KISMİ GÖLGELENME ALTINDA FOTOVOLTAİK SİSTEM PERFORMANSININ GİRDAP ARAMA ALGORİTMASI İLE
KARŞILAŞTIRILMALI OPTİMİZASYONU
Ali Osman KÜÇÜK
DOKTORA TEZİ
ELEKTRİK ELETRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ARALIK 2020
Ali Osman KÜÇÜK tarafından hazırlanan “KISMİ GÖLGELENME ALTINDA FOTOVOLTAİK SİSTEM PERFORMANSININ GİRDAP ARAMA ALGORİTMASI İLE KARŞILAŞTIRILMALI OPTİMİZASYONU” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalında DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Danışman: Prof. Dr. M. Cengiz TAPLAMACIOĞLU Elektrik Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum. ....………….…….
Başkan: Prof. Dr. Murat Hüsnü SAZLI
Elektrik Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Ankara Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum. .……….……
Üye: Prof. Dr. Fırat HARDALAÇ
Elektrik Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum. ...……….………..
Üye: Doç. Dr. Haluk GÖZDE
Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Milli Savunma Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum. ...………...
Üye: Doç. Dr. Süleyman Sungur TEZCAN Elektrik Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum. ...………..
Tez Savunma Tarihi: 24/12/2020
Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Doktora Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum.
…………
Prof. Dr. Cevriye GENCER Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
ETİK BEYAN
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;
Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,
Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,
Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,
Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,
Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,
bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.
Ali Osman KÜÇÜK 24/12/2020
KISMİ GÖLGELENME ALTINDA FOTOVOLTAİK SİSTEM PERFORMANSININ GİRDAP ARAMA ALGORİTMASI İLE KARŞILAŞTIRILMALI OPTİMİZASYONU
(Doktora Tezi) Ali Osman KÜÇÜK GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Aralık 2020 ÖZET
Teknoloji ve sosyo-kültürel alanda hızla gelişen günümüz dünyasında enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Enerjiye olan ihtiyacı karşılamak için ekonomik ve doğaya az zarar veren teknolojilerin gelişmesi kaçınılmazdır. Bu sebeple yenilenebilir enerjiye olan ihtiyaç da her geçen gün artmaya devam etmektedir. Gün geçtikçe enerji sistemlerinde farklı teknolojilerin ortaya çıkmasının yanı sıra, mevcut sistemlerin de daha verimli ve daha ekonomik olması için birçok araştırma ve geliştirme çalışmaları endüstride ve üniversitelerde yapılmaktadır. Bu çalışmalar yenilenebilir enerji sistemleri üzerinde yoğunlaşmaktadır. Yenilenebilir enerji sistemlerinde verimlilik ve fiyat-performans kriterleri diğer bir önemli kriterdir. Günümüzde yenilenebilir enerji sistemlerinin en yaygın kullanılanlarının başında güneş enerjisi sistemleri gelmektedir. Güneş enerjisi sistemlerinde kısmi gölgelenme ve aşırı ısınma etkisi verimliliği düşüren problemlerin başında gelmektedir. Tezin amacı yenilenebilir enerji sistemlerinde gölgelenme vb. verimi etkileyen farklı durumlarda girdap arama algoritması yardımıyla anahtarlama matrisi kullanarak yeniden yapılandırma ile maksimum güç eldesini sağlayıp, yenilenebilir enerji sistemlerini daha verimli bir şekilde kullanılabilmesine katkı sağlamaktır. İlave olarak girdap arama algoritması çıktıları tek başına değerlendirilmeyip literatürde kullanılan ve etkinliği yüksek diğer algoritmalar ile karşılaştırılması ve detaylı analizi tez kapsamında gerçekleştirilmiştir.
Bu tez ile hedeflenen bu etkilerden minimum etkilenen sistemler tasarlamaktır. Bu sistemleri tasarlamak için güneş enerjisi panel bağlantı türleri, anahtarlama matrisleri ve girdap arama algoritmasından faydalanarak maksimum güç eldesi hedeflenmiştir. Bu çalışma çıktısı yüksek verimli düşük maliyetli güneş enerjisi sistemleri tasarlanmasının ilk adımlarından olan panellerin en verimli şekilde konumlandırılması hususunda iyi bir referans olacağı değerlendirilmiş ve gelecek çalışmalar için öneriler sunulmuştur.
Bilim Kodu : 90544
Anahtar Kelimeler : Yenilenebilir enerji, Fotovoltaik sistem, girdap arama algoritması, güç optimizasyonu, anahtarlama matrisi, yeniden yapılandırma Sayfa Adedi : 96
Danışman : Prof. Dr. M. Cengiz TAPLAMACIOĞLU
COMPARATIVE OPTIMIZATION OF PHOTOVOLTAIC SYSTEM PERFORMANCE UNDER PARTIAL SHADING WITH VORTEX SEARCH ALGORITHM
(Ph. D. Thesis) Ali Osman KÜÇÜK GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES November 2020
ABSTRACT
In today's world, which is rapidly developing in technology and socio-cultural fields, the need for energy is increasing gradually. In order to meet the need for energy, it is inevitable to develop economical and less harmful technologies. In addition to the emergence of different technologies in energy systems, many studies are carried out to make their existing systems more efficient and more economical. The most important studies are on the renewable energy systems. Efficiency and price-performance criteria are very important in renewable energy systems, and much research have done regarding with these criteria. The aim of this thesis is to obtain maximum power by reconstructing renewable energy systems using the switching matrix with the help of the vortex search algorithm, and thus, benefit from more efficiently from renewable energy systems. Moreover, the comparison and detailed analysis of the vortex search algorithm with other algorithms are included. Recently, solar energy systems are one of the most widely used renewable energy systems. Partial shading and overheating effect are the main problems that cause dramatical decrease in efficiency of solar energy systems. Therefore this thesis is also aim to design systems that are minimally affected by these effects. To design these systems, solar panel connection types, switching matrices and vortex search algorithm are used to obtain maximum power.
Thus, in this study, it is planned to position the panels, which is one of the first steps of designing high efficiency low cost solar energy systems, in the most efficient way.
Science Code : 90544
Key Words : Renewable energy, Photovoltaic system, vortex search algorithm, power optimization, switching matrix, reconstruction
Page Number : 96
Supervisor : Prof. Dr. M. Cengiz TAPLAMACIOĞLU
TEŞEKKÜR
Bu tez çalışması süresince gerekli her türlü desteği veren danışmanım Sn. Prof. Dr. M.
Cengiz TAPLAMACIOĞLU’na değerli görüş ve önerileri ile her zaman desteğini arkamda hissettiğim Doç. Dr. Haluk GÖZDE Hocama, akademik çalışmalarımda destekleyen Artvin Çoruh Üniversitesi değerli yönetim kadrosuna, hiçbir zaman desteğini esirgemeyen sevgili eşime, hayatım boyunca daima maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme, tüm hocalarıma ve beni çalışmalarımda cesaretlendiren tüm dostlarım ile varlığıyla benim yaşam sevincimi ve çalışma hevesimi arttıran kıymetli oğlum Ali Kaan KÜÇÜK’e teşekkür ederim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
