Güneş Takip Sistemlerinin İncelenmesi

Güneş Takip Sistemlerinin İncelenmesi Hakan Çalışkan 1 ve Harun Kemal Öztürk 2 1 Uşak Üniversitesi, Müh. Fak., Makina Müh. Böl., Uşak, hakan.caliskan@usak.edu.tr 2 Pamukkale Üniversitesi, Müh. Fak., Makina Müh. Böl., Denizli, hkozturk@pau.edu.tr ÖZET GüneĢ enerjisinin en büyük dezavantajlarından birisi kuģkusuz güneģ enerjisinin kesintili olmasıdır. GüneĢ enerjisinden geceleri yaralanılamadığı gibi, bulutlu günlerde de yararlanmak mümkün değildir. Aynı zamanda yaz ve kıģ arasında da güneģ ıģınım değerleri büyük farklılıklar göstermektedir. GüneĢ enerjisinin kesintili olmasının yanı sıra diğer bir dezavantajı ise güneģ enerjisinin yoğun bir enerji kaynağı olmamasıdır. Türkiye ortalaması için güneģ enerjisinin ortalama günlük değeri 3.6 kwh/m 2 -gün olarak ölçülmüģtür. Bu nedenle de güneģ enerjisinden maksimum düzeyde yararlanmak için güneģin gün boyu (doğu-batı) ve yıl boyu (kuzey-güney) izlenmesi gerekmektedir. Bu amaçla güneģ takip sistemleri geliģtirilmiģ ve kullanılmaktadır. GüneĢ takip sistemlerinin amacı güneģ pillerini güneģe dik gelecek Ģekilde yönlendirmektir. Bu amaçla çok farklı sistemler geliģtirilmiģtir. Bu çalıģmada farklı güneģ takip sistemleri incelenerek, güneģ takip sistemlerinin çalıģma prensipleri, birbirlerine göre yararları ve sakıncaları, çalıģma verimleri ve diğer özellikleri incelenecektir. Anahtar Kelimeler: GüneĢ Enerjisi; GüneĢ Pilleri; GüneĢ Ġzleyicileri; GüneĢ Enerjisi Ġle Elektrik Üretimi. 1. GİRİŞ Ülkelerin endüstriyel ve sosyoekonomik yapılarının geliģmesinde enerji faktörünün önemi büyüktür. Enerji, geliģmiģliğin ve kalkınmanın bir göstergesi konumundadır. Dünyada yaģanan enerji krizleri, enerji ihtiyacının giderek artması, fosil kaynaklı yakıtların tükenebilir olması ve sanayileģmenin giderek artması sebebiyle çevre kirliliğinin üst seviyelere ulaģması gibi nedenlerden dolayı, güneģ enerjisi, hidrojen enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan yönelim giderek artmaktadır. Türkiye gibi enerjide büyük oranda dıģa bağımlı olan ülkeler için bu yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi büyüktür. Bu bağımlılık Türkiye de, petrolde % 90, doğalgazda ise % 95 oranındadır. Türkiye nin toplam enerji tüketimi yılda ortalama % 5 civarı bir artıģ göstermektedir. Türkiye de bir yıldaki toplam enerji tüketimi yaklaģık yüz milyon ton petrole eģdeğer bulunmuģtur. Bu yüzden, bu tür ülkelerde enerji üretiminde güneģ, hidrojen, rüzgar enerjisi veya bunların beraber kullanılabildiği enerji teknolojilerine büyük önem verilmektedir. GüneĢ enerjisi yenilenebilir, bol ve bedava bir enerji kaynağıdır. GüneĢ enerjisinden elektrik elde etme yöntemlerinden biri de fotovoltaik panellerin kullanılmasıdır. Teknolojik geliģimler ıģığında, fotovoltaik hücrelerin güneģ ıģığını elektrik 1

