TOROS ÜNİVERSİTESİ

1. TOROS ÜNİVERSİTESİ GÜNEŞ ENERJİSİ ELEKTRİK ÜRETİM SİSTEMİNİN TASARLANMASI VE MALİYET HESABININ YAPILMASI

2. Güneş Enerjisi Güneş enerjisi, gerek çevreci olması gerekse ucuz işletme maliyeti sebebi ile tercih edilen elektrik üretme yöntemlerinden biri haline gelmiştir. Güneş enerjisi kullanarak elektrik üretimi, bugünlerde sıkça konuşulan yenilenebilir enerji kaynağı uygulamalarının oldukça popüler olan bir çeşididir. Bol olması, bedava olması, işletme maliyetinin düşük olması ve çevre kirliliğine yol açmaması gibi birçok iyi nedenden dolayı yatırımcıların dikkatini çekmektedir. Bu çalışmada fotovoltaik hücreler ile elektrik enerjisi üreten sistemlerin maliyeti üzerinde durulmuştur.

3. Sistemin Tasarımı Güneş enerjisinden elektrik üretmek için kurulacak bir sistemde akü grubu, akü şarj regülatörü, evirici ve yardımcı elektronik devreler bulunabilir..Tabi ki uygulamaya göre bu bileşenler değişiklik gösterebilir. İstenen enerji miktarına göre güneş paneli ve sayısı belirlenir. Güneş olmadığı zamanlarda enerjisiz kalmamak için akü grubu sisteme dahil edilir. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için akü şarj regülatörü kullanılır. Şarj regülatörü akünün durumuna göre, güneş pillerinden gelen akımı keser ya da yükün çektiği akımı keser. Evirici, alternatif akım istenen uygulamalarda panelde elde edilen doğru akım elektriğini alternatif akım elektriğine dönüştürmek için kullanılır.

4. Sistemin Tasarımı

5. Fotovoltaik Paneller Güneş ışınlarını elektrik enerjisine çeviren cihazdır. Verimleri panel tipine göre değişmekle birlikte % 15-20 arasındadır. Laboratuar çalışmaları devam etmekte olup verim değerlerinin yükseltilmesi hedeflenmektedir. Türkiye şartlarında güneşlenme süresi; kışın 5 saat, sonbaharda 7 saat ve yazın 11 saattir. Paneller, ortam koşullarının elverişli olması durumunda nominal güçlerini üretebilirler. Panel camının kirli olması, güneş ışınlarının geliş açısının dik olmaması, havanın çok sıcak veya çok soğuk olması panel verimini düşürecektir. Bu yüzden hesaplanan güç değerinin biraz yukarısında bir değerde panel kullanmak uygun olacaktır.

6. Çalışma Prensibi

7. FotovoltaikPanel Çeşitleri

8. Akü Sistemi Aküler elektrik enerjisinin depolanmasında kullanılır. Güneş olmadığı zamanlarda enerjisiz kalmamak için elektrik enerjisinin depolanması mantıklıdır. Ayrıca güneşsiz günler de olabilmektedir. Bu yüzden enerjinin depolanması oldukça önemlidir. Akü kapasitesinin belirlenmesinde en önemli faktör sistemin güneş göremeyeceği gün sayısını ya da saatini hesaplamaktır. Biz bunu 2 gün olarak kabul edersek; günlük tüketimi 5 kW-saat olan bir ev için 10 kW-saatlik enerjiyi depolayabilecek bir akü grubu gereklidir. Sistem gerilimini 12 V seçersek, 12 V 1200 Ah' lik akü grubu bir sistem için yeterli olacaktır. Ancak şunu unutmamak gerekir akü sistemi otonom (stand alone) sistemler için gereklidir. Akü sistemi otonom sistemlerin maliyet tarafının önemli bir kısmını oluştururlar.

9. Akü Şarj Regülatörü Güneş panelinden gelen akımı ayarlayarak akünün tam dolmasını veya tamamen boşalmasını engeller. Tüketici için gerekli akım değerine göre sistemde uyumlu çalışabilecek tipte seçilmesi gereklidir. Ayrıca akü şarj regülatörünün, akü gerilimine uyumlu olması gerekmektedir. Şarj regülatöründen direkt doğru akım çıkışı alınabilir. Çoğu regülatörde şarj durumuna ait sayısal bilgileri gösteren ekran bulunmaktadır. Bir çok regülatör üreticisi firma panel gücüne göre seçilmesi gereken regülatörü saptamış ve tablolar halinde kataloglarına koymuşlardır.

10. Evirici (Inverter) Doğru Akım enerjisinin Alternatif Akım enerjisine çevrilmesine yarayan cihazlardır. Genel olarak tam sinüs çıkışı veren ve vermeyen olmak üzere iki çeşit evirici bulunmaktadır. Hassas yüklerin bulunduğu sistemlerde tam sinüs çıkışı verebilen eviricilerin kullanılması gereklidir. Evirici gücü, sistemde aynı anda çalışabilecek yüklerin güç değerleri toplanarak elde edilir. Aylık faturası 80 TL gelen bir tüketici 2000 Watt'lık bir evirici seçebilir.

