emo gunes panel

8/3/2019 Emo Gunes Panel

1/7

98elektrik mhendislii, 439. say, temmuz 2010

Fosil kaynaklarn hzl bir ekildetkenmesiyle; yakn gelecektegne, rzgr, dalga, bioktle,jeotermal, hidrolik ve hidrojen enerjisi

gibi yenilenebilir enerji kaynaklarnnkullanm byk bir nem kazanacak-tr. Gne enerjisi kullanarak enerjiretilmesi yenilenebilir enerji kaynauygulamalarndan en popler olan-dr. Gne kollektrleri, fotovoltaikhcreler ve gne bacas uygulama-lar kayna gne olan enerji retmeyntemlerindendir. Bu almada,uygulama alan her geen gn artanfotovoltaik hcrelerle elektrik enerjisi

GNE PANEL

SSTEMLERNN TASARIMITahsin Krolu, Ahmet Teke, K. aatay Bayndr, Mehmet Tmayukurova niversitesi Elektrik Elektronik Mhendislii Blm

de mmkn olabilmektedir. Rzgr,deniz dalgas, okyanusta scaklk farkve bioktle enerjileri, gne enerjisinindeiim geirmi biimleridir. Gne

enerjisi, doadaki su dngsnngereklemesinde de rol oynayarak,akarsu gcn oluturmaktadr. Doalenerji kaynaklarnn pek ounun k-keni olan gne enerjisinden, stmave elektrik elde etme gibi amalarladorudan yararlanlmaktadr [1].

Gne enerjisi evre asndan temizbir kaynak zellii tadndan fosilyaktlara alternatif olmaktadr. Yeryz-ne her yl den gne snm enerjisi,yeryznde imdiye kadar belirlenmi

olan fosil yakt haznelerinin yaklak160 kat kadardr. Ayrca yeryzndefosil, nkleer ve hidroelektrik tesis-lerinin bir ylda retecei enerjiden15.000 kat kadar daha fazladr [1].Ayrca, gne enerjisi hem bol, hemsrekli ve yenilenebilir hem de beda-va bir enerji kaynadr. Bunlarn yansra geleneksel yaktlarn kullanmn-dan kaynaklanan evresel sorunlarnounun gne enerjisi retimindebulunmay bu enerji trn temiz

ve evre dostu bir enerji yapmaktadr[1]. Yakt sorununun olmamas, iletmekolayl, mekanik ypranma olmama-s, modler olmas, ok ksa zamandadevreye alnabilmesi (azami bir yl),uzun yllar sorunsuz olarak almasve temiz bir enerji kayna olmas gibinedenlerle dnya genelinde fotovol-taik elektrik enerjisi kullanm srekliartmaktadr [1]. Gne pilleri, halenancak elektrik ebekesinin olmad,

reten sistemlerin tasarm detaylolarak sunulmutur. Yk ihtiyacna enuygun donanmlar seilerek; en verimlive en ekonomik sistemin kurulabilme-

si iin gerekli detaylar ayrntl olarakanlatlmtr.

1. Giri

Dnyann en nemli enerji kaynagnetir. Gnein snm enerjisi,yer ve atmosfer sistemindeki fizikseloluumlar etkileyen balca enerjikaynadr. Dnyadaki madde veenerji aklar gne enerjisi sayesin-


2/7

elektrik mhendislii, 439. say, temmuz 201099

yerleim yerlerinden uzak yerlerde, je-neratre yakt tamann zor ve pahalolduu durumlarda ekonomik yndenuygun olarak kullanlabilmektedir. Bunedenle genellikle sinyalizasyon vekrsal elektrik ihtiyacnn karlanmas

gibi uygulamalarda kullanlmaktadr[2]. lkemizde ounluu OrmanBakanlnn gzetleme kuleleri, TrkTelekom, deniz fenerleri ve otoyolaydnlatmasnda, Elektrik leri Ettdaresi Genel Mdrl, Mula ni-versitesi, Ege niversitesi gibi kamukurulularnda olmak zere kkglerin karlanmas ve aratrmaamal kullanlan gne pili kurulugc 1 MWa ulamtr [3].

