Skip to content

GÜNEŞ ENERJİSİ

GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETMEYE NE DERSİNİZ?

Bilgisayarınızın çalışmadığını, sokak aydınlatmalarının yanmadığını ve klimaların çalışmadığını düşünün! Birkaç saatlik enerji kesintisi bile modern hayatı kısmen ya da tamamen durma noktasına getirmektedir. Dünyada enerji tüketimi durmadan artmaktadır. Ancak; fosil kaynaklı yakıtların giderek azalması, yeni enerji kaynakları aramaya ve mevcut kaynakların verimliliğini arttırmaya yöneltmiştir. Günümüzde en önemli küresel çevre sorunlarından bir tanesi fosil kaynaklı yakıtların sera gazı oluşumunda etkili olmasıdır. Yükselen fosil yakıt fiyatları ve çevreye verdikleri zararlar düşünüldüğünde, son yıllarda gerek politik gerekse mevcut enerji ihtiyacını karşılayabilmek için yenilenebilir enerji kaynaklarına (su, rüzgâr, güneş, jeotermal, biyokütle, biyogaz, dalga, akıntı ve gelgit) olan ilgi git gide artmaktadır.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının konu kapsamı çok geniş olmasından dolayı her sayıda birine(su, rüzgâr, güneş, jeotermal, biyokütle, biyogaz, dalga, akıntı ve gelgit)  değinilecektir. Bu sayıda, güneş enerjisi, güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretimi, uygulama alanları, bir evin enerji ihtiyacını sağlayacak güneş enerjisi sistem tasarımına ilişkin bilgiler verilmiştir.

Güneş enerjisi füzyon (hidrojen gazının helyuma dönüşmesi) süreci ile açığa çıkan ışınım olarak bilinir. Güneş pilleri ya da fotovoltaik piller (PV), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm2 civarında, kalınlıkları ise 0,2- 0,4 mm arasında olmaktadır.  Bilim adamlarının son yıllarda yapmış oldukları çalışmalar ile fotovoltaik piller güneş ışığını %20-25 verimle elektrik enerjisine dönüştürmeyi başarmışlardır. Güneş enerjisinin avantajları; işletme giderlerinin çok düşük, elektrik üretimi noktasında güvenirliklerinin de çok yüksek olmasıdır. Güneş pilinin verim, maliyet ve boyut gibi problemleri son yıllarda yapılan çalışmalar ile önemli oranda çözülmüştür. Ancak yine de bazı dezavantajları vardır. Bunlar[2];

 

  • Birim yüzeye gelen güneş ışınımı az olduğundan büyük yüzeye ihtiyaç vardır.
  • Güneş ışınımı sürekli olmadığından depolama gerektirmektedir. Depolanma imkânları ise sınırlıdır.
  • Enerji ihtiyacının çok olduğu kış aylarında güneş ışınımı az ve geceleri de hiç yoktur.
  • Güneş ışınımından faydalanan sistemin güneş ışığını sürekli alabilmesi için çevrenin açık olması, gölgelenmemesi gerekir.
  • Güneş panellerinin en büyük dezavantajı ise, ilk yatırım maliyetlerinin oldukça yüksek olmasıdır.

 

Ülkemizin coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından, ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2.640 saat  ve ortalama toplam ışınım şiddeti 1.311 kWh/m²-yıl ile birçok ülkeye göre şanslı durumdadır[3].  Güney Doğu Anadolu Bölgesi toplam güneş ışınımı (1.460 kWh/m2-yıl)  ve güneşlenme süresi (2.993 saat/yıl) en fazla olan bölge olması nedeniyle burada güneş enerjisinden elektrik üretimi giderek yaygınlaşmaktadır. Şanlıurfa Bölgesi’nde güneş enerjisi, daha çok sıcak su elde edilmesinde kullanılmaktadır. Ancak; son yıllarda Şanlıurfa Bölgesi’nde yapılan çalışmalar güneş enerjisinden elektrik üretimi üzerine yoğunlaşmakta ve kullanım alanları genişlemektedir.

