Öz: Giriş: Son yıllarda nüfus ve sanayileşmedeki hızlı büyümelerin bir sonucu olarak tüm dünyada enerji talebi hızla artmaktadır. Sürdürülebilir bir sosyal ve ekonomik gelişme için enerji talebi sürekli ve güvenilir bir şekilde karşılanmalıdır. Türkiye enerji ihtiyacını çoğunlukla fosil kaynaklı yakıtlar ile karşılamaktadır. Ülkenin yerel kaynakları yeterli olmadığından doğalgaz ve petrolün neredeyse tamamı, kömürün önemli bir bölümü ithal edilmektedir. Bu durumda enerji talebinin arttığı her gün ülkenin dışa bağımlılığı da artmaktadır. Dolayısıyla ithal kaynaklı fosil yakıt kullanımının artması ülke ekonomisine zarar vermektedir. Diğer yandan Kyoto Protokolü’ne taraf olan ülkelerden biri olarak sera gazı salınımlarının azaltılması için enerjini talebini karşılamada öncelik yenilenebilir enerji kaynakları olmalıdır. Türkiye sahip olduğu muhteşem coğrafi konumu sayesinde çok büyük bir yenilenebilir enerji kaynağı potansiyeline sahiptir. Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası’na göre yıllık toplam güneşlenme süresi 2737 saat, yıllık toplam güneş enerjisi 1,527 kWh/m2-yıl olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada 80W gücünde en uygun yıllık eğim açısı ile konumlandırılmış sabit bir güneş enerjili sistemi ve iki eksen izleyen hareketli bir güneş enerjili sistemi ilk örnekleri oluşturulmuş ve sistemler gerçek zamanlı olarak karşılaştırılmıştır. Amaç: Bu çalışmada amaç bölgesel ilk örnekleri oluşturulan sabit ve hareketli güneş enerjili sistemlerinden elde edilen sonuçlar ile şebekeye bağlı bataryalı 1kW gücünde sistemler için geri ödeme süresini belirlemek ve buna göre en uygun sistem önerisini yapmaktır. Kapsam: Yapılan bu çalışmada Sakarya ili için en uygun yıllık eğim açısı belirlenmiş ve bu açının Sakarya ili ile benzer enlemde bulunan bölgeler için de kullanılabileceği görülmüştür. Bununla beraber ilk örneği oluşturulan sabit ve hareketli güneş enerjili sistemler elektriksel ve ekonomik olarak karşılaştırılmış ve elde edilen sonuçlar ile güneş enerjili sistemleri uygulamaları için genel öneriler yapılmıştır. Sınırlıklar: Çalışma yüksek maliyet ve geniş bir açık alan gerektirdiğinden, en uygun yıllık eğim açısı ile konumlandırılmış sabit bir sistem ve iki eksen güneş izleyen hareketli bir sistem ile sınırlandırılmış ve en uygun günlük, aylık ve mevsimsel eğim açıları ile konumlandırılmış sistemler incelenememiştir. Yöntem: Çalışmanın ilk aşamasında Sakarya iline ait güneş ışınımı verileri ve en uygun eğim yıllık eğim açısı belirlenmiştir. Bu aşamada Sakarya ili için önceden ölçülmüş olan güneş verileri Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası’ndan alınmıştır. Bu veriler ile öncelikle matematiksel denklemler kullanılarak uzay dışı güneş ışınımı ve en yüksek güneşlenme süreleri hesaplanmıştır. Daha sonra ölçümü Sakarya ili için henüz yapılamayan dağınık güneş ışınımının belirlenmesi için mevcut denklemler kullanılarak regresyon analizi ile 9 adet yeni dağınık güneş ışınımı denklemli oluşturulmuştur. Oluşturulan denklemler istatiksel hata göstergeleri ile test edilmiş ve en uygun dağınık güneş ışınımı denklemi ile aylık ortalama günlük dağınık güneş ışınımı verileri elde edilmiştir. Tüm güneş ışınımı bileşenleri belirlendikten sonra toplam güneş ışınımı-eğim açısı ilişkisi kullanılarak en uygun yıllık eğim açısı belirlenmiştir. Sabit güneş enerjili sistemi en uygun yıllık eğim açısı ile konumlandırılmıştır. İkinci aşamada hareketli güneş enerjili sistemi tasarımı yapılmıştır. Sistemde güneşin konumu güneş denklemleri ile matematiksel olarak belirlenmiştir. Sistem azimut ve yükseklik güneş açılarını eşitleyecek şekilde iki eksen izleyen bir sistem olarak tasarlanmıştır. Sistemin azimut ekseninde konumu bir inklinometre, yükseklik eksenindeki konumu ise bir enkoder ile belirlenmiştir. Belirlenen konum ile güneşin konumu karşılaştırılmış ve konumlar eşitlenene kadar sistem redüktörlü DC motorlar ile hareket ettirilmiştir. Bu döngü her saat başı tekrarlanmıştır. Çalışmanın son aşamasında sistemlerin çalışmaları oluşturulan bir arayüz üzerinden altı ay boyunca izlenmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bulgular: Sakarya ili için en uygun yıllık eğim açısı 32° olarak belirlenmiştir. Hareketli güneş enerjili sistemin 32° ile konumlandırılmış sabit güneş enerjili sistemine göre; Haziran ayında %62, Temmuz ayında %54, Ağustos ayında %46, Eylül ayında %54, Ekim ayında %45, Kasım ayında %48 daha verimli olduğu gözlenmiştir. Buna karşılık hareketli güneş enerjili sistemin kurulum maliyeti sabit güneş enerjili sisteminin kurulum maliyetinin 2,7 katı olarak hesaplanmıştır. Sistemlerden elde edilen elektriksel ve ekonomik sonuçlar ile sistemlerin şebekeye bağlı bataryalı 1 kW uygulamaları için kurulum maliyetlerini geri ödeme süreleri sabit güneş enerjili sistemi için 7,18 yıl, hareketli güneş enerjili sistemi için 10,73 yıl olarak belirlenmiştir. Sonuç: Çalışma sonunda, hareketli güneş enerjili sistemlerinin elektriksel olarak her durumda sabit sisteme göre üstün olduğu, ancak uygulamasının pahalı ve karmaşık olduğu görülmüştür. Bununla beraber yapılan matematiksel hesaplamalarla konumlandırma sıklığı arttıkça güneş panelinin üzerine düşen toplam güneş ışınımı değerinin arttığı görülmüştür. Bu durumda az sayıda güneş paneli kullanımının yeterli olduğu düz çatılı alanlarda özel uygulamalarda hareketli güneş enerjili sistemi, maliyetin önemli olduğu çoklu uygulamalarda ise yalnızca mekanik müdahalelerle en uygun aylık eğim açıları ile konumlandırılabilen sabit bir güneş enerjili sistemi uygulamalarının yapılması önerilmektedir.
Anahtar Kelimeler: En uygun eğim açısı, iki eksen güneş izleyen hareketli güneş sistemi, azimut, yükseklik, inklinometre, enkoder
|