TEŞEKKÜR ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ... ix
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... x
SİMGELER VE KISALTMALAR... xiii
1. GİRİŞ ...
12. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI
... 192.1. Dalga Enerjisi ... 20
2.1.1. Kıyı şeridi uygulamaları ... 21
2.1.2. Kıyı şeridine yakın uygulamalar ... 23
2.1.3. Kıyı şeridinden uzak uygulamalar ... 23
2.2. Rüzgar Enerjisi ... 24
2.2.1. Rüzgar ve oluşumu ... 26
2.2.2. Rüzgar türbinlerinin sınıflandırılması ... 27
2.2.3. Rüzgar enerjisi çalışma prensibi ... 28
3. GÜNEŞ ENERJİSİ
... 313.1. Güneşin Yapısı ... 31
3.2. Güneş Işınlarının Yeryüzüne Ulaşması ... 33
3.3. Türkiye’nin Güneş Enerjisi Potansiyeli ... 33
3.4. Güneş Enerjisi Sistemleri ... 35
3.4.1. Isıl amaçlı sistemler ... 36
Sayfa
3.4.2. Elektrik amaçlı sistemler ... 36
4. FOTOVOLTAİK SİSTEMİN TASARIMI VE MODELLENMESİ
... 434.1. PV Sistem Tasarımı ve Modellenmesi ... 43
4.1.1. 8x8 fotovoltaik dizinin tasarımı ve modellenmesi ... 43
4.1.2. DC-AC inverter tasarımı ve modellenmesi ... 49
4.1.3. Anahtarlama matrisinin tasarımı ve modellenmesi... 53
4.2. 8x8 Fotovoltaik dizinin bağlantı türünün seçimi ... 57
4.2.1. Seri-Paralel (SP) bağlantı türü ... 58
4.2.2. Toplam çapraz bağlı (TCT) bağlantı türü ... 58
4.2.3. SP ve TCT bağlantılarının verim analizi ve seçimi ... 59
5. GİRDAP ARAMA ALGORİTMASI
... 695.1. Girdap Arama Algortiması (Vortex Search Algorithm) ... 69
5.2. Girdap Arama Algortiması ile Anahtarlama Matrisi Optimizasyonu ... 72
5.2.1. GAA ile farklı algortimaların karşılaştırılması ... 74
6. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME
... 81KAYNAKLAR ... 87
ÖZGEÇMİŞ ... 95
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 2.1. Yükseklikler ve rüzgar yoğunluğuna göre Türkiye’nin rüzgar potansiyeli 25
Çizelge 2.2. Türkiye 2015-2019 yılları rüzgar enerjisi kurulu gücü (MW) ... 26
Çizelge 3.1. Güneşin özellikleri ... 32
Çizelge 4.1. Her durum için Pmax, Vmax, Imax değerleri ... 64
Çizelge 5.1. Son 7 yıllık çapraz bağlı (TCT) yeniden yapılandırma çalışmaları ... 75
Çizelge 5.2. TCT, CS, Su Do Ku, GA, GOA, HHO, MHHO ve GAA analizi ... 78
Çizelge 6.1. Karşılaştırılan algoritmalar için Maksimum güç ve % kazanç değerleri .... 83
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 1.1. 1990-2018 yılları arasında gerçekleşen elektrik tüketimi (Dünya geneli)... 1
Şekil 1.2. 1990-2018 yılları arasında gerçekleşen elektrik tüketimi (Türkiye’de) ... 1
Şekil 1.3. 1990 yılı sonrası Türkiye’de yenilenebilir enerji kaynaklarında rüzgâr ve güneş enerjisinin payı ... 2
Şekil 2.1 Dalga enerjisi sistemleri ... 21
Şekil 2.2. Örnek su kolonu sistemleri ... 22
Şekil 2.3. Daralan kanal ve pendular sistemi ... 22
Şekil 2.4. Wavegen osprey ... 23
Şekil 2.5. Kıyı şeridinden uzak uygulama örnekleri ... 24
Şekil 2.6. Dünyada rüzgar enerjisi kurulu gücü (MW) ... 25
Şekil 2.7. Rüzgar çeşitleri ... 26
Şekil 2.8. Rüzgar türbinlerinin sınıflandırılması... 27
Şekil 2.9. Üç kanatlı, çift kanatlı, tek kanatlı rüzgar türbinleri ... 28
Şekil 2.10. Rüzgar enerjisi çalışma prensibi ... 29
Şekil 2.11. Rüzgar türbini genel parçaları ... 29
Şekil 3.1. 23 Haziran 2013 tarihinde NASA tarafından paylaşılan güneş resmi ... 32
Şekil 3.2. Güneş enerjisi potansiyel atlası (YEGM) ... 34
Şekil 3.3. Türkiye global yıllık güneş enerjisi radyasyon değerleri (KWh/m2-gün)... 34
Şekil 3.4. Türkiye global aylık güneşlenme süreleri (Saat) ... 35
Şekil 3.5. PV hücre yapısı ... 38
Şekil 3.6. Tek diyotlu PV hücre modeli ... 39
Şekil 3.7. Ayrık eşdeğer devre ... 40
Şekil 3.8. Örnek bir Matlab/Simulink arayüzü paneli ve özellikleri ... 40
Şekil Sayfa
Şekil 3.9. Pv panel I-V ve P-V karakteristiği... 41
Şekil 4.1. Tez çalışmasında kullanılan 8x8 panel özellikleri ... 44
Şekil 4.2. Tez çalışmasında kullanılan bypass diyot özellikleri ... 45
Şekil 4.3. Pv Panel giriş-çıkış portları ... 45
Şekil 4.4. Simülasyonda kullanılan kontrollü voltaj kaynağı şekli ... 46
Şekil 4.5. Simülasyonda kullanılan gerilim ve akım ölçer şekilleri ... 46
Şekil 4.6. Matlab/simulinkde osiloskop tanımlama gösterimi ... 47
Şekil 4.7.a. Gerçekleştirilen simülasyonda kullanılan panellerin dizilimi ... 47
Şekil 4.7.b. Simülasyon devresi panel çıkışları gerilim-akım ölçüm devresi ... 48
Şekil 4.8. İdeal durum (kısmi gölgelenmesiz) P-V ve I-V karakteristiği grafikleri ... 49
Şekil 4.9. Tam köprü doğrultucu matlab devresi ... 50
Şekil 4.10. Tam köprü doğrultucu ... 51
Şekil 4.11. Doğrultucu çıkış sinyali ... 51
Şekil 4.12. Çıkış sinyalinin tek periyodu ... 52
Şekil 4.13. Filtre devresi çıkış sinyali ... 52
Şekil 4.14. Devre elemanları parametreleri ... 53
Şekil 4.15. Tasarlanan yeni anahtarlama devresi ... 54
Şekil 4.16 2x2 TCT bağlantı tek panel anahtar devresi ... 55
Şekil 4.17. 2x2 anahtarlama devresi ... 55
Şekil 4.18. 2x2 TCT anahtarlama devresi simulink uygulaması ... 56
Şekil 4.19. 2x2 TCT bağlantı durum 1 ve durum 2 panel konumları ... 57
Şekil 4.20. Durum 1 ve durum 2 P-V, I-V karakteristik grafikleri ... 57
Şekil 4.21. Pv panel bağlantı çeşitleri ... 58
Şekil 4.22. Panellerin konum yerleşimi (numaralandırılmış matris biçiminde) ... 60
Şekil Sayfa
Şekil 4.23. Durum 1 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 60
Şekil 4.24. Durum 2 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 60
Şekil 4.25. Durum 3 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 61
Şekil 4.26. Durum 4 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 61
Şekil 4.27. Durum 5 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 62
Şekil 4.28. Durum 6 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 62
Şekil 4.29. Durum 7 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 62
Şekil 4.30. Durum 8 kısmi gölgelenme P-V ve I-V grafikleri ... 63
Şekil 4.31. 7 farklı durum için TCT bağlantılı PV sistemin P-V ve I-V grafikleri ... 64
Şekil 4.32. Panellerin ışıma miktarına göre büyükten küçüğe doğru sıralanması ... 65
Şekil 4.33. Pv sistem başlangıç durum ... 65
Şekil 4.34. PV sistem sıralı durum... 66
Şekil 4.35. Karşılaştırmalı P-V ve I-V grafiği ... 66
Şekil 5.1. Girdap arama algoritması taslağı ... 71
Şekil 5.2. Kısmi gölgelenme durum 7 ... 73
Şekil 5.3. Durum 7 başlangıç seçilerek elde edilen Vortex sıralı durum ... 73
Şekil 5.4. Vortex sıralı durum ile ilk durum karşılaştırmalı P-V ve I-V grafikleri ... 74
Şekil 5.5. TCT ilk durum ... 76
Şekil 5.6. Tct ilk durum, cs, ga, su do ku, goa, hho, mhho, gaa panel dizilimleri ... 77
Şekil 6.1. TCT ve Farklı (CS, Su Do Ku, GA, GOA, HHO, MHHO, GAA) algoritmalar sonucu elde edilen P-V grafiği ... 82
Şekil 6.2. TCT ve Farklı (CS, Su Do Ku, GA, GOA, HHO, MHHO, GAA) algoritmalar sonucu elde edilen I-V grafiği ... 83
Şekil 6.3. Farklı (CS, Su Do Ku, GA, GOA, HHO, MHHO, GAA) sonucu elde edilen karşılaştırmalı Pmax değerleri ... 84
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklamalar
W Watt
hz Hertz
m² Metrekare
kW Kilowatt
Kısaltmalar Açıklamalar
AC Alternatif akım
BL Köprü bağlantı
DC Doğru akım
GA Genetik Algoritma
GAA Girdap Arama Algoritması
GOA Grasshopper Algoritması
GWO Grey Wolf Optimizasyonu
HHO Harris Hawk Optimizasyonu
HL Bal peteği
ISCA Geliştirilmiş sinüs kosinüs algoritması
MPP Maksimum güç noktası
MPPT Maksimum güç noktası izleyici PCE Güç dönüşüm verimliliği
PMSG Kalıcı mıknatıslı senkron jeneratör PRC Güç rezervi kontrolü
PSO Parçacık Sürü Optimizasyonu PV Fotovoltaik
PVT Fotovoltaik termal S Seri
Kısaltmalar Açıklamalar
SCA Sinüs kosinüs algoritması SI Uluslararası birim sistemi SP Seri Paralel
TCT Çapraz Bağlı
WEC Dalga enerji dönüştürücü
WECS Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemi WT Rüzgar Türbini
YEGM Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü YSA Yapay sinir ağı
1. GİRİŞ
Günümüzde enerjiye olan bağımlılık, sanayi ve teknolojideki gelişmelerin yanı sıra kurulan yeni dünya düzeni ve hızla artan nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak için oldukça önemlidir.
Bunun sonucu olarak her geçen gün enerji tüketim miktarı ve talebi hızla artmaktadır. Şekil 1.1 ve Şekil 1.2’de dünya geneli ve Türkiye’nin yıllara göre elektrik enerjisi tüketim değerleri görülmektedir (Enerdata, 2019). Enerjiye olan bağımlılığın kaçınılmaz hale geldiği dünyada ve ülkemizde bu ihtiyacı karşılamak için birçok farklı enerji üretim sistemleri kullanılmakta ve her geçen gün bu sistemlere yenileri eklenmektedir. Ayrıca mevcut sistemlerin daha verimli ve daha çevreci hale getirilmeleri için birçok araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmaktadır.
Şekil 1.1. 1990-2018 yılları arasında gerçekleşen elektrik tüketimi (Dünya geneli)
Şekil 1.2. 1990-2018 yılları arasında gerçekleşen elektrik tüketimi (Türkiye’de)
Farklı birçok enerjiye evrilebilme özelliğine sahip elektrik enerjisi bu çalışmaların başında
gelmektedir. Elektrik enerjisi ihtiyacını karşılamak için halen en çok kullanılan kaynak fosil kaynaklardır. Ancak bu kaynakların sonlu olmasından dolayı farklı kaynak kullanım arayışı her geçen gün hızla artmaktadır. Fosil kaynakların sonlu olmasının yanı sıra çevreye verdiği zararlarda farklı kaynak arayışını hızlandıran diğer faktörlerden biridir. Fosil kaynakların dışında nükleer enerji de diğer kullanılan teknolojilerden birisi olsada maliyetli ve teknolojik birikim gerektirmesi, sosyo kültürel ve politik zorluklarından dolayı kullanımı sınırlandırmaktadır. Nükleer teknolojiye sahip ve hakim olmak ne kadar önemli ise de enerji üretimi için yenilenebilir enerji kaynakları kadar sağlıklı olmadığı bir gerçektir. Bu nedenle dünyada olduğu gibi ülkemizde de yenilenebilir enerji kaynaklarına olan yönelim son yıllarda hissedilir derecede artmıştır. Şekil 1.3’de yıllara göre enerji rüzgar ve güneş enerjisini üretiminin yenilenebilir enerjideki payı görülmektedir (Enerdata, 2019).
