TEKNODAN MADEN ENERJİ İNŞAAT Teknoloji Danışmanlığı ve Proje Üretimi GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİ Danışmanlık Hizmetleri Tel: 0312 440 16 11 Faks: 0312 440 16 31 Adres: Ahmet Rasim Sk. Yuvam Apt. No: 44/7 Y.Ayrancı/ANKARA e-mail: info@teknodan.com.tr omer.kuzu@teknodan.com.tr http://www.teknodan.com.tr 01 Mart 2010 Tel: 0216 465 37 20 Faks: 0216 465 37 22 Mobil: 0532 736 11 11 Adres: Göksuevleri Üstçamlık Cd. B112/B Villa A.Hisarı/Beykoz/İSTANBUL e-mail: cemal.tas@teknodan.com.tr Teknodan Enerji ve GIS Departmanı
İÇİNDEKİLER...1-2 1. GİRİŞ...3 1.1 Güneş Radyasyonu...3 1.2 Güneş Radyasyonu Hesaplama Yöntemleri ve Kullanılan Modeller...4 1.2.1 Modellerin Kullandığı Girdi Parametreleri...4 1.2.2 Modellerin Kullandığı Radyasyon Hesaplama Yöntemleri...8 1.2.2.1 Açık-Gökyüzü Hesaplama Yöntemleri...8 1.2.2.2 Gerçek-Gökyüzü Hesaplama Yöntemleri...11 1.2.3 Modellerin Kullandığı Çıktı Parametreleri...12 1.2.3.1 Uluslararası Kullanılan Modeller...12 1.2.3.1.1 NASA Meteonorm...12 1.2.3.1.2 GRASS R.sun...13 1.2.3.1.3 ESRI Solar Analyst...14 1.2.3.1.4 E.S.R.A ve Saatlik Radyasyon Tahmini...14 1.2.3.2 Model Sonuçlarının Ortalaması ve Standart Sapmaları...15 1.2.3.3 Modellere Ait Türkiye Güneş Radyasyon Haritaları...16 1.3 Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli...16 1.3.1 Tesis Tipine Göre Güneş Radyasyonu Hesaplamaları...17 1.4 Güneş Enerjisinden Elektrik Üretiminde Kullanılan Teknolojiler...20 1.4.1 Termik Sistemler...20 1.4.1.1 Parabolik Açılı Aynalar (Parabolic Trough)...20 1.4.1.2 Güneş Kuleleri (Central Receiver)...21 1.4.1.3 Parabolik Geniş Tabaklar (Parabolic Dish)...,...21 1.4.1.4 Yere Döşenmiş Aynalar (Fresnel)...,...21 1.4.2 Fotovoltaik Güneş Pilleri (PV)...22 2. GÜNEŞ ENERJİSİ DANIŞMANLIK HİZMETLERİ...24 2.1 ÖN-FİZİBİLİTE...24 2.1.1 Yer Seçimi...24 2.1.1.1 Enerji Potansiyeli...24 2.1.1.2 Arazinin Niteliği...24 2.1.1.3 Uzaklık Durumu...24 2.1.1.4 İklim Durumu...25 2.1.1.5 Tesis Alanı ve Kurulum Kapasitesi...25 2.1.2 Elektrik Üretimi Potansiyeli ve CO 2 Emisyon Hesapları...25 2.1.3 Ekonomik ve Finansal Ön Yatırım Analizleri...25 2.1.4 Teknoloji Seçimi...25 2.1.5 Arazi Saha ve Mülkiyet Kontrolü...25 2.2 EPDK ÖN-LİSANS BAŞVURU DOSYALARININ HAZIRLANMASI...26 2.2.1 Yatırım Termin Programı (5 nüsha)...26 2.2.2 Tek Hat Şeması (5 nüsha)...26 2.2.3 Tesisinin Yerini Gösteren 1/25.000 Ölçekli Harita (5 nüsha)...26 2.2.4 Tesisinin Yerleşim Yeri Projesi (2 nüsha)...26 2.2.5 Diğer Belgeler...26 2.3 EPDK ÜRETİM LİSANS BAŞVURU DOSYALARININ TAKİBİ...26 2.3.1 Eksik Evrakların Tamamlanması...26 2.3.2 Bürokrasi İşlemleri...26 2.4 TEKNİK FİZİBİLİTE...26 2.4.1 Saha Ölçümleri...26 2.4.2 Kalibrasyon İşlemleri ve Hesaplamalar...26 2.4.3 Ölçülü Tesis Yerleşim Planları...26 2.4.4 Gerçek Ekonomik ve Finansal Yatırım Raporları...27 2.5 TESİS KURULUMU VE İŞLETMEDE TEKNİK DANIŞMANLIK...27 2.6 GÜNEŞ PANELİ ÜRETİM TESİSİ KURULUMUNDA TEKNİK DANIŞMANLIK...27 3. DANIŞMANLIK HİZMETİ İÇERİĞİ...27 Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 1
4. TEKNODAN ŞİRKET TANITIM BİLGİLERİ...28 4.1 Faaliyet Alanları...28 4.1.1 Maden (Altın, Krom, Bakır, Manganez, Kuvars-Silis)...28 4.1.2 Enerji (Jeotermal, Hidroelektrik, Rüzgar, Güneş, Dalga, Biyokütle)...28 4.1.3 İnşaat (Tesis Kurulumu)... 28 4.1.4 Bor Uç Ürünleri (Ferrobor Üretim Patenti)... 28 4.2 Bilim Kurulu...28 4.2.1 Prof.Dr.İsmail Duman...28 4.2.2 Ertan TAŞ...28 4.2.3 Cemal TAŞ...28 4.2.4 Levent BAŞBUĞ...28 4.2.5 Ömer KUZU...28 5. ŞEKİLLER Şekil-1 Şekil-2 Şekil-3 Şekil-4 Şekil-5 Şekil-6 Şekil-7 Şekil-8 Şekil-9 Şekil-10 Şekil-11 Şekil-12 Şekil-13 Şekil-14 Güneş Radyasyon Tipleri Enlem(l), Saat Açısı(h),Güneş Deklinasyon Açısı(d) Güneşe Ait Zenith (θh), Yükseklik (β), Azimuth(ø) Açıları Yüzey azimutu, yüzey eğimi ve yüzey-güneş azimut açılarının tanımı ve güneş ışını ile olan etkileşimi NASA Meteonorm Modeli ve Çıktıları GRASS-R.sun Modeli ve Çıktıları ESRI Solar Analyst Modeli ve Çıktıları E.S.R.A Map Modeli ve Çıktıları Güneş Radyasyon Hesaplamalarında Kullanılan Modellerin Ortalaması NASA Meteonorm, GRASS R.sun, ESRI Solar Analyst Modellerine Ait Standart Sapma Grafikleri Modellerin Ortalamasından Elde Edilen Türkiye Haritaları Türkiye Potansiyel Güneş Alanları ve Toplam Kullanılabilir Alanlar (1650-1800 kwh/m2-yıl arası) Tesis Tipi ve Oryantasyonuna Göre Güneş Radyasyon Değerleri Örnek Sahanın Uydu Görüntüsü ( 5 km2, 1 Derece Eğim) Şekil-15 Güneşin Doğuş Saati ve Konumu (Saat: 05:14-06:28) Şekil-16 Güneşin Batış Saati ve Konumu (Saat: 19:12-20:01) Şekil-17 Şekil-18 Şekil-19 Şekil-20 Şekil-21 Şekil-22 Şekil-23 Şekil-24 Şekil-25 6. TABLOLAR Tablo-1 Tablo-2 Tablo-3 Tablo-4 Tablo-5 Tablo-6 Güneş Hareketi ve İzlediği Yol Örnek Tesis Noktasına ait Toplam, Direk ve Difüz Radyasyon Değerlerinin Saatlik Değişim Grafiği Örnek Tesis Noktasına ait PV Panel Yerleşim ve Oriyantasyon Hesaplamaları ve Ön Yatırım Hesapları Parobolic Trough Örnekleri Güneş Kulesi Örnekleri Parabolic Dish Örnekleri Fresnel Örnekleri Fotovoltaik Örnekleri 10MW Şebeke Bağlantılı PV Tesisi için Tek Hat Şeması ve Termin Planı Örneği Güneş Radyasyonu Modellerine Ait Veri Girdileri Güneş Radyasyonu Modellerine Ait Veri Çıktıları Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Türkiye de Yatırım Yapılabilir Güneş Enerjisi Potansiyeline Sahip Başlıca İller Güneş Pillerinin Elektrik Enerjisi Dönüşüm Oranları CSP ve PV Sistemlerinin Genel Kıyaslaması Tablo-7 CSP ve PV Enerji ve Maliyet Kıyaslaması (2008) Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 2
