[Full Papers:0093] AKSARAY ĠLĠNĠN GÜNEġ ENERJĠSĠ POTANSĠYELĠNĠN ĠNCELENMESĠ

Transkript

1 [Full Papers:0093] AKSARAY ĠLĠNĠN GÜNEġ ENERJĠSĠ POTANSĠYELĠNĠN ĠNCELENMESĠ Yasin BEKTAġ 1, Fatih YILMAZ 1 1 Aksaray Üniversitesi Teknik Bilimler MYO Elektrik-Enerji Bölümü, Aksaray 1 e-posta: yasinbektas@aksaray.edu.tr 2 e-posta: fatihyilmaz@aksaray.edu.tr ÖZET Petrol ve petrol ürünlerinin yakıt olarak kullanılması sonucu atmosfere atılan zehirli gazların küresel ısınmaya yol açması sonucu her geçen gün dünya ciddi bir tehdit altına girmektedir. Zehirli gazlar atmosferde bir tabaka oluģturup dünyanın yüzeyine gelen ıģınları yansıyarak dünyayı terk etmesine engel olmakta ve bu da dünyada bir ısınmaya yol açmaktadır. Bu gibi sebeplerden dolayı elektrik üretimi sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynaklarına olan eğilim artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en baģında da güneģ enerjisi gelmektedir. Aksaray ili güneģ enerjisi potansiyeli yıllık olarak ortalama KWh/m 2 yıl dır. GüneĢ pilleri veya daha yaygın isimleriyle, fotovoltaik piller, üzerlerine düsen güneģ ıģınımını doğrudan elektrik enerjisine dönüģtüren düzeneklerdir. Bu çalıģmada 100 KW Kurulu gücü olan Aksaray Üniversitesi Teknik Bilimler MYO daki aydınlatma sisteminin elektrik ihtiyacını güneģ enerjisi destekli bir sistem ile karģılanması araģtırılırmıģtır ve aynı zamanda bu kurulu gücün maliyet hesabı da yapılmıģtır. Sistemin Aksaray ili için verimli olup olmadığı incelenmiģtir. Anahtar Kelimeler: Aksaray, güneģ enerjisi, fotovoltaik sistem ABSTRACT Petroleum and petroleum products used as a fuel discharged into the atmosphere as a result of toxic gases causing global warming as a result incurs a serious threat to the world every day. Create a layer of toxic gases in the atmosphere to the earth's surface by reflecting the rays to leave the world, and this hinders a warming world leads. Such reasons of renewable energy sources in electricity generation system that trend is increasing. Renewable energy sources Solar energy comes in the beginning. Aksaray an average annual solar energy potential is kwh/m 2 -year. Solar cells or with more common names, photovoltaic cells, solar radiation falling on them are devices that convert electrical energy directly. In this study, with an installed capacity of 100 KW Aksaray University of Technical Sciences of the lighting system with solar energy electricity needs to be met by a system that has been investigating and also cost calculation is made of the installed capacity. The system is efficient or not efficient for Aksaray were examined. Keywords: Aksaray, solar energy, photovoltaic systems 1.GĠRĠġ Ülke politikalarında hemen hemen enerji baģrolü oynamaktadır. Bir noktada bir ülkenin bağımsızlığı artık kendi enerjisini karģılayabilme potansiyeli ile belirlenmektedir. Enerji olmadan endüstri, endüstri olmadan refah ve mutlu toplum veya bağımsızlığını koruyabilme yeteneği olmayacağı için enerjisiz bir ülke geleceği düģünülemez. Bugün dünya ticari enerji talebinin yaklaģık % 80 kadarı karbon bazlı fosil (petrol, doğalgaz, kömür, linyit, asfaltit) yakıtlarından, geri kalan % 10'u da nükleer ve hidrolik enerji kaynaklarından karģılanmaktadır. Dünya Enerji Forum unun tahminlerine göre; fosil enerji kaynaklı petrol, kömür ve doğalgaz rezervlerinin günümüz Ģekliyle tüketilmesi halinde önümüzdeki yüzyıl içerisinde bu yakıtlar tükenmiģ olacaktır [1]. Bu üç temel kaynağın dıģındaki enerji kaynakları ise alternatif enerji kaynakları olarak tanımlanır. Hiç Ģüphesiz en temel alternatif enerji, tasarruf veya izolasyon ile kazanılan enerjidir. Tablo 1 de dünyadaki enerji kaynaklarının kullanım alanı verilmiģtir [2]. 366