 

Güneş panelleri, özellikle şebekeden uzak küçük ve orta ölçekli yüklerin beslenmesi için ekonomik bir seçenektir. Son yıllarda yapılan çalışmalar incelendiğinde güneş enerjisinden elde edilen elektriğin çevre aydınlatma (sokak, yol, trafik, vb.) uygulamalarında kullanıldığı görülmektedir (Şekil 2).

Adsız

Şekil 2. Güneş paneli bazı uygulama alanları (a)Trafik ikaz sistemi, b)Deniz feneri, c)Sulama sistemi, d)Sokak aydınlatma, e)Otomobil, f)Haberleşme istasyonları) [4]

 

Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu’nun (EPDK) Resmi Gazete’de 3 Aralık 2010 tarihinde yayımlanan “Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmeliği” gerçek ya da tüzel kişilerin kendi ihtiyaçlarını karşılamaları amacıyla lisans almak zorunda olmadan ve kuracakları elektrik tesislerinden ihtiyaçlarının fazlası olan elektriği sisteme satmalarını düzenlemektedir. Bu yönetmelik, güneş enerjisinden elektrik üretiminin yasal dayanağını oluşturmaktadır. Bu nedenle güneş enerjisi üzerine yapılacak çalışmalar için ülkemizin güneş enerjisi potansiyel haritası incelenmesi gerekmektedir. Şekil 3’de görüldüğü gibi Şanlıurfa güneş enerjisi açısından önemli bir potansiyele sahiptir.

Adsız

Şekil 3. Türkiye Güneş Işınımı Atlası [2]

 

Güneş panelleri, birden fazla seri bağlanmış fotovoltaik (PV) hücrelerden oluşmaktadır. Güneş panelleri kendine özgü akım gerilim (I-V) ilişkisine sahiptir. Üretici firmalar, panelin ışınım ile değişimini ve sıcaklık ile değişimini I-V eğrilerinde gösterirler. Panelden maksimum gücün elde edilebilmesi için çalışma noktasının doğru seçilmesi gerekir. Işınımın gün içerisinde değişmesi veya yükte oluşabilecek değişimlerden dolayı çalışma noktası değişebilir. Bu değişimlerin etkisini en aza indirmek için PV sistemlerde maksimum güç noktası izleyicisi (MPPT) kullanımı tercih edilebilir. MPPT aslında panel tarafından görülen empedansı ayarlayarak, I-V eğrisi üzerindeki optimum çalışma noktasını belirler[5].

 

Güneşin doğuş ve batışında, gökyüzünde yer değiştirme hareketlerine bağlı olarak, ışınım geliş açısının değişmesi veya belirli saatlerde tamamen kaybolması enerji üretimini olumsuz etkilemektedir. Işınım seviyesinin çok fazla değişen yerlerde, güneş panelleri enerji ihtiyacının karşılanmasında tek başlarına güvenilir değildir. Bu nedenle, genellikle rüzgâr türbinleri(rüzgâr alan bölgeler için) gibi ikinci bir yenilenebilir enerji kaynağı ile birlikte kullanılırlar.  Üretilen enerjinin bataryalarda şarjı aynı zamanda yük de besleneceği ve mevsimsel değişimlerden sistemin enerji ihtiyacının kesintisiz devam edebilmesi için PV panel adedinin artırılması gerekebilir. Enerji ihtiyacına göre oluşturulacak sistem maliyeti arttıracaktır.

 

Güneş panellerinden enerji üreten sistemler tesis edilmeden önce sistemin kurulacağı yer seçilmelidir. Bu aşamada en önemli husus, kısmi veya tam gölgelemenin olmadığı yerlerin tespitidir. Gölgeleme panelden elde edilecek enerji miktarını azaltacaktır. Bu nedenle bu tür sistemlerin bitki örtüsünün bulunmadığı kurak yerlere veya bina çatılarına kurulması daha doğrudur. Güneşlenme süresinin (Tablo 1) mevsimlere göre değişmesinden dolayı panel eğiminin ayarlanabilir olması gerekir. Güneş takip sistemlerinin kullanılması verimi olumlu yönde etkileyecektir. Ancak, bu tür sistemlerin kullanımı maliyeti arttıracaktır.

