Gümüşhane Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Türkiye,

Transkript

1

2 ÇATIYA KURULU FOTOVOLTAİK SİSTEMLERİN ERZİNCAN DA UYGULANABİLİRLİĞİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ ROOF-MOUNTED PHOTOVOLTAIC SYSTEMS: AN ASSESSMENT OF THEIR FEASIBILITY IN ERZINCAN PROVINCE Recep ÇAKMAK * İsmail Hakkı ALTAŞ ** Özet Güneş enerjisi yenilenebilir bir enerjidir. Güneş enerjisinden elektrik üretmek için çoğunlukla Fotovoltaik (FV) sistemler kullanılır. Bina çatıları FV sistemlerin uygulama alanlarından biridir. Devlet veya elektrik sağlayıcısı tarafından verilen teşviklerle çatıya kurulu FV sisteme sahip her bir konut elektrik üreten küçük birer elektrik santrali haline gelebilmektedir. Türkiye de 2005 yılından beri yenilenebilir kaynaklarından elektrik üretiminin desteklenmesi için çeşitli kanun ve yönetmelikler yayınlanmaktadır sayılı kanunla devlet tarafından yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektriğe yönelik teşvik mekanizması belirlenmiştir sayılı lisanssız elektrik üretimi yönetmeliğiyle 1MW a kadar kapasiteli yenilenebilir enerji güç santraline sahip elektrik abonesi lisanssız elektrik üretimi yapabilmektedir. Erzincan ili Kuzey Anadolu fay hattında yer almaktadır. Bu nedenle binalar müstakil veya az katlı olarak inşa edilmektedir. Bu durum çok sayıda binanın oluşmasına yol açmaktadır ve çatıya kurulu FV sistemlerin uygulanması için bir potansiyel oluşturmaktadır. Bu makalede çatıya kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği üç başlık altında (Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeli, binaların fiziki yapısı ve maliyet) irdelenmiştir. Sonuç olarak, çatıya kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği Türkiye deki en son yönetmelikler göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Çatıya Kurulu Fotovoltaik Sistemler, Erzincan, Güneş Enerjisi. Abstract Solar energy is a renewable energy. Photovoltaic (PV) systems are mostly used systems in order to generate electricity from the solar energy. Building rooftops are one of the application areas of the PV systems. Every house which have roof-mounted PV systems can be become a small power plants via given financial incentives by government or electricity utility. Several laws and regulations have been enacted in Turkey in order to support renewable energy sources based electricity generation since Through Law No. 6094, an incentive mechanism was introduced by the Turkish government for electricity generation from renewable energy sources. An electricity subscriber which have installed a renewable energy power plant with a capacity of up to 1 MW is exempted from licensing by unlicensed electricity generation regulation (Regulation no: 29662). Erzincan Province is located on North Anatolian Fault Zone. Therefore, buildings are constructed as low-rise or detached house. This situation causes existence of numerous buildings and creates a potential for implementing of roof-mounted PV systems. In this paper, feasibility of roof-mounted PV systems in Erzincan Province has been studied under three subjects (solar energy potential of Erzincan Province, physical construction of buildings in Erzincan Province center and costs of the system). Consequently, the feasibility of roof-mounted PV system in Erzincan Province has been evaluated in consideration of recent regulations in Turkey. Key Words: Roof-mounted PV Systems, Erzincan, Solar Energy. 1. Giriş Bugünün dünyasında elektrğin hayatımızdaki önemi büyüktür. Tüm dünyada olduğu gibi (World Energy Outlook 2012, 2012) Türkiye de de elektrik enerjisine olan talep artmaktadır. Baz talep senaryosuna göre yılları arasında elektrik enerjisine olan talep yıllık ortalama % 5,5 artış gösterecektir (TEİAŞ Kapasite Projeksiyonu, 2015). Güneş enerjisi yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yere sahiptir. Güneş te meydana gelen patlamalarla ortaya çıkan enerji yaşamın önemli birer parçaları olan ısı ve ışık olarak Dünya ya ulaşmaktadır. 90 dakika boyunca Dünya ya gelen güneş enerjisi tüm dünyanın * Gümüşhane Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Türkiye, rcakmak@gumushane.edu.tr ** Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Türkiye, ihaltas@ktu.edu.tr