11. Diğer Ekipmanlar Sistemde kullanılması gereken diğer elemanlar kablolar ve sigortalardır.Ayrıca sistemi izleyebilmek için çeşitli elektronik devreler de kullanılabilir. Sigorta ve kablo seçimi sistemin düzgün çalışabilmesi için son derece önemlidir. Kablo seçiminde gerilim düşümü de dikkate alınmalıdır. Şarj Regülatörü Inverter

12. Kurulum Maliyeti Burada hesaplanan sistem şebekeye bağlı bir sistem için olacaktır. Bu sistemler otonom sistemlere göre daha ucuz sistemlerdir. Elektrik faturası ayda 80 TL gelen bir evi düşünelim. Bu evin aylık tüketimi 270 KW olurken yıllık tüketimide 3240 KW olsun. olan Muğla'da ; PVsyst simülasyonu kullanarak sistemi oluşturup, sonuçlara bakalım.

13. PVsystSimülasyon Örneği ►Gördüğümüz üzere 2 Kw' lık bir güneş paneli kurmamız gerekiyor. ►Toplam maliyetimiz 7300Euro ►Kullandığımız teknoloji polikristal modül. ►Sistemimizin aylara göre toplam enerji üretimini görebilirsiniz.

14. Simülasyon Sonuçları ►Bu hesaplamardan sonra asıl ulaşmak istediğimize geliyoruz. Elektriğin KW maliyet fiyatı. Gördüğünüz üzere 0.24 Euro/kw. Burada fiyata ,hem bakım maliyetleri hem de 20 yıl vadeli %5 faizli kredinizin geri ödemeside mevcut. (Aylık:586 Euro). ►Görüldüğü üzere sistem 20 yıl vadede elektriğinizin fiyatını 0.24 Euro=0.56 TL ile sınırlıyor. Ülkemizde artan elektrik fiyatları düşünüldüğünde muhtemelen devletin sattığı elektrik 0.56 kuruşu önümüzdeki 5-7 yıl içinde geçecektir. Böylece sistem herhangi bir arıza olmaksızın 5-7 sene sonra kar etmeye başlayacaktır.

15. Teşvikler Neler? Lisanssız elektrik üretim yasasına göre; Ürettiğimiz her KW başına güneş enerjisi için 0.133 ABD doları almaktayız. O halde; 3244*0.133*1.8=776 TL yıllık teşvik alabileceğiz. Eğer kullandığınız aksamlar Türkiye'de üretiliyorsa Yek Cetvel-2 göre ek teşvikler alabilirsiniz. PV modülümüz Türk malı ise 1.3*1.8*3244=76 TL Teşvik Bedeli

16. Avrupa Birliği’nin resmi PVGIS sitesine göre 1 KW’lık bir solar modül sistemi Türkiye’nin bazı • şehirlerine göre yıllık ortalama enerji üretimleri şu Şekildedir;

17. Şebekeye Bağlı Solar Sistem Kurulumu Sistem Büyüklüğü ve Modül Seçimi Güneş enerjisi solar PV sistemin kurulacağı alan, kurulum noktası ziyaretinde müşterinin de onayı alınarak belirlenir. Kurulum noktası ziyaretinde dikkat edilmesi gerekenler; · Kurulum yapılacak yerin güneşe göre konumu, · Kullanılabilecek alan, · Kullanılacak mekanik kurulum ekipmanı (panel ayakları, güneş izleyiciler vs...), · Gölgeleme, · Kablo uzunlukları, · İnverterin yerleşim noktası vs...

18. *Çatı alanının planlanmasında aşağıdaki noktalar göz önüne alınmalıdır; *Çatının eni ve boyuna uygun bir şekilde kullanılacak alana yerleştirilecek modül sayısı, *Modüller arasında 6 - 10 mm arasında genleşme payı bırakılmalıdır, *Çatıdaki bacalar, antenler ve diğer yükseltiler ve gölgeleri çevredeki binalar, ağaçlar ve diğer yapılar gölgeleme bakımından dikkate alınmalıdır.

20. Sistem Genel Yapısı Güneş enerjisi solar PV sistem kavramları inverter sistem bileşenleri tarafından belirlenir. Sistemleri merkezi ve merkezi olmayan yapılar olarak ayırabiliriz. Dizileri oluşturmak üzere yapılan modül bağlantıları ve farklı dizilerin birbirine paralel olarak bağlanması inverter tarafından koordine edilir. Güneş enerjisi modüllerinin çıkış toleransına göre dizi halinde bağlandıklarında az ya da çok mutlaka uyumsuzluk kayıpları meydana gelir.En aza indirilmesi için modüller dizi içinde maksimum akım değerlerine (IMPP) göre sıralanmalıdır. Güneş enerjisi solar PV sistemlerinde kullanılan inverterler 3 gruba ayrılabilir; · Bütün sistemin bağlandığı merkezi inverterler · Panel dizilerinin bağlandığı dizi inverterler. · Tek bir panelin bağlandığı panel inverterler