Adsız

Tablo 1.Şanlıurfa ilinin güneşlenme süreleri[6]

 

Bilindiği gibi, doğru akım ve alternatif akım kaynaklarının kullanımı farklılık göstermektedir. Çevremizde genellikle alternatif akımla çalışan cihazlar vardır. Bir güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşüm evreleri ve sistem donanımları Şekil 4’te verilmiştir:

Adsız

Şekil 4. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşüm evreleri ve sistem donanımları

 

Şekil 4’de görüldüğü gibi PV panellerin çıkışındaki gerilim sürekli sabit bir değer olmadığı için bataryalara doğrudan bağlanamaz, bataryaların ömrünü uzatmak için bir şarj kontrolörü kullanılır. Bu sayede bataryalar aşırı şarjdan ve aşırı deşarjdan korunmuş olur. Ardından elde edilen enerji aküyü şarj etmektedir. Şarj edilen bu enerji aydınlatma sisteminde doğrudan kullanılabilirken, alternatif akımla beslenen cihazlar için ise bir evirici yardımıyla alternatif akıma çevrilmesi gerekmektedir. Özellikle ev aydınlatma sistemlerinde güneş pilinden elde edilen doğru akımın alternatif akıma çevrilmesi verimliliği azaltmaktadır.

 

Kullanılacak Güneş Paneli Hesabı

Aydınlatma sistemimizdeki yaklaşık 500 W değerindeki alıcılar günlük ortalama 5 saat kullanıldığında güneş panelleri ile karşılanacak günlük elektrik enerjisi 2,5kWh/gün’dür. Güç dönüşüm verimi olarak DA-DA şarj denetleyici verimi %94 ve DA-AA evirici verimi %89 alınırsa; 2988 Wh/gün olarak hesaplanır. Sistemimizde meydana gelecek genel kayıplar (kablo kayıpları, ekler, kalkınma akımı) %10 olarak düşünüldüğünde günlük ihtiyaç duyulan toplam güç miktarı 1,1 kat artacaktır[5]. Dolayısıyla, 3287 Wh/gün’dür. Amper-saat cinsinden ortalama günlük enerji ihtiyacı, yaklaşık 275Ah/gün olarak hesaplanır. Şanlıurfa ilinde; yıllık ortalama güneşlenme süresi ise 8,36 saattir (Tablo 1). Buna göre gereken PV panel akım değeri 32,89A’dir. Güneş panelleri kendi aralarında seri bağlanarak gerilim değerleri yükseltilebileceği gibi paralel bağlantı yapılarak da akım değerleri artırılabilir. Yedi adet güneş paneli paralel bağlanarak elde edilebilecek akım değeri hesaplamada bulunan 32.89A değerine çok yakındır.

Tablo 2. Güneş paneli teknik özellikleri[7]

Maksimum Güç (Pmax) 80 Watt
Maksimum Güç Gerilimi (Vmp) 17,64 Volt
Maksimum Güç Akımı (Imp) 4,54 Amper
Açık Devre Gerilimi (Voc) 21,92 Volt
Kısa Devre Akımı (Isc) 4,85 Amper
Hücre Tipi 125 mm X 125 mm

Monokristalin SilisyumBoyutlar1185 mm X 545 mm X 35 mmAğırlık10 kgFiyatı240 Lira

 

Kullanılacak Evirici (İnvertör) Hesabı

Şekil 4’de görüldüğü gibi evlerde alternatif akımla çalışan yüklerin enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla eviricilerin kullanılması gereklidir. Eviriciler DA batarya çıkışını 50 Hz AC gerilime dönüştüren özel güç elektroniği devreleridir. Piyasada yaygın olarak satılmakta olan şebekeden bağımsız çalışan enerji üretim sistemlerinde sinüs (tam sinüs), kare (modifiye edilmiş sinüs) ve merdiven sinüs dalga çıkış veren evirici çeşitleri kullanılmaktadır. Sinüs çıkış veren eviriciler şebeke kalitesinde enerji sağlar ve hassas yüklerin (bilgisayar, buzdolabı ve motor, vb.) çalıştırılmasında kullanılır. Kaliteli bir enerjiye gerek duyulmayan aydınlatma amaçlı uygulamalarda, kare dalga çıkışı veren eviriciler kullanılır. Kare dalga çıkışlı eviricilerin maliyetleri, tam sinüs evirici maliyetine nazaran oldukça düşüktür.

