GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ Yrd. Doç.. Dr. M. AZMİ AKTACİR Harran Üniversitesi Mühendislik M Fakültesi Makine MühendisliM hendisliği i BölümüB ŞANLIURFA
SUNU PROGRAMI Güneş enerjisi Fotovoltaik sistemler Fotovoltaik GüçG Ünitelerinin Dünyada D Kullanımı Fotovoltaik GüçG Ünitelerinin AB de Kullanımı Türkiye nin GüneG neş enerji potansiyeli Türkiye de Fotovoltaik sistemler Fotovoltaik Sistem Ana Bileşenleri enleri Fotovoltaik Sistem Çeşitleri
GÜNEŞ ENERJİSİ Günümüzün vazgeçilmez tüketim araçlarından biri de enerjidir. Enerjinin temiz, verimli ve ekonomik kullanımı, ülkelerin gelişmişlik düzeylerinin en önde gelen ölçütü olarak değerlendirilmektedir. Bugün dünyanın ticari enerji talebi, fosil yakıtlardan, nükleer ve hidrolik enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Fosil yakıtların yakın bir gelecekte tükenme olasılığı ve kullanımından kaynaklanan çevre kirliliğinin artması önemli sorunlardır. Bu olumsuzlukların yanı sıra enerji tüketimi durmadan artmakta ve gelecekte de daha büyük bir ivmeyle artacağı görülmektedir. Enerjinin böylesine bir trend izlemesi, alternatif enerji kaynaklarına yönelişi kaçınılmaz kılmaktadır.
GÜNEŞ ENERJİSİ Termal Uygulamalar sıcak su üretimi Isıtma-soğutma uygulamaları Buhar üretimi Fotovoltaik (PV) Uygulamalar Elektrik enerjisi üretimi
Fotovoltaik (PV) Fotovoltaik ; photo ~ Işık ve voltaic ~ electrik kelimelerinin birleşiminden ortaya çıkmıştır. Güneş ışığından elektrik enerjisi üretir. İlk teknik uygulama "Vanguard 1" uydusu ile beraber 1954 yılında uydu teknolojisinde yer almıştır. 1960-1970 yıllarında havacılık sektörü fotovoltaik hücrelerin gelişiminde öncü olmuştur. 1970'lerde ortaya çıkan enerji krizi ve çevre duyarlılığı ile daha ekonomik olması için çalışmalar hızlanmıştır. ABD, Almanya ve Japonya değişik programlar ile önemli teşvikler sunulmuştur.
PV Sistemlerinin Avantajları Enerji arz güvenliği (yerli kaynak) Bedava yakıt Hareketli parça yok, bozulma tamir az Minimum bakım maliyeti Kolayca kurulum, moduler sistem Gürültüsüz çalışma Zararsız emisyon, atık yok
PV Sistemlerinin Dezavantajları İleri teknoloji, Yüksek Yatırım, iş istihdamı Pahalı olması, son yıllarda kullanımının artması ile fiyatları düşme trendinde
Fotovoltaik GüçG Ünitelerinin Dünyada Kullanımı Bugün kullanımı dünyada en hızlı artan endüstri FOTOVOLTAİK (PV) endüstrisidir ve söz konusu endüstriyi kullanan ülkelerin, başta Almanya olmak üzere, güneş ışınım potansiyelleri Türkiye ile kıyaslanamayacak kadar düşüktür. PV sistemlerin ağırlıkta kullanıldığı güneş enerjisi uygulamaları ile ilgili Avrupa Birliği Parlamentosu tarafından yayınlanan Güneş enerjisiyle üretim raporunda, 2020 yılında güneş enerjisiyle üretilen elektriğin dünyada; 1 milyar insana ulaşacağı, 2.2 insana bu alanda iş açılacağı, CO2 gazı emisyonunun yılda 169 milyon-ton azalacağı bildirilmektedir.
KURULU PV SİSTEMLERİNİN ÜLKELERE GÖRE ORANLARI İtalya 3,4% 458,2 MWp Amerika 8,7% 1172,5MWp Japonya 16,0% 2148,9 MWp Diğer ülkeler 6,5% " Almanya 40,9% 5498 MWp İspanya 24,5% 3291,2 MWp Dünyada başta Almanya, Amerika ve Japonya olmak üzere, İspanya, İtalya en büyük toplam PV kapasitelerine sahip ülkelerdir.
