KAYSERİ GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ ve MALİYET ANALİZİ

Transkript

1 KAYSERİ GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ ve MALİYET ANALİZİ M.Serdar GENÇ 1, S.Samed SEYĠTOĞLU 2 1 Erciyes Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, KAYSERĠ Telefon: 0 (352) /32132, Faks: 0 (352) , E-posta: musgenc@erciyes.edu.tr 2 Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, KAYSERĠ ÖZET Bu çalıģmada, Devlet Meteoroloji iģleri Genel Müdürlüğü (DMĠ) nden alınmıģ yılları arasında saatlik olarak kaydedilmiģ güneģlenme verileri kullanılarak Kayseri ilinin güneģ enerji ve güneģ enerjisi maliyeti incelenmiģtir. Enerji maliyeti için örnek çalıģma olarak Kayseri 12.Hava UlaĢtırma Ana Üs Komutanlığı nın bir biriminde güneģ enerjisi sistemlerinden yararlanmak amacıyla hesaplamalar yapılmıģtır. Bu çalıģmada güneģ belirleme çalıģmaları sonucunda; üretilebilecek maksimum güç, en fazla güneģ alan ay olan temmuz ayında ve 471,82 Watt/m 2 iken, en düģük güç ise en az güneģ alan ay olan aralık ayı ve 183,40 Watt/m 2 dir. Yapılan hesaplamalar için Hava Üssünde ele alınan birimin yıllık enerji tüketimi 41,000 kwh olarak ölçülmüģ ve iki çeģit güneģ paneli hesaplamalarına göre bu enerji tüketimini karģılayacak güneģ panellerinin enerji maliyetleri yüksek çıkmıģ ve bu birimde güneģ tarlası kurulumunun uygun olmadığı belirlenmiģtir. Anahtar Kelimeler: GüneĢ Enerjisi; Kayseri; GüneĢ Enerji Potansiyeli; Maliyet analizi. ABSTRACT In this study, the solar energy potential and energy cost in Kayseri was investigated using the hourly data between 2000 and 2007 years, taken from Turkish State Meteorological Service (DMI). As a case study, energy cost of The 12th Air Transportation Main Base Command in Kayseri was calculated in order to benefit from solar energy systems. As a result of this study, a maximum power was calculated as Watt/m 2 in July which was taken maximum sun, the lowest power of the solar energy was computed as Watt/m 2 in December which was taken minimum sun. For the calculations of energy cost, the annual energy consumption of the unit considered measured as kwh and according to the calculation of this energy consumption, two types of solar panels was taken account. Consequently, it was shown that the costs of energy output of these solar panels were very high and the solar field installation in this place (unit) was not appropriate. Keywords: Solar Energy; Kayseri; Solar energy potential; Cost analysis. 1.GİRİŞ GüneĢ enerjisi güneģten ıģıma yoluyla yayılarak, dünyaya ısı ve ıģık formunda ulaģan enerjidir. Merkezinde K sıcaklık bulunan bu yıldız doğal bir nükleer füzyon reaktörü olarak çalıģır ve bu füzyon reaktöründe her saniyede 564 milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyuma dönüģür. Bu dönüģümde kaybolan 4 milyon ton kütlenin karģılığı olarak 3,86x10 26 joule enerji açığa çıkar. Toplam enerji rezervi 1,785x10 47 joule olan bu yıldız daha milyonlarca yıl ıģımasını sürdüreceğinden dünya için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Bu enerjinin güç olarak karģılığı 3,86x10 20 MW tır. Tüm uzaya yayılan bu muazzam gücün dünyaya ulaģan kısmı ise yaklaģık olarak 178 trilyon kw tır. Dünya için sonsuz bir enerji kaynağı kabul edilen güneģten, bir yılda dünyaya aktarılan enerji, dünyadaki mevcut kömür rezervlerinin enerjisinin 150 katından fazladır. Bu temiz ve tükenmez enerji kaynağından olabildiğince yararlanma fikri, son yıllarda ülkemizin de bulunduğu 45 kuzey ve güney enlemleri arasında yer alan ve GüneĢ KuĢağı denilen ülkeler baģta olmak üzere, bütün dünyada ilgi çekmiģtir ve çekmektedir. Bir fikir vermesi için, bu büyüklüğün, halen yeryüzünde kurulu olan elektrik santrallerinin toplam gücünün yaklaģık 50 bin katından fazla olduğunu hatırlatmak gerekir. Bu rakamlar kaynağın büyüklüğü hakkında yeterli bir fikir vermektedir. GüneĢ enerjisinin diğer enerji türlerine göre avantajları; Her Ģeyden önce, güneģ bol ve tükenmeyen enerji kaynağıdır Temiz enerji türüdür ve çevreyi kirletici, duman, gaz, karbon monoksit, kükürt ve radyasyon gibi atıkları yoktur. Yerel uygulamalar için elveriģlidir. Enerjiye ihtiyaç duyulan, hemen hemen 772