21. Düşük Gerilim Kavramı Alçak gerilimli (<120V) sistemlerde bir dizide seri olarak bağlı sadece bir kaç panel bulunur (3 – 5 standart panel). Bu kısa dizilerin avantajı, gölgelenme kayıplarını azaltmasıdır.Bu tip bir bağlantının olumsuz bir yanı, yüksek akımların ortaya çıkmasıdır. Bunun sonucunda da kayıpları azaltmak için daha büyük kesitli kablolar seçilmelidir. Bu sebepten dolayı, bu tip bir tasarım uygulamada yaygın değildir. Genel uygulama alanları binalara entegre solar PV sistemleridir.

22. Yüksek Gerilimli Sistemler Daha uzun diziler ve bunlarda ortaya çıkan yüksek gerilimler (>120V) bu kavramın avantajı ortaya çıkan düşük akımlar sayesinde daha düşük kablo kesitlerinin kullanılabilmesidir. En önemli dezavantaj ise, uzun dizilerde yüksek gölgelenme kayıplarının ortay çıkmasıdır.

23. Master – Slave Kavramı Büyük çaplı güneş enerjisi solar PV sistemleri master - slave prensibine dayanan merkezi inverter kavramını kullanırlar. Bu sistem kavramında birden fazla sayıda inverter kullanılır (genelde 2 yada 3). İnverter güç boyutlandırması için toplam güç inverter sayısına bölünür. İnverterlerden birisi master konumundadır ve güneş ışınımlarının düşük olduğu durumlarda tek başına çalışır. Güneş ışınımının artmasıyla, master cihazın güç limiti aşılır ve diğer inverter (slave) devreye girer. İnverterlerin eşit miktarda yüklenmesi bakımından master ve slave inverter rotasyonel olarak yer değiştirirler.

24. Münih'te Neue Messe binasının çatısında bulunan 1 MW kurulu gücündeki güneş enerjisi solar PV sistemidir.

25. Alt - grup ve Dizi İnverter Kavramı Kurulu gücü 3 KW'a kadar olan sistemler genellikle dizi invertere sahiptirler. bu tip sistemlerin bir çoğunda bütün solar PV modül grubu bir dizi oluşturur. Orta ölçekli sistemler çoğunlukla bir invertere bağlı 2 yada 3 dizi halinde, alt gruplar şeklinde tasarlanırlar.

26. Panel İnverterler Yüksek sistem veriminin ön koşullarından birisi de inverterle modüller arasındaki uyumun yüksek olmasıdır. Sistemdeki her bir modül sürekli kendi MPP (Maximum Power Point – Maksimum Güç Noktası)sinde çalışırsa sistemden en yüksek verim elde edilebilir. Eğer güneş enerjisi solar PV modülleri ve inverterler tek bir birim halinde çalışırlarsa MPP takibi başarı oranı artar. Bu modül - inverter birimlerine AC modül de denmektedir.

27. Solar Tracker Sistemler Güneş enerjisinden azami derecede faydalanabilmek amacıyla güneşi gün boyunca takip edecek sistemlerdir .Kollektörü hareket ettirecekbir devre tasarlanır. Devremizde ışıkla direnci değişen elektronik devre elemanı olan LDR (Light Dependent Resistors)Foto direnç kullanıldı. Foto direnç ışığa duyarlı bir dirençtir. Üzerine düşen ışığın miktarına bağlı olarak direnci değişir ve kollektöre hareket sağlanır.

28. Güneşi İzleyen Sistemin Verimi

29. Solar Panel Bağlantıları Solar Panel seri bağlantısında aynı model ve güçte solar paneller bağlanabilir.Farklı güç ve modelde üretilmiş solar güneş paneli kullanılmamalıdır.*Farklı amperde solar paneller seri bağlanırsa en düşük akım üreten solar panelin gücü kadar Amper üretilir.

30. Paralel Solar panel bağlantısında damümkün olduğunca aynı model ve güçte Solar paneller kullanılmalıdır. Çoğunluk panele uymayan panellerin Artı + çıkışlarında Schottky Diyot kullanılmalıdır. Kullanılan Diyot Akım gücü Solar panelin Akım gücünün 3 katı olmadır. Aksi takdirde diyot ısınır ve kayıp oluşur. Diyot kullanımınız solar paneller arasındaki uyumsuzluğu ve etkileşimi ortadan kaldırmaya yöneliktir.

31. COĞRAFİ HESAPLAMALARIN BULUNDUĞU YARARLI SİTELER VE KAYNAKLAR ; *http://www.esrl.noaa.gov *http://re.jrc.ec.europa.eu *http://www.solar-power-answers.co.uk/design.php *http://www.ecowho.com/tools

32. Dinlediğiniz için Teşekkür Ederim.