2 Tablo 1. Dünya da ki enerji kaynakları kullanımı DÜNYA DA ENERJĠ KAYNAKLARI KULLANIMI (%) PETROL 34.8 KÖMÜR 23.5 DOĞALGAZ 21.5 HĠDROLĠK GÜÇ 2.3 NÜKLEER 6.8 GÜNEġ, RÜZGÂR, JEOTERMAL VE DĠĞER YENĠLENEBĠLĠR 11.5 TOPLAM 100 Fosil yakıtların sınırlı olmasından dolayı dünya da her gecen gün yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmaktadır. Elektrik üretim sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynakları önemli yer teģkil eder. Bu sebeplerden dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarına olan yatırım önümüzdeki yıllarda da artarak devam edecektir. ġekil 1 de gelecekteki yenilenebilir enerjiye yatırım miktarı verilmiģtir [2]. ġekil yılları arası dünya yenilenebilir enerjiye yatırım miktarı Yenilenebilir enerji kayaklarının içerisinde de hiç Ģüphesiz en önemli olanı güneģ enerjisidir. GüneĢ ve çevresinde dolanan gezegenlerden oluģan güneģ sistemi dünya için, temel bir enerji kaynağıdır. Özellikle, dünyada yaģayan canlılar vazgeçilmez bir kaynaktır. Bugün kullanılan çeģitli enerji kaynaklarına büyük kısmı, güneģin sebep olduğu olaylar sonucu ortaya çıkar. Günlük güneģ enerjisi ile dünya aydınlatılabilmekte; yağıģlar ile su döngüsü sağlanabilmekte ve en önemlisi de, fotosentez ile canlı yaģam sürdürülebilmektedir. GüneĢ yarıçapı km (dünya yarıçapının yaklaģık 109 katı), kütlesi 2x1030 kg (dünya kütlesinin yaklaģık katı)olan bir yıldızdır. GüneĢ kendi ekseni çevresinde dönmektedir. Bu dönüģ, güneģ ekvator bölgesinde 24 günde, kutup bölgelerinde de 30 günde olmaktadır. GüneĢin merkezinde, temelde hidrojen çekirdeklerinin kaynaģmasıyla füzyon reaksiyonu meydana gelir. GüneĢin merkezinde ve yaklaģık milyon derecedir. GüneĢin yaklaģık % 90 ı hidrojendir. GüneĢin kor denilen kısmında hidrojen çekirdekleri füzyon yaparak helyum çekirdekleri oluģmakta ve bu tepkimeler sonucu büyük bir enerji ortaya çıkmaktadır. Dünya hem kendi çevresinde dönmekte, hem de güneģ çevresinde eliptik bir yörüngede dönmektedir. Bu yönüyle, dünyaya 367

3 güneģten gelen enerji hem günlük olarak değiģmekte, hem de yıl boyunca değiģmektedir. Dünya atmosferinin dıģında güneģ enerjisinin Ģiddeti sabit ve 1370 W/m 2 değerindedir, yeryüzünde ise W/m 2 değerleri arasında değiģim gösterir [3] Türkiye coğrafi konumu itibariyle güneģ kuģağı içerisinde yer almakta olup, güneģ enerjisinden yararlanma potansiyeli yüksektir. Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneģlenme süresi 2640 saat (günlük 7,2 saat), toplam ıģınım Ģiddeti 1311 kwh/m 2 -yıl (günlük 3,6 kwh/m 2 ) olduğu tespit edilmiģtir. Türkiye de güneģlenme süresi birçok Avrupa ülkesininkinden fazladır. Buna rağmen Avrupa bize oranla güneģten daha fazla yararlanmaktadır. Ülkemiz yenilenebilir enerji kaynakları yönünden dünyanın en zengin ülkelerinden birisidir. GüneĢ Enerjisinde yılda 380 milyar kwh/yıl elektrik elde edebilecek potansiyeli mevcuttur. ġekil 2 de Türkiye nin güneģ enerjisi atlası ve aylık ortalama güneģ enerjisi rayadsyon değerleri verilmiģtir.[3] ġekil 2. Türkiye nin aylık ortalama güneģ radyasyon değerleri ve güneģ enerjisi atlası Aksaray ili km² yüz ölçümüne sahip Ġç Anadolu bölgesinde yer almaktadır. Türkiye nin en fazla güneģ enerjisi potansiyeline sahip il olan Karaman ili sınırlarına yakındır. Aksaray ilin güneģ enerjisi potansiyeli yıllık olarak ortalama kwh/m 2 yıldır. Bu değere bakıldığında güneģ enerjisi potansiyelinin oldukça iyi olduğu anlaģılmaktadır. ġekil 3 de Aksaray ili güneģ enerjisi potansiyel atlası verilmiģtir. [3] 368