Şekil 1.3. 1990 yılı sonrası Türkiye’de yenilenebilir enerji kaynaklarında rüzgar ve güneş enerjisinin payı
Elektrik üretiminde yenilenebilir enerji sistemlerinin hızla arttığı günümüz dünyasında yenilenebilir enerji sistemlerinin verimini arttıran çalışmaların yapılması kaçınılmaz olmuştur. Verimi arttırmak ve maliyetleri düşürmek için birçok çalışma artarak devam etmektedir. Sonsuz bir enerji kaynağı olan güneş enerjisinden minimum maliyet, maksimum fayda ile yararlanmak gerek ülke ekonomilerine gerek doğal dengeye sağladığı faydalar nedeniyle kaçınılmaz olduğu değerlendirilmektedir. Ancak güneş enerjisinden verimli bir şekilde yararlanabilmek için kurulan sistemlerin dış etkenlerden (kısmi gölgelenme, aşırı ısınma, yük dengesizliği vb.) minimum derecede etkilenecek şekilde tasarlanmasını gerektirmektedir. Güneş enerjisi santrallerinin maksimum verimde çalışması için maksimum güç üretim noktasının izlemesi ve gerçekleştirilmesi önemli bir konu olmuştur. Özellikle bu konuda literatürde birçok çalışmanın yapıldığı görülmektedir. Bu geçmişte yapılan
çalışmaların ışığında mevcut tez çalışmasında da farklı panel bağlantı türleri incelenerek, en uygun bağlantı türü için basit satır eşitleme ve girdap arama algoritması (Vortex) yardımıyla etkin bir anahtarlama matrisi kullanılarak en verimli sistemin tasarlanması gerçekleştirilmiştir. Dış etkilerden en az etkilenen bağlantı konfigürasyonu gerçekleştirildikten sonra matlab ortamında simüle edilmiş ve bu sistemde farklı algoritmalar kullanılarak tasarlanan anahtarlama devresi ile maksimum güç eldesi hedeflenmiştir.
Literatür taraması
(Glendenning, 1978) Bu makalede yazar dalga enerjisi kaynaklarının özelliklerini ve Birleşik Krallık'ta ve başka yerlerde incelenen ana cihaz konseptlerini tartışmıştır. Pratik dönüştürme ve aktarım sistemlerini cihaz performansına ve tam ölçekli bir sistemin nihai üretme potansiyeline göre değerlendirerek önemli bir kurulum programının ekonomik uygulanabilirliğini belirleyecek faktörler değerlendirilmiş ve birlikte kullanmanın bazı çıkarımlarını sunmuştur.
(Thorburn, Bernhoff ve Leijon, 2004) Bu çalışmada, dalga hareketini elektrik enerjisine dönüştüren, yüzeyde nokta emiciler ve deniz tabanına yerleştirilmiş doğrusal jeneratörlere sahip bir dizi sistem sunmuştur. Farklı koşullara uygun çözümler elde etmek için elektrik güç bileşenleri değişik şekillerde birleştirilerek, şebekeye güç ileten elektrik sistemi için farklı topolojiler sunmuştur. Niteliksel deney çalışmalarını, sistem seçeneklerini ve bağlantı şemalarını örneklemek amaçlı kullanmıştır.
(Leijon ve diğerleri, 2006) Bu makalede yazarlar, okyanusta dalga enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümü için yeni bir yaklaşımda bulunmuştur. Önerilen doğrusal elektrik enerjisi dönüştürücüsü ile basit bir teknoloji kullanarak doğal dalga hareketinden faydalanıldığını göstermiştir. Dalga enerjisi konseptinin kapsamlı simülasyonlarını, çok yönlü sabit mıknatıslı lineer jeneratörün deneysel kurulumundan elde edilen sonuçlarla birlikte sunmuştur. Prototip, sistematik elektromanyetik alan hesaplamaları ile tasarlanmıştır. Bu makale, enerji dönüşümü kavramını bir sistem perspektifinde açıklamakta ve ayrıca gerçekleşen proje için ekonomik ve bazı çevresel hususları tartışmaktadır.
(Falnes, 2007) Bu çalışmada dalga enerjisinden elektrik üretildikten sonra iletimi öncesinde dalganın dağılımı ve değişkenliği gibi parametreler yanında, dalga salınımından elektrik üreten sistemler için genel bir incelemede bulunarak, üretilebilecek maksimum enerjinin üst sınırlarını belirlemiştir. Ayrıca sistemin fiziksel sınırlamaları göz önünde bulundurularak suya daldırılmış salınımlı sistemin hacmine göre üst sınır belirlenmesinde bulunmuştur.
(Güler, 2009) Bu çalışmada, Türkiye'nin kurulu elektrik gücü kapasitesi, elektrik enerjisi üretimi incelenmiş ve ilave olarak Türkiye'nin mevcut rüzgar enerjisi potansiyeli değerlendirilmiştir. Yenilenebilir kaynaklar arasında Türkiye’nin çok yüksek rüzgar enerjisi potansiyeline sahip olduğu ancak kurulu rüzgar gücü kapasitesinin 2009 yılı itibariyle, toplam ekonomik rüzgar potansiyelinin yalnızca % 0,22'si olduğunu belirtmiştir.
(Önal ve Yarbay, 2010) Eylem ÖNAL ve Rahmiye Zerrin YARBAY, bu çalışmalarında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımlarına yönelik genel bilgiler sunmuştur. Yazarlar konuyla ilgili literatür değerlendirmesi yaparak; ısıtma, soğutma ve elektrik ihtiyacının karşılanmasına yönelik olarak, farklı türdeki yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanıldığı sistemleri analiz etmişlerdir.
(Saidur, Islam, Rahim ve Solangi, 2010) Bu makalede yazarlar, seçilen birkaç ülke için başarılı enerji politikalarını değerlendirmiştir. Literatürlere göre teşvikler, fiyatlandırma kanunu gibi etmenleri dikkate alım sisteminin dünya çapında bazı ülkelerde uygulanan en faydalı enerji politikaları olduğunu tespit etmişlerdir. Örnek olarak, Malezya için rüzgar enerjisi politikasının durumu incelenmiş ve birkaç ülke ile karşılaştırılması verilmiştir.
(Amon, Brekken ve von Jouanne, 2011) Yazarlar bu çalışmada okyanusta dalga enerjisi cihazlarının test edilmesinde kullanılan taşınabilir ve sağlam bir veri toplama sistemi geliştirmişlerdir. Okyanusa yerleştirilmiş dalga enerji cihazlarının test edilmesi için yükleme yeteneklerini, gerçek zamanlı güç analizini ve veri toplamayı birleştiren kapsamlı bir sistemin geliştirilmesini sağlamışlardır.
(Michalak ve Zimny, 2011) Bu makalede, 1995–2009 yılları arasında, Dünya’da, Avrupa'da ve Polonya'da rüzgar enerjisi gelişimini farklı yönleriyle incelenmiş, rüzgar enerjisinin mevcut durumunu ve gelecekteki perspektifleri sunulmuştur. 2009'un sonunda Dünyada kurulu rüzgar türbinlerinin toplam kapasitesi yaklaşık 160 GW olduğu ve Avrupa Birliği
ülkeleri için rüzgârdan elektrik üretimi, 2020 yılı sonuna kadar enerji talebinin % 20'sini oluşturacağı öngörülmüştür.
(Castillo-Cagigal ve diğerleri, 2011) Bu çalışmada yazarlar, Aktif -Talep Tarafı Yönetimi ve depolama sistemlerinin, tüketilen yerel elektrik enerjisi miktarındaki etkilerini incelemişlerdir. Şebeke bağlantısı, PV üretimi, kurşun-asit bataryalar, kontrol edilebilir cihazlar ve akıllı ölçüm ile donatılmış "MagicBox" adlı kendi kendine yeten bir güneş enerjisi evinin prototipini geliştirmişlerdir. Uzun süreli deneyler (yıllık çalışmalar) için simülasyonlar ve kısa ve orta süreli deneyler (günlük ve haftalık çalışmalar) için gerçek ölçümler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar kısmında elektrik akışları ile doğrusal olmayan ve önemli bir tasarım kriteri haline gelen depolama kapasitesi arasındaki ilişkiyi göstermişlerdir.
(Abdullah, Yatim, Tan ve Saidur, 2012) Bu makalede rüzgar enerjisi sistemleri için son teknoloji maksimum güç noktası izleme (MPPT) algoritmaları incelenmiştir. Rüzgarın ani değişmesi durumunda, maksimum enerji verimini sağlayacak en uygun jeneratör hızının belirlenmesi üzerinde çalışılmıştır. Rüzgar hızından bağımsız olarak maksimum zirveyi izleyebilen bir kontrolörün ilave edilmesi suretiyle MPPT algoritmalarının, sensörlü veya sensörsüz olarak ve sistemde maksimum zirveyi bulmak için kullanılan teknikler sınıflandırılarak analiz edilmiştir.