2 her yerde güneģ enerjisinden yararlanmak mümkündür. Bir çakmağın, bir saatin, bir hesap makinesinin veya bir deniz fenerinin, bir orman gözetleme kulesinin enerji ihtiyacı yerinde karģılanabilir. DıĢa bağlı olmadığından, doğabilecek ekonomik bunalımdan bağımsızdır. GüneĢ enerjisinin diğer enerji türlerine göre dezavantajları ise; DıĢa bağlı olmadığından, doğabilecek ekonomik bunalımdan bağımsızdır. GüneĢ ıģınımı sürekli olmadığından depolama gerekmektedir. Depolama imkânları ise sınırlıdır. Enerji ihtiyacının çok olduğu kıģ aylarında güneģ ıģınımı az ve geceleri de hiç yoktur GüneĢ ıģınımından faydalanan sistemin güneģ ıģığını sürekli alabilmesi için çevrenin açık olması, gölgelenmemesi gerekir. GüneĢ ıģınımından yararlanılan birçok tesisatın ilk yatırım maliyeti fazladır ve henüz bazıları ekonomik değildir. Ülkemiz konum itibariyle sahip olduğu güneģ enerjisi açısından birçok ülkeye göre Ģanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğünde (DMĠ) [1] mevcut bulunan yıllarında ölçülen güneģlenme süresi ve ıģınım Ģiddeti verilerinden yararlanarak Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi tarafından yapılan çalıģmaya göre, Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneģlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ıģınım Ģiddeti 1311 kwh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kwh/m²) olduğu tespit edilmiģtir (Tablo 1) [2]. Aylara göre Türkiye güneģ enerji ve güneģlenme süresi değerleri ise Tablo 1 de verilmiģtir [2]. Tablo 2. Türkiye'nin yıllık toplam güneģ enerjisi nin bölgelere göre dağılımı Bu çalıģmada, Ġç Anadolu Bölgesi nde Kayseri ili için güneģ enerjisi potansiyelleri DMĠ den alınan yılları arasındaki güneģ verileri kullanılarak yapılmıģtır. 2. GÜNEŞ VERİLERİ Kayseri genelinde yapılan ölçümlerden alınan verilere dayanarak yılları arasında alınan değerlerin aylara göre dağılımı hesaplanmıģtır. GüneĢ tarlası kurulması düģünülen yer büyük bir ova niteliğinde olduğu için, alanda güneģ ölçümleri yapılmamıģ Devlet Meteoroloji iģleri Genel Müdürlüğü nün Kayseri deki istasyonundan aldığı veriler dikkate alınmıģtır. Yapılan analizler sonucunda ġekil 1 de görüldüğü gibi en fazla güneģ ıģığı alan ay Temmuz ve en düģük güneģ ıģığı alan ay ise Aralık ayıdır. Temmuz ayında cal/cm 2 değeri elde edilirken, aralık ayında cal/cm 2 değeri görülmüģtür. ġekil 1 den de anlaģıldığı üzere en fazla güneģ alan aylar yaz ayları(haziran-temmuz-ağustos), en az güneģ alan aylar ise kıģ aylarıdır(aralık-ocak) Tablo 1.Türkiye nin aylık ortalama güneģ enerjisi ġekil 1.Kayseri de güneģ enerjisi Türkiye'nin en fazla güneģ alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesidir. Bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. GüneĢ enerjisi ve güneģlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı da Tablo 2 de verilmiģtir [2]. ġekil 2 de gösterildiği gibi Kayseri için yapılan ölçümlerde elde edilen verilere göre üretilebilecek maksimum güç, en fazla güneģ alan ay olan temmuz ayındadır ve 471,82 Watt/m 2 olarak hesaplanmıģtır. Diğer taraftan en az güç elde edilebilecek ay ise, en az güneģ alan ay olan aralık ayıdır ve 183,40 Watt/m 2 olarak bulunmuģtur. Ülkemizin coğrafi konumundan da anlaģıldığı üzere 773

3 yaz mevsiminde üretilecek güç kıģ mevsiminde üretilebilecek değerlere göre yaklaģık 2,5 kat daha fazla güç üretilebileceğini göstermektedir. Bu değerde ülkemizin bulunduğu konumu kısmen de olsa özetlemektedir. ġekil 4.Aralık ayının günlük güneģ enerjisi ġekil 2.Kayseri de güneģ enerjisinden bir senede üretilebilecek aylık güç miktarı dağılımı ġekil 2 de gösterildiği gibi elde edilen sonuçlar incelendiğinde en fazla güneģ alan Temmuz ayının en fazla güç üretilebilecek ay olduğu görülmektedir. 8 senelik ortalamalara göre Temmuz ayının bütün günlerini ayrı ayrı incelersek en fazla güneģ ıģının geldiği gün olarak ġekil 3 de de görüldüğü gibi 20 Temmuz olarak göze çarpmaktadır. Bundan sonra ki yapılan çalıģmada ise ġekil 5 de gösterildiği gibi 8 senelik ortalamalara göre incelenen ayların içerisinden bulunan en fazla güneģ alan gün olan 20 Temmuzun saatlik olarak analizleri çıkarılmıģ ve en fazla güneģ ıģığı aldığı saatler ve günde kaç saat güneģ ıģığı aldığı belirlenmiģtir. ġekil 5.20 Temmuz günü saatlik güneģ enerjisi dağılımı ġekil 3.Temmuz ayının günlük güneģ enerjisi En az güneģ ıģığı alan Aralık ayı incelendiğinde ise 8 senelik ortalamalara göre en düģük ıģık olan gün olarak 12 Aralık günü olarak dikkat çekmektedir. ġekil 5 deki grafikten de anlaģılacağı gibi en fazla güneģ alan saatler öğle saatleri olarak göze çarpmaktadır. Temmuz ayının 20 sinde 8 senelik ortalamalara göre yaklaģık 14 saat güneģ ıģığı almaktadır. Yapılan çalıģmada ġekil 6 da görüldüğü gibi 8 senelik ortalamalara göre en az güneģ alan gün olan 12 Aralık tarihinin saatlik olarak analizleri çıkarılmıģ ve en fazla güneģ aldığı saatler ve günde kaç saat güneģ ıģığı aldığı belirlenmiģtir. 774

4 güneģ verilerinin saatlik ortalamaları dikkate alınarak hesaplanmıģ aylara göre üretebileceği güç grafiği ġekil 7 de verilmiģtir. ġekil 6.12 Aralık günü saatlik güneģ enerjisi dağılımı ġekil 6 dan anlaģılacağı gibi Aralık ayının 12 sinde güneģlenme çok düģük ve genel olarak öğle saatlerinde güneģlenme olduğu görülmektedir. Ġncelenen bu günde yaklaģık 10 saat güneģlenme olmuģtur. Elde edilen bütün bu sonuçlar kurulması planlanan güneģ tarlası için yapılmıģ olup Kayseri gibi ova niteliğindeki bir il için, il genelinde uygulanabilecek verilerdir. 3. PANEL SEÇİMİ VE MALİYET ANALİZİ Elektrik ihtiyacının karģılanması düģünülen birimde ilk olarak güneģ tarlasının kurulması düģünülen yerin günlük, haftalık, aylık ve senelik olmak üzere elektrik ihtiyacı belirlenmiģtir. Sistemin kurulması düģünülen yer askeri bir bina olduğu için sürekli çalıģması gereken cihazlar dikkate alınmıģ ve hafta içi ve hafta sonu günleri kapsayan 4 günlük elektrik tüketimi sayaç yardımıyla ölçülmüģtür. Haftanın tatil günlerinin ve çalıģma günlerinin detaylandırılması ile haftalık ortalama değerler bazından sistemin kurulacağı binanın haftalık elektrik ihtiyaçları ortama olarak hesaplanmıģtır. Bu değerler daha sonra aylık ve yıllık değerler olarak ele alınmıģtır. Yıllık yaklaģık değerler hesaplandıktan sonra 2 adet güneģ paneli kataloglardan seçilmiģ ve bu 2 güneģ panelinin kullanılması durumunda ihtiyacın karģılanacağı panel sayısı, inverter, düzenleyici, kablolama ekipmanları ayrıca ele alınmıģtır. Elektrik ihtiyacının karģılanması istenilen bina yaklaģık olarak senelik 41,000 KWh elektrik tükettiği hesaplanmıģtır. Ġncelenen güneģ verilerine göre, seçtiğimiz güneģ panellerinin katalog verilerine bakarak üreteceği güç miktarları hesaplanmıģtır. Seçilen güneģ panellerinden birisi Kyocera KD185GX-LPU olup bu güneģ panelinin üretebileceği güç standart koģullara göre 8 senelik ġekil 7.Kyocera 185W güneģ panelinin üretebileceği güç Grafikten de anlaģıldığı