Öz: Giriþ: Son yýllarda nüfus ve sanayileþmedeki hýzlý büyümelerin bir sonucu olarak tüm dünyada enerji talebi hýzla artmaktadýr. Sürdürülebilir bir sosyal ve ekonomik geliþme için enerji talebi sürekli ve güvenilir bir þekilde karþýlanmalýdýr. Türkiye enerji ihtiyacýný çoðunlukla fosil kaynaklý yakýtlar ile karþýlamaktadýr. Ülkenin yerel kaynaklarý yeterli olmadýðýndan doðalgaz ve petrolün neredeyse tamamý, kömürün önemli bir bölümü ithal edilmektedir. Bu durumda enerji talebinin arttýðý her gün ülkenin dýþa baðýmlýlýðý da artmaktadýr. Dolayýsýyla ithal kaynaklý fosil yakýt kullanýmýnýn artmasý ülke ekonomisine zarar vermektedir. Diðer yandan Kyoto Protokolü’ne taraf olan ülkelerden biri olarak sera gazý salýnýmlarýnýn azaltýlmasý için enerjini talebini karþýlamada öncelik yenilenebilir enerji kaynaklarý olmalýdýr. Türkiye sahip olduðu muhteþem coðrafi konumu sayesinde çok büyük bir yenilenebilir enerji kaynaðý potansiyeline sahiptir. Güneþ Enerjisi Potansiyeli Atlasý’na göre yýllýk toplam güneþlenme süresi 2737 saat, yýllýk toplam güneþ enerjisi 1,527 kWh/m2-yýl olarak belirlenmiþtir. Bu çalýþmada 80W gücünde en uygun yýllýk eðim açýsý ile konumlandýrýlmýþ sabit bir güneþ enerjili sistemi ve iki eksen izleyen hareketli bir güneþ enerjili sistemi ilk örnekleri oluþturulmuþ ve sistemler gerçek zamanlý olarak karþýlaþtýrýlmýþtýr. Amaç: Bu çalýþmada amaç bölgesel ilk örnekleri oluþturulan sabit ve hareketli güneþ enerjili sistemlerinden elde edilen sonuçlar ile þebekeye baðlý bataryalý 1kW gücünde sistemler için geri ödeme süresini belirlemek ve buna göre en uygun sistem önerisini yapmaktýr. Kapsam: Yapýlan bu çalýþmada Sakarya ili için en uygun yýllýk eðim açýsý belirlenmiþ ve bu açýnýn Sakarya ili ile benzer enlemde bulunan bölgeler için de kullanýlabileceði görülmüþtür. Bununla beraber ilk örneði oluþturulan sabit ve hareketli güneþ enerjili sistemler elektriksel ve ekonomik olarak karþýlaþtýrýlmýþ ve elde edilen sonuçlar ile güneþ enerjili sistemleri uygulamalarý için genel öneriler yapýlmýþtýr. Sýnýrlýklar: Çalýþma yüksek maliyet ve geniþ bir açýk alan gerektirdiðinden, en uygun yýllýk eðim açýsý ile konumlandýrýlmýþ sabit bir sistem ve iki eksen güneþ izleyen hareketli bir sistem ile sýnýrlandýrýlmýþ ve en uygun günlük, aylýk ve mevsimsel eðim açýlarý ile konumlandýrýlmýþ sistemler incelenememiþtir. Yöntem: Çalýþmanýn ilk aþamasýnda Sakarya iline ait güneþ ýþýnýmý verileri ve en uygun eðim yýllýk eðim açýsý belirlenmiþtir. Bu aþamada Sakarya ili için önceden ölçülmüþ olan güneþ verileri Güneþ Enerjisi Potansiyeli Atlasý’ndan alýnmýþtýr. Bu veriler ile öncelikle matematiksel denklemler kullanýlarak uzay dýþý güneþ ýþýnýmý ve en yüksek güneþlenme süreleri hesaplanmýþtýr. Daha sonra ölçümü Sakarya ili için henüz yapýlamayan daðýnýk güneþ ýþýnýmýnýn belirlenmesi için