enerjisine çevirmedeki verimliliklerini arttırmanın yolları sürekli araģtırılmaktadır. Ayrıca, bir güneģ panelinin üzerine düģen güneģ ıģığının ne kadarının elektrik enerjisine çevrildiğine etki eden diğer önemli bir faktör de, gelen güneģ ıģınlarının panel yüzeyiyle yaptığı açıdır. GüneĢ ıģınları panel yüzeyine ne kadar dik gelirse üretilen enerji o kadar yüksek olmaktadır. GüneĢ ıģınlarının panel yüzeyine sürekli dik gelmesini sağlamak üzere güneģ takip sistemleri kullanılmaktadır. Bu sistemlerin kullanımı neticesinde; panellerden elde edilen elektrik enerjisi miktarının % 37 lere kadar arttığı tespit edilmiģtir [1]. Yapılan araģtırmaya göre, 120 m² lik iyi yalıtılmıģ bir konutun bir yıllık enerji ihtiyacı yaklaģık 12500 kwh dir. Aynı büyüklükte bir evin uygun iklim Ģartlarında yüzeyine düģen güneģ enerjisi miktarı ise 120000 kwh civarındadır. Bu rakamlar göstermektedir ki; güneģ enerjisi teknolojileri, düģük verimlerle çalıģsa bile lokal enerji ihtiyaçlarını karģılamak amacıyla uygun bir yöntemdir [1,2]. 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. Türkiye nin en fazla güneģ enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Bu yüzden Türkiye coğrafi konumu nedeniyle, sahip olduğu güneģ enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre Ģanslı durumdadır [1]. GüneĢ takip sistemlerinin kullanıldığı elektrik üretim sistemlerinde, doğrudan güneģ pili panelleri ile elektrik üretilebildiği gibi, depolama ve süreklilik için hidrojen enerjisi ile birlikte de kullanılabilmektedir. Detaylı bilgi baģka yerden edinilebilir [13]. 2. GÜNEŞ TAKİP SİSTEMLERİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİNDE KULLANILAN ELEMANLAR PV sistemlerde kullanılan elemanlar; Akü, fotovoltaik levha, regülatör, inverter olarak sıralanabilir. 2.1. Akü ġekil 2.1. ġebekeden bağımsız sistemler [5]. Sistemde elde edilen elektriğin, gece, güneģli olmayan veya çok bulutlu günlerde kullanılabilmesi için sisteme akü bağlanır. 2

2.2. Fotovoltaik Levhalar Bir fotovoltaik sistemin en önemli bölümü olan fotovoltaik levhalar, güneģ enerjisini doğru akım elektrik enerjisine dönüģtürürler. GüneĢ pillerinin bir araya gelmesiyle fotovoltaik modüller elde edilir. Bu modüllerin bir araya gelmesiyle fotovoltaik levhalar oluģturulur. Bu levhalar ise gerekli miktarda kullanılarak fotovoltaik sistem oluģturulur. Tipik bir fotovoltaik levha güneģli açık bir havada 12 V, 10 A kadar yani 120 W elektrik üretilebilir. Elde edilen gerilimi artırmak için levhalar seri olarak, akımı artırmak için ise paralel olarak bağlanabilirler. Genel olarak küçük uygulamalarda bir veya birkaç tane fotovoltaik levha kullanılmaktadır. GüneĢ olmadığı zamanlarda bataryalardan daimi akım çekilir ve güneģ olduğu zamanlarda batarya Ģarj edilir. Bataryalar genelde kurģun asit çeģidi olmalarına rağmen, araba bataryalarına kıyasla derin Ģarj-deĢarj özelliklerine sahiptirler. Fotovoltaik sistemlerde fazla enerji depolama maksadı ile genel olarak birden fazla batarya paralel olarak bağlanır ve bu Ģekilde toplam depolama kapasitesi artırılmıģ olur [5]. 2.3. Regülatör Fotovoltaik sistemlerde güneģ olduğu zamanlarda bataryaların tamamıyla dolduktan sonra akım almalarını (overcharge) önlemek gerekir. Fazla Ģarj bataryanın ısınmasına, sıvı kaybına ve batarya ömrünün kısalmasına yol açar. Regülatör, fotovoltaik levhalar ile bataryalar arasına konur ve bataryaların fazla Ģarj olmalarını önler. ÇalıĢma prensibi olarak regülatör batarya voltajını sürekli kontrol eder, batarya dolunca bataryaya giden akımı otomatik olarak keser. 2.4. İnverter Ġnverter 12 V veya 24 V düģük doğru akımı 240 V alternatif akıma dönüģtürür. Birkaç tane elektrikli cihazı besleyen küçük fotovoltaik sistemlerde inverter yerine düģük voltajlı doğru akımla çalıģan elektrikli cihazlar kullanmak daha verimli olabilir. Örneğin, 12 Volt ile çalıģan buzdolabı, televizyon, lamba vb. elektrikli cihazlar kullanıldığı takdirde invertere ihtiyaç olmayacaktır. Yalnız düģük voltaj ile çalıģan elektrikli cihazlar genelde daha pahalı olup çeģit bulmak da oldukça güçtür. Fotovoltaik sistemlerde, çıkıģ dalga Ģekline bağlı olarak 3 çeģit inverter kullanmak mümkündür. Kare Dalga Ġnverter: Bu tip inverterler doğru akımı kare dalgaya dönüģtürür. Kare dalga inverter ucuz olup daha çok aydınlatma, soba, motor vb. hassas olmayan elektrikli cihazlar için kullanılır. DeğiĢtirilmiĢ Sinüs Dalgası Ġnverter: Bu inverterlerde çıkıģ dalga Ģekli sinüs dalgasına benzetilmiģtir. Bu tip inverterler televizyon, radyo, mikrodalga vb. birçok elektronik cihazı çalıģtırmak için kullanılır. Sinüs Dalgası Ġnverter : Bu inverterler tam bir sinüs dalgası üretirler. Bu tip inverterler pahalı olup çok hassas elektronik cihazlarını (örneğin lazer yazıcı, bilgisayar vb.) çalıģtırmak için kullanılabilir. 3