4 GüneĢ enerjisinin avantajları; ġekil 3. Aksaray ın aylık ortalama güneģ radyasyon değerleri ve güneģ enerjisi atlası GüneĢ enerjisi tükenmeyin bir enerji kaynağıdır. GüneĢ enerjisi, temiz bir enerji türüdür. Gaz, duman, toz, karbon veya kükürt gibi zararlı maddeleri yoktur. GüneĢ, tüm dünya ülkelerinin yararlanabileceği bir enerji kaynağıdır. Bu sayede ülkelerin enerji açısından bağımlılıkları ortadan kalkacaktır. GüneĢ enerjisinin bir diğer özelliği, hiçbir ulaģtırma harcaması olmaksızın her yerde sağlanabilmesidir. GüneĢi az veya çok gören yerlerde biraz verim farkı olmakla birlikte, dağların tepelerinde vadiler ya da ovalarda da bu enerjiden yararlanmak mümkündür. GüneĢ enerjisi doğabilecek her türlü bunalımın etkisi dıģındadır. Örneğin, ulaģım Ģebekelerinde yapacakları bir değiģiklik bu enerji tümünü etkilemeyecektir. GüneĢ enerjisi hiçbir karmaģık teknoloji gerektirmemektedir. Hemen hemen bütün ülkeler, yerel sanayi kuruluģları sayesinde bu enerjiden kolaylıkla yararlanabilirler. GüneĢ enerjisinin dezavantajı: GüneĢ enerjisinin yoğunluğu azdır ve sürekli değildir. Ġstenilen anda istenilen yoğunlukta bulunamayabilir. GüneĢ enerjisinden yararlanmak için yapılması gereken düzeneklerin yatırım giderleri bugünkü teknolojik aģamada yüksektir. GüneĢten gelen enerji miktarı bizim isteğimize bağlı değildir ve kontrol edilemez. Birçok kullanım alanının, enerji arzı ile talebi arasındaki zaman farkı ile karģılaģılmaktadır. GüneĢ enerjisinden elde edilen ıģınım talebinin yoğun olduğu zamanlarda kullanılmak üzere depolanmasını gerektirir. Enerji depolaması ise birçok sorunu beraberinde getirmektedir. Bu çalıģmada 100 kw kurulu gücü olan Aksaray ilinde Aksaray Üniversitesi Teknik Bilimler MYO daki aydınlatma sisteminin elektrik ihtiyacını güneģ enerjisi destekli bir sistem ile karģılanması araģtırılırmıģtır ve aynı zamanda bu kurulu gücün maliyet hesabı da yapılmıģtır. Sistemin Aksaray ili için verimli olup olmadığı incelenmiģtir. 369

5 2. FOTOVOLTAĠK SĠSTEMLER GüneĢ pillerinin çalıģma ilkesi, Fotovoltaik olayına dayanır Fotovoltaik etki ilkesine göre üzerine ıģık düģen malzemelerde elektron hareketi olayı gözlemlenir. GüneĢ pilleri (fotovoltaikler) üzerine güneģ ıģığı düģtüğünde, güneģ enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren yarıiletken malzemelerden oluģan düzeneklerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire Ģeklinde OLABĠLĠR. GüneĢ pillerinin alanları genellikle 100 cm 2 civarında, kalınlıkları ise mm arasındadır.[4] GüneĢ ıģınlarını elektrik enerjisine çeviren cihazdır. Verimleri panel tipine göre değiģmekle birlikte % arasındadır. Laboratuvar çalıģmaları devam etmekte olup verim değerlerinin yükseltilmesi hedeflenmektedir. Türkiye Ģartlarında güneģlenme süresi; kıģın 5 saat, sonbaharda 7 saat ve yazın 11 saattir. Paneller, ortam koģullarının elveriģli olması durumunda nominal güçlerini üretebilirler. Panel camının kirli olması, güneģ ıģınlarının geliģ açısının dik olmaması, havanın çok sıcak veya çok soğuk olması panel verimini düģürecektir. Bu yüzden hesaplanan güç değerinin biraz yukarısında bir değerde panel kullanmak uygun olacaktır.[5] ġekil 4. PV- Sistemi [6] GüneĢ enerjisi, güneģ pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. GüneĢ pili yapımında yarı iletken malzemeler kullanılmaktadır Silisyum kullanılan en yaygın malzeme olmaya devam etmektedir GüneĢ pili, tek/çok kristal blok veya tabakadan elde edilerek dilimlenmiģ kalın kristal malzemeden veya bir taģıyıcı üzerinde oluģturulmuģ çok kristal veya amorf ince film tabakalardan üretilmektedir. GüneĢ pili yapımında kullanılan malzemeler;[7] Kristal Malzeme: Kristal Silisyum, Galyum Arsenit (GaAs) Ġnce Film Malzeme: morf Silisyum, Kadmiyum Tellürid (CdTe),Bakır Ġndiyum Diselenid (CulnSe2) Optik YoğunlaĢtırıcılı Hücreler GüneĢ enerjisi sistemleri Ģebekeye bağımlı ve Ģebekeden bağımsız sistemler olmak üzere genel olarak ikiye ayrılır. 370

