FOTOVOLTAĐK GÜÇ DESTEKLĐ MĐKRO YENĐLENEBĐLĐR BAĞIMSIZ ENERJĐ SĐSTEMĐ STAND-ALONE PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BASED MICRO- RENEWABLE ENERGY

Transkript

1 FOTOVOLTAĐK GÜÇ DESTEKLĐ MĐKRO YENĐLENEBĐLĐR BAĞIMSIZ ENERJĐ SĐSTEMĐ STAND-ALONE PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEM BASED MICRO- RENEWABLE ENERGY Göksu GÖREL, Çankırı Karatekin Üniversitesi Mustafa TEKE, Çankırı Karatekin Üniversitesi ÖZET Bu çalışmada güneş panellerinden şebekeden bağımsız bir sitem kurulmuş ve değişken ortam değerlerindeki farklı çıkış gerilim değerleri gözlenmiştir. Bilindiği gibi günümüzde enerji dünyası yeri ve farklı arayışlar içerisine girmiştir. Bir arayışların sonucu olarak ise güneş ve ondan elde edilebilecek olan enerji potansiyeli insanları ve araştırmacıları bu konudaki çalışmalara yoğunlaştırmaktadır. Şebeke bağlantılı olarak da kullanılabilme özelliğine sahip olan bu sistemlerin gerilim şebekesinden bağımsız olarak çalıştırılmasının en önemli avantajı enerjinin götürülmesinin mümkün olmadığı ya da maliyetli veya iletim hattı kurulumunun fiziksel zorluklardan ötürü zor olduğu bölgelerde kullanılabilme özelliğidir. Özellikle yerleşim yerlerine uzak tarım alanları ve adalar güneş enerjisinden yararlanma noktasında birer çalışma sahasıdır. güneş enerjisinin yetersizliği aşamasında, güneş pilleriyle beraber alternatif ve doğru gerilim ihtiyacını karşılamak için akü ünitesi ve doğru akım-alternatif akım dönüştürme elemanı kullanılmalıdır. ABSTRACT This work includes designing a stand-alone system from the main grid. Differential output voltage values of the variable values observed in the different environment. Today it is a new and different studies started into the world of energy. Be used in connection with the mains network, regardless of the running voltage which is the most important advantage of these systems is not possible to transport the energy capability to use in areas. Away from residential areas, agricultural areas and islands in particular, at a working area for solar energy utilization. Lack of alternative and solar energy with solar panels during the battery unit to meet the needs of the correct voltage and direct current-alternating current conversion element should be used. 1