Fotovoltaik GüçG Ünitelerinin AB Ülkelerinde Kullanımı Güneş enerjisi potansiyellerinin ülkemize kıyasla çok düşük olan AB ülkelerinde 2007 yılında kurulan PV sistemlerin kapasitesi 1825.6 MWp iken, 2008 yılında kurulan PV sistemlerin kapasitesi % 152 artarak 4592.3 MWp ye yükselmiştir.(tablo1.)
AB ülkelerinde 2007 ve 2008 yıllarında Kurulan PV güçleri (MWp)
Fotovoltaik GüçG Ünitelerinin nitelerinin AB Ülkelerinde lkelerinde Kullanımı 2007 yılına verilerine göre AB ülkelerinin toplam PV kapasiteleri 4940.93 MWp dir. 2008 yılında ise yaklaşık %100 artarak 9533.25MWp ye yükselmiştir. Kurulu gücün %98.7 i şebekeye bağlı (on-grid) sistemler olup geri kalan %1.3 lik çok küçük kısım bağımsız (off-grid) sistemlerdir. AB ülkeleri arasında PV kapasiteleri büyüklüğü açısından ALMANYA, İSPANYA ve İTALYA sıralanmaktadır.
AB ülkeleri Toplam PV güç kapasiteleri MWp Keban Barajı kapasitesi 1340 MW Atatürk Barajı kapasitesi 2400 MW
AB ülkeleri Toplam PV güç kapasiteleri MWp
AB ülkeleri kişi başına elektrik enerji üretimi (Wp/kişi) 2008 yılı verilerine göre AB ülkeleri arasında kurulu PV kapasitelerini kişi başına oranları; İspanya (75.19 W/kişi), Almanya (65.08 W/kişi), Lüksenburg (50.46 W/kişi) İle ilk üç sırayı almaktadır.
Türkiye nin GüneG neş Enerji Potansiyeli Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. EİE tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7.2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kwh/m²-yıl (günlük toplam 3.6 kwh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Bölgemiz için ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2993saat (günlük toplam 8.2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1460 kwh/m²-yıl (günlük toplam 4 kwh/m²)
Türkiye de Fotovoltaik Sistemler Ülkemiz gerek dünyada, gerekse üyelik hedeflediği Avrupa Birliği ülkeleri arasında, sahip olduğu iklime karşın, PV sistemlerle ilgili gelişimi en zayıf ülkeler arasındadır. AB uygulamalarında, 2010 yılında toplam enerjinin %12 sinin yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması, toplam elektrik tüketiminin ise % 22 sinin yenilenebilir enerji kaynaklarına dayandırılması hedeflenmiştir. AB ye tam üyelik sürecinde Türkiye, enerji konusunda da Avrupa Birliği ne uyum sağlamayı amaçlamaktadır
Türkiye de Fotovoltaik Sistemler TUBİTAK tarafından yürütülen Vizyon 2023 projesinde belirlenen sosyoekonomik hedefler bağlamında odaklanılması gereken teknolojik hedefler arasında, rüzgâr, güneş ve jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik teknolojileri geliştirmek ve enerji üretiminde bu kaynaklara, ekonomiklikleri oranında yer verilmesi gerektiği ifade edilmektedir. 2005 yılında Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun un yasalaştırılması ile özel sektör yatırımları enerji alanına doğru yönlendirilmiştir.
Türkiye de Fotovoltaik Sistemler 2007 yılında 5627 sayılı Enerji Verimliliği Kanunu kabul edilmiş ve Türkiye de enerji yoğunluğunu azaltacak uygulamaların önü açılmıştır. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı nın 5 Aralık 2009 yürürlüğe giren Binalarda Enerji Performansı (BEP) Yönetmeliğinde, Yeni yapılacak olan ve 1.000 m2 nin üzerinde kullanım alanına sahip binalardaki ısıtma, soğutma, havalandırma, sıhhi sıcak su, elektrik ve aydınlatma enerjisi ihtiyaçlarının tamamen veya kısmen karşılanması amacıyla, yenilenebilir enerji kaynakları önerilmektedir. Tarım Bakanlığı nın destekleme programlarında yenilenebilir enerji kaynağı kullanımı özendirilmektedir.