(Mutlu, 2012) Mutlu Yılmaz, bu çalışmasında Türkiye’nin mevcut enerji potansiyelini belirterek bu enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi içindeki paylarını ve gelişimini incelemiştir. Özellikle yenilenebilir enerji kaynakları potansiyelin önümüzdeki yıllarda yeterli olup olmayacağı tartışmalarına cevap arayan yazar Dünya’da güneş enerjisi teknolojilerinin gelişiminin ivme kazandığını belirterek ilerleyen yıllarda Türkiye’de de gereken önemin verileceğini öngörmüştür.
(Belessiotis ve Papanicolaou, 2012) Bu çalışmada yazarlar, insanlık tarihi başlangıcı ve antik çağlardaki ilk ilkel uygulamalar dahil güneş enerjisi kullanımının önemli özelliklerini sunmaya çalışılmışlardır. Antik filozofların pratik kullanıma sokmaya çalıştıkları parlak fikirlerin kısa bir açıklamalarını sunmuşlardır. İlave olarak, Sanayi Devrimi'nin ardından güneş enerjisi uygulamalarının gelişimini ve güneş enerjisinin kullanıldığı birçok alanı
kapsayan ve halen günümüzün büyük ölçekli güneş enerjisi kurulumlarına yol açan çalışmaları raporlamışlardır.
(Koç ve Şenel, 2013) Erdem koç ve Mahmut Şenel yaptıkları bu çalışmada, Dünya’da ve Türkiye’deki enerji kaynaklarının mevcut durumunu incelemişlerdir. Enerji kaynakların rezerv/kapasite, üretim ve tüketim değerleri irdelenmiş ve ülkelerin enerji üretimi ve tüketimi, CO2 emisyonu ile özellikle elektrik enerjisi tüketimi inceleyerek kişi başına enerji ve elektrik enerjisi tüketimini çeşitli dünya ülkeleri için karşılaştırmalı olarak analiz etmişlerdir.
(Parlak, 2014) Bu makalede, kısmi gölgeleme koşulları altında fotovoltaik diziler için yeni bir yeniden yapılandırma yöntemi önerilmiştir. Yöntemin uygulanmasıyla, dizinin yeniden yapılandırılmış bağlantılarıyla daha yüksek güç üretileceği gösterilmiştir. Önerilen yöntemde, bir dizinin her satırı, panellerin mümkün olduğunca yakın kısa devre akım seviyelerine göre bağlanması ile oluşturulmuştur. Yapılandırma arama algoritması adlı yeni bir algoritma, tüm olası bağlantı yapılarını belirlemek için kullanılmıştır. Bu algoritma, dizinin belirli bölümlerinde ölçülen yalnızca kısa devre akım değerlerini kullanılmaktadır.
Önerilen yöntem Matlab – Simulink ortamında kısmi gölgeleme koşullarında test edilmiştir.
Simülasyonun sonuçları, sunulan yeniden yapılandırma yöntemi ile dizinin verimliliğinin arttığını göstermiştir.
(Koç ve Kaya, 2015) Erdem Koç ve Kadir Kaya mevcut çalışmada; Dünya’da ve Türkiye’de yenilenebilir enerji kaynakları ile ilgili genel değerlendirmeler yaparak, Dünya’da ve Türkiye’de 2013-2014 yılları arasındaki enerji tüketimi ile son 2005-2014 yıllarındaki yenilenebilir enerji kaynaklarının Dünya ve Türkiye’deki üretim-tüketim durumlarını değerlendirmişlerdir.
(Astariz ve Iglesias, 2015) Bu çalışmada yazarlar genellikle göz ardı edilen bir dizi unsuru dikkate alarak, dalga enerjisinin ekonomik analizinde dikkate alınması gereken tüm faktörleri gözden geçirmiş ve bir dalga çiftliğinin doğrudan ve dolaylı maliyetlerini (ön maliyetler, inşaat, işletme ve bakım ve işletmeden çıkarma maliyetleri) ve ayrıca olası gelirlerini karakterize eden çıktıları sunmuştur. Ayrıca, seviyelendirilmiş maliyet, yani bir enerji biriminin (1 kWh) üretim maliyetini çeşitli enerji kaynakları ile karşılaştırarak
gerekçeleriyle dalga enerjisinin karlılığı ve rekabet gücü hakkında sayısal sonuçlar sunmuştur.
(Jena ve Ramana, 2015) Bu çalışmada, hem sabit hem de değişken ışınım altında fotovoltaik dizinin literatürdeki farklı modelleme yaklaşımlarını açıklamış ve sınıflandırarak eleştirel bir incelemede bulunmuşlardır. Tartışılan ana yaklaşımlar, analitik yöntemlerin çeşitliliğini, klasik optimizasyon tekniklerini ve yumuşak hesaplama tekniklerini içermektedir.
Çalışmada 2015 yılına kadar yayınlanan makaleler değerlendirilmiştir. Bu makaledeki çalışmalar, araştırmacıların kısmi gölgeli koşullar altında fotovoltaik dizi modellemesi üzerinde gerçekleştirecekleri çalışmalar için referans niteliğindedir.
(Bai ve diğerleri, 2015) Bu makalede, aynı özelliklere sahip olmayan veya birbirlerinden farklı koşullarla (kısmi gölgeleme veya uyumsuzluk koşulları altında) karşılaşan güneş pillerinin veya modüllerin birbirine bağlanması durumunda bir PV sisteminin karakteristik çıktısını simüle etmek için basit ve etkin bir yöntem sunulmuştur. İlk olarak, normal koşullar altında (kısmi gölgeleme veya uyumsuzluk olmadan) bir PV modülünün veya PV dizisinin özelliklerini temsil etmek için beş parametreli bir eşdeğer devre kullanılmıştır. Devamında, temel üretim şablonu verileri kullanılarak beş parametreyi çıkarmak için analitik bir yöntem geliştirilmiştir. Böylece normal çalışma koşullarında PV modülünün veya dizinin I – V özellikleri elde edilmiştir. İlave olarak, kısmi gölgeleme veya uyumsuzluk koşulları altında PV modülünün veya baypas diyotlu dizinin elektriksel özellikleri ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Karmaşık gölgeleme koşulları altında PV modülünün veya dizinin I – V karakteristik eşitliklerini açıklamak için, birkaç alt bölüm fonksiyonuna sahip bir hesaplama algoritması önerilmiştir. Son olarak, alt bölüm fonksiyonlarını sentezlemek için PV modüllerindeki baypas diyotlarının durumları için bir değerlendirme yöntemi tasarlanmıştır.
Böylece, kısmi gölgeleme veya uyumsuzluk koşulları altında bir PV sisteminin çoklu tepe özellikleri elde edilmiştir. Önerilen yöntemin etkililiğini değerlendirmek için, önceden tanımlanmış bazı kısmi gölgeleme ve uyumsuzluk koşulları altında bir PV sisteminin deneysel ve simüle edilmiş I – V ve P – V eğrilerini karşılaştırmak için deneyler yapılmıştır.
Deneysel sonuçlar, uygulanan yöntemin, kısmi gölgeleme veya uyumsuzluk koşulları altında bir PV modülünün veya dizisinin I – V ve P – V özelliklerini simüle etmede yüksek doğruluğa sahip olduğunu göstermiştir.
(Kumar ve Chatterjee, 2016) Bu makalede yazarlar rüzgar jeneratörlerinin güç sistemi şebekesine hızlı bir şekilde girmesi ile rüzgardan gelen maksimum mevcut gücü kullanmak ve rüzgar türbinini (WT) maksimum enerji dönüşüm çıktısında çalıştırmak için rüzgar enerjisi dönüşüm sisteminin (WECS) maksimum güç noktasında (MPP) izlemesi üzerinde çalışmıştır. Örnek bir WECS için çeşitli maksimum güç noktası izleme (MPPT) algoritmaları hakkında yapılan yayınlar detaylıca irdelenmiştir. Seçilen bir durum için MPPT algoritması üzerinde bir seçim yapma yeterli uzmanlık gerektirmektedir. Bilindiği üzere her algoritmanın avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Bu çalışmada, güç ölçümüne, yani doğrudan veya dolaylı güç denetleyicisine göre sınıflandırılan maksimum gücü elde etmek için farklı mevcut MPPT algoritmaları açıklanmıştır. Farklı MPPT algoritmalarının avantajları, dezavantajları ve kapsamlı karşılaştırması, farklı rüzgar hızı gereksinimleri, hız tepkileri vb. etkiler dikkate alınarak ayrıca maksimum enerji çıktısını elde etme becerileri hususuna vurgu yapılmıştır. Bu çalışma MPPT kullanıcıları için uygun MPPT algoritmasını seçiminde referans çalışma olacak derinlikte hazırlanmıştır.
(Bayrak, Ertürk ve Oztop, 2017) Fotovoltaik (PV) teknolojisi, son yıllarda güneş enerjisinin vazgeçilmezleri arasında yer alan malzeme biliminin gelişmesiyle birlikte oldukça popüler hale gelmiştir. Bu çalışmada 75 W güce sahip fotovoltaik panellerin gölgeleme şekilleri ve gölgeleme oranları altında, elektriksel performans ve termodinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Bir fotovoltaik panelin çalışma ve elektriksel parametreleri hücre sıcaklığı, toplam ısı kaybı katsayısı, doldurma faktörü vb. içerdiğinden, çalışmada deneysel bir kurulum oluşturulmuş ve gölgeleme oranı ve konumları gibi farklı parametreler için seri deneyler yapılmıştır.
