Fotovoltaik Sistemler "Photovoltaic Systems" Fikret KANTAROĞLU

Transkript

1 Fotovoltaik Sistemler "Photovoltaic Systems" Fikret KANTAROĞLU Özet Dünyada büyük ölçüde fosil yakıtların kullanılıyor olması, çevre sorunlarını önemli ölçüde artırmıştır. Günümüzde fosil yakıtlar denildiğinde akıllara fosil yakıtlardan kaynaklanan hava kirliliği ile beraber, fosil yakıtların tükenmekte olması, artan enerji ihtiyacı ve bunun çevre açısından daha büyük sorunlar yaratabilecek olma tehdidi, bizi yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmaya yönlendirmektedir. Ancak yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımında karşılaşılan bazı teknik sorunların çözümlenebilmesi için zamana ihtiyaç vardır ve bu da söz konusu geçişin kısa bir sürede olamayacağını göstermektedir. Türkiye'nin, güneşlenme süresi açısından avantajlı durumda oluğu göz önüne alındığında, güneş enerjisinin kullanım alanı daha da arttırılmalıdır. Isısal güneş enerjisinin kullanımı açısından ülkemiz dünya dördüncüsü durumundadır. Ancak elektrik enerjisi üretim ve kullanımı amaçlı fotovoltaik pillerin imalatı ve yaygınlaştırılması açısından bakıldığında aşılması gereken mali ve teknolojik engeller bulunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Güneş pili, güneş paneli, güneş aküsü Abstract Usage of large scale non-renewable energy sources increases vital environmental affairs in the world. Today great changes have taken place in people's mind about threat of nonrenewable energies. Not only about environmental threats like air pollution makes people anxious now. Limited amounts of non-renewable energy sourses are incoming threats for the world by increasing energy demand. Therefore tending renewable energy sources which have few environmental effects are more advantageous in all respects. Turkey is the third common user of termal solar energy of the world. But there are some financial and technical difficulties about using photovoltaics for producing electricity. However solving some technical problems like efficiency needs time and this situation explains that transition period will take some while. Keywords:Solar battery, solar panel, solar accumulator 1. Giriş Teknoloji, getirdiği yeniliklerle insanlığın yararına olduğu kadar zararına da sebep olacak pek çok sonuç doğurmuştur. Yoğun enerji talebini karşılamak amacıyla tüketilen fosil kökenli kaynaklar; ekolojik dengenin bozulmasına, dolayısıyla yerel ve küresel felaketlerin oluşmasına sebep olmuştur, insanoğlu, her geçen gün artan enerji ihtiyacını karşılamak için fosil kökenli enerjileri yoğun bir şekilde kullanmaya devam etmektedir. Bu kullanımın yaklaşık yıllık bir geleceğinin kaldığı öngörülmekle birlikte, bu enerjilerin kullanımı ciddi çevre sorunlarına da yol açmaktadır. Fosil kökenli kaynakların kullanımı ile ortaya çıkan bu zararlı emisyonlar küresel bazda ısınmalara, iklim değişikliklerine ve çevre kirliğine yol açmıştır. Gerçekte bütün enerji kaynakları güneşten türemiştir. Enerji kaynakları, üretildiği miktarlar göz önüne alınarak, "birincil enerji kaynakları" ve "ikincil enerji kaynakları" olarak iki grupta incelenebilir. Birincil enerji kaynakları; fosil kaynaklar (kömür, petrol, v.s. ), hidrolik enerji ve nükleer enerji, ikincil enerji kaynakları ise, güneş enerjisi, jeotermal enerji, gel-git enerjisi, dalga enerjisi, rüzgâr enerjisi, fizyon enerjisi vb. enerji kaynaklarıdır. Günümüzde enerjinin eldesınde büyük oranda birincil kaynaklar kullanılmaktadır. Temel enerji kaynakları hızla tükenmekte olup dünya nüfusu sürekli artmaktadır. Dünya nüfusunun enerjiye bağımlılığı, enerji açığını sürekli olarak büyütmektedir. Bu temel enerji kaynaklarının hızla tükenmesi insanlığı daha uzun ömürlü enerji kaynaklarına yöneltecektir. Güneş enerjisi genel olarak konutlarda, sanayide, tarımda, ısıl enerji uygulamalarında (proses enerjisi) ve elektrik enerjisi üretiminde (PV ve ısıl güç santralleri) kullanılır. Türkiye coğrafi konumu itibariyle güneş kuşağı içerisinde yer alıp, güneş enerjisi kullanımının uygun olduğu bir ülkedir. Ülkemizde güneş enerjisi potansiyeli coğrafi bölgelere göre değişim göstermektedir. Bu durum Tablo 1'de gösterilmiştir. Dünya genelindeki soruna ek olarak ülkemiz için bir diğer sorunda enerji tüketiminin yaklaşık %60'nın yurtdışından karşılanmaktadır. Enerji tasarrufu konusunda ciddi önlemler alınması halinde genel enerji talebinin %20-30 oranında düşürülmesi mümkün olabilecektir. Ancak alınabilecek tüm önlemler artış eğilimini ancak frenleyebilecektir. Bu sorunların aşılması yeni enerji kaynaklarının araştırılmasını ve mümkün olan sektörde kullanımını gündeme getirmektedir. Bu amaçla güneş, rüzgâr, jeotermal, biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının değişik sektörlerde uygulanabilmesi için araştırmalar sürdürülmektedir.