2 1. GĐRĐŞ Güç ve enerji dünya nüfusu ve yaşam için vazgeçilmez bir etkendir. Kısaca herhangi bir iş yapabilme yeteneğinin olması durumu olarak adlandırılır. Doğal kaynaklardan enerji elde edilmesi, farklı şekillere dönüştürülmesi ve kullanılacak bölgelere taşınması önemlidir. Sürdürülebilir enerji fosil kökenli yakıtlarla kıyaslandığına alternatif bir yol olarak ortaya atılmaktadır. Çevreye duyarlı olmaları ve yenilenebilir özelliklerinin bulunması en büyük avantajlarıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları genel olarak; Güneş, Rüzgar, Jeotermal, Biokütle, Dalga ve gel-git, ve Hidrolik enerji şeklinde çoğaltılabilse de en önemlileri Güneş ve Rüzgar enerjileridir. Güneş ve Rüzgâr enerjileri ham maddeleri tamamıyla doğal ve yerli, dışa bağımlı olmayan, ileriki zamanlarda aynı oranda temin edilme potansiyeline sahip, asit yağmurları ve atmosfer tabakasında bozulmalar meydana getirme etkisi olmayan, CO2 emisyonu oluşturmayan, doğal bitki örtüsü ve insan sağlına olumsuz etkisi bulunmayan ve teknolojik gelişmelere ayak uydurabilen enerji kaynaklarıdır.[4][7] Rüzgar ve Güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanan ekonomi, bütünüyle ekonominin geliştirilmesi ile çevresel döngüler, kararlı bölgesel iş yapıları, kültürler ve demokratik kurumlar arasındaki bağlantıları yeniden kurulmasını sağlayacaktır. Ayrıca enerjide dışa bağımlılığı azaltmakta, çevre protokollerine uyum göstermekte ve ulaşılması güç kırsal yerlerin elektrik enerjisi kullanmasına olanak vermektedir.[5] Eğer insan toplumu gelecek güvenliğini garantiye almak istiyorsa bağlantıların olması zorunludur. Günümüzde en büyük enerji tüketici olan Amerika Birleşik Devletleri'nden (ABD) sonra ikinci sırada gelen ve Türkiye'nin girmeye aday olduğu Avrupa Birliği'nin (AB) 2007 yılında almış olduğu, 2020 yılına kadar toplam enerji ihtiyacının %20'lik kısmının yenilenebilir türden enerji kaynaklarından karşılanacağı kararı halen geçerliliğini sürdürmektedir. [9] [2] 2. GÜNEŞ ENERJĐ SĐSTEMĐ Ekvatorun 30 kuzeyi ve 30 güneyi arasında kalan bölgelere güneş kemeri adı verilir. Türkiye, içinde bulunduğu kuzey enlemleri bakımından bu kemere oldukça yakındır. Bu yakınlık ve kapladığı yüz ölçümü bakımından birçok Avrupa ülkesinden daha fazla güneş enerjisinden faydalanma potansiyeline sahiptir. Güneş enerjisi potansiyeli belirleme çalışmalarında elde edilen sonuçlara göre Türkiye ortalama günlük 3,6 kwh/m2/gün ışınım şiddeti alabilmektedir. Bir yılda aldığı güneş enerjisi miktarı yaklaşık 88 milyar TEP(Ton Eşdeğer Petrol) kadardır. Bu enerji 111,5 TWh(Terawatt-saat) a karşılıktır.[8] Düşük güçlerde mw(miliwatt) düzeyinde, yani çok düşük güçlerdeki uygulamalara örnek olarak saatlerde ve hesap makinalarında kullanılan güneş pilleri gösterilebilir. Yüksek güçlerde ise elektrik şebekesine uzak Tv yansıtıcıları ve haberleşme sistemleri, orman gözetleme istasyonları, petrol boru hattı katodik korumaları, fener kuleleri ve küçük yerleşim merkezleri ve ünitelerine (karakol, yazlık, çiftlik, otel, tatil köyü) enerji sağlama çalışmaları gösterilebilir. Mega watt (MW) seviyesinde büyük güçler üreten PV(photovoltaic) sistemlerin, yani fotovoltaik(fv) santrallerin, önümüzdeki yüzyılda günümüzün fosil ve nükleer yakıtlı santrallerin karşısında önemli bir alternatif olacağı şüphesizdir. Aşağıdaki şekilde deneysel olarak gerçekleştirilen bir sistemin hem doğrudan DC(doğru akım) yükleri beslemede hem de bir dönüştürücü vasıtasıyla AC(alternatif akım) yüklerinde besleyebilme kapasitesi bulunmaktadır. [8] [3] 2

3 2.1. Güneş Pili Yapısı Güneş pilleri algıladıkları ışın enerjisinden eşit sayıda pozitif ve negatif yükler oluşturarak güneş enerjisini direkt olarak kullanılabilir faydalı elektrik enerjisine dönüştüren cihazlardır. Oluşturulan pozitif ve negatif yükler fotovoltaj ve fotoakım meydana getirmek üzere ayrıştırılırlar. Negatif (elektronlar) ve pozitif (delikler) yükleri ayrıştırmak için en uygun malzemeler Silikon, Bakır-Kadmium Sülfat ve Galyum-Arsenit gibi yarıiletkenler olup, fotovoltaj güneş pillerinin üretiminde en fazla bunlar kullanılırlar. Silikon en yaygın kullanılan yarı iletken malzemedir.[6] Şekil Güneş pilinin en basite indirgenmiş eşdeğer devresi FV güneş pilinin gerilimi, akıma bağlı olarak aşağıdaki gibi elde edilebilir. (1) Yukarıdaki denklem de verilen A katsayısı bir eğri uydurma faktörü olup bu denklemden elde edilecek olan I-V karakteristiğinin deneysel olarak elde edilen gerçek I-V karakteristiğine uyumunu sağlamak için kullanılmaktadır. Bu ifade bir tek FV pilin çıkış gerilimini temsil eder. Bu ifade ile ilgili detaylı bilgiye [1] numaralı makaleden ulaşılabilir Şarj Kontrol Cihazı Kontrolör cihazı şebekeden bağımsız sistemlerde sitemin çalışmasını control etmek amacıyla kullanılır. Çoğu sistemde şarj regülatörü ve yük regülatörü olarak iki farklı birimden meydana gelir. Şarj regülatörü bataryaları aşırı şarjdan korurken, yük regülatörü bataryaları derin deşarjdan korur. Fotovoltaik panelden gelen akımı düzenleyerek aküye iletilmesini sağlar. Akünün tam dolmasını ve aşırı kullanımlarda deşarj (boşalmasını) olmasını engeller Đnvertör ve Akü Grubu 3