(Ahmad, Murtaza, Ahmed Sher, Tabrez Shami ve Olalekan, 2017) Bu makalede, kısmi gölgelemenin PV dizileri üzerindeki etkileri araştırılmaktadır. PV dizisinin çeşitli gölgeleme durumları altındaki özellikleri ve akım-gerilim grafikleri incelenmiştir. Bu çalışmada iki hipotez sunulmuştur: 1) herhangi bir kısmi gölgeleme modeline bakılmaksızın, bir PV dizisindeki yerel maksimum sayısı, bir dizedeki seri bağlı modüllerin sayısına eşittir, 2) bir PV'deki yerel maksimumların sayısı gölgeli modüllerin baypas diyotlarının ileri yanlı artı 1 olduğu açık devre gerilim değerlerinin miktarına (son değer hariç) eşittir. Son olarak, her iki hipotez de simülasyon sonuçları yardımıyla doğrulanmıştır. Bu çalışmanın, yalnızca gölgeleme olaylarının teorisini güçlendirmekle kalmadığı, aynı zamanda herhangi bir
yazılım, gelişmiş teknikler veya pratik sistemler yardımı olmadan PV dizisi üzerindeki kısmi gölgeleme etkilerinin analizine yardımcı olduğu değerlendirilmiştir.
(Aggidis ve Taylor, 2017) Bu makalenin ilk bölümünde, hem tek eksenli hem de çok eksenli dalga enerji dönüştürücü (WEC) teknolojisine genel bir bakış sağlamış ve özellikle mevcut ve geçmiş prototip cihazları analiz etmiştir. Makalenin ikinci bölümünde yazarlar, birbirini izleyen Master of Engineering proje ekipleri tarafından Lancaster Üniversitesi'nde geliştirilen ve tank testine tabi tutulan çok eksenli bir konsept cihazı çıktılarıyla tanıtmıştır.
(Mustapa ve diğerleri, 2017) Bu çalışmada yazarlar ekonomik açıdan bazı dezavantajlara sahip olan dalga enerjisi için farklı bir yaklaşımı ortaya koymuşlardır. Yazarlar Enerji üretim miktarının yanı sıra, enerji üretim maliyetini paylaşarak aynı zamanda dalga kıran olarak kullanılması için yeni bir perspektif oluşturmuşlardır. Özellikle kıyılardaki dalgalardan zarar gören Asya ülkeleri için dalga enerji sistemlerinin kullanılması halinde oluşturabileceği potansiyel avantajları belirtmişlerdir.
(Tiwari, Kumar, Babu ve Prabhu, 2018) Bu makalede yazarlar, kalıcı mıknatıslı senkron jeneratör (PMSG) tabanlı rüzgar enerjisi dönüşüm sistemi (WECS) için maksimum güç noktası izleme (MPPT) ve doğrudan güç kontrol stratejisini (DPC) kullanan yeni bir kontrol stratejisi sunmuşlardır. Çalışmada WECS, AC-DC-AC konfigürasyonuna sahip orta gerilim kaynak dönüştürücüsünü kullanılmıştır. Sistem 2 MW gücünde PMSG rüzgar sistemlerinden oluşan 10 MW rüzgar çiftliğine uyarlanmıştır.
(Abdelshafy, Hassan ve Jurasz, 2018) Bu makalede, bir konut topluluğuna tatlı su sağlamak için ters osmoz tuzdan arındırma tesisi ile entegre edilmiş, şebekeye bağlı bir hibrit yenilenebilir enerji sistemi sunulmaktadır. Hibrit enerji sistemi, ana enerji kaynağı olarak bir fotovoltaik modül ve rüzgar türbinini içermekte, enerji depolama sistemi olarak ise batarya depolama sistemleri veya hidrojen depolama sistemleri kullanılırken, yedek enerji kaynağı olarak da bir dizel jeneratör kullanılması durumu incelenmiştir. Çalışmada çok amaçlı hibrit Partikül Sürüsü Optimizasyonu - Grey Wolf Optimizer (PSO – GWO) optimizasyon yöntemi kullanılarak hem toplam tatlı su üretim maliyetini hem de aynı zamanda CO2'yi en aza indirmek için farklı sistem bileşenlerinin optimum boyutunu elde etmek için analizler gerçekleştirmişlerdir.
(Bingöl ve Özkaya, 2018) Bu çalışmada, altı farklı gölgeleme durumu altında 6 × 6 fotovoltaik dizi kullanılarak Seri, Seri-Paralel, Toplam Çapraz Bağlantılı, Köprülü Bağlantılı ve Ballı Petekli olmak üzere beş farklı fotovoltaik dizi yapılandırma şeması oluşturularak modellemeler gerçekleştirilmiştir. Tüm gölgeleme durumlarının simülasyonları MATLAB / Simulink kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Genel olarak, farklı kısmi gölgeleme durumlarında elde edilen maksimum güç sonuçları değerlendirilerek, Total-Cross-Tied konfigürasyonunun diğer konfigürasyonlara göre en iyi performansa sahip olduğu gösterilmiştir. Farklı konfigürasyonlardan elde edilen sonuçlar, gölgeleme kaybı, uyumsuzluk kaybı ve dolgu faktörü açısından birbirleriyle karşılaştırılmıştır.
(Pendem ve Mikkili, 2018) Bu makalede, temel hedefleri, çeşitli gölgeleme modelleri altında PSC'lerin Seri (S), Seri-Paralel (S-P) ve Bal-Petekli (HC) PV dizisi konfigürasyonlarının elektriksel özellikleri üzerindeki etkilerini modellemek, simüle etmek ve incelemek hedeflenmiştir.
(Abdul-Wahab, Charabi, Al-Mahruqi, Osman ve Osman, 2019) Bu çalışmada, Umman'ın koşullarında elektrik üretiminde yenilenebilir enerji için Hibrit Optimizasyon Modelini (HOMER) kullanarak en uygun fotovoltaik sistemi (PV) bulmak ve doğal gaz ile dizel sistemleri yerine bir PV sistemi kullanarak azaltılacak maliyetleri ve ortaya çıkan kirletici emisyonları analiz etmek amaçlanmıştır. HOMER'i kullanarak, güneş enerjisi üretimini en üst seviyeye çıkarabilmek için Umman'daki en iyi yerleri belirlemeye yardımcı olması amaçlanmıştır. HOMER simülasyon sonuçları Umman için en iyi PV türünün jenerik PV'li Ingeteam değerinin yaklaşık 1164kVA olduğunu göstermiştir. Doğal gaz ve dizel sistemleri yerine bir PV sisteminin kullanılması, sırasıyla yaklaşık 13148128,5 kg / yıl kirletici oluşumunun önleneceğini ve enerji maliyetini düşüreceğini tespit etmişlerdir.
(Heesen, Herbort ve Rumpler, 2019) Bu çalışmalarında, fotovoltaik (PV) sektörü, iklim değişikliğini azaltma hedeflerine ulaşmayı amaçlayan küresel enerji geçiş sürecinin merkezi bir ayağı olduğu, özellikle çatıya monte sistemlerin, sera gazı içermeyen enerji üretimine önemli bir katkı sağlayacağını belirtmişlerdir. Çalışmalarında 2018'in sonunda Almanya'da 1,5 milyondan fazla çatı sistemi kurulduğu ve izleme sistemleri tarafından ölçülen ve 2012'den 2018'e kadar web tabanlı çevrimiçi sistemler tarafından sağlanan verim verileri ile 23.944 PV sisteminin konfigürasyon bilgileri değerlendirilmiştir.
(Kayişoğlu ve Diken, 2019) Birol KAYİŞOĞLU ve Bahar DİKEN 2019 yılında yaptıkları çalışmada Türkiye’de yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının önündeki engeller ve bunların aşılması için gerekli önerileri sunmuşlardır. Ülkemizdeki mevcut durumu ele alarak bundan sonra yenilenebilir enerjinin daha çok yaygınlaşması için yapılması gereken çalışmaları maddeler halinde okuyuculara aktarmışlardır.
(Atan, Finnegan, Nash ve Goggins, 2019) Bu çalışmada çok sayıda cihaz içeren dalga enerjisi dönüştürücü dizileri (WEC) kullanılarak, dalga enerjisinin kullanılması durumunda, yakın kıyı bölgesindeki dalga iklimi üzerindeki etkilerini dikkate alarak, İrlanda'nın batı kıyısında bulunan Westwave tanıtım ticari sitesindeki WEC dizilerinin etkilerini analiz etmişlerdir.
(Huo ve Zhang, 2019) Bu çalışmada yazarlar, şebekeye bağlı kontrol sistemlerinin teorik çerçevesine dayalı olarak rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin güvenilir kontrolü ile ilgili zorlukları analiz etmişlerdir. Ağ kaynaklı gecikmeye sahip bir WECS türü modellenmiş ve WECS'lerdeki ağ trafiğini azaltmak için yeni bir çözüm olarak ayarlanabilir ölü bantlar araştırılmıştır. Çalışmada WECS'lerin güvenilir kontrolünü incelemek için, ağ ortamının yanı sıra sistem yanıtını da dikkate alan bir yöntem sunmuştur. Ayrıntılı teorik analizlerin ardından, önerilen planın uygulanabilirliğini gösteren simülasyon sonuçlarını sunmuşlardır.
(Bekar, 2020) Nurgül BEKAR bu çalışmasında, 21. yüzyılda yenilenebilir enerji kaynaklarının neler olduğu, ülkemizin bu kaynaklar açısından jeopolitik öneminin ne olduğunu incelemiştir. Mevcut arz-talep ve enerjinin transferinin jeopolitik konumla olan ilgisini ve yenilenebilir enerjinin bu konudaki payı arttırma potansiyelini değerlendirmiştir.
(Zhang ve diğerleri, 2020) Bu çalışmalarında dalga enerjisi dönüştürücüleri için üçgen bölmeli, alt döşemeli sistemin diğer sistemlere göre daha verimli olduğunu ve bu yapının dalga enerjisi üretmede ve kıyı koruması için dalgakıran olarak kullanılmasının daha avantajlı olduğunu göstermişlerdir.
