ve uygulamalarına bağlı olarak yüzey ve dalgıç olmak üzere iki ana kategoriye ayrılır.
      
      1. Yüzey Su Pompası: Yüzey pompası genellikle emme gücü gerektiren su seviyesinin üzerine monte edilir. Suyu kuyudan zemin seviyesine çıkarmak ya da göletten veya nehirden su almak için kullanılır.
      2. Dalgıç Pompa. Bu pompa temelde kapatılmış bir motordur. Dalgıç pompanın tüm tertibatı pompalanacak suya batırılır. Genellikle küçük delikli kuyulardan su pompalamak için kullanılır. Sondaj deliği içine sığacak şekilde tasarlanmıştır. Kuyu birkaç metre ila 250 metre arasındaki derinlikte olabilir. Kuyu ne kadar derin olursa, kullanılacak solar sulama sisteminin pompası sistem o kadar güçlü ve pahalı olur.

2. Pompa Sürücüsü

İki tip pompa kontrolörü(Sürücüsü) vardır: Pompa inverteri ve değişken frekanslı tahrik (VFD).  DC güç ile çalışan bir pompa motoru kullanılacaksa VFD, AC ile çalışan  bir pompa motoru kullanılacaksa Pompa inverteri kullanılır. Zira güneş panellerinde üretilen elektrik DC iken pompa motoru AC ile çalışıyorsa pompa inverteri gerekli hale gelir. Tipik bir inverterin desteklenen güç aralığı 0,15kW'tan 175 kW'a kadar uzanır ve daha büyük sulama sistemleri için daha yüksek güçlü solar pompa inverteri kullanılır.

Güneş paneli ve inverter, bir AC motorun kalkınma özelliğine uyum sağlamak için uygun şekilde boyutlandırılmalıdır. AC pompa motoru başlangıçta yüksek güç gerektirdiğinden, solar pompa inverteri bu ekstra başlatma yükünü kaldırabilmelidir.

3. Güneş Paneli

Su Pompaları, güneş panellerinden enerji alan motorlarla donatılmıştır. Bir güneş modülünün nominal gücü, tepe watt (Wp) ile ifade edilir. Örneğin 400 Wp(Watt peak) şeklinde etiketlenen bir güneş paneli optimum koşullarda tolerans değeri de hesaba katılırsa maksimum 405 Wp DC güç üretecektir. Güneşin yatımı, panelin eğimi, panellerin yönü gibi birçok etkene bağlı olarak bu güç değişiklik gösterir. Bütün bu hesaplamalar yapıldıktan sonra güneş panellerinin güç ve miktar olarak seçimini kullanılacak pompaların gücü belirler.

Önemli Not: Bir pompa satın almadan önce suyun mevcut olduğu derinliği, günlük su gereksinimini ve kurulacak sulama sisteminin türünü bilmelisiniz. Ayrıca su debisini ve pompanın kapasitesini bilmeniz gerekebilir. En iyi verimliliğe sahip bir pompa satın almalısınız. En az enerji tüketiminde baş ve debinin en iyi kombinasyonu en iyi pompa verimliliğini sağlar. Pompa seçimini bu şekilde yaptıktan sonra Solar sulama sistemini almanız en doğru karar olacaktır.

Tarımsal sulama paketleri su pompasının beygir gücüne göre tasarlanmaktadır. Aşağıda su pompasının beygir gücüne göre panel konfigürasyonu yer almaktadır.

Solar Tarımsal Sulama Sistemlerinin Avantajları

• Geniş güç ve gerilim aralığı
  • 220 V (1 PH), 220 V (3 PH) ve 380 V (3 PH) 0,75 kW – 75 kW arası geniş güç aralığı
• Çoklu koruma önlemleri
  • PV Aşırı gerilim koruması, aşırı sıcaklık alarmı, PV ters bağlantı alarmı vb.
• Gelişmiş MPPT özelliği ile maximum verim
• Şebekeden çalışabilme özelliği
• Sıvı seviye sensörü kullanımı ile pompa koruması