1. GİRİŞ 1.1 Güneş Radyasyonu Işınım veya radyasyon, bir kaynaktan çevreye enerji taşınımıdır. Radyasyon, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji emisyonu (yayımı) ya da aktarımı şeklinde ifade edilir. Bilindiği gibi maddenin temel yapısını atomlar meydana getirmektedir. Atom ise, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdek ile bunun çevresinde dönmekte olan elektronlardan oluşmaktadır. Herhangi bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre oldukça fazla ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar.çevresine bu şekilde ışın saçarak parçalanan maddelere "radyoaktif madde (güneş)", çevreye yayılan alfa, beta ve gama gibi ışınlara ise "radyasyon" adı verilmektedir. Geniş çapta kabul görülmüş olan terminolojiye göre taşıdığı enerji büyüklüğüne bakıldığında güneş radyasyonunun çoğunlukla kısa dalga boyuna sahiptir ve bu radyasyon değerleri İrradyans ve İrradyasyon isimli iki kavram ile açıklanmaktadır. İrradyans: birim zamanda birim alana düşen güneş gücü (anlık enerji) *W/m2] İrradyasyon: belirli bir zaman aralığında birim alana düşen güneş enerjisi miktarıdır. *Wh/m2] Direkt Radyasyon: Saçılmadan, yansıtılmadan, direkt olarak açık gök yüzünden yer yüzeyine ulaşan radyasyona direkt radyasyon denilmektedir. Difüz Radyasyon: Difüz radyasyon İse saçılarak ve dağılmaya uğrayarak yer yüzüne ulaşabilen ulaşabilen radyasyondur.güneş radyasyonu, bulut ve hava molekülleri, aerosoller gibi parçacıklar ve su damlacıkları nedeniyle atmosferde dağılır. Dağılarak yere ulaşabilen güneş radyasyonu ise yer yüzeyine çarparak tekrar dağılıma (emisyona) uğrarlar. Yansıtılan Radyasyon: Gelen güneş radyasyonunun bulutlar ve yeryüzeyi tarafından atmosfere geri gönderilen (radyasyonun az bır kısmı) radyasyona yansıtılan radyasyon denir. Albedo: Albedoyu kısaca tanımlarsak; yeryüzeyine ulaşan güneş ışınımının yerden yansımasının ölçüsüdür. Yani Yerden yansıtılan radyasyonun güneşten gelen toplam radyasyona oranı bize albedoyo verir. Yer yüzeyine bağlı olarak olarak değişir. Mesela yazın giydiğimiz giysinin renginin beyaz olması sonucunda gelen radyasyonu iyi yansıttığı için giydiğimiz siyah giysiye göre daha az sıcaklık hissederiz. Aynı şekilde kar örtüsü iyi bir yansıtıcı (albedosu yüksek), asfalt yolları ise kötü bir yansıtıcı yani düşük albedo değerlerine sahiptir. Yansıtabilirlik ya da Albedo (Latince albus =beyaz), yüzeylerin yansıtma gücü; veya bir yüzeyin üzerine düşen elektromanyetik enerjiyi yansıtma kapasitesi. Genel olarak güneş ışığını yansıtma kapasitesi için kullanılır. Albedo, cismin yüzey dokusuna, rengine ve alanına bağlı olarak değişir. Elektromanyetik tayfın tümünde veya belirli bir bölümünde hesaplanabilir.uzaydan dünyamıza bakıldığında, bulutlar parlak, okyanus yüzeyi ise genelde koyu olarak gözükür. Beyaz bulutlar üzerlerine düşen ışığın büyük bölümünü yansıtırlar; yani albedoları yüksektir. Deniz yüzeyi ise üzerine düşen ışığın büyük bölümünü emer, ancak çok küçük bölümünü yansıtır; yani albedosu düşüktür. Gezegenimizin yüzeyinde en yüksek albedo oranına sahip olan cisimler arasında kar ve kum sayılabilir. En düşük albedo değerlerine ise yeni sürülmüş nemli topraklarda ve ormanlık alanlarda rastlanır.) Toplam (Global) Radyasyon: Direkt, Difüz ve Albedo bileşenlerinin toplamına toplam (global) radyasyon denilmektedir. Şekil-1. Güneş Radyasyon Tipleri Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 3
1.2 Güneş Radyasyonu Hesaplama Yöntemleri ve Kullanılan Modeller Güneş enerjisi hesaplamalarında son 6 yıl öncesine kadar sadece güneş hareketlerine ve tesis noktasının enlem, boylam ve yükseklik gibi fazla detay içermeyen bilgilerine dayalı stokastik modeller kullanılmaktaydı. Ancak günümüzde ise, gerçek araziyi daha iyi karakterize edebilen konumsal coğrafi verilere dayalı deterministik modeller ile bu stokastik modellerin birleştirilmesi sonucu arazideki gerçek ölçüm sonuçlarına daha yakın değerler gösteren kompleks modeller geliştirilmiştir. Bu modellerin başlıca en çok kullanılanları ise, NASA- Meteonorm, GRASS - R.Sun ve ESRI-Solar Analyst modelleridir. Bu modellerin de kendi içerilerinde artı ve eksileri yer almaktadır. Bu nedenle bu üç modele ait sonuçlarının karşılaştırılması ve ortalamalarının alınması daha gerçekçi ve hata payı daha düşük sonuçlar ortaya çıkarmaktadır. Bu modellere ait verilerin karşılaştırılması ve birleştirilmesi ile firmamıza ait yeni bir güneş enerjisi modeli geliştirilmiş olup bu model ile yurtiçi veya yurtdışında herhangi bir alana veya noktaya ait güneş radyasyonu değerleri kolaylıkla %2 (+,-) hata payı ile hesaplanabilmektedir. Arazi modelleri ve tesis yer seçim kriterleri ile de uygun tesis alanları kolaylıkla belirlenebilmektedir. 