(Duffy ve diğerleri, 2020) Bu makalede yazarlar, 6 farklı katılımcı ülkede (Danimarka, Almanya, İrlanda, Norveç, İsveç, Amerika Birleşik Devletleri) kara üzerinde rüzgar enerjisindeki teknolojik ve maliyet eğilimleri üzerine Uluslararası Enerji Ajansı'nın 26.
'Rüzgar Enerjisinin Maliyeti' adlı çalışmasını sunmuşlardır. Sonuç kısmında çoğu ülkede
yeni rüzgar kaynaklarındaki küçük düşüşlere rağmen spesifik güçlere sahip daha uzun makinelere yönelik genel bir eğilim olduğunu ve bunun sonucunda daha yüksek kapasite faktörlerine yol açtığını gösterdiğini vurgulamışlar ve rüzgar proje sermaye maliyetleri ve proje finansman maliyetlerin de bu olguya göre düştüğünü göstermişlerdir.
(Watil, El Magri, Raihani, Lajouad ve Giri, 2020) Bu makalede, rüzgâr enerjisi dönüştürme sistemleri (WECS'ler) için sensörsüz geri besleme kontrolü konusu ele alınmıştır. Söz konusu sistem, bir AC / DC / AC dönüştürücü ile şebekeye bağlanan senkronize bir aero- jeneratörden oluşmaktadır. Rüzgâr türbini jeneratörünü bir rüzgar hızı sensörü kullanmadan değişken hız modunda çalıştırarak, maksimum rüzgar enerjisi elde etmek hedeflenmiştir. Bu çalışmada, rotor konumunu, hızını ve türbin torkunu tahmin etmek için farklı bir yaklaşım ortaya koyulmuştur. Ayrıca önerilen teknikle, genel olarak erişilebilir olduğu düşünülen şebeke gerilimini ve titreşiminin çevrimiçi bir tahmininin sağlanması hedeflenmiştir.
(Yang, Jiao, Luo, Chen ve Sun, 2020) Nominal rüzgar hızının üzerindeki koşullarda, bir rüzgar türbininin güç çıkışı, jeneratörlerin ve güç elektroniği sistemlerinin aşırı ısınmasını önlemek için nominal güçte tutulmalıdır. Ayrıca şiddetli rüzgar gibi aşırı rüzgar koşulları türbinlerin kapanmasına bile yol açabilir. Bu çalışmada, türbülanslı rüzgar koşullarında kararlı çıkış gücü ve jeneratör hızı elde etmek için rüzgar enerjisi dönüştürme sistemlerinin (WECS) kanat aralığı kontrolü için yeni bir L1 (line 1) uyarlamalı kontrolör tasarlanmıştır.
İlk olarak, yükseklik ayarlı değişken hızlı rüzgar türbini, belirsizlikleri olan ve doğrusal olmayan bir sistem olarak modellenmiştir.
(Herez, El Hage, Lemenand, Ramadan ve Khaled, 2020) Çalışmalarında çevre kirliliğinin sürekli artması ve geleneksel enerji fiyatlarındaki hızlı artışın, bilim adamlarını ısı geri kazanımı ve sürekli enerji kaynakları gibi çözümler aramaya sevk ettiğini belirtmişlerdir.
Ancak fotovoltaik / termal (PVT) hibrit güneş sistemi, aynı anda elektrik üretimi ve ısı üretimi sağlamak için güneş termal kollektörleri ve güneş fotovoltaikleri birleştirilerek elde edildiği yaklaşımı ile PVT hibrit güneş enerjisi sistemlerinin tarihçesini, ana konseptini, faydalarını ve çeşitli şekillere göre sınıflandırmaları ile termoelektrik jeneratörlerin PVT sistemi ile entegrasyonunu içeren PVT hibrit güneş kollektörleri hakkında detaylı bir inceleme sunmuşlardır.
(Dong ve diğerleri, 2020) Bu çalışma, radarlar tarafından algılanmayı önleyen ve aynı zamanda güneş enerjisi güç dönüşüm verimliliğini (PCE) koruyan, güneş enerjisi sistemlerine sahip gizli tesisler (örneğin uydular) için büyük önem taşıyan güneş enerjisi kamuflaj kaplaması ile ilgili detaylı bir çalışmadır. Ayrıca çalışmalarında geniş bantlı kamuflaj için yaygın olarak kullanılan tek tip tabaka direncinin çok katmanlı mimarisinin, şeffaflığı feda edeceğini ve güneş enerjisi sistemlerinin PCE koruma gereksinimini aşırı derecede saptıracağını tespit etmişlerdir. Bahsedilen teknik sapmanın çözülebileceği, güneş enerjisi kamuflajı için değişen tabaka direnci mimarisini önermişlerdir.
(David, Silva Rocha Rizol, Guerreiro Machado ve Buccieri, 2020) Bu makalede, 2000 ile 2019 yılları arasında Scopus veri tabanını kullanarak, fotovoltaik güneş enerjisi yönetimi alanındaki bilimsel yayınları analiz etmek için bir bibliyometrik çalışma gerçekleştirilmiş, gelecekteki araştırma eğilimlerinin ön analizinden, çalışma konularının ön olasılığı geliştirilmiş ve buna bağlı birçok teknolojik gelişme için araştırmalarda bulunulmasına rağmen, fotovoltaik güneş sistemlerini pratik uygulamasının daha iyi kullanılabilmesi için varsayımlarda bulunmuşlardır. Bibliyometrik verilerin, Scimat bilimsel haritalama yazılımı ile boylamsal bir yapı altında yapılan analizler ile doğrulanmış ve geleceğe yönelik eğilim araştırmalarının doğrulanması hedeflenmiştir.
(Yatimi, Ouberri, Chahid ve Aroudam, 2020) Bu çalışmada, Şebekeden Uzak bir maksimum güç noktası izleme (MPPT) bloğundan beslenen mono kristal PV modülü ve bir DC-DC güçlendirme dönüştürücüden oluşan DC yüklü bir Fotovoltaik (PV) sistemin modellenmesini ve kontrolünü gerçekleştirmişlerdir. PV modülünün çıkış karakteristiği doğrusal olmayıp güneş ışığı ve sıcaklıkla değişmektedir. Dolayısıyla bu çalışmada belirli iklim koşulları için, PV modülünün çıkış gücü ve gerilimini belirli bir eşik değerine eşit olduğunda maksimum kabul edilmiştir. Sıcaklık ve güneş ışınımı değiştiğinde, kontrol sağlayan konvertörün görev döngüsü, modülün maksimum güç noktasını (MPP) izlemek için sürekli olarak ayarlanmıştır. Bu makalede, PV sisteminden maksimum gücü elde etmek için doğrusal olmayan Geri Adımlamalı kontrolörün etkisi vurgulanmıştır.
(Chandrasekaran, Sankar ve Banumalar, 2020) Bu makalede, algılama algoritmasının ön adımında kazanılan deneyime dayalı olarak, fotovoltaik (PV) dizilerde kısmi gölgeleme koşullarının saptanması için yeni bir metodoloji önerilmiştir. Problemin ilk aşamasında, periyodik kısmi gölgeleme koşulunu tespit etmek ve gölgelenme sırasında MPPT
algoritmasının optimal çalışma noktası sayısını belirlemek için periyodik kısmi gölgeleme algılama problemi çözülmüştür. Kısmi gölgeleme algılama probleminin ikinci aşaması, çalışma noktasında PV dizisinden maksimum gücü alabilmek için bir maksimum güç noktası izleme (MPPT) problemi çözülmüştür. Kısmi gölgeleme koşulları altında global maksimum çalışma noktasını belirlemek için, geliştirilmiş sinüs kosinüs algoritması (ISCA) önerilmiştir. Önerilen yöntemde, yerel çalışma noktası engelinden kaçınarak periyodik gölgeyi ve global maksimum çalışma noktasını bulması garanti edilmiştir. MATLAB kullanılarak, algoritma bir simülasyon modelinde uygulanmış ve test edilmiştir. PV sistemin çalışma noktasını çeşitli kısmi gölgeleme modelleri altında doğrulamak için deneysel bir 2kW PV sistemine uygulanmıştır. Sonuçlar, önerilen algoritmanın, genetik algoritma ve parçacık sürüsü optimizasyonuna dayalı kısmi gölgeleme algılama probleminden daha iyi performans gösterdiğini göstermiştir.
(Mohammed, Kumar ve Gupta, 2020) Dış saha koşullarında kullanılan fotovoltaik (PV) sistemin kısmi gölgelenmeye bağlı düzgün olmayan ışıması, hücreler arasındaki elektrik çıkışında uyumsuzluğa neden olması ve bu durumda güç üzerinde anlık bir etkiye ve güvenilirlik üzerinde uzun vadeli etkiye sahip olan tek tip olmayan bir sıcaklık dağılımına neden olduğu gerçeği dikkate alınarak mevcut çalışmada baypas diyotunun inaktif ve aktif durumu altında kısmen gölgeli bir PV modülündeki sıcaklık dağılımları incelenmiştir.
Gölgeli bir PV modülündeki sıcaklık dağılımını tahmin etmek için bir elektro-termal PSPICE modeli geliştirilmiştir. Gölgeli modüldeki sıcaklık dağılımları, gölgeli hücre sayısı ve bunların gölgeli alanı açısından analiz edilmiştir. Geliştirilen model deneysel bir düzenek tasarlanarak doğrulanmıştır.