2 1 1 ı Tablo 1. Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağı m [2] BÖLGE TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ (kwh/m2-yıl) GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/yıl) Güney Doğu Anadolu Akdeniz Doğu Anadolu iç Anadolu Ege Marmara Karadeniz Tablo 2. Aylara göre Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri[2] AYLAR AYLIK TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ (kcal/cm2-ay) - (kwh/m2-ay) GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/yıl) Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Eylül Ekim Kasım Aralık Toplam Ortalama cal/cırp-gün 3.6 kvvh/rrp-gün 7.2 saat /gün 2. PV Sistemlerde Kullanılan Temel Ekipmanlar Güneş panelleri güneş ışığından elektrik üretirler fakat bu 12 Voltluk birdoğru akımdır. Evimizde kullandığımız cihazlar ise 220 Voltta çalışırlar. Ayrıca sistemin gün ışığı haricinde de çalışması istenmektedir. Bu sebeplerden PV sistemler çeşitli ekipmanlardan oluşurlar. PV sistemlerde kullanılan temel cihazlar; güneş panelleri, solar aküler, şarj kontrol cihazları ve çeviricilerdir. Fakat sistemin güvenli çalışabilmesi için bazı ek cihazların kullanımı da gereklidir. Sistemde cihazların paralel veya seri bağlandığı kablolar, sigorta ve diyotlar, akü dolabı, panel montaj malzemeleri, güç izleyicileri ve çeşitli sayaçlar gibi yardımcı ekipmanlarda kullanılmaktadır. Elektrik Paneli Şarj Kontrol TIS Akü Şekil 1. PV Sistem Ekipman Şeması DC yük Çevirici I AC yük

3 E 2.1 Güneş panelleri PV sistemlerde enerji güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren PV hücreler aracılığı ile olur. PV hücreleri tek başına laboratuar şartlarında 0.5 Volt gerilim üretirler. 36 adet hücrenin seri bağlanması ile 12 Volt çalışma voltajında maksimum güç üretimi 17 Volt olan paneller üretilmektedir. Panelin ürettiği akım ise panel ile orantılı olup 7 cm çapında dairesel kesitli bir PV hücresi yaklaşık 7 Amper akım üretebilmektedir. <... Hücre Modül â"! V Şekil 2. PV Panel Oluşumu Modül tarafından üretilen akım ve güç yaklaşık olarak güneş ışınım yoğunluğu ile orantılıdır. Düşen güneş ışınım değerlerine bakılarak çıkış akımı ve işlem voltajı yüklenme karakteristiği grafiğine bakılarak saptanabilir. Tepe gerilimi 17 Volt olan birsistem eğer akü ile beraber çalışıyorsa çalışma voltajı bu gerilimden düşük olacaktır. Bu yüzden çalışma voltajı 12 ile 15 Volt arasında kabul edilir. Sistem gücü akımın gerilim ile çarpılması ile bulunacağından, açık olarak sistemden çekilecek gücün de azalacağı ortadadır. Sistemden alınan güç hesabı yapılırken genellikle 12 Voltluk aküler kullanıldığında 13 Voltluk bir yüklenme ile çalışabileceği kabul edilir. Akım gerilim grafiği tüm modüller için genelleştirilmiş biçimde çizilmiştir. Grafik eğrileri düşen güneş ışınım yoğunluğuna ve hücre sıcaklığına bağlı olarak değişmektedir. Güneş ışınımı arttıkça akımın da arttığı görülmektedir. H üc re sıcaklığının artması ise akım artırırken sistem voltajını düşüreceğinden güç üzerinde olumsuz bir etki yapmaktadır. Eğri üzerinde maksimum gücün elde edildiği yer eğrilerin dirsek yani eğilmenin olduğu kısımdır. Güneş panelleri gölgelenmeye karşı aşırı d uyarlıdırlar. Termik güneş panellerinin