6 KW FOTOVOLTAĠK SĠSTEM KURULUMU ÖRNEĞĠ ġekil 3 den anlaģıldığı gibi Aksaray ilinin güneģlenme potansiyeli oldukça yüksektir. Bu çalıģmayı Aksaray ilinde Aksaray üniversitesi Teknik bilimler M.Y. O nun Ģuan ki kurulu gücü hesaplanarak sistemin güneģ enerjisi destekli olarak maliyet hesabı yapılmıģtır. Üniversitenin aylık ortalama elektrik tüketimi 85 kw olarak hesaplanmıģtır. GüneĢ enerjisi sistemin yaklaģık olarak 100 KW ya göre hesap yapılmıģtır. ġekil 5. Aksaray Üniversitesi Teknik Bilimler M.Y.O binası genel görünümü PV ġekil 6. Aksaray Üniversitesi Teknik Bilimler M.Y.O 100 kw PV Sistemi 371

7 Aksaray Üniversitesi Teknik Bilimler M.Y.O beģ katlı bina olarak yalıtımı yapılmıģ bir binadır. Okul binası toplam 1375 m 2 bir alana sahiptir. Okulun aydınlatması balanslı tip floresan armatür ile sağlanmaktadır. Toplam aydınlatma gücü günlük olarak ortalama 85 kw olarak hesaplanmıģtır. Bu çalıģmada yaklaģık olarak 100 kw lık bir sistem hesabı yapılmıģtır. Hesaplamalarda kullanılan ekipmanlar; Çift yönlü sayaç Tesis sahibi bakım yapıp tutanak tutar Revizyon, onarım için dağıtım Ģirketinden izin Teknik mevzuata göre görev yapacak sorumlu G'de geçici kabul yapılana kadar YG'de tesisin projelendirilmesinden itibaren Sistem ekipmanları son 5 yılın üretimi Üretim, tüketim tesisleri farklı yerde ise ayrı ayrı dağıtım sistem kullanım bedeli. ġekil 6 da yılları arasında PV modül maliyeti verilmiģtir. ġekil den de anlaģıldığı gibi Pv sistemlerin kurulumu için gerekli maliyet her geçen gün daha da azalmaktadır yılı baģında l,61-2,38 /W (2,1-3,1$/W) bandında yer alan modül fiyatlarının 2011 yılı sonunda 1,05-1,12 /W (1,36-1,46$/W) bandına düģtüğü görülmektedir. ġekil Yılları Arası PV Modül Maliyetleri[8] 100 kw fotovoltaik enerji santrali kurulumu projesin de kullanılan ekipmanlar aģağıda verilmiģtir.; adet 250 W solar panel alüminyum çerçeve 2-Alüminyum konstrüksiyon montaj sistemleri 3-Toplam 100 kw invertör 4-Uzaktan izleme sistemi (Bilgisayar, internet, iphone vb.) 5-Anlık LCD izleme monitörü 6-Solar Kablo ve bağlantı konektörleri 7-1 adet trifaze çift yönlü elektrik sayacı ( Dağıtım firmasına verilmesi halinde) 372

8 ġekil 8. Sistemde Kullanılan Ekipmanlar Tablo 2 de 100 kw lık bir sistemin maliyet hesabı KDV hariç güncel dolar bazından hesaplanmıģtır. Sistemin toplam kurulum maliyeti KDV hariç $ dır. Tablo 2. Maliyet Tablosu Kullanılacak Malzeme Adet Fiyatı Toplam Panel (250 Watt 24 V) Akü (200 Ah 12 V) Ġnvertör (12/24/48 Volt, 2000 Watt) ġarj Kontrol Cihazı (12/24 Volt, 24 Amper) KDV hariç Toplam ($) Tablo 3. Aylık kazanç tablosu Sistem kurulduğunda enerjiyi kendimizin üretmesi durumunda elde edilecek olan fatura kazancı tablo 3 de görülmektedir. Yıllık ortalama tasarruf TL olarak hesaplanmıģtır. 373