üzere ve güneģ verileri göz önüne alındığında görülmüģ olduğu gibi yaz aylarında üretim kıģ aylarına göre çok daha fazladır. Seçilen bir adet Kyocera güneģ panelinin üretebileceği güç senede yaklaģık olarak 300 KWh olarak hesaplanmıģtır. Seçilen güneģ panellerinden diğeri ise Suntech STP210-18/Ud güneģ panelidir. Bu güneģ panelinin üretebileceği güç standart koģullara göre 8 senelik güneģ verilerinin saatlik ortalamaları dikkate alınarak hesaplanmıģ aylara göre üretebileceği güç grafiği ġekil 8 de verilmiģtir. ġekil 8. Suntech 210W güneģ panelinin üretebileceği güç Seçilen Suntech güneģ panelinin üretebileceği güç senede yaklaģık olarak 341 KWh olarak hesaplanmıģtır. Elde edilen bu verilere göre toplamda kullanılacak olan panel sayıları ihtiyaç olan güç miktarına göre hesaplanmıģtır. Eğer tercihimiz Kyocera 185 W güneģ paneli olursa yapılan hesaplamalarla yaklaģık olarak elektrik ihtiyacı 137 güneģ paneli ile karģılanmaktadır. Eğer tercihimiz Suntech 210 W güneģ paneli olursa yapılan hesaplamalarla yaklaģık olarak 121 güneģ paneli ile karģılanmaktadır. 775

5 Kurulacak sistemde güneģ panelleri dıģında sistem ekipmanları da ayrıca düģünülmek zorundadır. Her iki durum içinde seçilecek olan ara elemanlar aynıdır. Bu sistemde sistemi kaldırabilecek ekipmanlar ayrıca seçilmiģtir. Ġnverter olarak Xantrex marka XW 6048 model 6000 Watt lık tam sinüs inverter seçilmiģtir. Sistem yüküne bağlı olarak 3 adet belirlenmiģtir. Ayrıca ekipman olarak 6 adet 60A 150V MPPT Ģarj kontrolör seçilmiģtir. Bunların yanı sıra güneģ panellerinin kurulacağı platform, bağlantı ekipmanları, solar kablolama, iģçilik masrafları hesaba katılması gereken etkenler arasındadır. Tablo 3. Kyocera güneģ paneli kullanıldığında ortaya çıkabilecek yaklaģık maliyet Tablo 3 de görüldüğü gibi güneģ panellerine maliyet olduğu kadarıyla diğer yardımcı ekipmanlara da fazlasıyla olmaktadır. Kyocera güneģ paneli kullanıldığında toplam maliyet yaklaģık olarak olacaktır. Tablo 4. Suntech GüneĢ Paneli Kullanıldığında ortaya çıkabilecek yaklaģık maliyet Tablo 4 de görüldüğü gibi eğer Suntech güneģ paneli kullanılmıģ olsaydı yaklaģık olarak maliyet olarak karģımıza çıkar. 4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalıģmada yapılan hesaplamalar sonucunda; Kayseri için yapılan ölçümlerde elde edilen verilere göre üretilebilecek maksimum güç, en fazla güneģ alan ay olan temmuz ayındadır ve 471,82 Watt/m 2 olarak hesaplanmıģtır. Diğer taraftan en az güç elde edilebilecek ay ise, en az güneģ alan ay olan aralık ayıdır ve 183,40 Watt/m 2 olarak bulunmuģtur. 8 senelik ortalamalara göre Temmuz ayının bütün günlerini ayrı ayrı incelendiğinde en fazla güneģ ıģının geldiği gün olarak 20 Temmuz olduğu görülmüģtür. Enerji maliyeti hesaplamaları sonucunda; Kyocera güneģ paneli kullanıldığında toplam maliyet yaklaģık , Suntech güneģ panelinde yaklaģık olarak karģımıza çıkmıģtır. Kayseri ilinde Elektrik ĠĢleri Müdürlüğünün belirlediği elektriğin birim kw baģına belirlemiģ olduğu fiyat 0.273TL dir. Bu fiyatı baz alarak hesaplamalar yapıldığında kurulması planlanan güneģ tarlasının kendisinin maliyetini yaklaģık olarak sene aralığında karģılayacaktır. Bu zaman dilimi de kullanılacak olan güneģ panellerinin yaklaģık olarak verim ömürlerine denk gelmektedir. GüneĢ panellerinin yüksek maliyetleri ve kurulması planlanan birimde güneģ verilerinin yetersiz olmasından dolayı güneģ tarlası kurulumu uygun görülmemiģtir. 5.KAYNAKLAR [1]Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğü (DMĠ), 2011, [2]Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi Genel Müdürlüğü,2011, [3]Kyocera group global site, 2011, global.kyocera.com [4]Suntech Power, 2011, [5] [6] 776