Gne enerjisi teknolojisinin neminingn getike artmas bu almanngerekletirilmesinin ana nedeniolup, yaplan literatr aratrmalarndalkemizde gne panel sistemleri vebileenlerine ait detayl bilginin sunul-madnn grlmesi ve bu sistemlerin

tasarm ile ilgili herhangi bir almannbulunmamas almay gerekletir-menin dier nemli nedenlerindendir.Bu almada ebekeden bamsz birgne paneli sisteminde yer almas ge-reken bileenler hakknda detayl bilgi

sunularak ve bu bileenlerin seimindedikkat edilmesi gereken unsurlar tar-tlmtr. Ayrca, yk ihtiyac gnlkortalama 5 kW-saat olan bir ev iinrnek bir tasarm yaplarak kurulummaliyeti hesaplanmtr.

2. Sistem Bileenleri

Gne pili modlleri uygulamaya balolarak, akmlatr, evirici (invertrler),ak arj denetim aygtlar ve eitli

elektronik destek devreleri ile birliktekullanlarak bir gne pili sistemi (foto-voltaik sistem) oluturur [4]. Bu sistem-lerde yeterli sayda gne pili modl,enerji kayna olarak kullanlr. Gne-in yetersiz olduu zamanlarda ya da

zellikle gece sresince kullanlmakzere genellikle sistemde akmlatrbulundurulur. Gne pili modlleri gnboyunca elektrik enerjisi reterek bunuakmlatrde depolar ve yke gerekliolan enerji akmlatrden alnr. Ak-

nn ar arj ve dearj olarak zarargrmesini engellemek iin kullanlandenetim birimi (arj reglatr) ise ak-nn durumuna gre, ya gne pillerin-den gelen akm ya da ykn ektiiakm keser. ebeke uyumlu alternatifakm elektriinin gerekli olduu uygu-lamalarda, sisteme bir evirici (invertr)eklenerek akmlatrdeki DC gerilim,220 V-50 Hzlik sins dalgasna dn-trlr. Benzer ekilde, uygulamannekline gre eitli elektronik devreler

sisteme entegre edilebilir. Baz sis-temlerde, gne pillerinin maksimumg noktasnda almasn salayanmaksimum g noktas izleyici cihazbulunur [4]. Sistemin temel elemanlaraadaki ekil-1de grlmektedir.

ebeke balantl gne pili sistem-ri yksek gte sistemler eklindelabilecei gibi daha ok grlenygulamas binalarda kk glullanm eklindedir. Bu sistemlerdernein bir konutun elektrik gereksi-

imi karlanrken, retilen fazla enerjilektrik ebekesine satlabilir ve yeterlinerjinin retilmedii durumlarda iseebekeden enerji alnabilir. Byle biristemde enerji depolamas yapmayaerek yoktur, yalnzca retilen DClektriin, AC elektrie evrilmesi veebeke uyumlu olmas yeterlidir [4].

ir evin gnlk elektrik tketimi kW-aat cinsinden hesaplanmaktadr.vlerde kullanlan gnlk ortalamanerji tketimi deiim gstermektedir.nlk elektrik tketimi aylk elektrikturasndaki tketim miktarndan yolakarak kW-saat cinsinden hesapla-abilir. Evlerde kullanlan her cihaznkettii g bellidir. rnein, 10 adet

00 Wlk lamba seti saatte 1 kW-saatlikir tketim yapacaktr. Fotovoltaik pa-ellerin de saatlik retim miktar aynekildedir. rnein, 8 adet 130 Wlkapasiteye sahip panel saatte 1040-saatlik bir retim yapacaktr.ekil 1. Gne panel sistemini oluturan temel donanmlar


3/7


2.1 Fotovoltaik (Gne)Paneller

Gne nlarn elektrik enerjisineeviren ve sistemin ana eleman olanekipmandr. 1950ler de %4 olan verim-leri gnmzde %15 civarna gelmitir.