aksine PV paneller yapraksız ağaçların dallarından bile aşırı verim düşmesine uğrarlar. Bu yüzden panellerin montajında gölgelenmemesine ayrı önem gösterilmelidir. Aşağıdaki gölgelenme örneklerinde bile güç yarı yarıya düşmektedir. Şekil 3. Gölgelenme Örnekleri Gölgelenmeler hafif ve sıkı gölgelenme olarak iki şekilde gerçekleşir. Eğer ağaç dalları, çatı mahreci, baca gibi gölge verici yapılar sisteme uzakta bulunuyorsa, gölgeleri dağınık ve yayılmış olarak panel üzerine düşecektir. Bu hafif gölgelenmeler bile önemli derecede düşen güneş ışınım yoğunluğunu azaltacaktır. Güneş ışığının hücre üzerine düşmesini engelleyen herhangi bir nesne, ağaç dalı veya kuş konması sıkı gölgelenme olarak adlandırılır. Bazı sıkı gölgelenmelerde panel hiç elektrik üretemediği veya çok küçük bir gücü sisteme yollamak zorunda kaldığı bile olabilmektedir. Güneş pili hücreleri panelde seri olarak bağlanmaktadırlar. Eğer bir hücrenin vereceği güç gölgelenme nedeni ile düşerse diğer hücreler onun düştüğü güce inmek zorunda kalacaklardır. Yani bir panelde bir hücrenin yarısının gölgelenmesi ile tüm panelin yarısının gölgelenmesi arasında birfark yoktur. Kirlenme de gölgeleme etkisi yapacağından, %3 mertebelerinde kayıplara yol açabilmektedir. Tüm yıl boyunca maksimum güneş ışınımını yakalayabilmek için güneş panelleri bulunduğu yerin enlemine eşit olarak ve kuzey yarım kürede tam güneye doğru eğilmelidir. Kış mevsiminde modülün açısı enlem açısının 15 derece fazlasına ve yaz aylarında ise enlem açısının 15 derece aşağısına getirildiğinde mevsimlere göre en uygun ışınım yoğunluklarını toplayabiliriz. Herhangi bir anda montaj açısı tam güneş doğrultusunda olduğunda, sistemden maksimum gücü alabiliriz. Güneş ışınımını takip eden sistemler günümüzde PV sistemlerde kullanılmaya başlanmıştır; fakat maliyeti yüksek olduğundan talep azdır. Montaj açıları hesaplanırken bölgemizin enlemine, çatının açısına bakılır. Panellerde güneş ışınımının düşme açısı ile panel açısı arasında 15 derecelik bir kaçıklığa kadar sistem veriminin % 5 civarında 15 dereceden daha fazla kaçıklıklarda ise % 15'e varabilen verim düşmeleri hesaba katılmalıdır. om GOiNfifÿnt»» Ç. Yatay tamn MODÜL ıpflauoarıytthf Şekil 4. Güneş Paneli Montaj Açısı 2.2 Şarj Kontrol Cihazları Şarj kontrol cihazının PV sistemlerdeki temel görevi gece ve kapalı havalarda panel geriliminin akü geri I im i n i n altına düştüğü durumlarda akımın ters yönde yani aküden panele akmasını önlemektir. Basit sistemlerde bloklama diyotları veya seri bağlı sigortalar kullanarak da ters akımı önleyebiliriz. Şarj kontrol cihazları içinde akımı makaslayarak yönünü değiştiren transistörler mevcuttur. Bu transistörler önündeki gerilim

4 Makale Article yükselmedikçe akımı geçirmezler. Akülerin fazla enerji ile dolmasını engeller. Eğer akü fazla yüklenirse çabuk bozulabilir. Akü dolarken panelden gelen akımı keserler. Nitekim aküler az akımla da dolarken zarar görebileceklerinden, akım gerekli seviyeye yükselene kadar da yüklemeyi durdururlar. Daha sistemli regülatörlerde akünün tam dolu olmasını sağlayan MPPT "maksimum güç sağlayıcıları" vardır. Akülerin %80'lik kısmının şarj edilmesi kolaydır; fakat son %20'lik dilimin şarj edilmesi gittikçe güçleşmektedir. Bunu ancak MPPT kullanarak çözebiliriz. 