mevcut denklemler kullanýlarak regresyon analizi ile 9 adet yeni daðýnýk güneþ ýþýnýmý denklemli oluþturulmuþtur. Oluþturulan denklemler istatiksel hata göstergeleri ile test edilmiþ ve en uygun daðýnýk güneþ ýþýnýmý denklemi ile aylýk ortalama günlük daðýnýk güneþ ýþýnýmý verileri elde edilmiþtir. Tüm güneþ ýþýnýmý bileþenleri belirlendikten sonra toplam güneþ ýþýnýmý-eðim açýsý iliþkisi kullanýlarak en uygun yýllýk eðim açýsý belirlenmiþtir. Sabit güneþ enerjili sistemi en uygun yýllýk eðim açýsý ile konumlandýrýlmýþtýr. Ýkinci aþamada hareketli güneþ enerjili sistemi tasarýmý yapýlmýþtýr. Sistemde güneþin konumu güneþ denklemleri ile matematiksel olarak belirlenmiþtir. Sistem azimut ve yükseklik güneþ açýlarýný eþitleyecek þekilde iki eksen izleyen bir sistem olarak tasarlanmýþtýr. Sistemin azimut ekseninde konumu bir inklinometre, yükseklik eksenindeki konumu ise bir enkoder ile belirlenmiþtir. Belirlenen konum ile güneþin konumu karþýlaþtýrýlmýþ ve konumlar eþitlenene kadar sistem redüktörlü DC motorlar ile hareket ettirilmiþtir. Bu döngü her saat baþý tekrarlanmýþtýr. Çalýþmanýn son aþamasýnda sistemlerin çalýþmalarý oluþturulan bir arayüz üzerinden altý ay boyunca izlenmiþ ve elde edilen sonuçlar karþýlaþtýrýlmýþtýr. Bulgular: Sakarya ili için en uygun yýllýk eðim açýsý 32° olarak belirlenmiþtir. Hareketli güneþ enerjili sistemin 32° ile konumlandýrýlmýþ sabit güneþ enerjili sistemine göre; Haziran ayýnda %62, Temmuz ayýnda %54, Aðustos ayýnda %46, Eylül ayýnda %54, Ekim ayýnda %45, Kasým ayýnda %48 daha verimli olduðu gözlenmiþtir. Buna karþýlýk hareketli güneþ enerjili sistemin kurulum maliyeti sabit güneþ enerjili sisteminin kurulum maliyetinin 2,7 katý olarak hesaplanmýþtýr. Sistemlerden elde edilen elektriksel ve ekonomik sonuçlar ile sistemlerin þebekeye baðlý bataryalý 1 kW uygulamalarý için kurulum maliyetlerini geri ödeme süreleri sabit güneþ enerjili sistemi için 7,18 yýl, hareketli güneþ enerjili sistemi için 10,73 yýl olarak belirlenmiþtir. Sonuç: Çalýþma sonunda, hareketli güneþ enerjili sistemlerinin elektriksel olarak her durumda sabit sisteme göre üstün olduðu, ancak uygulamasýnýn pahalý ve karmaþýk olduðu görülmüþtür. Bununla beraber yapýlan matematiksel hesaplamalarla konumlandýrma sýklýðý arttýkça güneþ panelinin üzerine düþen toplam güneþ ýþýnýmý deðerinin arttýðý görülmüþtür. Bu durumda az sayýda güneþ paneli kullanýmýnýn yeterli olduðu düz çatýlý alanlarda özel uygulamalarda hareketli güneþ enerjili sistemi, maliyetin önemli olduðu çoklu uygulamalarda ise yalnýzca mekanik müdahalelerle en uygun aylýk eðim açýlarý ile konumlandýrýlabilen sabit bir güneþ enerjili sistemi uygulamalarýnýn yapýlmasý önerilmektedir.
Anahtar Kelimeler: En uygun eðim açýsý, iki eksen güneþ izleyen hareketli güneþ sistemi, azimut, yükseklik, inklinometre, enkoder
|
