Fotovoltaik Kaynaklı Elektrik Üretimi-Ekonomik Analizi-Konut:
1—Yapılan Çalışmalar:
1—Yapılan bir bilimsel
çalışmada Erzincan ili için 50 kW kurulu gücünde bir güneş enerji santralinin maliyet
analizini yapmıştır. Sistem elektrik şebekesine
bağlı olacak şekilde
tasarlanıp, sistemin analizinde bir programı kullanılmıştır.
1.1—Fotovoltaik santralin ilk
yatırım maliyetini karşılama süresinin ise 9-10 yıl arası olduğu
belirlenmiştir.
1.2-- Sonuçta,elektrik enerjisi üretiminde güneş
enerjisinden yararlanmada Erzincan ilinin yatırım yapmak için çok elverişli bir
bölge olduğunu ifade edilmiştir.
1.3—Kaynak çalışmada Erzurum
ili için bir konutun elektrik ihtiyacının fotovoltaik panellerle
karşılanmasının ekonomik analizi yapılmış ; fotovoltaik sistemden sağlanan elektrik
enerjisinin, şebekeden çekilene göre daha ekonomik olduğunu anlaşılmıştır.
2-- Fotovoltaik Sistemler:
2.1-- Güneş Panelleri:
1-- Güneş panelleri, güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren
elemanlar olup, verimleri panel tipine göre %15-25 arasında değişmektedir
2—Türkiye şartlarında yaklaşık
olarak güneşlenme süresi kış,bahar ve yaz aylarında sırasıyla 5, 7 ve 11 saat
civarındadır.
2.2- Akü Sistemi
1-- Kapalı günlerde veya güneşin yetersiz olduğu
zamanlarda enerjisiz kalmamak için elektrik enerjisinin depolanması gerekir.
Aküler, sistemin kullanılmadığı zamanlarda veya ihtiyaç fazlası elektrik
enerjisinin depolanmasında
kullanılır.
2—Genellikle uygulamada bir
gün güneşli iki gün güneşsiz olacak şekilde akü kapasitesi belirlenir.
3-- Fotovoltaik sistemler aküsüz (on-grid) ve akülü (off-grid)
olmak üzere iki şekilde tasarlanabilir.
3.1--Aküsüz sistemler,
elektrik enerjisi üretildiği anda hiçbir depolama olmadan çift yönlü sayaç
aracılıyla şebekeye bağlandığı sistemlerdir.
3.1.1--Bu sistemlerde ihtiyacınız
kadarını kullanıp fazla elektriğin satışına
devlet tarafından gerekli
tarifeler ve kanunlar üzerinden izin verilmektedir.
3.1.2--Elektrik ihtiyacınızın
artması durumda elektrik kesintisi yaşamadan
şebekeden beslenerek elektrik
enerjisi alınır ve mahsuplaşma durumu söz konusu olur.
3.1.3-- Şebekenin bulunduğu
yerlerde, yönetmelikler doğrultusunda şebeke bağlantılı sistemler yaptırmak daha
avantajlıdır.
3.2—Akülü sistemler,
şebekenin olmadığı yerlerde daha çok tercih edilen ve ihtiyaç fazlası üretilen
elektriğin ihtiyaç duyulduğunda kullanılmak üzere akülerde depolandığı
sistemlerdir.
3.2.1-- Elektrik iletim hatlarının olmadığı veya ulaşmadığı yerlerde
akülü sistemleri kullanmak daha elverişlidir.
3.2.2--Akülü sistemlerde,akü
ve bakım masraflarından dolayı sistemin ilk
yatırım maliyeti daha yüksek
olmaktadır.
3.3--Akülü sistemlerde ayrıca
akü şarj regülatörleri de kullanılır. Güneş panellerinden gelen akımı ayarlayarak
akünün tam dolmasını veya tamamen
boşalmasını engelleyen
cihazlardır.
3.3.1--Sistemden gelen elektrik
akım değerlerine göre seçilir ve akü gerilimine uyumlu olması gerekir. Ayrıca
şarj regülatöründen direkt doğru akım çıkışı da alınabilmektedir.
3.3.2--Panel gücüne göre
kullanılması gereken regülatörler, üretici firmalar tarafından tespit edilip ilgili
kataloglarda verilmektedir.
2.3—İnvertörler:
1--İnvertörler, güneş
panellerinden sağlanan doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) çevirmeye yarayan
bir elektriksel güç dönüştürme elemanlarıdır.
1.1--Bu şekilde AC enerji
ihtiyacı olan tüm sistemlere besleme yapılabilir.
2--İnvertörler kullanım
alanlarına,güçlerine ve çıkış dalga türlerine göre çeşitli
tiplerde imal edilmektedir.
3--Yenilenebilir enerji
kaynaklarının artan kullanımı ile beraber invertörlerin de kullanımı
artmaktadır.
3.1--Özellikle güneş ve
rüzgâr gibi enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin şebekeye beslenmesi
için invertörler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
4—İnvertör gücü, sistemde
aynı anda çalışabilecek yüklere
ait güç değerleri toplanarak
elde edilir.
2.4--Diğer Ekipmanlar:
1--Fotovoltaik sistemde
kullanılabilecek diğer elemanlar kablolar, sigortalar ve sistemi izleyebilmek için
çeşitli elektronik devrelerdir.
3--Konut İçin Fotovoltaik Panel Hesabı:
1-- Konut İçin Haftalık Güç ve Enerji İhtiyacı
Cihazlar………Güç(W)……....Zaman(h)….Çalış
gün sayı………...Enerji(kWh/hafta)
5 adet lamba……… 75……………... 6
…………...7………………………… 3,15
LED TV……………50……………..
5……………7………………………….1,75
Bilgisayar…………..50…………….. 2
…………...5………………………… 0,50
Fırın………………2400……………..1…………... 2
…………………………4,80
Buzdolabı…………
150……………..8……………7…………………………. 8,40
Ç. Makinesi………. 500…………….
1……………3…………………………..1,50
B. makinesi……….1020……………
1…………….3…………………………..3,06
Ütü………………..2500……………. 2
…………...1…………………………..5,00
E. Süpürge……….. 1800…………… 1………….... 2
………………………….3,60
Diğer………………150………..…… 5 …………...7
…………………………..5,25
Toplam ……….......6895…………………………..
42…………………..……. 33,41
2— Haftalık elektrik tüketimi 33.400 kWh/hafta
olan bir konutun günlük enerji ihtiyacı 33.410 kWh/hafta/7 gün/hafta= 4.773
kWh/gün olarak hesaplanmıştır.
2.1--Güneş panellerindeki kirlilik vb. gibi durumlar
da dikkate alındığında konutun günlük enerji ihtiyacının yaklaşık olarak 5,0
kWh/gün olduğu
kabul edilebilir.
2.2--konutun toplam enerji gereksinimi yaklaşık
olarak 5 kWh/gün olmaktadır.
Bu enerji gereksinimi günde ortalama 5 h/gün
güneşlenme süresiyle güneş panelleri tarafından karşılanacaktır.
3-- Tasarımda önemli olan diğer bir parametre ise
güneş
panellerinin hangi açıyla yerleştirileceğidir.
3.1—Yıl boyunca sabit eğim açısı uygulandığı ve panellerin
eğim açısının bölgenin (Erzurum ilinin) enlem açısına (φ=39,55°) göre
ayarlandığı varsayılırsa, güneş panellerinin yaklaşık olarak 40°’lik bir eğimle
yerleştirilmesi uygun olacaktır.
4--Sistemdeki güneş panellerinin boyutlandırılması:
4.1--İlk durumda, 1.000 W’lık fotovoltaik panele (kurulu
güce) gereksinim olmaktadır. Bu enerjiyi karşılamak için 4 adet 270 W’lık
panelin kullanılmasıyla 1.080 W kurulu güç elde edilmektedir.
4.1.1—Bu panellerin kış aylarında açık bir günde 5
h/günlük ortalama güneşleme süresiyle üretebildiği enerji,1080 × 5 × 10-3= 5,4
kWh/gün olacaktır. Güneş panellerini kullandığımız firmanın standart üretimi bir
adet panel için yaklaşık olarak 1,64 m2 değerindedir.
4.1.2--Bu durumda panellerin toplam alanı 4×1,64 m2=
6,56 m2 olur. Tablo 1’den görüldüğü gibi konutun elektrik ihtiyacı (5,0
kWh/gün) fazlasıyla karşılamaktadır.
4.2-- Erzurum İli İçin Tahmini
Güneşlenme Süresi ve Güneş Işınım Değerleri:
Aylar……… S [h/gün]……..HT (enlem açısı)[kWh/m2-gün]
1……………. 2,95……………………. 4,04
2……………. 3,82……………………. .4,93
3……………. 4,39…………………….. 5,29
4……………. 5,89…………………….. 4,70
5……………. 7,56…………………….. 4,90
6 ……………..9,92………………………5,41
7……………. 10,75……………………. 5,61
8……………. 10,54……………………. 5,55
9…………….. 8,31…………………….. 5,56
10…………… 6,28…………………….. 4,58
11…………… 4,26…………………….. 3,78
12……………. 2,31……………………. 3,26
Ortalama…….. 6,42……………………. 4,80
4.2.1-- Tablo ya görüldüğü gibi en düşük güneşlenme süresi
2,31 h ile Aralık ayında gerçekleşmiştir. Bu nedenle hesaplamalarda Aralık ayı
dikkate alınmış ve bölgenin enlem açısına göre sabit olarak yerleştirilmiş güneş
panelleri üzerine gelen aylık ortalama günlük toplam güneş ışınım şiddeti 3,26
kWh/m2-gün olarak hesaplanmıştır.
4.2.2—Eşitliğe göre A=5
(kwh/gün)/3.26kwh/m2günx0,20 =7,67 m2
hesaplamalarda, güneş panellerinin veriminin %20
olması durumunda toplam panel alanının 7,67 m2, verimin %25 olması durumunda
ise 6,13 m2 olduğu görülmektedir.
4.3--Sistemin Kurulum Maliyeti:
1--Sistemin kurulum maliyeti,
akülü bir sistem için yapılmıştır. Aylık elektrik enerjisi tüketimi 150 kWh
olan bir konutun, yıllık elektrik enerjisi tüketimi
de 12×150= 1.800 kWh/yıl
olacaktır.
2-- Güneşlenme süresinin en düşük olduğu kış
aylarında,günlük tüketim= 150 kWh/30= 5 kWh olarak hesaplanabilir. Açık güneşli
bir günde kış aylarında
ortalama güneşlenme süresi 5
saat olarak kabul edilirse, anlık tüketim= 5 kWh/5h= 1 Kw olarak hesaplanır.
3--Fotovoltaik sistemlerin
satış ve kurulumunu yapan firmaların web sayfalarından alınan fiyat bilgilerine
göre, 1 kWh kapasiteli fotovoltaik sitemin maliyeti yaklaşık olarak 1.600 €
değerindedir.
4—Sistem 4 adet 270 W
polikristal güneş paneli, 1 adet 3.000 VA/2.400 W akıllı tam sinüs invertör, 4
adet 100 A jel akü, 20 m kırmızı kablo, 20 m siyah kablo, 3 set ikili
paralelleme konnektörü ve 4 set tekli bağlantı
konnektöründen oluşmaktadır.
5-- Çalışmada, örnek bir konut için tasarlanan fotovoltaik
sistemin özgül enerji üretim maliyeti hesaplanmıştır.
5.1--Yapılan ekonomik
analizde, kurulu gücü 1 kW olan bir fotovoltaik sistemin özgül enerji üretim
maliyeti, bakım masrafları da dâhil olmak üzere
0,045 €/kWh olarak
bulunmuştur.
5.2--Hesaplanan bu değer,
Mayıs 2019 tarihi itibariyle 0,081 €/kWh (0,5375 TL/kWh) olarak belirlenen mevcut
elektrik enerjisi tüketim bedelinden daha
düşüktür.
5.3--Bu sonuç, fotovoltaik
sistemden sağlanan elektrik enerjinin, şebekeden çekilene göre daha ekonomik
olduğunu göstermektedir.
5.4—Ayrıca çalışmada, farklı
kapasitedeki fotovoltaik sistemlerin özgül enerji üretim maliyetleri
hesaplanmış ve sistem kapasitesi arttıkça birim elektrik enerjisi maliyetinin
azaldığı saptanmıştır.
Kaynak: Tesisat Mühendisliği - Sayı 173 - Eylül/Ekim 2019--Elektrik Enerjisi Üretimi için Fotovoltaik Sistemler
ve Ekonomik Analizi--Kadir BAKIRCI-Prof. Dr.-Atatürk Üniversitesi Mühendislik
Fakültesi-Makine Mühendisliği-Erzurum,abakirci@atauni.edu.tr-orcid:
0000-0001-5447-4955-Sadık ERDOĞAN-Dr. Öğretim Üyesi-Atatürk Üniversitesi-Erzurum
Meslek Yüksekokulu-Erzurum-serdoğan@atauni.edu.tr-orcid: 0000-0002-8340-7791