2.3 Güneş Aküleri Aküler diğer tüm ekipmanların üzerine bağlandığı ve elektrik hattından bağımsız sistemlerde üretilen enerjinin depo edilip sonradan kullanımını sağlayan ekipmanlardır. Aküler sık bakım gerektirirler. Eğer akülerin bakımları aksatılırsa akünün ömrü kısalır ve tüm sistemde de sorun yaratabilir. PV sistemlerde kurşun oksit kuru aküler tercih edilir. Islak akülerin maliyeti düşüktür; fakat bakım gereksinimi fazladır. Jel fipi akülerde ise yüklenme yavaş olacağından verim düşüktür. Uzun zamanlı akülerin kullanılması PV sistemler için daha avantajlıdır. Uzun ömürlü akülerde kurşun plakalar daha kalındır; fakat yüzeyleri daha küçüktür. Bu da yüksek akım üretmesini engeller. % 80 verimle yükleme ve boşalma yapabilirler. Bu tip akülere uzun ömürlü denmesinin sebebi, sistemin çektiği akımı uzun süreli erebilmelerindendir. Akünün yüklenme boşalma hızları çekilen veya gönderilen akım miktarına ve çevre sıcaklığına bağlı olarak değişim gösterir. Soğuk havalarda aküdeki kimyasal reaksiyonların hızları düşerken, sıcak havalarda tam aksine reaksiyon hızlarında artış görülür. Aynı tip soğuk akü sıcak aküye göre aynı zaman diliminde daha az amper verir. Akülerin çalışması için kabul edilebilir sıcaklıklar 26 C ile 16 C arasına denk gelmektedir. Bu sebeple aküleri dışarıda bırakmamalı, mümkünse ısıtıcılar ve vantilatörlerin olduğu özel dolaplarda saklamalıyız. Yüksek ve düşük sıcaklıklar ise akünün ömrünü önemli ölçüde azaltmaktadır Çeviriciler Çeviriciler PV sistemde aküden gelen doğru akımı şebeke akımı olan alternatif akıma çevirir. Ülkemizde 50 Hz frekansında 220 Voltluk gerilimde akıma dönüştüren çeviriciler kullanılmaktadır. Çeviriciler, ilk olarak aşırı yüklenmeyi karşılayabilecek donanıma sahip olmalıdır. Yeni tip çeviricilerden %85 ile %95 arasında verim alınabilmektedir. Piyasada iki tip çevirici satımı ağırlık kazanmıştır. Kare dalgalı watt başına maliyeti daha düşüktür; fakat istenilen verimi sağlayamaz. Sinüs dalgalı çeviriciler ise şebekeye bağlı sistemler için daha uygundur. Fakat kendi güç aralığı içersinde çalışabilmekte ve hassas elemanlarla beraber çalıştırılması gerekeceğinden; watt başına maliyeti daha yüksek olmaktadır. Çeviriciler sistemin pahalı parçalarından biri olmasının yanında, çeşitli güvenlik ekipmanlarına da ihtiyaç duyarlar. Çevirici-akü kablosu üzerinden yüksek miktarda akım geçeceğinden, bu kablo kalınlığının 5 ile 10 cm arasında seçilmesi gereklidir. Doğru akımın girdiği uca ve çevirici çıkışına bloklama diyotu ve sigorta konulmalıdır. Sistem akımının ve voltunun okunabileceği ölçüm aletleri de paralel bağlanabilir. 3. Güneş Pilleri Güneş pilleri güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren yarıiletken aygıtlardır. Elektronik sanayinde önemli bir madde olan silisyum, güneş pilinin de en yaygın hammaddesidir. Teknolojik olarak tek kristalli, çok kristalli ve amorfyapılı üretilen güneş pilleri ticari olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır ve verimleri sırasıyla; modüler bazda, % 15-17; % 12-14; % 5-8 olarak verilebilir. Laboratuvarlarda ulaşılan en yüksek pil verimleri ise; 1 cm2 ' ik pil alanı için: Kristalsi güneş pili: % 25; polikristal-si güneş pili: % 20; amorfsi güneş pili: %13 olarak verilmektedir. Bu tek eklemli güneş pillerinden başka laboratuvar ortamında geliştirilmiş olan çok eklemli (TANDEM) güneş pilleri ile % 33 verimlere ulaşılmıştır. Teorik olarak ulaşılacağı tahmin edilen verim ise % 40'dır. Son yıllarda ticari ortama girmiş olan geleneksel Si güneş pillerinin yerini alabilecek verimleri aynı ama üretim teknolojileri daha kolay ve daha ucuz olan güneş pilleri üzerinde de çalışmalar yoğunlaştırılmıştır. Bunlar; fotoelektrokimyasal çok kristalli Titanyum Dioksit piller, polimeryapılı Plastik piller ve güneş spektrumunun çeşitli dalgaboylarına uyum sağlayacak şekilde üretilebilen enerji band aralığına sahip Kuantum güneş pilleri gibi yeni teknolojiler oluşturulmaktadır. Yüzeyleri kare ya da dikdörtgen şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm civarında, kalınlıkları ise 0,2-0, 4 mm arası ndadı r[5]. Güneş pili yapımında kullanılan malzemelerin verimlilik durumları oldukça önemli değişkenler olarak karşımıza çıkmaktadır. Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi güneş pilleri de, yarı-iletken maddelerden yapılırlar. Yarı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş pili yapmak için en elverişli olanlar, kristal silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Güneş pili yapımında kullanılan bu maddeleri ve verimlerini kısaca inceleyecek olursak; 3.1. Kristal Silisyum Kristal silisyum kullanılarak üretilen güneş pillerinin tek kristalli ve çok kristalli gibi çeşitleri bulunmaktadır. Tek-kristal silisyum malzeme, güneş pili üretiminde yüksek verim için kullanılan malzemelerden biri olmakla birlikte, üretim maliyeti yüksektir[5j. Tek kristal Silisyum bloklardan üretilen güneş pilleri laboratuar şartlarında

5 3.2. İnce Film Güneş Pilleri Yapılan ARGE çalışmaları ile yarı-i letken malzemenin geniş yüzeyler üzerine ince film şeklinde kaplanması yöntemi çekici bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışmalar, güneş pilleri üretiminde kullanılabilecek birçok yarı-iletken malzemenin düşük maliyetlerde cam, metal ya da plastik folyo gibi tabakalar üzerinde geniş yüzeylere kaplanabileceğini gösterm işti r[5]. Verimlilikleri %18'lere kadar çıkmış olan ince film güneş pillerinin uzun dönem kararlılıklarının istenilen düzeylere ulaşmamış olması, üretici firmaların kararlılıklarını ince film güneş pilleri arasında üç etkilemektedir[5]. büyük aday öne çıkmaktadır. Bunlar; amorf silisyum, kadmiyum ve tellür elementlerinden meydana gelen birleşik yarı-iletken kadmiyum tellür ve bakır, iridyum, selenyum elementlerinin bir aralığı olan bakır iridyumdıselenid bileşik yarı i letkend i r[5]. Kristal yapı özelliği göstermeyen Amorf silisyum pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modüllerde ise %5-7 mertebesindedir. Çok kristal yapıda bir malzeme olan Kadmiyum Tellürid (CdTe) ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuar tipi küçük hücrelerde %1 6, ticari tip modüllerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir. Laboratuar şartlarındaki küçük alan Bakır indiyum diselenid (CulnSe2) pillerin verimliliği %18'e ulaşırken, 900cm2 yüzey alana sahip