Sistemimizde tüm lambaların aynı anda çalıştırılacağı ve invertör verimi % 90 olduğu dikkate alındığında gücümüz yaklaşık 556W’tır. Sistemimizin çıkışını alternatif akıma çevirmek için 1000 W‟lık invertör kullanılacaktır.

Tablo 2. Evirici teknik özellikleri[7]

Çıkış Gücü 1000W
Max Dayandığı Güç 2000W
Çıkış Voltajı 220V
Giriş Voltajı 10 V-15 V
Çıkış Frekansı 50 Hz  (+-)2Hz
Ürün Ölçüleri 170*94*57mm
Net Ağırlık 775g
Fiyatı 115 Lira

 

Kullanılacak Şarj Kontrolör Cihazı Hesabı
Kontrolör, aküyü aşırı şarj ve deşarj etmeden sürekli tam şarjlı vaziyette tutar. Alıcı, güç çekmeye başladığı zaman, kontrolör şarjın modüllerden aküye, alıcıya veya her ikisine birden akışına izin verir. Kontrolör, akülerin tamamen şarj olduğunu hissettiği zaman modülden gelen şarj akısını durdurur. Birçok kontrolör, ayrıca yüklerin aküden çok fazla akım çektiğini de hisseder ve akü yeterli şarja sahip olana kadar akımı durdurur. Bu özellik, akü grubunun ömrünü önemli ölçüde arttırır. Kontrolörlerin maliyeti, genellikle fotovoltaik sistemin çalışacağı amper kapasitesine ve denetim özelliklerine bağlı olarak değişir. Sistemde Ģarj kontrolörü olarak maksimum güç noktası takibi (MPPT), akım ve gerilim optimizasyonu sağlayarak panellerden elde edilen gücü diğer kontrolörlere göre %30 civarında artırmaktadır[5]. Sistemimizdeki tüm lambaların çalışacağını ve şarj denetleyici veriminin %95 olduğu şarj akımı yaklaşık 46,3A’dir.

Tablo 3. 60A PV şarj kontrolörü teknik özellikleri[9]

Çıkış Akımı Ayarlanabilir akım sınırlayıcı 60 A
Maksimum Güç 12V, 24V, 48V
PV Açık Devre Gerilimi 150 V
Ebatları ve Ağırlığı 368 × 146 × 138 mm
Fiyatı 1724 Lira

 

Kullanılacak Batarya Hesabı

Bataryalar, güneş panellerinden elde edilen enerjiyi kimyasal olarak depolayan elemanlardır. Hibrit enerji üretim sistemlerinde en yaygın kullanılan batarya tipi, derin boşaltmaya izin veren kurşun-asit tipli bataryalardır. Kurşun-asit tip bataryaların en büyük dezavantajları aşırı şarj ve deşarjlardan korunmalarının gerekmesi ve ayrıca uzun süreli düşük şarj seviyesinde tutulamamaları nedeniyle ilave regülatörlere ihtiyaç duymalarıdır. Batarya kapasiteleri Ah (Amper-Saat) olarak ifade edilir. Bataryaların saklama kapasiteleri genellikle plakalarında yazılıdır. Bataryaların kullanım sürelerini ve verimlerini etkileyen diğer bir etken de coğrafi şartlardır. Coğrafi şartların ağır olduğu (yazın aşırı sıcak, kısın aşırı soğuk) yerlerde kurulan hibrit enerji sistemlerde, akülerin bu şartlara dayanıklı olarak seçilmesi gerekmektedir. Sıcaklıklardaki aşırı artış veya düşüşler akünün depolama kapasitesini ve derin deşarj durumları özelliklerini hızla yitirmelerine neden olur. Güneş panellerinden elde ettiğimiz enerji akülerde depolanacaktır. Sistemimizde modülden elde edilecek enerji miktarının akü gerilimine oranı bize kullanılacak akü değerini verir ve akülerin %20’sinine kadar deşarj olduğunu da ilave edilirse 329 Ah/gün olarak verecektir.

 

İstenen kapasiteyi 3 adet 12V 100Ah’lik jel tipi aküyü paralel bağlayarak karşılayabiliriz. Jel tipi aküler diğer akü çeşitlerinin aksine daha derin deşarj olma imkânı, daha fazla şarj deşarj olma sayısı, kendi kendine deşarj olma seviyesinin düşük olması, güvenilir sabit çıkış akımı sağlaması ve bakım gerektirmemeleri bakımından sistemimiz için tercih edilirler [5].