ġekil 2.2. ġarj regülatörleri, invertörler, Ģarj cihazı ve akü kabini [11]. 3. GÜNEŞ TAKİP SİSTEMLERİ GüneĢ takip sistemlerinin çalıģma Ģekli ayçiçeklerine benzetilebilir. Ayçiçeklerinin sürekli güneģe doğru bakması gibi bu sistemlerde güneģin hareketini takip etmektedir. GüneĢ izleyici sistemler, fotovoltaik panellerin gün içinde sürekli olarak güneģi izleyerek, güneģ panellerinden elde edilecek enerjiyi yaklaģık % 30-40 civarında artırırlar. GüneĢ ıģınlarının daima güneģ paneline 90 o açı ile gelmesini sağlamak için GüneĢ Takip Sistemleri üretilmiģtir. GüneĢ izleyicilerin ürettiği elektrik, akülerde depolanır. Aküler dolduktan sonra fazla olan enerji hidrojene dönüģtürülür. Üretilen hidrojen tanklarda depolanır. Ġhtiyaç olduğunda da elektriğe dönüģtürülebilir. GüneĢ takip sistemlerinin kullanım alanları; konutlar, balık çiftlikleri, orman gözetleme kuleleri, reklam panoları, sulama sistemleri, kuyudan su çıkartma projeleri, piknik ve kamp yerleri, karavan ve tekneler, baz istasyonları, telsiz ve iletim istasyonları, yol, bahçe, kapı önü aydınlatmaları, trafikte güvenlik ve ikaz sistemleri, güvenlik sistemleri, bekçi kulübeleri, çeģitli ölçüm istasyonları, sınır karakolları, Ģehir elektriğinin alınamadığı yerler, rüzgar ve hidroelektrik enerjisinin kullanılamadığı yerler, dünyanın yörüngesindeki uydular, v.b. olarak belirtilebilir. 3.1. Termal Prensipli İzleyiciler Termal prensipli izleyiciler, kütlenin izleyicinin bir tarafından diğer tarafına güneģi takip etmek için transfer olması esasıyla çalıģır. Bu kütle transferi izleyicinin doğu-batı doğrultusunda güneģi takip etmesini sağlar. Bu öğeler temel olarak denge hareketleri dir. Ġki tüp bu takip sisteminin önemli bölgelerine doğuda ve batıda olacak Ģekilde monte edilir. Bu tüpler genellikle Freon denilen özel bir maddeyle doludur. Bu madde düģük sıcaklıkta buharlaģarak gaz haline geçer. GüneĢ, izleyicinin bir tarafındaki Freon u ısıttığında, Freon u buharlaģtırır. Bu buhar, sıvı Freon dan daha fazla yer kaplar ve sıvı Freon un tüpün diğer tarafına gönderilmesini (itilmesini) sağlar. Bu yerde, ağırlaģan sıvı Freon durgun ve soğumuģ haldedir ve izleyicinin gölge tarafında yer alır. Bu yöntemde, ağırlık bir taraftan diğer tarafa transfer edilir. Bu ağırlık transferi izleyicinin dengesinin değiģmesine neden olur ve bu olay izleyiciyi batıya döndürür. Freon buharlaģtığı için solar sıcaklığa neden olur ve izleyici güneģin hareketini takip eder. 4

Termal prensipli izleyicilerin büyük avantajı basitlik ve dolayısıyla güvenilirliktir. Bozulacak elektrikli kısımları yoktur. Freon kapalı bir sistemin içindedir. Bu izleyiciler bakım gerektirmez, çalıģtırmak için de sadece solar ısıdan yararlanılır. BaĢka bir enerjiye gerek yoktur. Termal izleyicilerin ikinci avantajı maliyettir. Bunlar genellikle elektrik prensipli izleyicilerden daha ucuza üretilir. Termal izleyicilerin birkaç dezavantajı vardır. Birincisi yavaģ olmalarıdır. Yani güneģin hareketine göre tekrar yer değiģtirmeleri yavaģ olarak gerçekleģmektedir. Gece batıya dönmüģ olarak dururlar ve sabahın ilk güneģ ıģığıyla doğuya dönerler. Bu iģlem bir saat alabilir veya çevre sıcaklığına ve rüzgara bağlı olarak bu süre değiģebilir. KıĢ havasında termal izleyiciler biraz yavaģ hareket ederler ve tam performans gösteremezler. Çünkü hareket, Freon u buharlaģtıracak yeterli sıcaklığa ulaģmaya bağlıdır. Ġkinci dezavantaj ise termal izleyicilerin, güneģin sadece günlük doğu-batı doğrultusundaki hareketini takip etmeleridir. Bunlar güneģin günlük veya sezonluk kuzeygüney hareketini takip etmezler. GüneĢin sezonluk kuzey-güney hareketini karģılamak için yılda dört kere termal izleyicilerin elle ayarlanması gerekir. Bu Ģekilde yıllık çıkıģ gücünün % 4 ile % 7 oranında artmaktadır. Üçüncü potansiyel dezavantaj ise tamamen monte edilmiģ haldeki termal izleyicilerin nakliyesidir. Bu izleyicilerin boyutu ve ağırlığı yüzünden, nakliye ve izleyicinin yüklenmesi zorlaģır ve pahalılaģır. Termal prensipli izleyicileri özetlenirse; Bu sistemlerde panellerin sağ ve sol taraflarına yerleģtirilmiģ ve içerisinde özel bir sıvı olan iki adet tüp bulunmaktadır. Bu tüpler birbiriyle bağlantılı olup birbirleri arasında sıvı geçiģi olmaktadır. Tüplerin içersinde bulunan sıvı ısıya karģı hassas ve genleģme katsayısı yüksektir. ġekil 3.1 de termal prensipli bir izleyicinin güneģe göre konumları gösterilmiģtir. Burada; ġekil 3.1 a da panel, geceden batıya bakar Ģekilde kalmıģtır, sabah alttaki tüpe daha fazla güneģ ıģını gelmekte ve sıvı yukarı kaba doğru genleģmektedir. ġekil 3.1 b de güneģ ıģınları her iki tüpe eģit miktarda gelinceye kadar panel dönmektedir. ġekil 3.1 c de güneģ hareket ettikçe belli bir açıyla panelde güneģi takip etmektedir. ġekil 3.1 d de panel, akģam batıya dönük olarak kalmaktadır. a b c d ġekil 3.1. Termal prensipli bir güneģ izleyicisinin güneģe göre konumları [6]. 5

3.2. Elektrik Prensipli İzleyiciler Elektrik prensipli izleyiciler, güneģin konumunu belirlemek için fotoelektrik algılayıcılar (sensörler) kullanırlar. Algılayıcılar ve elektronik kontrol kutusu, motorları harekete geçirerek, fotovoltaik sistemin güneģe dik olacak konuma gelmesini sağlar. Bu sistemlerin en büyük avantajı çok dakik olmasıdır. Yani güneģin konumuna göre, güneģ ıģınlarına dik olacak Ģekilde hareket ederler. Fotovoltaik düzenler, bu elektrikli izleyicilerin üzerine takılır. Birçok takip sistemi iki eksenli yapılır. Böylece sadece doğubatı doğrultusunda güneģi takip ederek değil, günlük ve sezonluk kuzey-güney doğrultusunda da hareket edebilirler. Ayrıca elektrikli izleyiciler dönüģ kontrollüdür. Yani, gün batımında doğuya tekrar dönerler. Böylece gün ağarınca güneģe dönmüģ halde hazır bulunur. Elektrikli takip sistemlerinin ikinci avantajı ise sıcaklığı önemsememeleridir. Bu sistemler elektrikle çalıģtırıldıkları için güneģin sıcaklığının bunlar için önemi yoktur. Bu özelliğinden dolayı soğuk kıģ Ģartlarında iyi sonuçlar verir. Üçüncü potansiyel avantajıda, bu sistemlerin kolay taģınabilir ve kurulabilir olmasıdır. Bu takip sistemi fabrikada toplanmadığı için kutular içersine yerleģtirilebilir. Böylece nakliye harcamaları ve dağıtım zorluğu azaltılabilir. Elektrikli takip sistemlerinin de dezavantajları ve zayıf yönleri vardır. Bu sistemin dezavantajı güvenilirlik problemidir. Elektrik prensipli izleyiciler, elektronik kısımlarını ve elektrik motorlarını çalıģtırma bakımından karmaģıktır. Bunların güvenilirliği termal prensipli izleyicilere göre daha azdır. Elektrikle çalıģtırılan aletler olmasından dolayı yıldırım zararlarına karģı hassastır. Elektrikli takip sistemlerinin imalatçıları, ürünlerini yıldırım zararlarına karģı dayanıklı hale getirmek için büyük geliģmeler sağlamıģlardır. Fakat Yıldırımın doğrudan çarpması ve yakına düģmesi durumlarında hala zarar oluģabilmektedir. Ġkinci dezavantajı masraflardır. Bu sistemlerin ilk maliyeti, termal prensipli izleyicilerininkinden bir miktar fazladır ve güvenilirliği azdır. Ayrıca yıl boyu bakım ve onarım masrafları vardır. Diğer küçük dezavantajı, elektriğin bir kısmını sistemi çalıģtırmak için kullanmasıdır. Aslında kullanılan elektrik çok fazla değildir. Örneğin Wattsun marka elektrikli takip sistemi günde ortalama 5Wh kadar harcamaktadır. Bu enerji kullanımı da, toplam üretilen enerjinin dönemlerine göre bakıldığında bile önemsizdir. Fakat takip sistemlerindeki bütün düģünce maksimum elektrik üretmek olduğundan bir sakınca sayılabilir [6,7]. ġekil 3.2 de elektrik prensipli bir izleyicinin güneģe göre konumu görülmektedir. ġekil 3.2. Elektrik prensipli izleyici [7]. 6