PV Sistemi Ana Bileşenleri enleri Güneş panelleri uygulamaya bağlı olarak, akümülatörler, invertörler, solar kontrol cihazı ve çeşitli elektronik destek devreleri ile birlikte kullanılarak bir PV sistemini oluştururlar. 1. Fotovoltaik Panel 2. Solar Kontrol Cihazı: Şarj düzenleyici 3. Depolama Grubu: Batarya Bank (Akümülatör) 4. Dönüştürücüler: İnvertör
Fotovoltaik Sistemler-DC YükY PANEL BATARYA SOLAR KONTROL CİHAZI BANK DC YÜK
Fotovoltaik Sistemler-AC YükY PANEL SOLAR KONTROL CİHAZI INVERTER BATARYA AC YÜK
1-Fotovoltaik Paneller Fotovoltaik sistemi ana bileşenidir. Güneşten gelen enerjiyi elektrik enerjisine çevirmekle görevlidirler.
Panellerin çalışma prensibi Güneş ışınlarının panele düşmesiyle beraber yarı iletken levhalarda elektron geçişi olur. Yarı iletken malzeme yaygın olarak SİLİKON kullanılmaktadır.
Panel çeşitleri Mono kristal, %18 verim Polikristal, %16 verim Amorf, %7-10 verim İnce-film, %5 verim Ağırlıklı olarak çatı ve toprak zemin yüzeylerde Bina pencere ve cephe yüzeylerinde
Panel tiplerine göre panel verim ve gücü
Panel tiplerine göre panel güç ve geçirgenliği
Cephe uygulamaları
Kavisli olarak cepheye yerleştirme Gölgeleme Elemanı olarak Fotovoltaik Panelin yerleştirilmesi
Medya/bilgi teknolojisinin mimariyle gerçekle ekleştirilen bir sentez Dünyadaki ilk Sıfır Enerji Medya Duvarı olan Pekin deki Xicui Eğlence Kompleksi nin dış cephesini çevreyle etkileşim halinde bir teknoloji duvarı haline getirilmiştir. Fotovoltaik bir sistemle bütünleşmiş olan cam cephe, güneş battıktan sonra gün boyu depoladığı enerjiden faydalanıyor.
Çatı uygulaması
Bir çiftlikten örnek uygulama
Zemin uygulaması
örnek uygulama
Güneş Takip sistemli
Harran Üniversitesinde kurulu olan 1.4 KWp güneş takip sistemi
Dünyanın n En Büyük B k 10 Fotovoltaik Panel Üreticileri (MWp( MWp)
Panellerin fiyatları Avrupa Birliği nin PV Vizyon- 2030 Raporunda; mevcut PV modül ve sistem fiyatlarında son 10 yıldaki düşüş oranı beş katın üzerinde olup, bu durum kullanımın artmasında çok önemli bir rol oynadığı belirtilmiştir. Panel maliyeti toplam solar sistemin %50-60 kapsar. Avrupa da, panel maliyetlerine ülkelere göre %8-20 arasında vergi eklenir. 2009 aralık ayı verilerine göre panel fiyatları watt başına ABD de 4.31$ AB de 4.23 dur.
2-Solar Kontrol Cihazı Akımı Kontrol Ederek Aküyü Şarj eder Akü Tam Dolunca Gelen Akımı Keser Akünün n Kapasitesi Belirli Bir Limitin Altına Düşünce D Tüketimi T Keser
3-Akümülatör r (Batarya) Güneş enerjisinin olmadığı veya yetersiz kaldığı durumlar için batarya grupları kullanılır. Güneş ve Rüzgar Enerjisinde Kuru Veya Jel Tipi Bakımsız Aküler Kullanılır
4-İnvertör Güneş panelleri (fotovoltaik) doğru akım üretirler (DC) ve bataryalarda doğru akım olarak depolanırlar. Fotovoltaik sistemlerde alternatif akım (AC) ile çalışan cihazlar kullanılmak istenirse, invertör ile DC AC ma dönüştürülür. İnvertörler, 12-24 volt olan doğru akımı 220 volt 60 Hz şebeke elektriğine çevirir. Verimleri %90 civarındadır.
Fotovoltaik Sistemler Çeşitleri 1. Şebeke dışı bağımsız (Mobil- Off grid) 2. Şebekeye bağlı sistemler ( On grid) 3. Hibrid sistemler (İkili) Dünya genelinde geçmişte, şebekeye bağlı olmayan sistemler daha yaygın iken 1999 dan sonra şebekeye bağlı (on-grid) sistemlerin kullanımı gittikçe artmaktadır.