 

Tablo 4. Jel tipi akünün teknik özellikleri [5]

Anma Gerilimi (V) 12 V
Kapasite (Ah) 100 Ah
Boyutları ve Ağırlığı 172 mm / 31.6 kg
Fiyatı 553 Lira

 

Kullanılacak İletken ve Sigorta Hesabı

Sistem bileşenlerinin birbiri ile bağlantısını sağlayacak iletken ve kesitlerinin belirlenmesi diğer sistem bileşenlerinin hesaplanması kadar önemlidir. Küçük gerilim değerli sistemlerde iletken kesiti belirlenmesinde, iletkenden geçecek akım değeri ve bağlantısı yapılacak cihazların arasında mesafe dikkate alınması gereken ölçütlerdir. Maksimum akım değerinin belirlenmesinde nominal akımın 1,25 katı alınarak, sistemimizde kullanılacak sigorta akım değerleri belirlenir. Kullanılacak iletken kesiti de bu akımı taşıması gereklidir. Tablo 5’de sistemde kullanılabilecek iletken kesitleri ve sigortalar verilmiştir:

 

Tablo 5. İletken kesiti ve sigorta değerleri

Sistem

Bileşenleri

Çalışma Gerilimi (V)

Maksimum Akım

(A)

İletken Uzunluğu (m)

İletken Kesiti         (mm)

PV Panel-Kontrolör

12

35

10

4

Kontrolör-Akü

12

30

5

6

Akü-Evirici

12

60

5

16

Evirici -Alıcı

220

5

15

2,5

 

 

Adsız

Şekil 5. Sistem Bağlantı Şeması

 

Tasarlanan sistemde kullanılan elemanların maliyetleri tablolarda verilmiştir. Sistemin toplam maliyeti yaklaşık 5.250 liradır.  Yapılan bu çalışmayla, Şanlıurfa ilinde elektrik enerjisi ihtiyacının güneş enerjisiyle karşılanması düşünülen bir evin güç üretim sistemi tasarlanmıştır.

 

Not1: Güneş enerjisi sisteminde kullanılacak malzemelerin internet satış fiyatları referans alınmıştır. Verilen toplam maliyetin satın alınan firmaya göre %10 değişebileceği göz önünde bulundurulmalıdır.

Not2: Bu konu hakkındaki soru ve düşüncelerinizi İLETİŞİM İÇİN: 0545 221 06 27 görüşebilirsiniz.

 

KAYNAKLAR

  1. ÇOLAK Ş. Ç.,“Fotovoltaik Paneller Yardımı ile Güneş Enerjisinden Elektrik Enerjisi Üretiminin Maliyet Analizi ve Gelecekteki Projeksiyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, 2010
  2. KARACA C.,“Güneş Ve Rüzgâr Enerjisinden Elektrik Enerjisi Üretimi Sistemi Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, 2012
  1. http://www.enerji.gov.tr/index.php?dil=tr&sf=webpages&b=gunes&bn=233&hn=&nm=384&id=40695
  2. MUHTAROĞLU K. T., “Güneş Enerjisini Elektrik Enerjisine Çeviren Çevre Dostu

Sistemin Tasarlanması”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, 2012

  1. ÖZSOY M. F.,“Hibrit Rüzgâr-Günei Enerji Üretim Sistemi İle Bir Elektrik Laboratuvarının Genel Aydınlatma Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, 2011
  2. Yeşilata B.,“TRC2 (Diyarbakır-Şanlıurfa) Bölgesi Yenilenebilir Enerji Raporu” Karacadağ Kalkınma Ajansı, 2010
  3. http://www.solarmarketi.com/80W-Solar-Panel,PR-519.html
  4. http://www.sahibinden.com/ilan/yedek-parca-aksesuar-donanim-tuning-ses-sistemleri-aksesuar-doxin-1000-watt-gucunde-12-220volt-oto-inverter-123058031/detay
  5. http://shop.atsco.co.uk/index.php?route=product/product&product_id=120

 

 

 

 

 

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir