Bayburt İlinde Şebekeden Bağımsız Santral Tasarımları

40.256°K enlem ve 40.224°D boylamda olan Bayburt ilinde şebekeden bağımsız günlük 7.224 Wh tüketimi karşılayacak 2,5 kW kurulu güce sahip güneş enerjisi santral tasarımı yapılmıştır. Bu tasarımı yaparken PVGIS programı PVGIS-CMSAF veritabanında olan güneşlenme verilerini kullanmaktadır. Seçilen güneş panelleri kristal silikondan üretilmiştir.

71

Şekil 5.36 PVGIS Bayburt Off-Grid Sistem İçin Akü Performansı

Yapılan simülasyon çıktılarına göre; Eğim açısı: 35 °, azimut açısı: 0 °, yıllık güneş radyasyonu: 1880 kWh/m²,akü grubu kapasitesi: 34.416 Wh, akü boşalması kesme limiti: %40, dolu akülü günlerin oranı: % 49,56, boş akülü günlerin oranı: % 9.75 (Şekil 5.36), (Çizelge 5.33), ortalama depolanamayan enerji: 4.267,22 Wh, ortalama kaybolan enerji: 3343,36 Wh’dir (Şekil 5.35). PVGIS programında yapılan tasarıma göre 3 kW nominal güce sahip jeneratör kullanılması uygun olacaktır.

Çizelge 5.33 PVGIS Off-Grid Aylık Ortalama Enerji Üretim ve Depolama Performansı

72 5.4.2 PVsyst İle Yapılan Tasarım

40.25° K enlem ve 40.25°D boylamda 1781 m rakımda olan Bayburt ilinde şebekeden bağımsız günlük 7.224 Wh tüketimi karşılayacak 2,5 kW kurulu güce sahip güneş enerjisi santral tasarımı yapılmıştır. Bu tasarımı yaparken PVsyst programı Meteonorm 7.2(2003-2013) veri tabanında olan güneşlenme verilerini kullanmaktadır. Seçilen güneş panelleri kristal silikondan üretilmiştir. Seçilen sistem bileşenlerinin özellikleri:

FV karakteristikleri: Generic marka 250 W 60 hücreli 10 adet FV modül kullanılmıştır. İkili grup halinde seri bağlanan 5 adet FV modül grupları ise birbirleriyle paralel bağlanmıştır. Modüllerin kapladığı alan 16,3 𝑚2 ve çalışma durumunda 2.237 W (50 ℃), 55 Vmpp ve 41 Ampp elde edilebilir.

Evirici karakteristiği: MPPT teknolojisine sahip off-grid model invertör kullanılmıştır.

Akü grubu karakteristiği: Concorde marka PVX-2580L model 12 adet akü kullanılmıştır. Aküler, 4’lü seri bağlanan 3 paralel gruptan oluşturulmuştur. Bu sayede akülerin çıkış gerilimi 48 V, nominal kapasitesi 717 Ah ve depolanan enerji 27.5 kWh olmuştur.

Yedek jeneratör karakteristiği: Yedek jeneratör olarak 3 kW nominal ve 2,4 kW etkin güce sahip jeneratör kullanılmıştır.

Yapılan simülasyon çıktılarına göre; Eğim açısı: 35 °, azimut açısı: 0 °, yıllık ortalama enerji talebi: 2.637 kWh/yıl, yıllık kullanılabilir enerji: 3.642 kWh/yıl, yıllık güneş radyasyonu: 1.693,2 kWh/m², kullanılan enerji: 2.636 kWh/yıl, kullanılamayan enerji: 954 kWh/yıl, performans oranı: %61,35 (Çizelge 5.34), yıllık yedekleme jeneratör kullanımı: 39 kWh/yıl, 23 L/yıl yedekleme jeneratör yakıt tüketimi ve akü kullanım ömrü: 5 yıldır.

73

Şekil 5.37 PVsyst Bayburt Off-Grid Enerji Karakteristikleri

Şekil 5.37’de Bayburt iline kurulabilecek off-grid GES’in günlük ortalama üretim ve kayıp değerleri verilmiştir. Çizelge 5.34’de ise yıllık toplam güneş radyasyonu ve üretim değerleri verilmiştir. Çizelge 5.35’de yatırım gideri verilmiştir.

74

Şekil 5.38 Bayburt Off-Grid Bir Yıllık Kayıp Diyagramı

FV modüllerinin gölgelenmesini en aza indirdiğimizi farz edersek, şebekeden bağımsız (Off-grid) sistem tasarımında %25,2’lik oranla akülerin dolu olmasından dolayı kullanılamayan enerji kaybı yaşanmakta, sonra en fazla kayıp %5,1 ile dönüştürücü ve %4,9 ile sıcaklıktan kaynaklanmaktadır (Şekil 5.38).

Çizelge 5.35 PVsyst Off-Grid Yatırım Giderleri

Yatırım Girdileri Maliyet

FV Modül 2.500 EUR

Akü 5.099 EUR

Regülatör 1.187 EUR

Taşıma ve montaj 8.903 EUR

Toplam Yatırım 17.689 EUR

75 5.4.3 HOMER İle Yapılan Tasarımlar

40.15° K enlem ve 40.13°D boylamda olan Bayburt ilinde şebekeden bağımsız günlük 7.224 Wh tüketimi karşılayacak 2,26 ve 4,16 kW kurulu güce sahip güneş enerjisi santral tasarımları yapılmıştır. HOMER programı girilen girdilere göre çeşitli güçlerde FV panel, jeneratör ve akü gruplu tasarımlar önermektedir. Önerilen tasarımlardan 2 tanesi tercih edilmiştir.

5.4.3.1 2,26 Kw Kurulu Güce Sahip Santral Tasarımı

FV karakteristikleri: Maksimum 2,36 kW çıkış gücüne sahip FV modül kullanılmıştır. Yıllık FV modüllerin çalışma saati: 4.386 saat/yıl ve toplam FV modülden üretilen enerji: 2.831 kWh/yıl’dır.

Evirici karakteristiği: 0,979 kW kapasiteli off-grid inverter kullanılmıştır. Yıllık çalışma saati: 5,453 saat/yıl ve kayıplar: 66,5 kWh/yıl’dır.

Akü grubu karakteristiği: Kurşun asitli 1 kWh kapasitesine sahip 11 adet akü kullanılmıştır. Aküler, paralel bağlanmıştır. Bu sayede akülerin çıkış gerilimi 12 V, depolanan enerji 11,00 kWh olmuştur. Akülerin tahmini kullanım ömrü: 5,92 yıldır. Tam dolu olan aküler, FV modüllerden bağımsız olarak 21,9 saat enerji verebilmektedir.

Yedek jeneratör karakteristiği: Yedek jeneratör olarak 1,70 kW nominal ve 1,29 kW etkin güce sahip jeneratör kullanılmıştır. Yıllık elektrik üretimi: 868 kWh/yıl, yıllık yakıt tüketimi: 269 L, yıllık çalışma saati: 671 saat/yıl, toplam çalışma sayısı: 207 ve kullanım ömrü: 22,4 yıldır. Şekil 5.39’da aylık ortalama elektrik üretiminde FV modül ve jeneratörün çalışma oranı görülmüştür.

Yapılan simülasyon çıktılarına göre;

76

Yıllık ortalama enerji talebi: 2.637 kWh/yıl, yıllık yedekleme jeneratör kullanımı: 868 kWh/yıl (%23,5) ve FV modül enerji üretimi: 2.831 kWh/yıl(%76,5)’dır. Günde ortalama yakıt tüketimi: 0,736 L/gün’dür. Yıllık karbon salınımları: C𝑂₂ 703 kg/yıl ve CO 4,43 kg/yıl’dır. Çizelge 5.36’da yatırım gideri verilmiştir.

Çizelge 5.36 HOMER Bayburt Off-Grid Yatırım Giderleri

Yatırım Girdileri Maliyet

FV Modül 7.066 $

Akü 9.029 $

Regülatör 393,64 $

Jeneratör 8.210 $

Toplam Yatırım 24.699 $

5.4.3.2 4,16 Kw Kurulu Güce Sahip Santral Tasarımı

FV karakteristikleri: Maksimum 4,34 kW çıkış gücüne sahip FV modül kullanılmıştır. Yıllık FV modüllerin çalışma saati: 4.386 saat/yıl ve toplam FV modülden üretilen enerji: 5.213 kWh/yıl’dır.

Evirici karakteristiği: 1,37 kW kapasiteli off-grid invertör kullanılmıştır. Yıllık çalışma saati: 5,471 saat/yıl ve kayıplar: 68,6 kWh/yıl’dır

Akü grubu karakteristiği: Kurşun asitli 1 kWh kapasitesine sahip 19 adet akü kullanılmıştır. Aküler, paralel bağlanmıştır. Bu sayede akülerin çıkış gerilimi 12 V, depolanan enerji 19,00 kWh olmuştur. Akülerin tahmini kullanım ömrü: 9,92 yıldır. Tam dolu olan aküler, FV modüllerden bağımsız olarak 37,9 saat enerji verebilmektedir.

Yedek jeneratör karakteristiği: Yapılan tasarımda jeneratör bulunmamaktadır.

77

Yapılan simülasyon çıktılarına göre; Yıllık ortalama enerji talebi: 2.637 kWh/yıl, karşılanamayan enerji: 98,7 kWh/yıl, tüketilen enerji: 2.538 kWh/yıl(%100), fazla üretilen enerji: 2.187 kWh/yıl ve FV modül enerji üretimi: 5.213 kWh/yıl(%100)’dır. Yıllık karbon salınımları: jeneratör olmadığı için karbon salınımı olmamaktadır. Şekil 5.40’da aylık ortalama FV’den elektrik üretimi verilmiştir. Çizelge 5.37’de yatırım giderleri verilmiştir.

Çizelge 5.37 HOMER Bayburt Off-Grid Yatırım Giderleri

Yatırım Girdileri Maliyet

FV Modül 12.805 $

Akü 9.026 $

Regülatör 478,36 $

Toplam Yatırım 22.309 $

5.4.4 Matematiksel Modelleme Güneş paneli sayısının belirlenmesi:

GPAoff = 7.224/(250*3,53*0,85) = 9,63 ≅ 10 adet olarak hesaplanmıştır.

Sistem tasarımında en elverişsiz dönem olan kış güneşlenme süreleri baz alınmıştır. Dolayısıyla sistem 4 mevsim sorunsuz çalışacaktır. 0.85 değeri FV modüle ait verim katsayısıdır. Generic marka 250 W 60 hücreli polykristal güneş modülü tasarımlarda tercih edilmiştir. Bir FV modül yaklaşık olarak 1,63 m2 alan kaplamaktadır. Dolayısıyla çatı tipi bir tasarımda en az 17 m2 alana ihtiyaç vardır.

TGG : 2018 yılında günlük ortalama 6,539 kWh evsel elektrik tüketimi yapmış olduğum değerin üzerine yaklaşık %10 ekleyerek 7,224 kWh değeri yapmış olduğum tasarımlarda kullanılmıştır.

Şarj regülatörü:

ŞRamp = 250*10/(30) = 83,33 A ≅ 100 A olarak hesaplanmıştır. 50 A ve giriş voltajı güneş panellerinin çıkış voltajına uygun olarak 24 V’luk 2 adet MPPT şarj regülatörü seçilmiştir.

Akü:

78

TBA = 21.180/(12*110) = 16,05 ≅ 17 adet 12 V 110 A’lik jel akü seçilmiştir. Tercih edilen akülerin kullanım ömrü yaklaşık 10 yıldır.

İnvertörler (Eviriciler):

Pinv = 2,5 kW’lık off-grid inverter seçilmiştir. Aynı anda çalışan cihazların toplam gücü sürekli değişeceğinden dolayı HOMER programında tercih edilen 2,38 kW inverter piyasada bulunma sıkıntısı olacağından 2,5 kW’lık inverter tercih edilmiştir. Çizelge 5.38 Bayburt Off-Grid Matematiksel Modelleme Seçilen Cihazlar

Cihaz Kapasite Adet Birim Fiyat Toplam

Fiyat FV Modül 250 W (Nominal

24 V çıkışlı)

10 800 TL 8.000 TL

Şarj Regülatörü 24 V girişli 50 A 2 600 TL 1.200 TL

Akü 12 V 110 A 17 1.200 TL 20.400 TL

Off-grid invertör 2.500 W 1 1.300 TL 1.300 TL

TOPLAM 3.900 TL 30.900 TL

Optimum Panel Açısı ve Gölgelenme:

Bopt = 3,7 + 40,15*0.69 = 31,40 ≅ 32 derece optimum panel açısı olmalıdır.

L = 1,640*[((Sin(33))/tan(23)) + Cos(33)] = 1,011 ≅ 1,1 metre olmalıdır. Optimum panel açısı ve paneller arası mesafe çatı tipi GES’ler için geçerli değil sadece düz bir araziye kurulacak GES’ler için kullanılmaktadır. Çizelge 5.38’de Bayburt off-grid santralin matematiksel modellemede seçilen malzemelerin özellikleri ve maliyeti verilmiştir.

5.5 Mersin İlinde Şebekeye Bağlı Santral Tasarımları