1.2.1 Modellerin Kullandığı Girdi Parametreleri VERİ GİRDİLERİ Veri Tipi Veri Tanımı Birimi Değer Aralığı Grid Haritası (NASA 90m Çözünürlük) Sayısal Yükseklik Modeli Metre 0 4000 Grid Haritası (NASA 90m Çözünürlük) Arazi Bakısı (Güneş Paneli Azimut Açısı) Ondalıklı Derece 0 360 Grid Haritası (NASA 90m Çözünürlük) Arazi Eğimi (Güneş Paneli Eğim Açısı) Ondalıklı Derece 0 90 Grid Haritası (NASA 1km Çözünürlük) Su buharı ve tozlardan Kaynaklanan Birimsiz (Katsayı) 0 -»7 Atmosferik Türbidite (Transmittivity) Noktasal Değerler Su buharı ve tozlardan Kaynaklanan Birimsiz (Katsayı) 0 -»7 Atmosferik Türbidite (Transmittivity) Grid Haritası (NASA 1km Çözünürlük) Yüzey Zemin Albedosu Birimsiz (Katsayı) 0 1 Noktasal Değerler Yüzey Zemin Albedosu Birimsiz (Katsayı) 0 1 Grid Haritası (NASA 90m Çözünürlük) Enlem Ondalıklı Derece -90 90 Noktasal Değerler Enlem Ondalıklı Derece -90 90 Grid Haritası (NASA 1km Çözünürlük) Açık Gökyüzü İndeksi Global Radyasyon Bileşenleri için (Saçılma Oranı) Birimsiz (Katsayı) 0 1 Grid Haritası (NASA 1km Çözünürlük) Açık Gökyüzü İndeksi Difüz Radyasyon Birimsiz (Katsayı) 0 1 Bileşenleri için (Saçılma Oranı) Sayısal Değerler Gün Sayısı Birimsiz (Katsayı) 0 366 Sayısal Değerler Güneş Açıları(Deklinasyon Açısı, Azimut Radyan -0.40928 0.40928 Açısı, Zenith Açısı) Sayısal Değerler Lokal Güneş Zamanı Ondalıklı Saat 0 24 Sayısal Değerler Model Çalıştırma Zaman Aralıkları Ondalıklı Saat 0.01 1.0 Sayısal Değerler Gölgelenme için Örnekleme Uzaklığı Katsayısı Tablo-1. Güneş Radyasyonu Modellerine Ait Veri Girdileri Ondalıklı Saat 0.1 2.0 Sayısal Yükseklik Modeli: NASA tarafından kullanılan uyduların çektiği görüntüler üzerinden üretilen tüm dünyaya ait 10m - 30m - 90m çözünürlükteki arazinin deniz seviyesine ve topoğrafyaya göre yüksekliklerini içeren dijital ortamdaki çoklu veri setidir. Arazi Bakısı (Güneş Paneli Azimut Açısı) : Sayısal Yükseklik Modelinden oluşturulan ve herhangi bir yöne bakan eğimli arazilerin ve güneş panellerinin kaç derece ile hangi yöne yönelmesi olduğunu hesaplanma metodudur. Bu yöntem ile herhangi bir noktadaki güneş panelinin güneşi görebileceği yön belirlemesi yapılmaktadır. Ör: 30:-SE Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 4
Arazi Eğimi (Güneş Paneli Eğim Açısı) : Sayısal Yükseklik Modelinden oluşturulan ve arazinin kaç derece eğimli ve güneş panellerinin kaç derece ile eğimli kurulması gerektiğini hesaplama metodudur. Arazi bakısı ve eğimi birlikte kullanılarak güneş panellerinin yönelimi ve optimum montaj açısı hesaplanmaktadır. (30:-SE-36:) Atmosferik Türbidite (Transmittivity): Açık gökyüzü koşullarında yeryüzüne gelen güneş ışınları atmosferdeki katı ve sıvı partiküller tarafından Rayleigh saçılmasına uğrayarak enerji zayıflamasına uğrarlar. Katı ve sıvı partiküllerden dolayı olan bu zayıflama ise Atmosferik Türbidite (Transmittivity) ile tanımlanır. Bu parametre kuru ve açık atmosferle ilgili olan puslu ve nemli atmosferin optik şiddetini (yoğunluğunu) gösterir. Türbidite faktörünün dinamik yapısından dolayı hesaplanması ve ortalamasının alınması zordur. Mevsimsel olarak değişim göstermekte olup kışın en düşük değeri, yazın ise en yüksek değeri alır. Ayrıca türbidite faktörü yersel olarak değişim gösterir, bu farklılıklar arazinin yüksekliği ile ilişkilendirilir. Endüstrileşme ve kentleşmede türbiditeye önemli etkilerde bulunur. Yüzey Zemin Albedosu: Yeryüzünden direkt veya açılı olarak yansıtılan radyasyon değerinin, toplam radyasyon değerine oranıdır. Enlem: Ekvatordan kutuplara doğru güneş hareketlerinin ve radyasyonun nasıl değiştiğini belirlemede kullanılan, çizgisel olarak birbirleri arasında aynı coğrafi mesafeyi içeren ve dünya üzerinde sanal olarak bölünlendirilmiş dairesel çizgilerdir. Açık Gökyüzü İndeksi (Diffuse Proportion) : Yeryüzüne gelen toplam radyasyonun, kapalı ve bulutlu havalardaki zamanlarda bulutlar içerisinden süzülerek yer yüzüne difüz radyasyon olarak geldiği durumlarda, gökyüzünün açık veya kapalı olduğu durumları karakterize etmek için difüz radyasyonun toplam radyasyona oranı ile ifade edilmektedir. (0.3 < Açık Gökyüzü, Kapalı Gökyüzü > 0.7) Gün Sayısı: Modellerin belirlenen yıl içerisindeki hangi günler için çalıştırılacağını belirtir. Böylece kış, sonbahar, ilkbahar ve yaz ayları için ayrı ayrı çalıştırma imkanı sunar ve tüm yıl hesaplamaları için 365 gün kullanılır. Güneş Deklinasyon Açısı: Enlem(l), Ekvatordan P noktasına olan açısal uzaklıktır. Şekilde de görüleceği gibi projeksiyonun OP çizgisi ile ekvator arasındaki açıdır. Açının alacağı işareti kuzey ve güney yarım küresi belirler, kuzey yarım kürede pozitif, güney yarım kürede ise negatifdir. Saat Açısı(h), dünyanın merkezi ile güneş merkezini birleştiren projeksiyondaki OP çizgisi ile dünya ekvator düzlemi arasında ölçülen açıdır. Öğlen zamanında saat açısı(h,t) sıfırı gösterir. Her bir saat 15 derecelik saat açısına eşittir. Saat açısı öğle öncesi negatif, öğlen sonrası ise pozitiftir. Şekil-2. Enlem(l), Saat Açısı(h),Güneş Deklinasyon Açısı(d) Deklinasyon: dünyanın güneş etrafında döndüğü düzleme ekliptik düzlem denir. Dünyanın kendi ekseni, ekliptik düzleminin normali ile yaklaşık olarak 23.50.lik açı yapar. Dünyanın kendi ekseni etrafında dönüşü güneş radyasyonun günlük değişimine, güneş etrafında dönüşü ise mevsimsel değişime neden olur.dünyanın kendi ekseni ile ekliptik düzlemin normali arasındaki açı değişmez fakat güneş ve dünya merkezini birleştiren hattın ekvator düzlemi ile yaptığı açı günlük olarak değişir. Bu açıya Deklinasyon Açısı denir. Yıl içerisinde değişen deklinasyon açısının fonksiyonu ise: d(derece) = 23.5sin[360/365(284+n)] Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 5