Verimleri gnein 1000 W/m2 enerjiyayd blgeye gre hesaplanmak-tadr fakat Trkiyede bu deer 1300W/m2 olduundan verimleri daha iyideerler almaktadr. 1 m2 alanda ka-yplar ihmal edilirse 195 Watt elektrikretilebilir [3].

Trkiye artlarnda gnelenmesresinin kn 5 saat, sonbaharda 7saat ve yazn 11 saat olduunu gznnde bulundurulursa (llerin aylara

gre son 20 yln ortalamasn [5] tesunulmaktadr); gnlk ortalama ykihtiyac 5 kW-saat olan bir ev iin; or-talama gnelenme sresinin 6 saatolduunu varsaylrsa saatlik 1 kWlkretim yapan bir gne paneli sistemitasarlanmas evin enerji ihtiyacn kar-layacaktr. Paneller ancak optimumartlarda optimum glerini verebi-lirler [6]. Panelin camnn kirlenmesi,gne nlarnn sabah ve akam dikayla gelmemesi, havann ok scakve ok souk olup verimin dmesigibi nedenlerden tr 1 kW lk panelgnlk 5 kW-saatlik ihtiyac rahatlklakarlayacaktr.

Tasarlanacak sistem kn 5 saatlikgnelenme sresinde gnlk 5 kW-saat elektrik retirken, baharda gnlk7 kW-saat, yazn 11 kW-saat elektrikretimimiz sz konusu olabilecektir.Bylelikle baharda ve yazda kn n-ceden belirlenmeyen dier alanlardaelektrik kullanma olana doacaktr.

rnein, retilen bu fazla enerji, ay-dnlatma ve temel elemanlar dnda sustmada, yemek piirmede ve klimadakullanlabilecektir [6].

Saatlik retilmesi gereken elektrikmiktar 1 kW olarak belirlenmesindensonra, panelin seilmesi gerekmekte-dir. Aratrmalar sonucunda piyasadamaksimum 220 Wattlk paneller bulun-duu grlmtr [7]. 1 kW lk retimikarlamak amacyla tasarlanan sistem

iin en az 6 adet 175 W nominal kgcnde paneller kullanlmas gerek-mektedir. Tasarmda Kyocera KC175modeli kullanlmtr. Bu panellerinMPP (maksimum g noktas) geri-liminin 23.6 Volt, MPP akmnn 7.42Amper, solar panel verimlerinin ise%15 olduu bilinmektedir. [8]

Bir panelin boyu 1290 mm, eni de990 mmdir. Alt adet panelin toplamyz lm 7.8 m2dir. Paneller eimi

her kurulum noktas iin de 30derecedir [8]. Bu panellerin piyasafiyatnn, yurtiinde online sat yapansiteler aratrldnda yaklak 2,28Avro/W olduu grlmtr. Yani 175W nominal k gcndeki bir panelortalama 400 Avroya alnabilir.

2.2 Ak Grubu

Akler retilen elektrik enerjisini de-polamaya yararlar. Genel olarak

tiptir: Kuru (Flooded Lead Acid), AGM(Absorbed Glass Mat Sealed LeadAcid) ve GEL (Gelled Electrolyte Sea-led Lead Acid). Ancak kuru tip aklerFotovoltaik sistemlerde daha oktercih edilmektedir. Aklerin kapasite-leri amper-saat (Ah) olarak ifade edilir.mrlerini uzun tutmak iin kapasitesi%50nin altnda iken arj edilmelidir.Verimleri %90 civarndadr [3].

Gne olmasa bile pe pee gnesiz

geecek gnlerde ihtiyacn karlaya-cak kadar ak kapasitesi gereklidir. 3gn veya daha uzun sreyle arkaarkaya gne olmamas ou blge-mizde nispeten ok nadir olduundan3. gne de yetecek kadar fazla ak al-mak faydasna gre pahal bir yatrm-dr. Bunun yerine ebeke elektriininolduu yerde 2 gn, olmad yerde3 gnlk ihtiyacn depolayacak kadarak kullanm uygun olacaktr. Bu da


4/7


gnlk tketimi 5 kW olan bir ev iin10 kW karlayacak ak kapasitesidemektir. 12 V 1200 Ahlik ak grubu12volt*1200 Amper-Saat =14.400 wattdepolayabilir. Aklerde depolananntamamn hatta %70inden fazlasn kul-

lanmak aknn yapsn ksa zamandabozmaktadr. Bu yzden 12 V 1200 Ahbir ak grubu tasarlanan sistemim iinideal olacaktr [8].