modüllerin verimi ancak %15 dolayı ndad ı r[5] 3.3. Mikrokristal Silisyum Mikrokristal silisyum ince film malzemeler ekonomik bir şekilde ileri teknoloji prosesleri ile üretilebilen, çevreye zarar vermeyen, yenilenebilirenerji üreten güneş pillerinin aktif malzemesi olarak kullanılmaktadır. Üretimi günümüzde kullanılan tek kristal silisyum güneş pillerine göre çok daha ucuza olmaktadır Galyum Arsenit (GaAs) Bu malzemeyle laboratuar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğ un laştı rıcı 1 1) verim elde edilmektedir. Diğer yarı iletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştı rıcılı sistemlerde kullanılmaktadır. 4.PV Sistem Uygulaması iki PV sistem çeşidi bulunmaktadır: Şebekeden bağımsız sistemlerve şebekeye bağlı sistemler. Bunların isimleri sistemlerin harici elektrik kaynağı için olan temel özelliklerin göre tanımlanmaktadır(kamu bağlantısı gibi) Şebekeden Bağımsız Sistemler (Stand-Alone System) Şebekeden bağımsız sistemler; herhangi bir dış elektrik bağlantısı olmadan, dikkatlice tasarlanmış sistemlerdir. Bu sistemler, en eski PV donanım sistemleridir çünkü şebekeden bağımsız yalnız birimler için elektrik problemini halledebilecek tek çözüm yoludur. Şebekeden TTMD Temmuz Ağustos bağımsız sistemler genellikle ışıklandırma, demiryolu, yaya geçidi ışığı, yalnız pompalar, ev aydınlatılması, botlar, yatlar, güneşe maruz kalan küçük konutlar ve benzeri yerlerde elektrik sağlarlar. Bu sistem uygulamalarının ortak özelliği elektrik şebekesinden faydalanmanın mümkün olmamasıdır. Pratik güneş panelleri ile (fiziksel veya ekonomik bakış açısı) yükleme, sağlanandan daha büyük olursa ve özellikle yükleme piki sürekliden ziyade periyodik olursa, bir yakıt-güç jeneratörü sisteme eklenebilir. Akü destekli şebekeden bağımsız sistem olarak bilinen bu sistem, çoğu kez şebekedeki elektrik kesintisi durumunda uzak konutlarda kullanılarak elektrik üretimi problemindeki ekonomik ve çevreci çözüm olmuştur. Sistem çeşitlerinin şematik diyagramı şekil 5, 6 ve 7'de gösterilmiştir. 7 7 n FAMIİIR / / I latnk» Şekil 5. Tipi direk bağlantılı PV montajındaki elektrik oücü beslemes O K. "Mi BÿluM.rÿP Şekil 6. Şebekeden bağımsız PV montajının sistematik diyagramı Şekil 5 ve 6'da gösterilen sistemlerin farkı enerji depolama biriminin kullanılmasıdır. En önemli durum bataryadır. Şekil 5'deki direk bağlantılı sistem, güç seviyesi sıfır olan akşam saatlerinden maksimum olan öğle saatlerine kadar değişen zamanlarda müsaade edebilen yüklemelerde uygulanabilirdir. Bunların ortak noktası, pozitif yer değişim pompası için DC motoru kullanan su pompalarıdır. Benzer montajlarda sistem çoğu zaman yavaş olduğundan kaynaklı, yüksek su tankı kullanılır. Dolum hızı su sisteminin kullanılırlığına etkilemez. Güneş kaynağının azalan periyodunun(bulutlu günler) ve tam karanlık periyodunun kullanımı için saatlik güneşe maruz kalma piki boyunca üretilmiş depolanan fazla enerji, depolama bataryası kullanılarak şebekeden bağımsız sistemde saklanmıştır. Bu örnek çoklu olarak şekil 2'de gösterilmiştir. Uygun bileşen seçimiyle şebekeden bağımsız PV sistemleri yıl boyunca konutlarda, küçük ticari kuruluşlarda ve diğer şebekenin bulunmadığı alanlarda kullanılabilirdir.