3.3. Açık Döngü Sistemler ġekil 3.3. Termal prensipli izleyici [7]. Dünyanın herhangi bir noktası için güneģin yılın herhangi bir günü ve saatinde hangi koordinatlarda olacağı bellidir. Bu düģünceden hareketle güneģin yerini tespit etmek amacıyla sensör kullanılmasına gerek duymadan koordinat bilgilerine göre güneģ takibi yapan mikroiģlemci kontrollü sistemler bu gruba girmektedir. ġekil 3.4 de bu sistemlerin blok diyagramı gözükmektedir. Koordinat bilgisi Saat/Tarih bilgisi Kontrol birimi MOTOR 3.4. Kapalı Döngü Sistemler ġekil 3.4. Açık döngü sistemlerin blok diyagramı [6,7]. ÇeĢitli sensörler vasıtasıyla güneģin yerini tespit ederek panellerin güneģe doğru yönelmesini sağlayan sistemlerdir. Bu sistemlerde geri besleme olduğu için kapalı döngü olarak adlandırılmıģlardır. 7

3.5 Eksen Hareketine Göre ġekil 3.5. Kapalı döngü sistemle çalıģan güneģ izleyicisi [12]. GüneĢ izleyicileri eksen hareketine göre; tek eksenli ve iki eksenli güneģ takip sistemleri olarak ikiye ayrılır. Tek eksenli güneģ takip sistemleri, pasif güneģ izleyicileri olarak da adlandırılır. Bu izleyiciler, güneģi sadece tek bir eksende (doğu-batı ekseninde) takip ederler. Fiyatları ve bakımları iki eksenliye göre daha ekonomiktir, fakat verimleri daha düģüktür. ġekil 3.6. Ġki adet tek eksenli pasif güneģ izleyicisi [11]. Ġki eksenli güneģ takip sistemlerinin verimi daha yüksektir. Bunun sebebi güneģi iki eksende (kuzey-güney ve doğu batı) izlemesidir. Ekipman olarak daha fazla donanıma sahip olduklarından bakımları ve fiyatları daha pahalıdır. Verimleri tek eksenliye göre %6-7 daha fazladır. 8

3.6. Güneş Takip Sistemlerinin Verimi ġekil 3.7. Ġki eksenli güneģ izleyicileri [4]. GüneĢ takip sistemlerinin kullanım amacı elde edilen enerji miktarını artırmaktır. Bu artıģın ne kadar olacağı da önemli bir husustur. Bu konuyla ilgili olarak ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı (NREL) tarafından elde edilen bazı Ģehirlere iliģkin güneģ ıģınımı Ģiddeti, tek eksende ve çift eksende güneģ takibi yapılması durumunda elde edilen enerji artıģı verileri aģağıdaki tablolarda sunulmuģtur. Tablo 3.1. Fransa-Paris Ģehrinde ortalama günlük güneģ ıģınımı, kwh/m², enlem 48 o 49 N- kuzey, boylam 2 o 30 E-doğu [8]. Panel yere enlem Panel yere enlem 15 Panel yere enlem açısı 15 açısı kadar açısıyla eğimli kadar eğimli eğimli AYLAR 2 Eksende Takip Sabit 1 eksenli takip Sabit 1 eksenli takip Sabit 1 eksenli takip OCAK 1,77 1,77 2,06 2,06 2,24 2,24 2,24 ġubat 2,47 2,54 2,75 2,82 2,91 2,94 2,94 MART 3,75 4,56 3,90 4,79 3,88 4,69 4,81 NĠSAN 4,32 6,02 4,25 5,99 4,04 5,54 6,06 MAYIS 5,01 7,39 4,78 7,05 4,41 6,22 7,41 HAZĠRAN 5,37 8,04 5,05 7,50 4,61 6,45 8,10 TEMMUZ 5,14 7,66 4,87 7,21 4,47 6,28 7,69 AĞUSTOS 4,59 6,60 4,45 6,46 4,18 5,87 6,62 EYLÜL 3,95 5,04 4,02 5,19 3,93 4,98 5,20 EKĠM 2,74 3,01 2,95 3,27 3,02 3,31 3,33 KASIM 1,71 1,71 1,95 1,95 2,11 2,11 2,11 ARALIK 1,56 1,56 1,83 1,83 2,02 2,02 2,02 ORTALAMA 3,53 4,66 3,57 4,68 3,49 4,39 4,88 Tablo 3.1 den aģağıdaki sonuçlar çıkarılabilir: GüneĢ takibi yapılmayan sabit durumda; 3,57 kwh/m² yıllık ortalama ıģıma enerjisi elde edilmektedir. 9

1 eksende takip yapılırsa; 4,68 kwh/m² yıllık ortalama ıģıma enerjisi elde edilmektedir. Bu sabite göre (4,68-3,57) / 3,57 = % 31,1 artıģ demektir. 2 eksende takip yapılırsa; 4,88 kwh/m² yıllık ortalama ıģıma enerjisi elde edilmektedir. Bu sabite göre (4,88-3,57) / 3,57 = % 36,7 artıģ demektir. Tablo 3.2. Avustralya-Melbourne Ģehrinde ortalama günlük güneģ ıģınımı, kwh/m², enlem 37 o 49 S-güney, boylam 144 o 58 E-doğu [8]. Panel yere enlem Panel yere enlem 15 Panel yere enlem açısı 15 açısı kadar açısıyla eğimli kadar eğimli eğimli AYLAR 2 Eksende Takip Sabit 1 eksenli takip Sabit 1 eksenli takip Sabit 1 eksenli takip OCAK 7,15 9,95 6,60 9,39 5,78 8,19 9,99 ġubat 6,37 8,63 6,07 8,44 5,51 7,68 8,65 MART 3,96 5,38 3,94 5,52 3,74 5,30 5,54 NĠSAN 4,14 5,06 4,41 5,49 4,45 5,55 5,58 MAYIS 3,51 3,93 3,96 4,49 4,20 4,74 4,76 HAZĠRAN 3,13 3,32 3,65 3,90 3,96 4,22 4,27 TEMMUZ 3,31 3,61 3,80 4,19 4,08 4,48 4,51 AĞUSTOS 3,72 4,37 4,05 4,85 4,17 4,99 4,99 EYLÜL 4,61 5,89 4,72 6,17 4,59 6,04 6,19 EKĠM 5,36 7,27 5,18 7,22 4,77 6,68 7,32 KASIM 5,37 7,62 5,01 7,25 4,45 6,39 7,63 ARALIK 5,93 8,45 5,45 7,88 4,77 6,78 8,51 ORTALAMA 4,71 6,21 4,74 6,23 4,54 5,92 6,50 Tablo 3.2 den aģağıdaki sonuçlar çıkarılabilir: GüneĢ takibi yapılmayan sabit durumda; 4,74 kwh/m² yıllık ortalama ıģıma enerjisi elde edilmektedir. 1 eksende takip yapılırsa; 6,23 kwh/m² yıllık ortalama ıģıma enerjisi elde edilmektedir. Bu sabite göre (6,23-4,74) / 4,74 = % 31,4 artıģ demektir. 2 eksende takip yapılırsa; 6,50 kwh/m² yıllık ortalama ıģıma enerjisi elde edilmektedir. Bu sabite göre (6,50-4,74) / 4,74 = % 37,1 artıģ demektir. Her iki çizelgeden ayrıca aģağıdaki sonuçlara ulaģılabilir: - Yaz aylarında panelin eğim açısı düģükken (enlem -15 o ) diğer iki duruma göre (enlem ve enlem +15 o ) daha çok enerji elde edilmektedir. Bunun sebebi açıktır; yaz aylarında güneģ ıģınları daha dik açıyla geldiğinden panelin eğim açısı daha düģükken ıģınlar panele daha dik gelmektedir(tabiki güney yarım kürede bulunan Melbourne Ģehri için durum tam tersidir). - KıĢ aylarında panelin eğim açısı yüksekken (enlem +15 o ) diğer iki duruma göre (enlem ve enlem -15 o ) daha çok enerji elde edilmektedir. Bunun sebebi de gayet açıktır; güneģ ıģınları kıģ aylarında daha eğimli açılarla geldiğinden panelin eğimi yüksekken ıģınlar daha dik vurmaktadır (Tabi ki güney yarım kürede bulunan Melbourne Ģehri için durum tam tersidir). 10