4 Panellerin ürettiği DC enerjiyi evlerde kullanılan AC enerjiye (220V-50 Hz) çevirir. Tam sinüs özelliği de çamaşır makinesi, bulaşık makinesi ve buzdolabı gibi endüktif yükleri karşılamak ve bozmamak için gereklidir. Đnverterin gücü aynı anda çalışacağını düşünülen cihazların anlık toplam gücüne göre seçilmelidir. Ayrıca invertor evirici çıkış gerilimindeki olumsuz harmonikleri engelleyen ve ana harmoniğin genliğini kontrol edebilen anahtarlama açılarının önceden hesap edilmesi esnasına dayanır.[6] Akü grubu ise DC gücü depo etmek ve gerek olduğunda kullanıma sunmak için bekletir. 3. YAPILAN ÇALIŞMALAR Şekil 2. Kurulmış olan sistemin bloklar halinde gösterimi Şekil 2. de gösterildiği gibi güneş panelinden elde edilen doğru gerilim bir aydınlatma paneline uygulandı. Gün ışığının teterli olduğu zamanlarda kontrlör üzerinden sadece panelden elde edilen gerilim ile beslendi. Fakat elde edilen panel gücü aydınlatma için yeterli olmadığından kontrlör aydınlatmanın yapılabilmesi için gerekli gücü akü üzerinden panele aktararak yedek besleme ünitesini devreye soktu. Akü grubu üzerinden güneş paneline paralel bağlı olan invertör ile küçük güç tüketim değerlerine sahip netbook veya LCD ekranın beslemesi sağlandı. 4

5 Şekil 3. Kurulmuş olan sistemin deneysel gösterimi 4. SONUÇ Labaratuar ortamında gerçekleştirilen bu çalışmalarda güneş pilinin gün ışığı ve ortam sıcaklığının değişmesiyle beraber artma azalma olduğu gözlendi. bu gözlem ölçü aletleriyle kayıt altına alındı ve değişik güçlere sahip panellerin üretmiş oldukları güçler karılaştırıldı. Bu sistem şebekeden bağımsız olarak çalışan bir sistemdir. Bu nedenle elektrik şebekesinin ulaştırılamadığı bölgere güneş enerjisiden elde edilen enerjinin götürülmesi için uygun bir sistemdir. Küçük güçlü olarak tasarlanan bu çalşma, yüksek güçlü ve şebeke bağlantılı sistemler için uygun hale dönüştürülerek ülkemizin yerli enerji kaynaklarına eklenebilir. KAYNAKÇA [1] Altaş Đ H, Fotovoltaj Güneş Pilleri: Yapısal Özellikleri ve Karakteristikleri, Enerji, Elektrik, Elektromekanik-3e, Nisan 1998, Sayı 47, Sayfalar:66-71, Bilesim yayıncılık A.Ş., Đstanbul [2] Çankırı ilindeki enerji tüketim değerlendirmesi, çankırı araştırmaları, yıl:5, sayı:5-6, göksu görel, çankırı, 2010 [3] Engin M, Bornova için güneş -rüzgar hibrid enerji üretimi sistemi tasarımı [4] Görel G, Elektrik üretiminde rüzgar enerjisinin yeri, türkiye ve çankiri ilindeki durumu, çankiri araştirmalari dergisi, yil:6 sayi:7 [5 ] Köroğlu T, Teke A, Bayindir K A, Tümay M, Güneş paneli sistemlerinin tasarımı Çukurova Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü. [6] Đnce M C, Gürsu B, Eviricilerin Harmonik Eliminasyonunda Optimum Anahtarlama Açılarının Genetik Algoritmalar Đle Elde Edilmesi, F. Ü. Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17 (2), , 2005 [7] Süzek F, Türkiye rüzgar enerji potansiyelinin belirlenmesi, istanbul teknik üniversitesi - fen bilimleri enstitüsü, istanbul,

6 [8] Sağlam Ş, Şebeke bağlantili fotovoltaik aydinlatmasisteminin bulanik mantik ile kontrolü, marmara üniversitesi fen bilimleri enstitüsü, istanbul 2006 [9] Özkop E, Altaş Đ H, Bir değerlendirme: enerji kaynaklarının dünü bugünü ve yarını, 3e electrotech, sayı:189, istanbul,