3 396 ULUSLARARASI ERZİNCAN SEMPOZYUMU (28 Eylül-1 Ekim 2016) Cilt 2 1 yıllık enerji ihtiyacını karşılayacak miktardadır (Solar Energy Perspectives, 2011). Güneş enerjisinden elektrik üretimi tüm dünyada artmaktadır. Hem OECD hem de tüm dünya ülkelerinde yılları arasında elektrik üretiminde kullanılan yenilenebilir enerji kaynakları arasında yıllık olarak en fazla artışın güneş enerjisinden elektrik üretiminde olacağı öngörülmektedir (International Energy Outlook 2016, 2016). Güneş enerjisinden elektrik üretiminde termal ve fotovoltaik sistemler kullanılmaktadır. Termal sistemler güneş ışığını bir noktaya yoğunlaştırıp ortaya çıkan ısı enerjisinden yararlanarak elektrik üreten sistemlerdir. Fotovoltaik (FV) sistemler ise güneş ışığını doğrudan elektriğe dönüştüren, hareketli parça içermeyen ve sessiz çalışan sistemlerdir. FV sistemlerin uygulama alanları oldukça fazladır. FV sistemler hesap makinesi kadar küçük bir alandan bina çatısına, uzay aracından geniş arazi üzerine kurulan büyük güneş enerjisi santrallerine kadar birçok alanda kullanılabilmektedir. Tüm dünyada FV sistemlerin kurulumu son on yılda hızla artmıştır yılı itibariyle dünyadaki toplam kurulu FV sistem kapasitesi 227 GW p değine ulaşmıştır (REN21, 2016) yılları arasında dünyadaki toplam FV sistem kapasitesinin değişimi Şekil 1.1 de yer almaktadır (REN21, 2016; IEA-PVPS Report, 2015). Şekil 1.1: yılları arasında dünyadaki toplam FV sistem kapasitesinin değişimi Almanya FV sistem kapasitesi bakımından dünyadaki lider ülkelerden biridir. Almanya yılları arasında toplam kurulu FV sistem kapasitesi bakımından dünyada birinci sırayı almıştır. Almanya 2015 yılı itibariyle birinciliği Çin e bıraksa da kişi başına düşen FV sistem gücü (Watt) bakımından dünyada ilk sırada yer almaktadır (IEA-PVPS Report, 2015). Tablo 1.1: Kişi başına düşen FV sistem gücü (watt) bakımından dünyadaki ilk üç ülke Kişi başına düşen kurulu fotovoltaik güç bakımından ilk 3 ülke Watt/kişi başı 1 Almanya İtalya Belçika 287 İtalya yıllık elektrik ihtiyacının % 8 ini, Yunanistan yıllık elektrik ihtiyacının %7.4 ünü ve Almanya yıllık elektrik ihtiyacının % 7,1 ini FV sistemlerden karşılamaktadır (IEA-PVPS Report, 2015). FV sistemlerle üretilmek istenen güç arttıkça gerek duyulan alan da artmaktadır. Tipik bir 250W lık FV panel yaklaşık 1,65m 2 lik alan kaplamaktadır (Topray Solar, 2016). Bununla birlikte FV panellerin verimleri hidroelektrik ve kömür santralleriyle karşılaştırıldığında düşüktür. Kristal silisyum panellerin verim rekoru 2016 da %23 e ulaşmıştır yılları

4 Kurulu Güç Miktarı ( MW p ) ÇATIYA KURULU FOTOVOLTAİK SİSTEMLERİN ERZİNCAN DA UYGULANABİLİRLİĞİNİN 397 arasında endüstriyel kristal silisyum panellerin verimleri ortalama %12 den %17 ye yükselmiştir (Photovoltaics Report, 2016). FV panellerin verimlerinin düşük olması büyük güç üretimi için büyük alanlara ihtiyaç duyulmasına yol açmaktadır. Yaşadığımız evlerin ve kullandığımız binaların çatıları ciddi bir alan oluşturmaktadır. İşte bu sebeple FV sistemlerin uygulama alanlarından biri de binaların çatılarıdır. Uygun fiziki şartlara ve güneş alma bakımından uygun konuma sahip bina çatılarına FV sistemler kurulabilir. Böylece birçok evin çatısı güneş enerjisinden elektrik üreten santral haline getirilebilir. Nitekim Almanya, uyguladığı teşviklerle birçok evin çatısının güneş enerjisinden elektrik üretiminde kullanılmasını sağlamıştır. Ülkemizde çıkarılan kanun ve akabinde çıkarılan yönetmeliklerle yenilenebilir enerji sistemlerinin kurulumu teşvik edilmektedir. Türkiye de kurulan FV sistemlerin miktarının yıllara göre değişimi Şekil 1.2 de yer almaktadır (IEA-PVPS Trend Reports, 2016). Erzincan Kuzey Anadolu fay hattında yer almaktadır. Bu nedenle binalar müstakil veya az katlı olarak inşa edilmektedir. Bu durum çok sayıda binanın oluşmasına yol açmaktadır ve çatıya kurulu FV sistemlerin uygulanması için bir potansiyel oluşturmaktadır. Bu makalede çatıya kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği irdelenmiştir. Literatür incelendiğinde Erzincan da güneş enerjisine ilişkin Kaya (2011) ve (Aksungur, Kurban ve Filik, 2013) çalışmalarına ulaşılmıştır. Bu çalışmalar Erzincan ın güneş enerjisi potansiyelinin belirlenmesine yönelik yapılmış olan çalışmalardır. Ancak literatürde çatıya kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliğine yönelik herhangi bir çalışmaya ulaşılamamıştır. Ayrıca Kaya (2011) ve (Aksungur, Kurban ve Filik, 2013) çalışmalarında Erzincan ın güneş enerjisi potansiyelline ilişkin veriler son 11 yıllık verileri içermemektedir. Bu nedenle lisanssız elektrik üretimi kapsamında devlet tarafından verilen teşvikler ışığında Erzincan da çatıya kurulu FV sistemlerin uygulanabilirliğine yönelik çalışmaya ihtiyaç vardır Türkiye'deki FV Sistem Kapasitesinin Yıllara Göre Değişimi 0,1 0,3 0,6 1 1,5 2 2,5 3 3,7 4,7 5,7 6,7 11,7 17,7 57,7 208 Yıllar Şekil 1.2: Türkiye deki FV sistem kapasitesinin yıllara göre değişimi Bu çalışmada çatıya kurulu-şebeke bağlantılı FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeli bakımından, Erzincan daki binaların fiziki özellikleri bakımından ve çatıya kurulacak olan FV sistemin ekonomik maliyeti bakımından olmak üzere üç başlıkta incelenmiştir. İlk olarak Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeli yukarıda ifade edilen literatürden farklı olarak dört farklı veri kaynağından elde edilen en güncel veriler ele alınarak incelenmiştir. Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeli, güneş enerjisinden elektrik üretiminde en önde gelen ülkelerden biri olan Almanya ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra Erzincan ın merkezindeki binaların sayıları ve yapısal özellikleri verilerek çatıya kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği tartışılmıştır. Son olarak FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği Türkiye deki en son yönetmelikler göz önünde bulundurularak ve FV sistem

5 398 ULUSLARARASI ERZİNCAN SEMPOZYUMU (28 Eylül-1 Ekim 2016) Cilt 2 kurulumu yapan firmalardan alınan fiyat teklifleri ışığında ekonomik maliyet bakımından değerlendirilmiştir. Çalışmanın geri kalan bölümleri şu şekilde bölümlere ayrılmıştır: İkinci bölümde şebeke bağlantılı çalışan Fotovoltaik sistemler hakkında bilgiler aktarılmıştır. Üçüncü bölümde lisanssız elektrik üretimine ilişkin kanun ve yönetmelikler hakkında bilgi verilmiştir. Dördüncü bölümde çatıya kurulu-şebeke bağlantılı olarak çalışan Fotovoltaik sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği güneş enerjisi potansiyeli, binaların fiziki yapıları ve ekonomik maliyet olmak üzere üç başlıkta irdelenerek verilmiştir. Son bölümde çalışmadan elde edilen sonuçlar ve öneriler aktarılarak çatıya kurulu Fotovoltaik sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliğine yönelik değerlendirmeler yapılmıştır. 2. Çatıya Kurulu Fotovoltaik Sistemler Bu bölümde çatıya kurulu FV sistemler hakkında bilgiler verilecektir. İlk olarak FV sistemlerle elektrik üretimi açıklanacaktır. Daha sonra şebeke bağlantılı çalışan FV sistemler ve bu sistemlerin bileşenleri hakkında bilgiler verilecektir Fotovoltaik Sistemlerle Elektrik Üretimi Silisyum gibi yarıiletken malzemelerden imal edilen fotovoltaik malzemeler güneş ışığındaki foton enerjisini doğrudan elektriksel gerilime (volt) dönüştürürler. Fotovoltaik terimi Yunanca da ışık anlamına gelen photo ve elektriksel gerilim birimi volt kelimelerinin bir araya gelmesiyle oluşturulmuştur. FV malzemelerin en küçük birimi FV hücre olarak adlandırılır. FV hücrelerdeki yarıiletken malzemelerin birleşim noktasına güneş ışığının düşmesiyle meydana gelen elektriksel olaylar sonucunda bir elektriksel gerilim oluşur. FV hücrenin ürettiği güç oldukça küçük değerdedir. Daha fazla güç elde etmek için Şekil 2.1 de gösterildiği gibi FV hücreler ihtiyaç duyulan güce, akıma ve gerilime göre seri-paralel bağlanarak FV panel elde edilir. FV paneller de seri ve paralel bağlanarak FV diziler elde edilir. Bu yapıların hepsi elektriksel gerilim ürettiğinden genel olarak FV üreteç olarak isimlendirilebilirler. Fotovoltaik Hücre Fotovoltaik Panel Fotovoltaik Dizi Şekil 2.1: Fotovoltaik hücrelerden panel ve dizi oluşturulması FV hücrelerin birleştirilmesiyle oluşturulan panellerin verimleri, oluşan kayıplardan dolayı tek bir hücrenin verimine göre daha düşük olmaktadır. Ancak FV hücrelerdeki verim artışları endüstriyel olarak kullanılan panellere de yansımıştır. Endüstriyel olarak kullanılan FV panellerin verimleri son 10 yılda artış göstermiştir. Kristal silisyum panellerin verim rekoru 2016 da %23 e ulaşmıştır yılları arasında endüstriyel kristal silisyum panellerin verimleri ortalama %12 den %17 ye yükselmiştir (Photovoltaics Report, 2016). FV sistemler şebekeden bağımsız ve şebeke bağlantılı olmak üzere iki şekilde kullanılmaktadır. Şebekeden bağımsız FV sistemler, şebekeden uzak yerlerde (dağ evi, iletişim merkezleri, meteorolojik gözlem istasyonları gibi), trafik işaret ve gözlem sistemlerinde, küçük uygulamalarda (saat, hesap makinesi gibi) ve su çıkarma/pompalama sistemlerinde

6 ÇATIYA KURULU FOTOVOLTAİK SİSTEMLERİN ERZİNCAN DA UYGULANABİLİRLİĞİNİN 399 kullanılmaktadır. Şebekeden bağımsız sistemler, yüke yalnız başına bağlanabileceği gibi, güneş ışığının olmadığı zamanlarda güç ihtiyacını karşılamak üzere depolama elemanı ile birlikte de bağlanabilir. Güneş enerjisinin süreksizlik arz etmesinin etkilerini gidermek için, FV üreteçler depolama elemanı ve diğer güç kaynakları ile birlikte karma (hibrit) olarak da güç üretiminde kullanılabilmektedir. Şebeke bağlantılı FV sistemler ise ürettiği gücü genel elektrik şebekesine aktaran sistemlerdir. Şebeke bağlantılı FV sistemler on-grid FV sistemler olarak ta isimlendirilirler Şebeke Bağlantılı Çalışan Çatıya Kurulu FV Sistemler Şebeke bağlantılı çalışan çatıya kurulu FV sistemin genel blok diyagramı Şekil 2.2 de yer almaktadır. Fotovoltaik Paneller Şebeke Bağlantılı Evirici (On-Grid İnverter) Sigorta Kutusu Çift Yönlü Sayaç Evdeki Elektrikli Cihazlar Elektrik Şebekesi Şekil 2.2: Şebeke bağlantılı çalışan çatıya kurulu FV sistemin genel blok diyagramı Fotovoltaik Paneller: Doğru akım (DA) elektrik üretirler. Şebeke Bağlantılı Evirici: FV panellerin ürettiği doğru akımı (DA) şebeke frekansındaki alternatif akıma (AA) dönüştürür. Çift Yönlü Sayaç: Çatıda kurulu olan FV panellerden üretilerek şebeke bağlantılı evirici yoluyla şebekeye aktarılan enerjiyi ve şebekeden çekilen enerjiyi kaydeder. Şebeke bağlantılı FV sistemlerin genel çalışma mantığı; çatıda kurulu olan FV panellerden üretilen gücün şebeke bağlantılı evirici yoluyla şebekeye aktarılmasıdır. Evdeki yükler şebeke üzerinden beslenmektedirler. Çift yönlü sayaç hem şebekeye aktarılan enerjiyi hem de evdeki elektrikle çalışan alet ve cihazların şebekeden çektiği enerjiyi kaydeder. Devlet veya elektrik dağıtım şirketi ile yapılan anlaşmayla tüketiciye şebekeye aktardığı enerjinin karşılığı ödenir. Tüketici şebekeye sattığı enerji karşılığında gelir elde eder veya şebekeden aldığı enerjiyle mahsuplaşır. 3. Türkiye de Lisanssız Elektrik Üretimi ve Teşvikler Türkiye de yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektrik miktarını arttırmak için 2005 yılında 5346 no lu Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun çıkarılmış ve bu Kanun 2010 yılı sonunda 6094 no lu Kanun ile güncellenmiştir (Resmi Gazete, 2016) no lu Kanun nun ekinde yer alan I ve II sayılı cetvellerde yenilenebilir enerji kaynaklarından yapılan üretime verilecek olan teşvikler ve kullanılan malzemelerin yerli olması durumunda verilecek ilave teşvikler yer almaktadır. Fotovoltaik (FV) sistemlerle güneş enerjisinden elektrik üretimi de bu kanun kapsamında teşvik edilen elektrik enerjisi üretim yöntemleri arasında yer almaktadır. Aşağıdaki tabloda güneş enerjisinden elektrik üretimine 6094 no lu Kanun ile belirlenmiş teşvikler yer almaktadır. Tablo 3.1: Güneş enerjisinden elektrik üretimine 6094 no lu Kanun ile belirlenmiş teşvikler

7 400 ULUSLARARASI ERZİNCAN SEMPOZYUMU (28 Eylül-1 Ekim 2016) Cilt 2 Tesis Tipi Uygulanacak Fiyat (ABD Doları cent/kwh) Güneş enerjisine dayalı üretim tesisi 13,3 Fotovoltaik güneş enerjisine dayalı üretim tesisi için yurt içinde gerçekleşecek imalata verilecek olan teşvikler FV panel entegrasyonu ve güneş yapısal mekaniği imalatı Yerli katkı ilavesi (ABD Doları cent/kwh) FV modülleri 1,3 FV modülünü oluşturan hücreler 3,5 İnvertör (Evirici) 0,6 FV modülü üzerine güneş ışını odaklayan malzeme 0,8 0, ve 6094 no lu kanun kapsamında Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu (EPDK) tarafından yayınlanan Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik 23 Mart 2016 tarihinde güncellenerek son halini almıştır (29662 sayılı yönetmelik). Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik te yapılan son değişikliklerle (EPDK, 2016) müteşebbisler yönetmelikte belirtilen şartları taşımak koşuluyla 1MW a kadar olan kurulu güçteki santrallerle lisans zorunluluğu olmadan elektrik üretip satılabilecektir. Yine EPDK tarafından yayınlanan bu yönetmeliklerle santralin devreye alınmasından itibaren 10 yıl süreyle üretilen elektriğe 6094 no lu Kanun da belirtilen teşvikler kapsamında alım garantisi verilmektedir. Bununla birlikte güncellenen Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik ile enerji kooperatifi kurma kolaylaştırılmıştır. Enerji kooperatiflerinin kurulması ve işletilmesine yönelik şartlar belirlenmiştir (EPDK, 2016). 31 Aralık 2015 Tarihli ve Sayılı Resmî Gazete de yayınlanan EPDK kurul kararı gereği 250kW kurulu güce kadar olan lisanssız elektrik üretim tesislerinin başvurusu için ücret talep edilmeyecektir. 250kW üzeri lisanssız elektrik üretim tesisleri için ise 500 TL başvuru alınacaktır (Resmi Gazete, 2016). 4. Çatıya Kurulu Fotovoltaik Sistemlerin Erzincan da Uygulanabilirliği Bu bölümde çatıya kurulu fotovoltaik (FV) sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği üç başlık altında incelenmiştir. İlk olarak Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeli verilmiş ve güneş enerjisinden elektrik üretiminde önde gelen ülkelerden biri olan Almanya ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra Erzincan ilinin merkezinde bulunan bina sayıları ve yapısal özellikleri verilerek çatıya kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği tartışılmıştır. Son olarak çatıya kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği Türkiye deki en son yönetmelikler göz önünde bulundurularak ve FV sistem bileşeni satan firmalardan alınan fiyat teklifleri ışığında ekonomik maliyet bakımından değerlendirilmiştir. Ekonomik maliyete ilişkin değerlendirme yapılırken çatıya kurulu FV sistemlerin şebeke bağlantılı olarak Elektrik Piyasasında Lisanssız Elektrik Üretimine İlişkin Yönetmelik (EPDK, 2016) kapsamında çalıştıkları ve şebekeye enerji aktardıkları durum için incelenmiştir Güneş Enerjisi Potansiyeli Bakımından Çatıya Kurulu Fotovoltaik Sistemlerin Erzincan da Uygulanabilirliği Erzincan, Türkiye nin Doğu Anadolu Bölgesi nin Kuzey Batısında yer almaktadır. Yukarı Fırat Havzası nda 39 02' ve 40 05' kuzey enlemleri ile 38 16' ve 40 45' doğu boylamları arasında bulunan Erzincan, Doğu Anadolu bölgesinde yer alan Elazığ ve Malatya dışındaki diğer tüm illerden daha ılıman bir iklime sahiptir (Erzincan Valiliği, 2016).

8 ÇATIYA KURULU FOTOVOLTAİK SİSTEMLERİN ERZİNCAN DA UYGULANABİLİRLİĞİNİN 401 Erzincan da FV sistemlerin uygulanabilirliğini güneş enerjisi potansiyeli bakımından incelemek için Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeline ilişkin veriler 4 farklı kaynaktan elde edilerek verilmiştir. Yararlanılan veri kaynakları ve açıklamaları aşağıda yer almaktadır: 1- Türkiye Cumhuriyeti Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Meteoroloji Genel Müdürlüğü Verileri Bu çalışmada Meteoroloji Genel Müdürlüğü nün Erzincan ilindeki ölçüm merkezinde (39 45'29.5"N 39 29'15.5"E) ölçülen yatay düzleme gelen Aylık Ortalama Günlük Toplam Global Güneşlenme Şiddeti değerlerinin (Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü, 2016) son 11 yıllık ( ) ortalamaları kullanılmıştır. Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü nün ölçüm verileri cal/cm² cinsindendir. Güneş enerjisinden elektrik üretimi potansiyeli çalışmalarında genellikle Wh/m 2 birimi kullanılmaktadır. Bu nedenle Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü nün cal/cm² cinsinden olan ölçüm verileri Wh/m 2 cinsine dönüştürülerek bu çalışmada kullanılmıştır. Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü nden alınan veriler çalışmanın ilerleyen bölümlerinde Meteoroloji olarak isimlendirilecektir. 2- Türkiye Cumhuriyeti Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası (GEPA) Verileri Türkiye Cumhuriyeti Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü tarafından hazırlanan GEPA (Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası, 2016), yıllarına ait ölçüm yapılan 22 yıllık saatlik güneş ölçüm değerlerini kullanarak oluşturulmuştur (GEPA, 2016). Bu çalışmada GEPA nın Erzincan ilinin merkezine ait güneşlenme süreleri ve yatay düzleme gelen toplam güneş radyasyonu (ışınımı) verileri kullanılmıştır. GEPA verileri çalışmanın ilerleyen bölümlerinde GEPA olarak isimlendirilecektir. 3- Avrupa Komisyonu Enerji ve Ulaşım Enstitüsü PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) Verileri Avrupa Komisyonu Enerji ve Ulaşım Enstitüsü tarafından hazırlanan PVGIS interaktif harita uygulamasında (PVGIS,2016) yer alan PVGIS verileri yer istasyonlarında ölçülen verilerin enterpolayonu ile elde edilmiştir (Šúri, M., Huld, T. A., ve Dunlop, E. D., 2005; PVGIS, 2016). Yer istasyonlarının verileri yılları arasında ölçülen 10 yıllık yatay düzleme gelen toplam güneş radyasyonunun aylık ortalamalarına dayanmaktadır. Bu çalışmada Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü nün koordinatları (39 45'29.5"N 39 29'15.5"E) kullanılarak PVGIS interaktif uygulamasında (PVGIS, 2016) Classic PVGIS veri tabanı seçilmesiyle elde edilen veriler kullanılmıştır. Elde edilen bu veriler çalışmanın ilerleyen bölümlerinde PVGIS olarak isimlendirilecektir. 4- Avrupa Komisyonu Enerji ve Ulaşım Enstitüsü CM-SAF PVGIS (Climate Monitoring- Satellite Application Facility Photovoltaic Geographical Information System) Verileri Avrupa Komisyonu Enerji ve Ulaşım Enstitüsü tarafından hazırlanan PVGIS interaktif harita uygulamasında (PVGIS,2016) yer alan CM-SAF PVGIS verileri uydu görüntülerinden yola çıkarak hesaplanmıştır. Bu veri tabanı yılları arasında meteorolojik uydu verilerinden elde edilen ölçümlere göre hazırlanmıştır (Mueller, R. W., Matsoukas, C., Gratzki, A., Behr, H. D., ve Hollmann, R., 2009; Huld, T., Müller, R., ve Gambardella, A., 2012; PVGIS, 2016). Bu çalışmada Erzincan Meteoroloji Müdürlüğünün koordinatları (39 45'29.5"N 39 29'15.5"E) için PVGIS interaktif uygulamasında (PVGIS, 2016) CM-SAF PVGIS veri tabanının seçilmesiyle elde edilen veriler kullanılmıştır. Elde edilen veriler çalışmanın ilerleyen bölümlerinde CM-SAF PVGIS olarak isimlendirilecektir. Yukarıda açıklanan veri kaynaklarından elde edilen verilere göre Erzincan ın 39 45'29.5"N 39 29'15.5"E koordinatları için güneş enerjisi potansiyeli verileri Şekil 4.1 de yer almaktadır.

9 Wh/m 2 -gün (Wh/m 2 -gün) 402 ULUSLARARASI ERZİNCAN SEMPOZYUMU (28 Eylül-1 Ekim 2016) Cilt Yatay düzleme gelen aylık ortalama günlük toplam global güneşlenme şiddeti GEPA Aylar PVGIS CM-SAF PVGIS Meteoroloji Ortalama Şekil 4.1: Erzincan da yatay düzleme gelen aylık ortalama günlük toplam global güneşlenme şiddeti verileri Şekil 4,2 de PVGIS interaktif harita uygulamasında (PVGIS,2016) 4 numaralı veri kaynağının seçilmesi durumunda (CM-SAF PVGIS) elde edilen verilere göre Almanya ve Erzincan karşılaştırılmaktadır. PVGIS interaktif harita uygulamasında Erzincan için koordinat olarak Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü nün koordinatları kullanılmıştır. Almanya da ise Almanya nın güneyindeki 6,3 MW lık Bavaria Solar Park ın koordinatları kullanılmıştır. Almanya ve Erzincan'nın Güneş enerjisi potansiyellerinin yatay düzleme gelen Aylık Ortalama Günlük Toplam Global Güneşlenme Şiddeti bakımından karşılaştırılması Almanya Erzincan Şekil 4.2: Almanya ve Erzincan ın Güneş enerjisi potansiyellerinin Aylık Ortalama Günlük Toplam Global Güneşlenme Şiddeti bakımından karşılaştırılması Tablo 4.1 de 6,3 MW lık Bavaria Solar Park ın bulunduğu bölgede bulunan bir evin çatısında 5kW lık FV sistem kurulu olması durumunda üretilebilecek olan enerji miktarı ve kurulduğu yerin güneş enerjisi potansiyeli aynı sistemin Erzincan da olması durumunda üretilebilecek enerji miktarı ve güneş enerjisi potansiyeli ile karşılaştırılmıştır. PVGIS interaktif harita uygulamasında (PVGIS,2016) Erzincan için koordinat olarak Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü nün koordinatları kullanılmıştır. Almanya için 6,3 MW lık Bavaria Solar Park ın koordinatları kullanılmıştır.

10 ÇATIYA KURULU FOTOVOLTAİK SİSTEMLERİN ERZİNCAN DA UYGULANABİLİRLİĞİNİN 403 Tablo 4.1: Almanya ve Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeli ve 5 kw lık FV sistemin yıllık elektrik üretimi miktarlarının karşılaştırılması (PVGIS, 2016) Yıllık üretim (5 kw kurulu FV sistem gücü için) Güneş Enerjisi Potansiyeli (yatay düzlemde m 2 ye düşen toplam ortalama yıllık güneş enerjisi miktarı) Almanya Erzincan Fark 4910 kwh 7280 kwh + % Wh/m Wh/m 2 + %50 Tablo incelendiğinde Erzincan ın güneş enerjisi potansiyelinin Almanya dan % 50 daha fazla olduğu görülmektedir. Almanya daki 5kW lık çatıya kurulu FV sistemin Erzincan da olması durumunda Erzincan da Almanya ya göre % 48 daha fazla üretim yapılabileceği görülmektedir Bina Sayısı ve Yapısı Bakımından Çatıya Kurulu Fotovoltaik Sistemlerin Erzincan da Uygulanabilirliği Erzincan Kuzey Anadolu fay hattında yer almaktadır. Bu nedenle binalar müstakil veya az katlı olarak inşa edilmektedir. Bu durum çok sayıda binanın oluşmasına yol açmaktadır ve çatıya kurulu FV sistemlerin uygulanması için bir potansiyel oluşturmaktadır. Şekil 4.3 ve Şekil 4.4 te yer alan grafiklerde 2013 yılı itibariyle Erzincan ın merkezinde yer alan bina sayıları ve kat sayıları yer almaktadır (Erzincan Belediyesi, 2013). Grafikler incelendiğinde Erzincan ın merkezindeki binaların yaklaşık % 53 ünün tek katlı, yaklaşık %30 unun da iki katlı olduğu görülmektedir. Bu durum kişi başına düşen bina sayısının fazlalığına işaret etmektedir. Bina sayısının fazla olması çatı sayısı ve çatı alanının da fazla olduğunu göstermektedir. Sadece Erzincan merkezdeki binaların sayısı bile göz önüne alındığında Erzincan da çatıya kurulu FV sistemler için önemli bir potansiyel olduğu anlaşılmaktadır. Kabaca bir hesap yaparsak; 5 kw lık bir FV panel grubu 30-40m 2 yer kaplamaktadır (Topray Solar, 2016). 5 kw lık FV panel grubunun 40 m 2 yer kapladığını düşünürsek, her bir çatıda 40 m 2 uygun yer olduğu durum için Erzincan ın merkezindeki binaların çatılarına 42,625 MW lık FV sistem kurulabilir. Bu miktardaki FV sistem ise Erzincan da yılda toplam 6,21 GWh elektrik enerjisi üretebilme potansiyeline sahiptir (PVGIS,2016). Erzincan ilinin merkezindeki bina sayıları ve kat sayıları katlı 2 Katlı 3 Katlı 4 Katlı 5 Katlı 6 Katlı Toplam Şekil 4.3: Erzincan ilinin merkezindeki bina sayıları ve kat sayıları (Erzincan Belediyesi, 2013)

11 404 ULUSLARARASI ERZİNCAN SEMPOZYUMU (28 Eylül-1 Ekim 2016) Cilt 2 Şekil 4.4: Erzincan ilinin merkezindeki binaların kat sayılarına göre dağılımı 4.3. Ekonomik Maliyet Bakımından Çatıya Kurulu Fotovoltaik Sistemlerin Erzincan da Uygulanabilirliği Bu bölümde, Erzincan da çatıya kurulu 5kW lık bir şebeke bağlantılı sistemin maliyeti ve yıllara göre ekonomik getirisi incelenecektir. Ekonomik getiri hesaplamaları 3. Bölümde açıklanan kanun ve yönetmeliklere göre yapılmıştır. 5kW lık sistem için gerekenler ve 3 ayrı firmadan alınan fiyat tekliflerinin ortalaması Tablo 4.2 de yer almaktadır. Dolar ve Euro cinsinden alınan teklifler 29 Haziran 2016 tarihindeki Türkiye Cumhuriyeti Merkez Bankası kurlarına göre (TCMB, 2016) Dolar cinsinden verilmiştir. Verilen maliyetlere KDV (Katma değer vergisi) dâhildir. FV sistem bileşeni satan ve kurulumunu yapan firmalardan alınan bilgilere göre, araziye kurulu sistemlerin maliyeti Watt başına ortalama 1,1 $ iken çatıya kurulu sitemlerin maliyeti ise yaklaşık Watt başına ortalama 2$ civarındadır. Tablo 4.2: 5kW lık şebeke bağlantılı sistemin kurulumu ve devreye alınması için maliyet kalemleri Maliyet Kalemleri Dolar cinsinden maliyeti FV panel (20 adet x 250 W) $ Şebeke bağlantılı inverter (On-Grid inverter) (% 65 FV panel maliyeti % 35 inverter maliyeti Kablo ve kurulum ücreti (çatıya monte edilmesi dâhil) $ Çift Yönlü Sayaç 265 $ Toplam $ İzinler, Statik Rapor vb $ Genel Toplam $ Benzetim Şartları Çeşitli tüketim senaryolarında Tablo 4.2 de maliyeti verilen 5 kw lık çatıya kurulu şebeke bağlantılı FV sistem için; FV panel veriminin yıllık %0,64 oranında azaldığı, Bakım-onarım giderlerinin ihmal edildiği, Enflasyonun yıllık ortalama %5 olduğu, Elektrik faturasına yıllık %5 zam yapıldığı, Aylık ortalama elektrik tüketim miktarının sabit olduğu,

12 ÇATIYA KURULU FOTOVOLTAİK SİSTEMLERİN ERZİNCAN DA UYGULANABİLİRLİĞİNİN 405 Teşvik miktarlarının değişmediği, Kurulum sırasındaki izin, statik rapor vb. ücretlerinin dâhil olduğu, benzetim şartlarında benzetimler yapılarak geri ödeme süreleri hesaplanmıştır. Aşağıdaki tablolarda 5 kw lık şebeke bağlantılı FV sistem kurulu bir ev için çeşitli tüketim senaryolarına göre hesaplanan geri ödeme süreleri yer almaktadır. Benzetim Sonuçları Fatura ve Tüketim Miktarları İthal Panel Kullanılırsa Teşvik: 0,133$/kWh Geri Ödeme Süresi Yerli Panel Kullanılırsa Teşvik: 0,146$/kWh Fatura: 83 TL Aylık Ortalama Tüketim: 150 kwh Fatura: 110 TL Aylık Ortalama Tüketim: 200 kwh 12 yıl 11 yıl 10 yıl 9 ay 10 yıl 6 ay Tüketim Miktarları ve Tüketim Oranları % 50 Tüketim, % 50 Satış Aylık Ortalama Tüketim: 275 kwh % 100 Tüketim Aylık Ortalama Tüketim: 550 kwh İthal Panel Kullanılırsa Teşvik: 0,133$/kWh Geri Ödeme Süresi Yerli Panel Kullanılırsa Teşvik: 0,146$/kWh 11 yıl 10 yıl 8 yıl 5 ay 8 yıl 4 ay 5. Sonuçlar ve Öneriler Bu çalışmada çatıya kurulu-şebeke bağlantılı FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği Erzincan ın güneş enerjisi potansiyeli bakımından, Erzincan daki binaların fiziki özellikleri bakımından ve çatıya kurulacak olan FV sistemin ekonomik maliyeti bakımından olmak üzere üç farklı başlıkta incelenmiştir. Bu çalışmayla Erzincan halkı ve Erzincan da güneş enerjisinden lisanssız elektrik üretimi yapmak isteyenler için farkındalık oluşturmak istenmiştir. Çatıya Kurulu FV sistemlerin Erzincan da uygulanabilirliği değerlendirildiğinde Güneş enerjisi potansiyeli bakımından Erzincan ın yeterli potansiyele sahip olduğu görülmüştür. Öyle ki; güneş enerjisinden elektrik üretiminde en önde gelen ülke olan Almanya ile karşılaştırıldığında Erzincan ın Almanya ya göre %50 daha fazla potansiyele sahip olduğu belirlenmiştir. Erzincan ın deprem bölgesinde olması nedeniyle Erzincan merkezdeki binaların çoğunluğunun (%81,2) tek katlı ve iki katlı olduğu tespit edilmiştir. Bu durum Erzincan da kişi başına düşen çatı alanının fazla olmasına yol açmaktadır. Bunun sonucunda Erzincan merkezde FV sistem kurulumu yapmak için önemli miktarda kullanılabilecek çatı alanı olduğu aşikârdır. Sadece Erzincan ın merkezindeki (beldeler hariç) çatıların güneş paneli kurmaya müsait 40m 2 si kullanılsa 6,21 GWh elektrik enerjisi üretebilme potansiyeli vardır. Ancak bu binaların ne kadarının kullanıma uygun olduğu, tam olarak ne kadar bir çatı alanın olduğu ve çatı yönleri detaylı olarak incelenmelidir.