9 Santralin kendini amorti süresi; 100 kw lık bir sistemin yaklaģık olarak kurulum maliyeti $ dır. Bu kuruluma göre sistemin amortisman süresi TL / 2,1750 = $ / Yıl eder, Santralin kurulum maliyeti $ olduğuna göre, / = 9,44 yılda kendisini amorti etmektedir. Bu hesaplamaya yıllık elektrik zam oranları dahil edilmemiģ olup standart durumlar baz alınarak bulunan tahmini sonuçtur. Sistemin ömrü yıl arasındadır. Yıllık elektrik zam oranı eklenmeden ortalama 8-10 yıl arasında kendini amorti eder. Çevresel Faktörler; 1 yılda güneģ enerjisi desteği olmadan yaklaģık ,5 KW/h bir enerji ihtiyacını Ģebeke yardımıyla karģılanmaktadır. Bu değere göre yaklaģık 1 yılda ,5 KW/h * = Kg CO 2 salınımı olur.(1 Kilovat Saat elektrik kullanımı 0,5453 Kg CO 2 üretir.) güneģ enerjisi sistemi kurularak yılda Kg CO 2 salınımı önlenmiģ olur. CO 2 Ton Eşdeğer Petrol (TEP); 1 Yılda ,5 KW/h * =11.58 Ton TEP 10 yılda : Ton TEP 30 yılda : Ton TEP 1000 Kilovat elektrik için TEP çevrim katsayısı 0,086 dır. Garanti Süresi; Kurulan enerji sistemindeki elektronik ve elektrikli cihazlar üretici firmaların garantisindedir. Fotovoltaik Solar paneller 10 yıl, invertör ve diğer sistem parçalarının 2 yıl süre ile üretim hatalarına karģı değiģtirme garantisindedir. Bu sistemlerin maliyeti düģürülerek amartisman süreside kısaltılabilir. 4. TARTIġMA VE SONUÇLAR Ülkemiz enerjide önemli bir oranda dıģa bağımlı bir ülkedir. Her yıl milyarlarca dolar dıģ ülkelere enerji ithalatı için ödeme yapan ülkemiz ayrıca zaman zaman da politik sorunlarla karģı karģıya kalabilmektedir. Uzun vadede, bu sorun ülkemiz için önemli bir problem teģkil etmektedir. Ayrıca ülkemizin Kyoto protokolüne imza atmıģ olması, gelecekte fosil kaynaklı enerji tüketiminin çevresel problemlerinden dolayı da ülkemize bir ek yük getirmesine neden olabilecektir. Tüm bu nedenlerin ıģığında ülkemizin mevcut enerji tüketiminde enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji kaynakları ana maddeleri adı altında sürdürülebilir bir enerji politikasına sahip olması zaruridir. Aksaray güneģlenme süresi ve güneģ radyasyonu değerlerine göre ülkemizin ortalamasının üstünde bir değere sahip olup gelecek dönem için güneģ santrallerinin yatırımının yapılabileceği bir konumda bulunmaktadır. GüneĢ Enerjisi sistemleri bu il açısından avantajlı konumdadır. Bu çalıģmada 100 kw lı sistemin toplam maliyeti $ dır olarak hesaplanmıģtır. Bu hesaplamada maliyetin % 75 güneģ panellerine verilmiģtir. Bu sistemin yaklaģık olarak amortisman süresi aģağı yukarı 10 yıldır. Ġlerleyen zamanlarda ülke olarak yeterli üretime geçildikçe maliyet azalacaktır. GüneĢ panellerinin üretimi ülkemizde yaygınlaģması durumunda bu maliyet daha aģağı çekilebilir. GüneĢ enerjisi sistemin kurulması durumunda CO 2 salınımı da azaldığı görülmektedir. KAYNAKLAR 1. Kumar, A., Kumar, K., Kaushik, N., Sharma, S., Mishra, S.: Renewable energy in India: Current status and future potentials, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, (8), October 2010, pp Dünya Yenilenebilir Enerji Raporu Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü 4. Temiz Enerji Teknolojileri Kursu, 9-13 ġubat 2009, Gaziantep 5. /4315#ad-image GümüĢ, B., Tüzün, M., N.: Kentlerde Enerji Verimliliği, Van Ġlinin Enerji Üretim Potansiyeli ve Elektrik Enerjisi Problemleri, Van Kent Sempozyumu, 1-3 Ekim 2009, sayfa: , Van. 8. GüneĢ Enerjisinden Lisansız Elektrik Üretimi Makine Mühendisleri Odası Adana 374