Kapasitesi belli ak hcreleri birbirinebalanarak daha yksek kapasiteli birak grubu elde edilebilir. 12 V 1200AHlk bir ak grubunun 6 adet 12 V200 Ahlk aklerin paralel balanarakoluturulmas mmkndr. Paralelbalama szcyle ifade edilen builemde hcrelerin (+) kutuplar birbi-rine, (-) kutuplar da birbirine balanr. Yaplan i aslnda hcrelerin ayncins plakalarn harici olarak birbirinebalamaktr. Bu nedenle, elde edilenak grubunun toplam kapasitesi,hcre kapasitesinin hcre adedi ile

arpm kadar olacaktr. Buna karnak grubunun gerilimi bir hcreningerilimi deerindedir. ekil 2de 12V 200 Ah olan 6 hcrenin paralelbalanarak 12 V 1200 AH kapasitelibir ak grubunun nasl oluturulduu

grlmektedir [9]. Piyasada 12V 200Ah aklerin fiyatnn yaklak 283 Avroolduu grlmektedir.

2.3 Ak arj Regltr

Fotovoltaik panelden gelen akm d-zenleyerek akye iletilmesini salar.Aknn tam dolmasn ve ar kulla-nmlarda dearj (boalmasn) olmasnengeller [3]. Bir reglatr seerkendikkat edilmesi gereken en nemliparametre, reglatrn gerekli olan

maksimum akma dayankl olmasdr.Seilen reglatrn, kullanlan bataryavoltaj ile uyumlu olmasna da dikkatedilmelidir [10].

arj reglatrleri kullanlacak sistemegre 12V/24V/48V ve/veya 10A/20A/

40A/ 60A gibi deerlerde deiir. arjreglatrleri ayn zamanda DC voltajklar olduundan doru akmlaalan cihazlara direk gerilim verirler.arj reglatrlerinin LCD gstergelimodelleri de mevcuttur. LCD gs-

tergelide anlk ak ve panel akm,ak ve panel voltajn ve aknn arjdurumunu gsterir [11]. Sisteme arjreglatr seerken maksimum akmgz nnde bulundurmak gerekir.Tablo 1de kullanlan sisteme uygunarj reglatr eitleri sunulmutur[12].

Tasarlanan sistem saatlik 1 kW greten ve 12 V nominal gerilim dee-rine sahip olduundan seilecek arjreglatr 12 V 60 A deerlerine sahipolmaldr ve piyasada 200 Avro gibi birfiyata temin edilebilir.

2.4 Evirici

Panellerin rettii DC enerjiyi evlerdekullanlan AC enerjiye (220V-50 Hz)evirir. Tam sins zellii de amar

akinesi, bulak makinesi ve buzdo-b gibi endktif ykleri karlamak veozmamak iin gereklidir [6].

verterin gc ayn anda alacan

nlen cihazlarn anlk toplam g-ne gre seilmelidir. rnek vermekerekirse 2 kW amar makinesi,00 W televizyon ve 200 W lk lambayn anda altrlmak istenirse 2500lk bir inverter seimi gerekecektir]. Kimi tasarmlarda inverter seimi

aatlik retilen miktarla ayn yaplmak-tadr. rnein saatlik retim 1 kW iseinverter 1 kW gte alacak ekildeseilmitir. Ancak saatlik retim 1kW olmasna ramen akde biriken

gten yararlanarak daha fazla gtketen bir cihaz kullanma ihtiyacdoabileceinden daha yksek g-te alabilen bir inverter seimi dahamantkldr.

nverter seimi daha da yksek tutabi-lir ancak fiyat ynnden de uygun birseenek arandndan ortalama 2500Wlk bir inverter kullanm iin idealdir.Piyasada bu gteki inverter fiyat 460Avro civarndadr.

ekil 2. Aklerin paralel balanmas

Tablo 1. arj reglatrnn panel gc ve nominal voltaj deerine greseimi

Nominal Gerilim Deeri Panel Gc Maksimum Akm

12 V

153 W 9 Amper

374 W 22 Amper

544 W 32 Amper

748 W 44 Amper

1020 W 60 Amper

24 V216 W 9 Amper

748 W 22 Amper

48 V340 W 5 Amper

1088 W 16 Amper


5/7


Tablo 2. Solar panel sistemlerinde kablo seimi

Kablo Uzunluu [m] 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-9Amper [A] Kablo Kesiti [mm2 ]0-20 2,5 6 6 6 10 10 10 1021-36 6 6 10 10 20 20 20 3537-50 6 6 10 10 20 20 20 35

51-65 10 10 20 35 35 35 35 3566-85 20 20 35 35 35 35 35 3586-105 20 20 35 35 35 35 35 35106-125 35 35 35 35 35 35 35 35125-150 35 35 35 35 35 35 35 35151-200 35 35 50 50 50 50 50 50

2.5 Kablo Seimi

Fotovoltaik sistemlerde kablonun se-imi ihmal edilmemesi gerekmektedir.Bilhassa DC (doru akm) sistemlerinhesaplanmasnda dikkat edilmesi ge-reken ana faktrlerinden birisidir vedikkat edilmediinde oluan zararnmaliyeti yksektir. Fotovoltaik sistemkurumunda sistemin hesaplanmasve gereken rnlerin seimi kolaydeildir ama genelde ihmal edilen veihmal edilmemesi gereken balantrnlerinin nemi fazlasyla yksektir.Bir sistemin maliyetini incelendiinde,balant paralarnn deeri yaklak%5 ile snrldr. Fakat balant rnle-rinde yanl seim yapldnda, yangntehlikesi ile kar karya kalarak maddi

zarara uranabilir ve daha nemlisi in-san hayatna zarar verebilir [13].

Solar sistem iki blme ayrlabilir:Sistem-Ak [SA] ve Ak-Tketici [AT].SA blm DC (doru akm) blm-dr ve genelde 12, 24 veya 48 V DColarak kurulur. SA blmnde gnepilleri sayesinde retilen elektrik akm,arj reglatr zerinden aklere de-polanr. Sistemim gc 1000 W olarakalndnda ve sistem 12 V

DColarak ku-

rulmu ise; I= 1000 W/~17 V= ~58 A.Burada akm panel gcnn paneldeoluan ve arj reglatrnde dzeltil-memi gerilime (17V) blnerek he-saplanmtr. Sistemde arj reglatrbulundurulmasnn temel sebebi de buk geriliminin regle edilerek aknnnominal deerde (12V) arj olmasnsalamaktr. Bu sistem iin seilmesigereken balant kablosunu en az 58A akm tama gcne sahip olmasgerekmektedir [13].

Kablo kesitini hesaplamak iin kulla-nlmas gereken forml:

A[mm]=0.0175*2*L*P/(fk*U) (1)

A = letken Kesitifk[%] = letken Kayb0,0175 = Bakr iin spesifik diren[Ohm mm / m]L[m] = Kablo uzunluuP[W] = Kablo tarafndan alnmasgereken gU[V] = Sistem Voltaj

Verilen formle gre yaplacak he-saplamalarla kullanlacak kablo kesitibulunabilir. Formlde kullanlan verilerbilgisayar ortamnda hesaplanarak

pratik bir tablo oluturulmutur. Tablo2de eitli amper ve kablo uzunlukla-r iin gereken ve standart olan kablokesitleri sunulmutur.

Tabloda 2'de grld gibi saatte 58A akm tama gcne sahip olmasgereken saatte 1 kW g retecek e-kilde tasarlanan gne paneli sistemiiin 4 metreden uzun mesafeler iin35 mm2 kesitinde kablo kullanlmasuygun grlmektedir.