Güneş Açıları: Daha önceden enlem, saat açısı ve güneş deklinasyon açıları açıklanmış olup bunların yanında güneş radyasyonunun eğimli yer yüzeylerine ve güneş panellerine hangi açı ile geldiğini ifade etmek ve optimum açıları bulmak için güneşin zenit açısı, yükseklik açısı ve azimut açısının hesaplanması gerekmektedir. Zenit Açısı (θ H ), Verilen bir zamanda yeryüzeyindeki gözleyicinin (P noktasının güneş yörüngesine olan uzantısı) gök küredeki (güneş) uzantısı arasındakı açı zenit açısı olarak tanımlanır. 0 ile 90 derece arasında değişim gösterir. Yükseklik Açısı (β), Dikey düzlem ile güneş ışını arasında ve yatay düzlem üzerindeki güneş ışınlarının projeksiyon açısıdır. β + θ H = π/2 Şekil-3. Güneşe Ait Zenith (θ H ), Yükseklik (β), Azimuth(ø) Açıları Azimut Açısı (ø): Güneş ışınının yatay projeksiyonun güneyinden ölçülen yatay düzlemdeki açıdır. Cosø =1/cosβ(cosdsinlcosh sindcosl ) [0-360 derece arasında değişmektedir.) ø: Güneş Azimut Açısı : Güneyin doğusunda negatif, güneyin batısında ise pozitiftir. l: Enlem : Kuzeyde pozitif, güneyde negatiftir. d: Deklinasyon Açısı: Güneş ışınları ekvatorun kuzeyinde ise pozitif, güney yarım kürede ise negatifdir. h: Saat açısı : Öğle öncesi negatif, öğlen sonrası ise pozitiftir. β: Yükseklik Açısı : 0 ile 90 derece arasında değişim gösterir. Şekil-4. Yüzey azimutu, yüzey eğimi ve yüzey-güneş azimut açılarının tanımı ve güneş ışını ile olan etkileşimi Ayrıca yukarıda da bashettiğimiz güneşin belli bir yerde belli bir zaman diliminde eğimli yüzey ile güneş arasındaki açı, θ(rad) bağıl zenit açısı diyebileceğimiz eğimli bir yüzeyde yüzey normali ile güneş ışını arasındaki açıdır. Yatay yüzeylerde yüzey normali dikey olduğundan bu açı zenit açısına eşittir. Fakat burada yüzey eğimli olduğu için güneş ile yüzey normali arasındaki açı bize eğim açısını verir. Şekil 4 de de görüldüğü gibi eğimli yüzey normali ile ışının geldiği noktadaki düşey normali arasındaki açı bize eğim açısını verir. Yüzey Azimut Açısı (bakı, azimuth) (Ψ): Şekil 4 deki projeksiyona göre yüzey normalinin yatay projeksiyonundan doğu ile yaptığı ve güneye doğru taranan açıdır. Güney doğu bakısı negatif, güney batı bakısı ise pozitifdir. Buna göre açıyı saptamak yüzeyin ekvatora göre hangi yöne baktığını saptamak (Bakı) için önemlidir. Örneğin eğer yüzey güney-doğuya bakıyorsa, yüzey azımut açısı negatif, güney batıya bakıyorsa pozitifdir. Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 6
Yüzey - Güneş Azimut Açısı (γ): Şekil 4 e göre güneş ışının yatay projeksiyon ve yüzey normalinin yatay projeksiyonu arasındaki açıdır. Yüzey - güneş (bağıl azimut) azimut açısı, güneş azimut açısı ve yüzey azimut açısı arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir. γ = ø - Ψ (Derece) Şekil 4 de eğimli yüzeyler için, cosθ=cosβcosγsinσ + sinβcosσ Eğer yüzey düşeyse ise (Σ = 90:), cosθ=cosβcosγ Eğer yüzey yatay ise (Σ = 0:), cosθ=sinβ=cosθh bu hesaplamalardan da anlaşılacağı gibi tanımlanan belli bi zamandaki yatay yüzeydeki güneş açısı, zenit açısına eşittir. Lokal Güneş Zamanı: Güneş radyasyonu hesaplarında güneşin hareketlerine bağlı güneş zamanı kullanılmalıdır. Zaman greenwich merideyenine göre düzeltilir. Lokal saat zamanı hassas meridyen gözlemlerinden yapılır. Her meridyen arasında 1saat/15 (4 dakikalık) bir zaman farkı vardır. Lokal güneş zamanı (LST local solar time) ile lokal yerel zamanı ( LCT local civil time) arasındaki fark aşağıdaki gibi hesaplanır. LST=CT+(1/15)(Lstd-Lloc)+E-DT (1.1) LST = Lokal Güneş Zamanı (Saat) CT = Saat (Saat) Lstd = Lokal zaman zonu için standart meridyen (Derece Batı ) Lloc = Gerçek Lokasyona Ait Enlem Değeri (Derece Batı) E = Zaman Denklemi (Saat) DT = Yaz Saati Düzeltmesi (DT = 0 veya DT= 1 Saat) Saat olarak gilen değerler ondalık olarak değerlendirilir. Zaman denklemi: E= 0.165sin2B-0.126cosB-0.025sinB (saat) B= 360(n-81)/364 (derece) n: gün Saat açısını aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz. Yukarıda da bahsedildiği gibi saat açısının değişimi herbir saatte 15 derecedir ve güneş öğlesinde sıfır, öğle öncesi negatif ve öğle sonrası ise pozitif değer alır. h = 15(LST-12) [derece] (T=15(t-12) Model Çalıştırma Zaman Aralıkları (Lag Time): Bu modeller, güneşin hareket ettiği zaman aralıklarını ifade etmek için dakika ve saat periyodunda hesaplamalar yapmaktadır. Bu hesaplamların sonuçları toplanarak aylık ve yıllık değerlere ulaşılmaktadır. Varsayılan değeri 30 dakikadır. Gölgelenme için Zaman Aralıkları (Distance Coefficient for Shadow Sampling): Sayısal arazi yükseklik verisini içeren her bir 90m grid hücresini baz alarak etrafındaki diğer grid hücreleri ile olan yükseklik farkları, bakı ve eğim gibi ilişkili parametreleri ve bu grid üzerindeki güneş ışınlarının hareketlerini ve geliş açılarını da dikkate alarak o grid üzerinde gölgelenme oranları hesaplanmaktadır. Özetle, yükseklik, eğim ve bakı değerlerine sahip gridler üzerinde güneş hareklerinin zamana bağlı olarak simulasyonu yapılmaktadır. Dağlık arazilerde gölgelenme nedeni ile radyasyon değerlerinin aşırı derecede azaldığı görülmektedir. Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 7
1.2.2 Modellerin Kullandığı Radyasyon Hesaplama Yöntemleri 1.2.2.1 Açık-Gökyüzü Hesaplama Yöntemleri Direk Radyasyon: Güneşten atmosfere gelen anlık direk irradyansın sabit olarak (I 0 ), 1367 W/m 2 olduğu kabul edilmektedir. Dünyanın basık yüzeyi ve dünyanın güneş etrafında döndüğü yörünge içerisinde, dünyanın güneşe olan uzaklığının yıl içerisinde değişmesi nedeni ile dünya atmosferinin çeşitli yerlerinden gelen gerçek direk irradyansı bulmak için, sabit irradyans düzelteme katsayısı ile çarpılır. ( ) G 0 = I 0 (W/m 2 ) (1) = 1 + 0.03344 cos (j - 0.048869) (2) j = 2 j/365.25 (radyan) (3) j = 1 Ocak ile 31 Aralık arasındaki gün sayısı (366) B 0c = G 0 exp {-0.8662 T LK m R (m)} (4) -0.8662 T LK, atmosferik turbidite faktörü (sabit sayı) Kasten (1996). m, bağıl optik hava kütlesi (-) (Kasten and Young 1989). h 0 ref m = (p/p 0 )/(sin h 0 ref + 0.50572 (h 0 ref + 6.07995) -1.6364 ) (5) doğrulanmış güneş mesafesi h 0 (güneş ve ufuz çizgisi arasındaki açı) (Derece) ışığın kırılma bileşeni h ref 0 : h ref 0 =0.061359 (0.1594+1.123 h 0 + 0.065656 h 2 0 )/(1 + 28.9344 h 0 + 277.3971 h 2 0 ) h ref ref 0 = h 0 + h 0 (6) Denklem 5 deki, p/p 0 bileşeni, verilen yükseklik değerine göre z(m) hesaplanması: p/p 0 = exp (-z/8434.5) (7) Denklem 4 deki R (m), hava kütlesinin (m) Rayleigh optik kalınlığıdır ve aşağıdaki formülle hesaplanır.kasten (1996) m <= 20 için, R (m) = 1/(6.6296 + 1.7513 m - 0.1202 m 2 + 0.0065 m 3-0.00013 m 4 ) (8) m > 20 için, R (m) = 1/(10.4 + 0.718 m) (9) Yatay düzleme gelen direk irradyans ise, B hc (W/m 2 ): B hc = B 0c sin h 0 (10) h 0, güneş ve ufuz çizgisi arasındaki açı ise, denklem 13 den hesaplanmaktadır. Eğimli yüzeylere gelen direk irradyans ise, B ic (W/m 2 ): B ic = B 0c sin exp (11) veya B ic = B hc sin exp /sin h 0 (12) exp, Güneş ve eğimli yüzey arasında ölçülen güneş yaklaşma açısı ise, denklem 17 den hesaplanmaktadır. Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 8
Difüz Radyasyon: Açık gökyüzünün daha bulutlu olduğu zamanlarda, difüz irradyasın arttığı ve direkt irradyansın ise azaldığı görülmektedir. Yatay yüzeyler üzerine gelen difüz bileşeninin hesaplanması D hc (W/m 2 ) ise, atmosferden gelen gerçek direk irradyansa (G 0 ), amosferik türbiditeye bağlı olan (T LK ) difüz iletim fonksiyonuna (Tn) ve güneş yükseklik açısına (h 0 ) bağlı olan difüz güneş yükseklik açısı fonsiyonu (F d ) bağlı olarak hesaplanır. (Scharmer and Greif 2000) D hc = G 0.Tn(T LK ). F d (h 0 ) (22) Tn(T LK ), yatay yüzeyler üzerine güneş ışınlarının bulutlardan geçtikten sonra dik olarak gelen teorik difüz irradyansını verir. Tn(T LK ) = -0.015843 + 0.030543 T LK + 0.0003797 T LK 2 (23) Güneş yükseklik açısı fonsiyonu: F d (h 0 ) = A 1 + A 2 sin h 0 + A 3 sin 2 h 0 (24) Atmosferik Türbiditeye (T LK ) bağlı A 1, A 2 ve A 3 katsayıları ise: 2 A 1 ' = 0.26463-0.061581 T LK + 0.0031408 T LK A 1 = 0.0022/Tn(T LK ) eğer A 1 ' Tn(T LK ) < 0.0022 A 1 = A 1 eğer A 1 ' Tn(T LK ) >= 0.0022 2 A 2 = 2.04020 + 0.018945 T LK - 0.011161 T LK 2 A 3 = -1.3025 + 0.039231 T LK + 0.0085079 T LK Eğimli yüzeydeki açık-gökyüzü difüz irradyansı,d ic (W/m 2 ) güneşli ve gölgeli yerler için ayrı hesaplanır.(muneer 1990) (25) a) Güneş alan yüzeylerde ve bulutlu olmayan gökyüzünde (h 0 -radyan): Eğer h 0 >= 0.1 ise, (ör. 5.7 ) D ic = D hc {F( N ) (1 - K b ) + K b sin exp /sin h 0 } (26) Eğer h 0 < 0.1 ise, D ic = D hc {F( N ) (1 - K b ) + K b sin N cos A LN /(0.1-0.008 h 0 )} (27) A* LN = A 0 - A N (28) A LN = A* LN eğer - <= A* LN <= A LN = A* LN - 2 eğer A* LN > A LN = A* LN + 2 eğer A* LN < - A N = Yüzey Azimut Açısı (radyan) A 0 = Güneşin Azimut Açısı (radyan) b) Gölgelenme etkisinde olan yüzeylerde ve bulutlu olmayan gökyüzünde ( exp < 0 ve h 0 >= 0): D ic = D hc F( N ) (29) F( N ), gölge etkisindeki alanlardaki difüz irradyansı hesaplama fonksiyonu ( N - yüzey eğim açısı, radyan): F( N ) = r i ( N ) + (sin N - N cos N - sin 2 ( N /2)) N (30) r i ( N ), eğimli yüzey tarafından gökyüzü kubbesinin görünen kısmı (Katyasyı): r i ( N ) = (1 + cos N )/2 (31) N, gölgelenen yüzeyler için 0.25227 değeri kullanılırken, açık-gökyüzü ve güneşli yüzeyler için N: N = 0.00263 0.712 K b 0.6883 K b 2 K b, direk irradyans miktarını karakterize eden bir ölçüdür. (yatay düzleme gelen direk irradyansın, atmosferden gelen güneş irradyansına oranıdır): (32) K b = B hc /G 0h (33) G 0h (W/m 2 ) ise, aşağıdaki formül ile hesaplanır: G 0h = G 0.sinh 0 (34) Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 9
Yer Yüzeyinden Yansıtılan Radyasyon Eğimli yüzeyden yansıtılan irradyans (R i )(W/m 2 ), izotropik bir varsayıma dayanmaktadır ve yatay düzlemdeki toplam irradyans değerine (G hc ), ortalama yüzey albedosuna ( g ) ve eğimli yüzeydeki yansıtan yüzey oranına r g ( N ) göre hesaplanmaktadır. (Muneer 1997): R i = g G hc r g ( N ) (35) r g ( N ) = (1 - cos N )/2 (36) G hc (W/m 2 ), direk ve difüz toplamı: G hc = B hc + D hc (37) ( g ), genel olarak 0.2 ile 0.15 arasındaki değerler kullanılır. Güneşin Konumu Yatay düzlemler için, Güneşin konumu, güneşin yükseklik açısı (h 0 - güneşin hareket düzlemi ile yatay düzlem arasındaki açı) ve güneşin azimut açısı (A 0 -doğudan ölçülen, güneş ve meridyen arasındaki yatay açı) ile ikili bir koordinat şeklinde ifade edilir. (Krcho 1990, Jenčo 1992): sin h 0 = C 31 cos T + C 33 (13) cos A 0 = (C 11 cos T + C 13 )/((C 22 sin T) 2 + (C 11 cos T + C 13 ) 2 ) 1/2 C 11 = sin cos (14) C 13 = -cos sin C 22 = cos C 31 = cos cos C 33 = sin sin Güneş deklinasyon açısı, (rad) aşağıdaki formül ile hesaplanır. = arcsin (0.3978 sin (j - 1.4 + 0.0355 sin (j - 0.0489))) (15) Gün Açıları (j ) (radyan), denklem 3 den hesaplanabilir. Saat açısı, T (rad), lokal güneş zamanı (t) ve 24 saat içindeki ondalıklı saatler ile hesaplanır. T = 0.261799 (t - 12) (16) Eğimli düzlemler için, Güneşin konumu, güneşin yaklaşma açısı ile tanımlanır( exp )(Krcho 1990, Jenčo 1992). Eğimli yüzeyler, yüzey eğim açısı ( N ) ve yüzey azimut açısı (bakı) A N ile ifade edilirse: sin exp = C 31 cos (T - ) + C 33 (17) C 31 = cos cos (18) C 33 = sin sin sin = - cos sin N cos A N + sin cos N (19) tg = - (sin N sin A N )/(sin sin N cos A N + cos cos N ). Yatay bir yüzey üzerinde, güneşin doğuşu ve batışı süresince değişen saat açısı, (T h r,s ): cos T h r,s = -C 33 /C 31 (20) Eğimli bir yüzey üzerinde, güneşin doğuşu ve batışı süresince değişen saat açısı, (T h r,s ): cos (T i r,s - ) = -C 33 /C 31. (21) Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 10
1.2.2.2 Gerçek-Gökyüzü Hesaplama Yöntemleri Gerçek-gökyüzü irradyans veya irradyasyon değerleri, açık-gökyüzü için hazırlanan raster haritaların, bulutluluk indeksi de diyebileceğimiz kapanık gökyüzü durumunu ifade eden bir azaltma parametresi ile çarpımı sonucu elde edilir. Meteorolojik ölçüm istasyonlarındaki kapanıklılık ölçümleri, tüm sahanın fiziksel doğasını ve dinamik konumsal değişimini temsil edemeyeceğinden daha basit parametreler kullanılmaktadır. Yatay ve eğimli yüzeyler için hesaplanan k c, (Açık-gökyüzü indeksi) birbirinden çok az farklıdır. Bulutlu kapanıklılık koşulları altında, yatay yüzeylerdeki toplam irradyans/irradyasyon (G ho ) hesaplama yaklaşımları, açık-gökyüzü toplam irradyans/irradyasyon (G hc ) nın açık gökyüzü indeksi (k c ) ile çarpılması ile elde edilir. (Beyer et al 1996, Hammer et al 1998, Rigollier et al. 2001) G ho = G hc k c (38) k c indeksi, atmosferik iletimi gösterir ve yatay düzlem üzerindeki bulutlu ve açık gökyüzüne ait toplam radyasyonun oranını ifade eder. Yüzeyde kurulan meteorolojik ölçüm istasyonlarına ait veri setleri kullanılarak, k c değeri aşağıdaki şekilde heseplanabilmektedir. Ölçüm istasyonunda ölçülen toplam radyasyon (G hs ) değerlerinin, hesaplanan açıkgökyüzü toplam adyasyonuna oranı ile bulunur. k c = G hs /G hc (39) Bulutlu kapanıklılık koşulları altında, eğimli yüzeylerdeki toplam irradyans/irradyasyon (G i ) hesaplama yaklaşımları, bulutlu ortamlarda toplam radyasyonun bileşenleri olan Difüz (D h ) ve Direk(B h ) değeleri de k c indeksi kullanılarak iyileştirilebilir. Denklem 26,27,29,37 de formüller yer almaktadır. (D hc ), hesaplanan açık-gökyüzü difüz radyasyon değeri, (B hc ), hesaplanan açık-gökyüzü difüz radyasyon değeridir. D ho = D hc k d c (40) B ho = B hc k b c D ho /G ho oranı açık-gökyüzünden kapalı gökyüzüne olan değişimi gösterir. D ho /G ho değer aralığı 0.3-1.0 arasında değşir ve 0.3 açık, 1.0 kapalı gökyüzünü ifade eder.(kasten and Czeplak 1980). Çeşitli, bölgelerdeki ölçüm istasyonlarında yapılan yatay düzlemdeki toplam (G hs ), ve difüz radyasyon (D hs ) ölçümlerinden elde edilen verilerin oranı ile (D hs /G hs ) açık gökyüzü indeksi hesaplanabilir. D ho /G ho = D hs /G hs (41) B ho = G ho D ho k d c = D h /D hc (42) k b c = B ho /B hc Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 11
1.2.3 Modellerin Kullandığı Çıktı Parametreleri Yukarıda bahsedilen tüm veri girdileri ve hesaplama yöntemleri, çeşitli modellerde farklı isimler altında kullanılarak aşağıdaki model çıktıları elde edilmektedir. Veri Veri Tipi Birimi 90m Çözünürlükte Grid Haritası Güneş Yaklaşma Açısı Ondalıklı Derece 90m Çözünürlükte Grid Haritası Direk İrradyans W/m 2 90m Çözünürlükte Grid Haritası Difüz İrradyans W/m 2 90m Çözünürlükte Grid Haritası Yüzeyden Yansıtılan İrradyans W/m 2 90m Çözünürlükte Grid Haritası Direk İrradyans Süresi 90m Çözünürlükte Grid Haritası Direk İrradyasyon (Yatay,Dik,Açılı), Tek ve Çift Eksenli 90m Çözünürlükte Grid Haritası Difüz İrradyasyon (Yatay,Dik,Açılı),Tek ve Çift Eksenli 90m Çözünürlükte Grid Haritası Yüzeyden Yansıtılan İrradyasyon Tablo-2. Güneş Radyasyonu Modellerine Ait Veri Çıktıları Dakika - Saat Wh/m 2 -saat, Wh/m 2 -gün Wh/m 2 -saat, Wh/m 2 -gün Wh/m 2 -saat, Wh/m 2 -gün 1.2.3.1 Uluslararası Kullanılan Modeller 1.2.3.1.1 NASA Meteonorm NASA tarafından geliştirilen ve uydudan alınan atmosferik verilerin kullanıldığı küresel ve lokal bazda güneş radyasyon hesaplamalarında kullanılmaktadır. Kullandığı radyasyon ve iklim verilerin uzun dönemli ve güncel olması avantajı iken, sadece NASA nın hazırladığı 90m yükselik modelinin kullanılması ile sınırlı olması nedeni ile daha hassas çözünürlüklere inilememesi dez avantajıdır. 90m çözünürlük ise güneş hesaplamalarında yeterli kabul edilmektedir. Ancak bina çatısı vs. gibi çok küçük lokasyonlar için elverişli değildir. Türkiye için 150 istasyon içermekte olup ve kalibrasyon düzeltme katsayısı, gökyüzü indeksinin (k c ) NASA bulutluluk indekslerinden hesaplanmasından dolayı gerçek değerlere %3 (+) daha yakındır. Çok büyük ölçekli yerlerin güneş enerjisi potansiyellerinin belirlenmesinde de kullanılmaktadır. örneğin, Avrupa Kıtasının veya Türkiye gibi ülkelerin tüm alanlarını içine alacak şekilde modellenmesi çok rahatlıkla yapılabilmektedir. Şekil-5. NASA Meteonorm Modeli ve Çıktıları Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 12
1.2.3.1.2 GRASS R.sun Avrupa Birliği Yenilenebilir Enerji Komisyonu tarafında geliştirlen ve yukarıda hesaplama formülleri ile birlikte verilen yöntemleri kapsayan ve WinGRASS GIS yazılımı içerisindeki coğrafi verileride analiz ederek çalıştırılacak bir kütüphanenin (r.sun) hazırlanması ile geliştirilmiş açık kaynak kodlu bir modeldir. Raster harita üzerinde alansal yayılıma sahip açık-gökyüzü indeksi (k c ) değerlerini kullanarak gerçek gökyüzü koşullarını yansıtması açısından avantajı var iken, çeşitli ölçüm istasyonlarındaki radyasyon ölçümlerini jeo-istatiksel yöntemlerle enterpole ederek bu alansal yayılıma sahip harita verilerinin oluşturması esasında örnekleme yöntemine, sayısına ve alanına bağlı olarak % 6 bir hata payı içermektedir. Belirlenen bir nokta için hesaplanan model verileri ile test ölçüm verileri arasında, model verilerinde %4 (+), bir fazlalık görülmüştür. Daha küçük alanların modellenmesinde kullanılmaktadır. Örneğin Türkiye, İl, İlçe ve Tesis alanları için kullanılabilir. Model içerisinde yatay, dikey ve açısal yüzeyler için direk, difüz, yansıtılan radyasyon değerlerini ve bunların toplamı olan global radyasyon değerleri saatlik hesaplanırken bu değerlerin günlük, aylık ve yıllık değerleri ile elektrik üretimi hesaplanmakta olup ayrıca gölgelenme hesapları da yapılmaktadır. Lokal bazda tesis yer seçimi ve saha fizibilite çalışmalarında kullanılması daha uygundur. Şekil-6. GRASS-R.sun Modeli ve Çıktıları Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 13
1.2.3.1.3 ESRI Solar Analyst ESRI firması tarafından geliştirilen ilk güneş radyasyonu modellerindendir. Zamanla bir çok ek parametreler eklenerek bugünkü halini almıştır. Tamamen GIS tabanlı bir modeldir. Geniş ölçekli alanlarda daha iyi sonuçlar vermektedir. Ancak lokal alanlarda (k C ), tansmissivity ve diffuse proportion parametre değerleri ortalama değer olarak alındığı için gerçek ortamı, %10-15 (-) oranında hata payı ile yansıtmaktadır. EİE GEPA Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası bu model kullanılarak hazırlanmıştır. Şekil-7. ESRI Solar Analyst Modeli ve Çıktıları 1.2.3.1.4 E.S.R.A ve Saatlik Radyasyon Tahmini E.S.R.A modeli, NASA dan ve diğer meteorolojik servislerden alınan, saatlik meterolojik güneş verilerinin ve bu veriler ile üretilen harita model verilerinin ve 3 günlük saatlik tahminleme (forcasting) verilerinin sunulduğu ücretli bir servistir.(http://www.soda-is.com ). Bu servisten alınan saatlik veriler ile 3 gün sonrası için elektrik üretimi tahminlemesi yapılabilmektedir. Böylece yatırımcılar, üretilecek tahmini elektrik enerjisini bilerek, buna göre ileriye dönük elektrik pazarlama işlemlerini planlayabilmektedirler. Şekil-8. E.S.R.A Map Modeli ve Çıktıları Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 14
1.2.3.2 Model Sonuçlarının Ortalaması ve Standart Sapmaları Çeşitli modellere ait sonuçların ortalamasının alınması daha doğru bir yaklaşım olmaktadır. Türkiye dahil Avrupa daki 20 ile 70 yıl arasındaki uzun dönemli meteorolojik güneş ölçüm verilerinin kullanılması ile hazırlanan aşağıdaki 6 adet model çıktıları arasında %3 ile %6 oranında standart sapma değeri ortaya çıkmaktadır. Bu verilerin ortalaması alınarak hata payı %2 ye kadar indirilmektedir. Şekil-9. Güneş Radyasyon Hesaplamalarında Kullanılan Modellerin Ortalaması Şekil-10. NASA Meteonorm, GRASS R.sun, ESRI Solar Analyst Modellerine Ait Standart Sapma Grafikleri Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 15
1.2.3.3 Modellere Ait Türkiye Güneş Radyasyon Haritaları Tarafımızından bu modellerden üretilen Türkiye geneli güneş radyasyon verilerinin ortalamasını içeren haritaları ve diğer arazi ve enerji ile ilgili katmanlar kullanılarak en uygun tesis kurulabilecek alanların çıkartılması ve bu alanlarda kurulacak herhangi bir kapasiteye sahip güneş enerjisi tesisine ait elektrik üretimi hesaplamaları ve panel/ayna açıları ve oriyastasyonu ile panel/ayna sayıları belirlenmektedir. Şekil-11. Modellerin Ortalamasından Elde Edilen Türkiye Haritaları 1.3 Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Türkiye nin Güneş Enerjisi Potansiyelini belirleme çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre, 7644 km 2 tesis kurulabileceği belirlenen alanlardan üretilebilecek toplam elektrik enerjisi yaklaşık 395 TWh/yıl olarak belirlenmiştir. Türkiye nin son sene elektrik üretim toplamının 200 TWh/yıl olduğu düşünülürse, ülkemizdeki güneş enerjisinin değerlendirilmesi ve yatırıma açılması ülke ekonomisi açısından oldukça cazip görünmektedir. Bu çalışmalarda 1670 kwh/m 2 ile 1800 kwh/m 2 arasındaki radyasyon değerleri kullanılmış olup, bu alanlar üzerine kullanılamaz alanlar olarak; ormanlık ve tarım alanları, eğimi 2 dereceden büyük alanlar, yerleşim yeri alanları, özel çevre koruma sahaları, ana ve tali yollar, göl ve barajlar, akarsular, yerltı suları, askeri alanlar, hava ve deniz limanları, helikopter pistleri, özel tapulu alanlar, maden ruhsat sahaları ve diğer santral sahalarına ait alanlar çıkartılarak hesaplanmıştır. GRh (kwh/m2-yıl) TA-Toplam Alan (km2) KA-Kullanılabilir Alan (km2) 1650-1700 65960 4362 1700-1750 47490 2184 1750-1800 12950 1098 Toplam 126400 7644 %20 Elektrik Enerjisi Dönüşümü E=GRh o *KA*0.20 Türkiye Yıllık Elektrik Enerjisi 395 TWh/Yıl Tablo-3. Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Şekil-12. Türkiye Potansiyel Güneş Alanları ve Toplam Kullanılabilir Alanlar (1670-1800 kwh/m 2 -yıl arası) Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 16