- Yıllık güneģ ıģınımının ortalaması dikkate alındığında; panellerin yatayla yaptığı enlem, enlem-15 o ve enlem +15 o likeğimler arasında en uygun olan eğim açısının enlem derecesine eģit olan durum olduğu görülmüģtür. Sonuç olarak; her çizelgenin altında çıkartılan verim hesaplamalarına dikkat edilirse görülecektir ki, güneģ takibi yapılmayan sabit durumlarda elde edilen enerji miktarlarına göre tek eksenli takip yapmak % 31 civarında, iki eksenli takip yapmak %34-37 civarında enerji kazancı sağlamaktadır [8]. 4. ÖRNEK UYGULAMALAR 4.1. Pamukkale Üniversitesi Temiz Enerji Evi Uygulaması Pamukkale Üniversitesi Kınıklı Kampüsü'nde enerji araģtırmalarının yapıldığı ve laboratuvar olarak kullanılan bir bina yapılmıģtır. Bereket Enerji tarafından finanse edilerek yapılan ve üniversiteye bağıģlanan 165 m 2 taban alanına sahip bu bina Temiz Enerji Evi olarak isimlendirilmektedir. ġekil 4.1. Evin güney cephesi ve tek eksenli pasif güneģ izleyicileri [11]. Elektrik üretim sistemi, iki ana bileģenden oluģmaktadır. Bunlar; güneģ pili panelleri ve yakıt pilleridir. Böylece, elektrik üretimi, güneģten ve hidrojenden karģılanabilmektedir. Bu amaçla, güneģ enerjisinden doğrudan elektrik üretiminin yapılabildiği güneģ pili panelleri kullanılmaktadır. Ayrıca enerji taģıyıcısı olan hidrojen, güneģ enerjisinden üretilen elektriğin elektroliz iģleminde kullanılması ile elde edilerek katı halde (metal hidrid tanklarda) depolanmakta ve ihtiyaç halinde yakıt pillerinde, hidrojenden elektrik üretilebilmektedir. GüneĢ panellerinin güneģi izlemesi hareketi için de güneģ takip sistemleri kullanılmıģtır. ġekil 4.2 ve Tablo 4.1 de elektrik üretim sisteminin Ģematik görünümü ve sistem elemanlarının özellikleri yer almaktadır. 11

ġekil 4.2. GüneĢ-Hidrojen sisteminin Ģematik görünümü [11]. Tablo 4.1. Sistemin ana elemanları ve özellikleri [11]. Eleman GüneĢ Pilleri Ġzleyiciler Ġnvertör ġarj Regulatörü Aküler Ġnvertör Deiyonizör Elektrolizör Metal Hidrid Tanklar PEM Yakıt Pilleri Özellikler Ġzleyici üzeri (2.5 kwp) ve sabit (2.5 kwp) her panel 125 Wp.- Toplam kurulu güç: 5 kwp. - Kyocera. Pasif, Termal Esaslı 2 adet Ġzleyici, Zomeworks 1. Ġnvertör: 48 VDC 5 kw, sinus tip. 6 adet; 60 A, Morningstar Tristar TS-60. 16 adet; 12 V, 150 Ah. 2. Inverter: 22 VDC 2.5 kw, sinus tip. Su üretimi: max. 1.2 l/dk. - ASTM Type I water. - Easypure II, Line Feed. PEM tipi, su ihtiyacı: 0.47 l/h; 1.5-4 barg; ASTM Type I-II - Net H 2 üretimi: 0.53 Nm 3 /h, %99.9995 saflığında. - Güç tüketimi: 6.7 kwh/nm 3. - Proton Energy Systems Inc., (HOGEN S20). 5400(6 adet 900 sl metal hidrid tank). - Ovonic Hydrogen Systems PEM tipi - 2 adet (toplam 2.4 kw). - Güç üretimi: 1.2 kw, 22..50 VDC, Gerilim: 26 VDC, Akım: 46 A. - Yakıt: %99.99 H 2 ; 18.5 Sl/dk; 0.7 16 bar. - Su üretimi: 870 ml/h. - Heliocentris Energy Systems Inc., Ballard (Nexa Fuel Cell Power Module). 12