6 Şebekeden bağımsız sistemler eğer dahili çevirici tarafından herhangi birac yükü gerekirse, birdc-ac çevirici dahil edilebilir. Tek merkezi çeviricinin veya dağıtılacak olan çeviricilerden hangisinin kullanılacağının seçimi önemli bir ekonomik karardır. Floresan lambalar uygun bütünleşmiş çevirici balastlarla ışık kaynağı olarak uygundur. Sistem dizaynı esnasında birimlerin gerçekleştirilen hızlı değişimi ve dikkatli çalışılmasına rağmen, bazı mutfak ekipmanları veya depolanan güç formatı DC'e uygun değildir. Şekil 6'da gösterilmiş şebekeye bağlı olmayan sistemlerin aynısı olan ekstra küçük, AC jeneratörlü akü destekli şebekeye bağlı olmayan sistemler şekil 7'de gösterilmiştir. Bu istemler çamaşır yıkama veya bir başka büyük AC motor çalışan uygulamaların yapıldığı ağır AC yüklemelerinde işletilmektedir. Soğutma ve hava koşullandırma gibi adeta devamlı yüklemelerde, büyük PV sistemi dikkate alınabilir. Sürekli çalışan bir motor-jenerator seti ses ve hava kirliliği kaynağıdır ve fosil yakıt kaynağı tüketmesi böyle bir kurulumu, tamamen sessiz, kirliliğe yol açmayan, yenilenebilir kaynaklı, güneş enerjisiyle çalışan PV kurulumuyla tamamen ters düşer. ı rvr*»h r IHkJIHF Şekil 7. Karışık şebekeden bağımsız PV sistemleri için bir uygulama 4.2. Şebekeye Bağlı Sistem (Grid-Connected System) Net ölçümün (net-metering) oluşumundan önce; güç satın alımındaki ekonomik avantajların fazla olmasından dolayı,az olan kamu şirketleri şebekeden bağımsız PV sistemlerine hizmet vermekteydi. Bugün bile, PV sistem malzemelerinin gelişmesine rağmen, önceki PV sistemleri üzerindeki geri ödeme periyodu bir ekonomik sorun yaratmaktadır. Fakat bu durum ilerde değişebilir. Şebekeden bağımsız düzenekte, sistem süresince batarya maliyetleri PV panellerini aşabilir. Kurşun-Asit bataryaları nispeten ucuz fakat kısa ömürlüdür; nikelkadmiyum bataryaları uzun ömürlü fakat daha pahalıdır. Değişen bataryalarla enerji depolanır ve kamu bağlantılı şebekeden bağımsız sistem aynı amaç doğrultusunda verimli bir şekilde hizmet eder. Yeni yapılmış PV malzemeli binalarda ekonomik avantajları bulunmaktadır. Ekonomik PV sistemleri uygun geri ödemelerle de kurulabilir. Bu sistemlerin bir şematik diyagramı şekil 8'de gösterilmiştir. <//// // / / [HV v / 1 'TJzr i : O VS~ Şekil 8. Net ölçümleme için şebekeye bağlı PV sistemlerinin şematik çizimi Diyagramda da gözüken çevirici PV panellerindeki DC çıkışı AC türüne çevirir ve bu akımı elektrik sayacı (electric meter) (kwh) vasıtası ile şebekeye besler. Bu çevirici; şebekede kesinti meydana geldiğinde PV sistem bağlantısını anında kesebilen bir güvenlik şalteri ile donatılmıştır. Bu; PV elektrik gücünün tüketileceği sırada bakım personelini emniyetini garanti altına almak için kullanılan bir elektrik şebekesi gereksinimidir. Son zamanlarda, çevre dostu PV sistemlerinin daha fazla kullanımını desteklemek için, bazı kamu şirketleri mevcut binalardaki küçük montajlara, birbirinden ayrı PV modüllerine izin vermektedir. Bu birimler bina içerisindeki uygun yerlere takılıp, bina için güç sağlayabilir. Geri dönüştürülebilir enerji sayacı yolu ile şebeke içerisine yapı beslemesi tarafından her hangi bir fazladan elektrik enerjisine ihtiyaç duymamaktadır. Bu uygulama şekil 5'de gösterilmektedir. HerPV modülü daha öncede bahsedildiği gibi emniyet şalteri, yüksek kalite çevirici ile donatılmıştır. Bilinen ticari mevcut birimler 1 00 W peak,85 W nominal,120 V,60 Hz, ölçüleri yaklaşık olarak 2 ft x 4 ft x 4 in.