(Yadav, Kumar ve D., 2020) Bu makalede, kısmi Gölgeleme Koşulunun (PSC) çeşitli güneş fotovoltaik (PV) dizisi topolojileri üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. PSC, bir PV dizisinin maksimum gücünü azaltır ve PV özelliklerinde birden fazla Maksimum Güç Noktası (MPP) üretir. Bu çalışmada çapraz olarak ilerleyen bir gölgeleme senaryosu ve uyumsuz güç kaybı, Doldurma Faktörü (FF) ve Performans Oranı (PR) gibi performans parametreleri altında PSC'nin etkilerini azaltmak için Tek Çift Yapılandırma (OEC) olarak adlandırılan yeni bir PV dizisi yapılandırması önerilmiştir. Önerilen OEC'nin performansı TCT, SP-TCT, BL-TCT ve BL-HC gibi literatürde mecut olan standart konfigürasyonlarla karşılaştırılmıştır. Önerilen bir başka konfigürasyon da ilave olarak karşılaştırma amaçlı kullanılmıştır. Sıcaklıktaki değişimin gölge dağılım etkisi üzerindeki etkisi de incelenmiştir.
Değerlendirilen tüm PV dizisi konfigürasyonları MATLAB / Simulink ortamında modellenmiştir. Önerilen OEC konfigürasyonunun, dikkate alınan tüm PSC'ler için minimum güç kaybını sağladığı ve geliştirilmiş FF ile diğer konfigürasyonlardan daha üstün olduğu gösterilmiştir.
(Al-Majidi, Abbod ve Al-Raweshidy, 2020) Bu makalede, bir fotovoltaik dizinin maksimum güç noktasını tahmin etmek için deneysel verileri kullanarak ileri beslemeli Yapay Sinir Ağı (YSA) tekniği tasarlanmıştır. Bir YSA modeli eğitim stratejisi, bir fotovoltaik sistemin eğitimindeki ve çalışma koşullarındaki farklılıklar nedeniyle zor olduğu literatürde belirtilmiştir. YSA modelinin doğruluğunu arttırmak için, Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) algoritması, en iyi topolojiyi bulmak ve YSA modelinin optimum başlangıç ağırlıklarını hesaplamak için kullanılmıştır. Bu nedenle, hesaplama zamanı ile YSA modelinin en iyi uyan regresyonu arasındaki ikilem dikkate alınarak ortalama karesel hata en aza indirilmiştir. Çalışmada önerilen yöntemi doğrulamak amacıyla, kurulu bir fotovoltaik sistem için MATLAB / Simulink modeli geliştirilmiştir. Güneşli ve bulutlu bir günün deneysel verileri, bu önerilen yöntemin değişen atmosferik koşullar altında ortalama verimliliğini belirlemek için kullanılmıştır. Sonuçlar, gerçek verileri kullanan PSO algoritmasına dayalı optimize edilmiş ileri beslemeli YSA tekniğinin, maksimum güç noktasını doğru bir şekilde tahmin ettiğini, güneşli ve bulutlu günde sırasıyla% 99,67 ve%
99,30'dan fazla saatlik ortalama verimlilik elde edildiği gösterilmiştir.
(Reddy ve Yammani, 2020) PSC nedeniyle güç kayıplarını azaltmanın en iyi tekniklerinden biri, elektrik bağlantısını değiştirmeden “PV modüllerinin yeniden yapılandırılması” koşulu dikkate alınarak bu makalede, PV dizisinin güç çıkışını artırmak için seçilen bir PSC için tek seferlik bir çözüm olarak bir Magic-Square tekniği önerilmiştir. Bu teknikte, PV modüllerinin fiziksel konumu, elektrik bağlantılarını değiştirmeden Magic-Square bulmacasına dayalı olarak yeniden düzenlenmiştir. Sonuç olarak önerilen Magic-Square'in performansı, tüm olası gölgeleme koşulları ile mevcut SuDoKu ve Optimal-SuDoKu desenleriyle analiz edilmiştir. Önerilen tekniğin performansı, Global maksimum güç noktası (GMPP), Uyumsuzluk güç kaybı (MPL), Fill-Factor (FF) ve Verimlilik (η) endeksleri dikkate alınarak incelenmiştir.
(Sagar, Pathak, Gaur ve Jain, 2020) Fotovoltaik (PV) dizilerin kısmi gölgelenmesinin, sıcak nokta oluşumuna ve sonuçta PV sisteminde uyumsuz güç kaybına yol açan güç voltajı (P-
V) özelliklerinde birden çok tepe noktasına neden olduğu ve bu kayıbın PV dizisinin gölgeleme modelinin ve konfigürasyonunun bir fonksiyonu olduğu gerçeğini dikkate alarak bu çalışmada, Su Do Ku bulmacasına dayalı bir hibrit topoloji köprü-bağlantı-toplam-çapraz bağlı (BL-TCT) yeniden yapılandırılması yoluyla uyumsuz güç kaybını dağıtmak ve kısmen gölgeli bir PV dizisinin gücünü arttırmak amaçlanmıştır. Su Do Ku yeniden yapılandırılmış BL-TCT (SRBL-TCT) yapılandırması olarak da adlandırılır. Su Do Ku bulmacasını çözmek için dans eden bağlantılar algoritması kullanılmıştır. Önerilen SRBL-TCT konfigürasyonunun performansı ilave olarak geleneksel seri paralel (SP), toplam çapraz bağlı (TCT), köprü bağlantılı (BL), bal peteği (HC) ve hibrit BL-TCT performanslarıyla da karşılaştırılmıştır. Kısmi gölgeleme koşullarında performans karşılaştırması için beş duruma sahip olan hareketli bir bulut modeli dikkate alınıp modellenmiştir. Böylece gerçek ortamda kısmi gölgeleme koşulları gerçekleştirilerek, analizi daha gerçekçi kılmak için bulutun rüzgar hızı ve yönüne bağlı olarak hareket etmesi ve ivmesi de dikkate alınmıştır.
(Zhong, Zhou ve Yan, 2021) Bu çalışmada Fotovoltaik (PV) sistemlerin artan penetrasyonu nedeniyle, PV santrallerinin belirli bir güç rezervini muhafaza etmesi gereken frekans destek hizmetleri dahil olmak üzere ana güç şebeke eksiksiz bir yardımcı hizmetler yelpazesi sağlaması gerektiğini vurgulamıştır. Mevcut güç rezervi kontrol (PRC) yöntemlerinin eksikliklerini belirterek, bazı PRC yöntemlerinin, ışınım ve sıcaklık sensörlerine ihtiyaç duyduğunu ve uygulanan yöntemlerin karmaşık model tahminlerini içerdiğini belirtmişlerdir. Ayrıca, ışınımdaki hızlı ve sürekli değişimin, PRC yöntemlerinin doğruluğunu ve kararlılığını azaltması nedeniyle bu makalede, PV enerji santralleri için yeni bir güç rezervi kontrolü önerilmiştir. Mevcut PRC yöntemlerinin aksine, önerilen PRC stratejisi ile bir ışık sensörü veya karmaşık matematiksel hesaplamalar gerektirmediğini göstermişlerdir.
Tezin amacı
Bu tez çalışmasının amacı yenilenebilir enerji kaynaklarının başında gelen güneş enerjisi sistemlerinin verimini arttırmak ve fotovoltaik sistemlerde istenmeyen durumların etkilerinin yeniden panel yapılandırma metodu ile minimuma indirmektir. Bir fotovoltaik sistem tasarlanırken ilk etapta istenilen güce ve büyüklüğe göre panel dizlimi belirlenmektedir. Panel sayısı arttıkça sistem karmaşıklığı artmakta ve panellerin bağlantı türü büyük önem arz etmeye başlamaktadır. Bu tez çalışmasında özellikle kısmi gölgelenme
durumları altında bozucu etkenlerden en az etkilenecek panel dizilimi seçilerek ve gölgelenme durumuna göre panellerin girdap arama algoritması ile anlık yeniden yapılandırılmasının sağlanması hedeflenmiştir. Böylelikle her türlü gölgelenme koşulu altında sistemden en yüksek gücün alınması sağlanmaya çalışılacaktır. Çalışmanın farklı sisteme uygulanabilmesi için öncelikle matlab/simulink ortamında simülasyonu kurulacak ve bu sistemler için simülasyonlar modifiye edilebilecektir. Böylelikle bir çok farklı sistem üzerinde analizler yapmak mümkün olacaktır. Genel değerlendirme olarak tez çalışması ile;
- Kısmi gölgelenmeden en az etkilenen panel bağlantı türünün tespiti,
- Her türlü bağlantıya çevrilebilecek kapsamlı fotovoltaik sistem simülasyon çalışması, - Panellerin yeniden konumlandırılabilmesi için anahtarlama matrisi tasarımı,
- Panellerin konumunu belirlemek için girdap arama algoritmasının çalıştırılması, - Girdap arama algoritmasının diğer algoritmalar ile karşılaştırılması
hedeflenmiştir.
Tezin bilime katkısı
Bu tez çalışması ile fotovoltaik sistemlerin panel bağlantı türlerinin birbirlerine göre avantajları ve dezavantajları ortaya konulmaya çalışılacaktır. Kısmi gölgelenme durumu altına hangi panel bağlantı türünün daha avantajlı olduğu hususunda açıklık getirilecektir..
Bu tez çalışması kapsamında (Kucuk, Gozde, Taplamacioglu ve Dursun, 2019)
“Investigation of partial shading effects on photovoltaic systems according to different connection types” adlı makale sonuçları ile panel bağlantı türlerinin kısmi gölgelenme durumu altında davranışları detaylı olarak karşılaştırılıp analizleri gösterilmiştir. İlave olarak girdap arama algoritması ile yeniden panel yapılandırma çalışması yapılarak elde edilen sonuçlar detaylı irdelenip, literatürdeki algoritmalardan daha iyi sonuçlar verdiği gösterilecektir. Elde edilen verilerle yeni bir SCI da taranan makale çalışmasına başlanılmıştır.
2. YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI
Günümüzde enerjiye olan talebin artması petrol ve petrol gibi fosil yakıtların kullanımını dolayısıyla karbon gazı salınımı ile birlikte sera gazı da etkisini arttırarak gelecek için iklimsel değişikliklerin hızlanmasına yol açmıştır. Bunun yanında bu kaynakların sonlu olmasından dolayı uzun vadede enerji ihtiyacını karşılamak için yenilenebilir enerji kaynakları kaçınılmaz hale gelmiştir. Her geçen gün artan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı beraberinde birtakım problemler meydana getirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan hidroelektrik kaynakların yanı sıra rüzgar, güneş, biokütle ve dalga enerjisi kullanımında hızlı bir artış meydana gelmiştir. Kurulacak santralin bulunduğu coğrafi koşullar kullanılacak olan yenilenebilir enerjinin seçilmesinde büyük etken olmaktadır. Ülkemizin bulunduğu coğrafi konum nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları bakımından oldukça zengin bir potansiyele sahip olduğu söylenebilir. Üç tarafı denizlerle çevrili ülkemizde özellikle kıyı şeridi uygulamaları için dalga enerjisine, yüksek rakımlarda doğup denizlere dökülen akarsular nedeniyle hidroelektrik santrallerine, güneşlenme süresi olarak fotovoltaik sistemlere ve özellikle Ege Bölgesinde dağların kıyıya dik uzanmasından dolayı oluşan rüzgar koridorları sayesinde rüzgar enerjisi santralleri kurulmasına oldukça elverişli bir coğrafi konumu mevcuttur. “Türkiye yenilenebilir enerji kaynakları çeşitliliği bakımından çok zengin bir ülke olmakla beraber potansiyeli de oldukça yüksektir”
(Gençoğlu, 2002). Özellikle potansiyeli yüksek olan Ülkemizde ve Dünya’da gelişen teknolojilerle birlikte, enerji üretimi fosil yakıtlardan yenilenebilir enerjiye doğru kaymaktadır. Örneğin fosil yakıtlı taşıtların yerini elektrikli araçların almasıyla gelecekte fosil yakıtlar taşımacılıkta önemini kaybedecek ve bu alanda yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artacaktır. Gelişen teknolojiyle birlikte anlık enerji tüketimler artacağından bu talebi karşılamak yenilenebilir enerji kaynakları ile daha az maliyetli olacaktır. Arz talep dengesi her geçen gün daha dalgalı olup, tahmin edilmesi daha güç olmaktadır. Bu tür olumsuzluklardan en az etkilenecek sistemlere geçişin hızlanması kaçınılmaz olmuştur.
Bu tez çalışmasında güneş enerjisi ile birlikte hibrit olarak kullanılması düşünülen sistemlerden rüzgar ve dalga enerjisi hakkında da pekiştirici bilgiler verilmiştir. Birçok yenilenebilir enerji kaynağı olmasına karşın tez çalışmasında hibrit çalışmaya en uygun bu üç yenilenebilir enerji kaynağı hakkında detaylı bilgi verilmiştir.
2.1. Dalga Enerjisi
Üç tarafı denizlerle çevrili ülkemizin kıyı şeridi dalga enerjisi için büyük bir potansiyele sahip olduğu bilinmektedir. Ayrıca kıyıdan uzak uygulamalar için özellikle Ege ve Akdeniz jeopolitik bakımdan oldukça önemlidir. Dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemler henüz ülkemizde çok yaygın olarak kullanılmasa da, gelecek için önemli bir potansiyele sahiptir. Gelişen teknoloji ve yapılan çalışmalar neticesinde, dünyada dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemler azımsanmayacak kadar çoktur. Günümüzde dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretmenin teknik zorluğundan ziyade politik zorluklar daha fazladır. Özellikle Ege ve Akdeniz de her alanda var olma politikasından dolayı, kıyıdan uzak dalga enerjisi üretim sistemleri ülkemiz için daha da önem kazanmaktadır. Dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretmenin temel prensibi dalganın kinetik ve/veya potansiyel enerjisinden faydalanmaktır. Rüzgar kaynaklı oluşan dalgaların yüksekliği sayesinde potansiyel, dalganın hızı sayesinde de kinetik enerjisi mevcuttur. Bu enerjilerden yararlanarak elektrik enerjisi üreten farklı sistemler mevcuttur. En genel ifadeyle bir dalganın enerjisinin potansiyeli Eşitlik 2.1 ile ifade edilmektedir (Brekken, Jouanne ve Han, 2009).
𝐽 = 𝐻 𝑇 (2.1)
Burada J dalga enrjisi, y deniz suyunun yoğunluğu, g yerçekimi ivmesi H dalga yüksekliğini ve T dalganın periyodunu göstermektedir. Dalga enerjisi deniz suyunun yoğunluğuna, yerçekimi ivmesine, dalga yüksekliğine ve dalganın periyoduna bağlı olarak değişmektedir (Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Enerji Raporu, 2010).
Dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemler genel olarak üç ana kısımda toplanmıştır. Bunlar Şekil 2.1’de görüldüğü üzere kıyı şeridi (onshore), kıyıya yakın (nearshore) ve kıyıdan uzak (offshore) uygulamalardır (López, Andreu, Ceballos, Martínez de Alegría ve Kortabarria, 2013).
Şekil 2.1 Dalga enerjisi sistemleri (López ve diğerleri, 2013)
Dalga enerjisi sistemlerinde kıyı şeridi uygulamaları da genel olarak 10 metre derinliğe kadar kullanılır. 10-25 metre derinlik arasında kıyı şeridine yakın uygulamalar ve 40 metre derinlikten fazla olan uygulamalar ise kıyıdan uzak uygulamalar olarak kabul edilebilir (López ve diğerleri, 2013).
2.1.1. Kıyı şeridi uygulamaları
Adından anlaşıldığı üzere bu uygulamalar kıyı şeridi diğer deyişle sahil şeridinde uygulanan sistemlerdir. Ülkemiz kıyı şeridi uzunluğu bakımından oldukça yüksek potansiyele sahip olduğundan bu uygulamalar için uygundur. Bu sistemlerin temelde iki farklı çalışma prensibi olup, su kolonu ve hava kolonu olarak ikiye ayrılan bu sistemlerde temel prensip dalga geldiği zaman yükselen su kolonunun üzerinde bulunan hava kolonunu sıkıştırarak havayı itmesi ve bu sayede türbinleri döndürmesine dayanmaktadır. Bu hava akımı sayesinde dönen alternatör elektrik üretmektedir. Dalga çekildiği zaman ise tam tersi olarak çekilen su vakum etkisiyle havayı çekerek türbinlerin terse dönmesini sağlayarak elektrik üretilmesini sağlar.
Şekil 2.2’de kıyı şeridi uygulamalarının örnekleri gösterilmektedir.
Şekil 2.2. Örnek su kolonu sistemleri (Ün, 2003)
Kıyı şeridi uygulamalarında bu prensiple çalışan birçok sistem bulunmaktadır. Ana prensip aynı olmakla birlikte farklı firmaların farklı tasarımları mevcuttur. Bunlardan en çok bilinenleri Europen Pilot Tesisi, Wavegen Limpet, Energetech OWC, Srilanka OWC’dir (Ün, 2003).
Bunların haricinde kullanılan diğer temel prensipler Şekil 2.3’de verilmiştir.
Şekil 2.3. Daralan kanal ve pendular sistemi (Ün, 2003)
Literatürde kıyı şeridinde uygulanan su ve hava kolonu dışında farklı tasarımlar da mevcuttur. Özellikle dalganın çok sık olduğu kıyı şeritlerinde direk olarak suyun kinetik ve potansiyel enerjisinden yararlanılan sistemlerin kullanılmasının da uygun olduğu gösterilmiştir. Ayrıca bu sistemlerin birkaç tanesinin yan yana bir araya getirilmesiyle ikinci
bir işlev dalga kıran olarak da kullanılması mümkün hale getirmiştir. Kıyı şeridinde yapılan ve yapılmakta olan havaalanı, liman gibi tesislerin enerji ihtiyaçlarının bir bölümünün bu teknolojiyle karşılanma potansiyeli bulunmaktadır.
2.1.2. Kıyı şeridine yakın uygulamalar
Bu uygulamalar genellikle 15-25 metre derinliğe sahip kıyı şeridi yakınlarında kullanılır.
Kıyı şeridine yakın olmaları lojistik ve kurulum maliyetleri bakımından kıyıdan uzak uygulamalara göre daha avantajlıdır. Bu sistemlerde genel olarak dalganın salınımı kullanılarak elektrik enerjisi üretilir. Kıyıya yakın olmalarından dolayı üretilen elektriğin kıyıya taşıma maliyeti az bakım ve onarımı kolaydır. Şekil 2.4’de örnek bir sistem olan Wavegen osprey verilmiştir.
Şekil 2.4. Wavegen osprey (Zohra, 2011)
2.1.3. Kıyı şeridinden uzak uygulamalar
Genellikle kıyıdan uzak okyanus açıklarında kullanılan bu sistemler elektriğin kıyıya taşınması ve ağır koşullar altında çalışmalarından dolayı zahmetli ve bakım maliyetleri yüksek olan uygulamalardır. Ancak bu sistemler genel olarak yüksek dalgalarda çalıştığı için elektrik üretim potansiyelleri diğer sistemlere göre oldukça fazladır. Bu sistemlerde temel prensip, su yüzeyinde devasa kütlelerin dalgalarla salınımından elde edilen enerjiyi hidrolik pompalar vasıtasıyla elektrik enerjisine çevirmeye dayanmaktadır. Şekil 2.5’de kıyı