4.2. Harran Üniversitesi Güneş Takip Sehpası Uygulaması ġanlıurfa ilinde gerçekleģtirilen bu çalıģmada, fotovoltaik panellerin, daha önceki teorik çalıģmalarımızda ġanlıurfa ili için tespit edilen aylık optimum eğim açılarında yerleģtirilebileceği 4 adet PV panel sehpasının tasarımı yapılmıģ ve üretimi gerçekleģtirilmiģtir. Sensörler ve motor kullanarak, güneģi gün içerisinde otomatik olarak takip eden sistemler, çalıģmaları için ek güce ihtiyaç duyduklarından maliyet açısından sisteme ek yük getirmektedirler. Bu nedenle, gün içerisinde güneģin konumuna göre panellerin konumunun elle ayarlanabileceği ekonomik bir PV sistem sehpası tasarımı gerçekleģtirilmiģtir. 4.2.1 İki Eksende Güneşi Takip Eden Sistem Tasarımı ġekil 4.3 de verilen sistem sehpası, güneģi gün içerisinde hem yatay hem de düģey eksende takip edebilmektedir. Doğu-Batı yönündeki takip iģlemi, sehpa ayaklarına monte edilmiģ yarım daire Ģeklindeki kızak ile gerçekleģtirilmektedir. Sehpanın dönme merkezine konulan gösterge sayesinde dönme miktarı görülebilmektedir. DüĢey yöndeki takip iģlemi ise, panelin konulacağı yüzeyin altına yerleģtirilen bağlantı elemanları ile sağlanmaktadır. Fotovoltaik panel yüzeye bağlandıktan sonra, panel istenilen miktarda eğilip kaldırılarak eğimi ayarlanmaktadır. Panelin bağlandığı yüzeye konulan bir gösterge ile panel eğimi görülebilmektedir. Sistemin çalıģması oldukça pratik olup, gün içerisinde tek veya iki eksende güneģin izlenmesine olanak sağlamaktadır. ġekil 4.3. Ġki eksende güneģi takip edebilen sistem sehpası [9]. 4.2.2. Tek Eksende Güneşi Takip Eden Sistem Tasarımı Tasarımı yapılarak üretilen ve ġekil 4.4 de görülen PV sistem sehpası ise yalnızca düģey eksende güneģi izleyebilmektedir. Panel eğiminin ayarlanması yine elle yapılmaktadır. Sistem sehpalarından bir tanesi, PV panel eğiminin 0 o 65 o eğim aralığında 5 er derece, iki tanesi ise 0 o 65 o eğim aralığında 3 er derece aralıklarla ayarlanabilmesine olanak sağlamaktadır. Sistem sehpalarından 2 tanesi aynı anda 2 PV panelin eğimini ayarlayabilecek kapasitededir. Diğer sehpa ise tek bir PV panelin eğimini ayarlayabilmektedir. 13

ġekil 4.4. PV panel eğimini 0 65 eğim aralığında ayarlamayı sağlayan PV sistem sehpaları [9]. 5. SONUÇLAR PV sistemler kullanılarak gerçekleģtirilen ölçümlerde, GüneĢlenmenin en yoğun olduğu ġanlıurfa ili için geçerli aylık optimum eğim açılarında yerleģtirilen fotovoltaik panel ile yıllık veya mevsimlik sabit eğim açısında yerleģtirilen fotovoltaik panelin yüzeyine gelen ıģınım Ģiddeti ve üretilen güçler arasında, yıl içerisinde aylara göre değiģmekle birlikte önemli seviyede farklılıklar görülmektedir. ġekil 5.1 ve ġekil 5.2 de Kasım ayı içerisinde, aylık optimum eğim açısında yerleģtirilen panel ile yıllık sabit eğim açısı ile yerleģtirilen panel yüzeyine gelen ıģınım Ģiddeti ve güçler arasındaki farklar görülmektedir. Ayda bir kez eğim açısı ayarlaması ile, aynı PV panelden daha fazla güç elde edilmektedir [9,10]. H (W/ m²) Zaman, t (dak) ġekil 5.1. Aylık optimum eğim açısında yerleģtirilen panel ile yıllık sabit eğim açısında yerleģtirilen panelin yüzeyine gelen ıģınım Ģiddeti arasındaki farklar [9,10]. 14

Güç, P (W) Zaman, t (dak) ġekil 5.2. Aylık optimum eğim açısında yerleģtirilen panel ile yıllık sabit eğim açısında yerleģtirilen panellerde üretilen güçler arasındaki farklar [9,10]. KAYNAKLAR [1]. Elektrik ĠĢleri Etüt Ġdaresi Genel Müdürlüğü (EĠE), GüneĢ Enerjisi ve Teknolojileri, www.eie.gov.tr, 2008. [2]. FORE, GüneĢ Panelleri, www.foreenerji.com, 2008. [3]. Orjin Solar, Photo Voltaics, www.orjinsolar.com, 2007. [4]. SolarTrax Power Stations, 1.4 kw to 5.1 kw Electrically Operated Trackers, www.solartrax.com, 2007. [5]. Ġstanbul Teknik Üniversitesi, Kimya Metalürji Fakültesi, GüneĢ Pili, http://itü.edu.tr, 2007. [6]. BĠLGĠN, Z., Sun Tracking System, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bilim Tezi, 2007. [7]. RICHARD P., Home Power, www.homepower.com, 2007. [8]. ARMAKAN E., Analysis of Two-Axis Sun Tracking System, Ġzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġzmir, 2007. [9]. AYDIN M., Eğim Açısı Ayarlanabilir Ekonomik Sistem Sehpası, Harran Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007. [10]. GüneĢ Enerjili Sistemler Kulübü, Sun Energy, Yıldız Teknik Üniversitesi, www.gesk.yildiz.edu.tr, 2007 [11]. Temiz Enerji Evi, Pamukkale Üniversitesi, tee.paü.edu.tr, 2008. [12]. BĠLGĠN Z., GüneĢ Takip Sistemi Tasarımı ve GerçekleĢtirilmesi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2006. [13] ÇALIġKAN, H., GüneĢ Takip Sistemlerinin incelenmesi, Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Lisans Tezi, Denizli, 2007. 15