13 406 ULUSLARARASI ERZİNCAN SEMPOZYUMU (28 Eylül-1 Ekim 2016) Cilt 2 Ekonomik maliyet bakımından yapılan benzetimlerdeki geri ödeme süreleri dikkate alındığında, en iyi geri ödeme süresini %100 tüketimi karşılayacak şekilde yerli panel kullanılarak kurulan sistemlerin sağladığı (8 yıl 4 ay) görülmüştür. Ancak sistem kurulumu sırasında istenen statik rapor ve izinlerden kaynaklanan maliyetleri ortadan kaldırıldığında geri ödeme süreleri daha da düşecektir. Her ne kadar geri ödeme süreleri yüksek gibi görünse de FV sistemler 25 yıl veya daha fazla kullanılabilmektedir. Devlet tarafından verilen teşvik artarsa bu sistemleri kuran müteşebbis sayısı da artacaktır. Kaynakça Aksungur, K. M., Kurban, M., ve Filik, Ü. B. (2013). Türkiye nin Farklı Bölgelerindeki Güneş Işınım Verilerinin Analizi ve Değerlendirilmesi. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu. EPDK (Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu). (2016). [Çevrimiçi: Erişim tarihi: 02/05/2016. Erzincan Belediyesi. (2013) yılı itibariyle Erzincan İl Merkezindeki Bina Sayıları. Erzincan Meteoroloji Müdürlüğü. (2016). Aylık Ortalama Günlük Toplam Global Güneşlenme Şiddeti verileri. Erzincan Valiliği. (2016). [Çevrimiçi: Erişim tarihi: 11/06/2016. GEPA (Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası). (2016). [Çevrimiçi: Erişim tarihi:20/05/2016. Huld, T., Müller, R., & Gambardella, A. (2012). A new solar radiation database for estimating PV performance in Europe and Africa. Solar Energy, 86(6), International Energy Outlook (2016). U.S. Energy Information Administration. IEA-PVPS Report. (2015). Snapshot of Global Photovoltaic Markets (Report no: IEA-PVPS T1-27:2015). International Energy Agency. IEA-PVPS Trend Reports. (2016). International Energy Agency Photovoltaic Power System Programme [Çevrimiçi: Erişim tarihi 10/05/2016. Kaya, M. (2011). Erzincan iklim ve meteoroloji verileri. Tesisat Mühendisliği, cilt.124, ss Mueller, R. W., Matsoukas, C., Gratzki, A., Behr, H. D., & Hollmann, R. (2009). The CM-SAF operational scheme for the satellite based retrieval of solar surface irradiance A LUT based eigenvector hybrid approach. Remote Sensing of Environment, 113(5), Photovoltaics Report. (2016). Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. [Çevrimiçi: Erişim tarihi 10/06/2016. PVGIS. (2016). Photovoltaic Geographical Information System - Interactive Maps [Çevrimiçi: Erişim tarihi: 15/04/2016. Resmi Gazete. (2016). [Çevrimiçi: Erişim tarihi: 11/05/2016. REN Renewables 2016 Global Status Report (Paris: REN21 Secretariat). Šúri, M., Huld, T. A., & Dunlop, E. D. (2005). PV-GIS: a web-based solar radiation database for the calculation of PV potential in Europe. International Journal of Sustainable Energy, 24(2), Solar Energy Perspectives. (2011). International Energy Agency. TEİAŞ Kapasite Projeksiyonu. (2015). Türkiye Elektrik İletim A.Ş. Genel Müdürlüğü. TCMB. (2016). Türkiye Cumhuriyeti Merkez Bankası Döviz Kurları. [Çevrimiçi: Erişim tarihi:12/07/2016. Topray Solar.(2016). [Çevrimiçi: Erişim tarihi 01/06/2016. World Energy Outlook (2012). International Energy Agency.