3. Kurulum MaliyetiHesab

Tablo 3te saatte 1 kW g retebilen

ve ortalama 4 kiilik bir ailenin elektrikihtiyacn karlayabilecek (gnlk orta-lama 5 kW-saat) bir sistem tasarm iinseilen sistem bileenlerinin maliyetlerihesaplanmaktadr [7].

Hesaplanan toplam malzeme gideri10.670 TL olarak bulunmutur. Ancak,hesaplara kablo fiyat dhil edilmemi-tir. Kullanlacak kablo uzunluununuygulanacak mekna gre deiiklikgstermesinden dolay kablo fiyat,


6/7


Tablo 3. 1 kW g retebilen sistemin maliyetinin hesaplanmas

Donanm zellik (G-Akm) Fiyat

Fotovoltaik hcreler 6 x 175 W = 1050 W 2400 Avro

Ak Grubu 6 x 12 V 200 AH = 12 V 1200 AH 1700 Avro

Ak arj Regulator 12 V 60 A 200 AvroEvirici (Inverter) 12 V DC - 230 V AC / 50 Hz 2500 W 460 Avro

Toplam Maliyet 4760 Avro + KDV = 5616 Avro (1 Avro =1,9 TL) 10.670 TL

Tablo 4. Enerji tketen cihazlar

Cihaz Sre (Ortalama)

4 Adet 20 W tasarruflu Ampul 6 Saat

1 Adet 51 Ekran Televizyon 3 Saat

1 Adet Bilgisayar 4 Saat

1 Adet amar/Bulak Makinesi 1 Saat

1 Adet No-Frost Buzdolab 12 Saat

sigorta ve ak gc gstergesi gibidonanmlar toplam maliyete dhiledilmemitir. Bunun yannda ilk montajiin iilik maliyeti de hesaplamada yeralmamaktadr.

4. neriler

Fotovoltaik pazar dnyann en dina-mik sektrlerindendir. Son yllarda bupazar ylda %35 bymektedir. Yeterlidestek ve tevik mekanizmalar ile2010 ylnda kresel yllk pazarn 5.6gigawatt olmas beklenmektedir. Fo-tovoltaik sistem fiyatlarnn her yl %5azalaca ngrlmektedir; byleceher geen yl daha da byyen birsektr olacaktr [11].

Kresel fotovoltaik piyasas liderleriAlmanya, ABD ve Japonyadr. Ancakimdiden byyen yeni piyasalarkmaktadr. spanya, talya, Fransave Yunanistann nmzdeki yllardabu sektre byk yatrmlar yapacabilinmektedir [14].

PV sistemleri ya tek balarna, yada elektrik ebekesine bal olarakkullanlabilirler. Bu iki sistemde PVninkullanm ok farkldr. Tek bana ku-rulan PV sistemler, elektrik ebekesinebal olmayan konutlar iindir ve tm

elektrik ihtiyacn karlarlar. Gndzretilen elektrik, aklerde depolanr veihtiya duyulduka, zellikle gecelerikullanlr [14].

ebekeye bal sistemler ise ge-nelde ihtiyacn %50si veya birazdaha fazlasn karlayacak ekildeprojelendirilir. Bu sistemler illa ki tmelektrik ihtiyacn karlamak zere pro-jelendirilmezler nk daha byk bir

sistem daha masrafl olur. ebekeyebal sistemlerde, retilen fazla elekt-rik, ebekeye geri verilir/satlr. Elektrikihtiyac olduunda ise ebekeden satnalnr [14].

Temmuz 2008de yrrle giren5784 Sayl Elektrik Piyasas Kanunukapsamnda 500 kWa kadar elektrikretimi iin Enerji Piyasas DzenlemeKurumundan (EPDK) lisans alnmaszorunluluu kaldrlmtr. irket kurmazorunluluu olmadan ahslarn kendirettii elektriin kullanmdan artanksmn Enerji Bakanlna satabilme-si konusunda proje yrtlmektedir.Proje kapsamnda Trkiye Elektrikletim A.. (TEA) iletim sistemiplanlamasnda, gne pilinin elektriksistemine entegrasyonu iin almalaryapacaktr [11].


7/7


emo gunes panel

Documents