(610 mm x 1220 mm x 50 mm) ve ağırlığı 25 lb(11 kg)'dur. Bu birimlerin avantajı kullanıcılar bir veya iki modülle başlayıp daha sonra isteğe göre bunun genişletilebildiği, ilk yatırımlarının yüksek olmadığı, profesyonel bir montaj için elektrik personeline gerek duyulmadığı kurulum sağlamaktadırlar. Bazı güç şirketleri duvar çıkışından fiziksel bağlantısız fiş üzerine dayanandan ziyade her PV birimi için ayrı bağlantısız değiştirici talep etmişlerdir. M A ET Şekil 9. Şebekeye bağlı PV sistem kullanımının şematik gösterimi

7 5.Sonuç Güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirmenin, basit, çevre dostu olan fotovoltaik sistemlerin araştırılması ve geliştirilmesi, maliyetinin düşürülerek yaygınlaştırılması misyonu uzun yıllar üniversitelerin yüklendiği ve yürüttüğü bir görev olmuş ve bu nedenle kamuoyunda hep laboratuarda kalan bir çalışma olarak kalmıştır. Ancak son yirmi yılda dünya genelinde çevre konusunda duyarlılığın artmasına bağlı olarak kamuoyundan gelen baskı, çok uluslu büyük şirketleri fosile dayalı olmayan yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları konusunda çalışmalar yapmaya zorlamışlardır. Büyük şirketlerin devreye girmesiyle fotovoltaik piller konusundaki teknolojik gelişmeler ve güç sistemlerine artan talep ve buna bağlı olarak büyüyen üretim kapasitesi, maliyetlerin hızla düşmesini de beraberinde getirmiştir. Yakın geçmişe kadar alışıla gelmiş elektrik enerjisi üretim yöntemleri ile karşılaşıldığında çok pahalı olarak değerlendirilen fotovoltaik güç sistemleri, artık yakın gelecekte enerji üretimine katkı sağlayabilecek sistemler olarak değerlendirilmektedir. Türkiye enerjide dışa bağımlı bir ülke olduğundan, enerji bağımlılığını azaltacak her türlü yerli kaynaklarını değerlendirmek durumundadır. "Güneş Enerjisi" de bu enerji kaynaklarından biridir ve güneş enerjisi açısından zengin sayılabilecek bir ülkedir. PV teknoloji henüz konvansiyonel kaynaklarla şehir içi şartlarında rekabet edebilecek durumda olmamasına rağmen uzun vadede bu sistemler ekonomik olabilecek gibi görünmektedir. Kaynaklar [1] Reinhard H. The value of photovoltaic electricity for society, Solar Energy ; 54 ( 1 ) : [2] Elektrik işleri Etüt idaresi Genel Müdürlüğü (2009). (Türkiye'de Güneş Enerjisi) [3] G a b I e r H. Autonomous power supply with photovoltaics: photovoltaics for rural electrificationreality and vision, Renewable Energy 1998;1 5: [4] Loster,M. (2006). Total primary energy supply: Land area requirements. I/so la r_l an d_area/ [5] Youth for Habitat; International Network(2008). pi Ileri/fotovoltai k%20gu nes%20pi Ileri. html [6] İzmir ileri teknoloji Enstitüsü (2008). arastirmaprojesi.htm G. E.Ahmad, Photovoltaicpowered rural zone family house in Egypt. Renewable Energy 26, , 2002 Kısa Özgeçmiş Fikret KANTAROĞLU 1977 yılında Ankara'da doğdu. Hacettepe maden mühendisliği fakültesinden başarıyla mezun olduktan sonra yurtdışında Bilişim teknolojileri ve proje yönetimi konularında masterını tamamladı. Yurtdışında 4 yıl boyunca farklı şirketlerde proje danışmanlığı ve yazılım konusunda profesyonel yöneticilik yaptı yılında sıhhi tesisat, geri dönüşüm ve termal konfor konularında hizmet veren Ertem A.S. firmasına katildi. Halen bu şirkette is geliştirme müdürü olarak çalışmalarına devam etmektedir.