Tablo-4. Türkiye de Yatırım Yapılabilir Güneş Enerjisi Potansiyeline Sahip Başlıca İller 1.3.1 Tesis Tipine Göre Güneş Radyasyonu Hesaplamaları Örnek olarak, 1700 kwh/m 2 -yıl (toplam radyasyon) ve üzeri yerleri kapsayan ve saha üzerinde diğer arazi yer seçimi kriterlerinin uyglandığı sarı alan içerisinde kurulabilecek herhangi bir oryantasyona sahip, 100 MW PV güneş enerjisi tesisi için, 20 yıllık ölçüm verilerini de içeren örnek model hesaplamaları ve diğer ön-fizibilite çalışmaları aşağıda verilmiştir. (Not: Bu örnek lokasyon ve radyasyon verileri birbiri ile ilişikili değildir.) Şekil-13. Tesis Tipi ve Oryantasyonuna Göre Güneş Radyasyon Değerleri Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 17
Şekil-14. Örnek Sahanın Uydu Görüntüsü ( 5 km 2, 1 o Eğim) Şekil-15. Güneşin Doğuş Saati ve Konumu (Saat: 05:14-06:28) Şekil-16. Güneşin Batış Saati ve Konumu (Saat: 19:12-20:01) Şekil-17. Güneş Hareketi ve İzlediği Yol Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 18
Şekil-18. Örnek Tesis Noktasına ait Toplam, Direk ve Difüz Radyasyon Değerlerinin Saatlik Değişim Grafiği Şekil-19. Örnek Tesis Noktasına ait PV Panel Yerleşim ve Oriyantasyon Hesaplamaları ve Ön Yatırım Hesapları (Bakı ve Eğimi 68 o SE35 o, 50 MW PV Kurulu Güç, 125 Milyon yatırım maliyeti, 20-18 -cent/ kwh üzerinden 7.6 Yıl Geri Ödemesi, 210.185 güneş paneli, 84 GWh/yıl Elektrik Üretimi... ) Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 19
1.4 Güneş Enerjisinden Elektrik Üretiminde Kullanılan Teknolojiler 1.4.1 Termik Sistemler Güneş ışınlarını odaklayıcı büyük aynalar yardımı ile bir merkezde toplayarak ve o merkezdeki borular içinden geçirilen su veya sıvıların ısıtılması ile elde edilen borularda 100 o C- 150 o C ile buhar türbinlerinde 1500 o C-2000 o C sıcaklığa sahip subuharının buhar türbinlerinde elektrik enerjisine dönüştürülmesi prensibi ile çalışmaktadır. Buradaki buhar miktarı ve sıcaklığı tesis kapasitesi için önemlidir.termik sistemlerde çoğunlukla su ile birlikte sıcaklığı koruması için erişim nitrat tuzu kullanılmaktadır. 1.4.1.1 Parabolik Açılı Aynalar (Parabolic Trough) : 30 o ile 150 o açı ile tek eksende güneşi izlemektedirler. En çok kullanılan termik sistemlerin birinci sırasında yer almaktadır. Şekil-20. Parobolic Trough Örnekleri Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 20
1.4.1.2 Güneş Kuleleri (Central Receiver) : 5000 ile 10000 adet arasındaki küçük aynaların kulenin tepesindeki bir güneş ışını toplayıcısına gönderilerek ve bu toplayıcının içerisinden geçirilen suyun buhar haline getirilmesi prensibi ile çalışmaktadır. Kule yüksekliği (50-150 m arasında )güneşin geliş açısına ve tesisisin büyüklüğüne göre değişmektedir. Yansıtıcı paneller güneşi 2 eksende izleyebilmektedirler. En çok kullanılan termik sistemlerin ikinci sırasında yer almaktadır. Şekil-21. Güneş Kulesi Örnekleri 1.4.1.3 Parabolik Geniş Tabaklar (Parabolic Dish): Küçük alanlar için uygulanmakta olup, güneş ışınlarının tabak şeklindeki aynaların ortasındaki spotlara yansıtılması ve bu spotların içinden geçen suyun ısıtılması prensibi ile çalışmaktadır. Şekil-22. Parabolic Dish Örnekleri 1.4.1.4 Yere Döşenmiş Aynalar (Fresnel) : Parabolik Trough çalışma prensibine benzer bir şekilde çalışmakta olup, bu teknolojide aynalar yere yakın şekilde yatay olarak monte edilmektedir. Küçük alanlarda uygulanmakta olup, çok fazla örnek uygulaması yoktur. Şekil-23. Fresnel Örnekleri Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 21
1.4.2 Fotovoltaik Güneş Pilleri (PV) Güneş radyasyonundan elde edilen enerjiyi, Direkt Akımlı (DC) Elektrik Enerjisinden, küçük çapta kullanmak veya şebekeye vermek için Alternatif Akımlı (AC) Elektrik Enerjisine çeşitli çeviriciler (inverter) yardımı ile çeviren sistemlerdir. Bahçe Uygulaması, Çatı Uygulaması, Aydınlatma, Su Isıtma, Sulama, Elektrik Depolamalı Çatı Kiremiti Uygulamaları ve Şebeke Bağlantı Uygulamalarında kullanılan ve ilerde nanoteknojinin gelişimine bağlı olarak bir çok elektronik eşyada kullanılacak olan bir teknolojidir. Elektrik Enerjisi Çevirim Oranı, termik sistemlere göre daha düşük olan bu teknoloji üzerine bilim insanları sürekli çalışmakta olup, elektrik enerjisi çevirim oranı daha yüksek yeni maddeler üzerinde çalışmaktadırlar. ABD deki bir üniversitede yapılan bir labavatuvar çalışmasında, elektrik enerjisini %80 oranında elektrik enerjisine çevirecek bir madde bulunduğunu açıklanmış olup, üretimine 2012 den sonra başlanacağı haber kanallarından duyurulmuş ve uluslararası bilim dergilerinde yayınlanmıştır. Bu da bizlere gösteriyor ki, geleceğin güneş teknolojileri, güneş pilleri üzerine yoğunlaşacaktır. Bu güneş pillerinin ham maddesini ise, Silis İçerikli Tekli ve Çoklu Kristalli Silikon, İnce Film Şeritleri, Kadmiyum Tellurit oluşturmaktadır. Şekil-24. Fotovoltaik Örnekleri Pil Ham Maddesi Elektrik Çevirim Oranı (%) 1kWp için Gerekli Panel Alanı(m2) Monokristalin Silikon 15-18 7-9 Polikristalin Silikon 13-16 8-11 İnce Film Şerit, Bakır Indiyum Diselenit (CIS) 7.5-9.5 11-13 Kadmiyum Tellurit 6-9 14-18 Amorf Silikon 5-8 16-20 Tablo-5. Güneş Pillerinin Elektrik Enerjisi Dönüşüm Oranları Şekil-25. 10 MW Şebeke Bağlantılı PV Tesisi için Tek Hat Şeması ve Termin Planı Örneği Bu dökümanın içeriğinin hazırlanması TEKNODAN a aittir. İçeriğin izinsiz kullanılması veya kopyalanması yasaktır. Sayfa 22