Şebeke Dışı Bağımsız-Off Grid A. Panel B. Solar Kontrol C. Akü D. Bağlantı Kutusu E. Cihazlar
Şebekeden ebekeden DışıD PV Uygulama Alanları Yerleşim yerlerinden uzak Kırsal alanlarda, Tarımsal sulama amaçlı su pompalama, Haberleşme, deprem ve hava gözlem istasyonları, yangın gözetleme kuleleri, Bina içi ya da dışı aydınlatılması, soğutma ve küçük güç temininde, Deniz fenerleri, İlk yardım, alarm ve güvenlik sistemleri, İlaç ve aşı soğutma, Uzay araçlarında, Askeri amaçlar Küçük güç ünitelerinde (saat, hesap makinesi vb.), Trafik sinyalizasyonunda
PV su pompalama uygulamaları
Harran Üniversitesinde kurulu olan aydınlatma sistemleri
Şebeke ebeke içi i i (on grid) ) PV sistemleri A. Panel B.İnvertör C. Cihazlar D. Ev Panosu E. Şebeke F. Şebekeden eve alınan Elektrik Sayacı
Şebeke içi i i (on grid) ) PV sistemleri Şebeke içi kullanımda, sistemin ürettiği enerji kullanmakta, kalan kısmı doğrudan şebekeye verebilmektedir. Bu uygulamada sistemde akümülatör ve benzeri cihazlar kullanılmasına gerek yoktur. Bu sebepten dolayı ilk yatırım maliyeti düşmekte ve güneşten elde edilen elektriğin maliyetide azalmaktadır.
Şebeke içi i i (on grid) ) PV sistemleri Almanya da 1.000.000 çatı projesiyle şebekeye içi sistemler desteklenmiştir. Sistemden elde edilen elektrik enerjisinin kullanılmayan kısmı, şebekeye 4-5 kat fazla fiyatla satılmaktadır. Türkiye de mevcut yönetmelikler, güneşten elektrik enerjisi elde etme ve şebekeye verme, ihtiyaç duyulduğunda tekrar şebekeden geri almaya imkan vermemektedir. Yakın zamanda yeni bir düzenleme ile bu mümkün olacaktır.
Örnek uygulama Harran Üniversitesi Merkezi kütüphanede kurulu olan 3.5 KWp gücünde şebeke içi PV sistem
AC IN2 Harran Üniversitesi Merkezi kütüphanede kurulu olan şebeke içi PV sistemin şeması DC IN/OUT
Harran Üniversitesi Merkezi kütüphanede kurulu olan şebeke içi PV sistemin şeması Sistemde 20 adet 175W gücünde 24V luk panel kullanılmıştır. 10 adet 230Ah lik kapasiteli depolama ünitesi kullanılmıştır. Sistemin bir yıl deneme çalışması sonucunda, ürettiği bedelsiz temiz enerji miktarı 5000 kwh olarak belirlenmiştir.
Örnek uygulama 'Yeşil çatı' ' okulları elektrik parasından kurtaracak Nevşehir'de eğitim veren bir lisenin yurt binasında uygulanan sistemle, çevreci özellikler taşıyan yeşil çatı teknolojisiyle çatıda canlı bitkiler yetiştirilirken, 13.5 kw'lık kurulu güce sahip fotovoltaik güneş panelleriyle elektrik üretilecek. Yeşil çatılı bina konsepti ; çevre dostu, insan sağlığına en az zararlı, enerji verimli teknolojileri bünyesinde barındıran sürdürülebilir bina olarak tanımlanıyor. Toplam 500 metrekarelik yeşil çatı ve toplam 290 metrekarelik fotovoltaik panel uygulanmıştır. Çatıda canlı bitkilerin yetişecek olması, yağmur sularının doğal olarak arıtılmasına ve kullanılmasına ve doğal olarak ısı yalıtımına olanak verirken ekolojik bir ortam oluşacak.
Örnek uygulama
Örnek uygulama
Örnek uygulama
Örnek uygulama
Hibrid (İkili)( sistemler Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı artırmak için yapılan en önemli uygulamalardan biride enerji kaynaklarının birlikte kullanıldığı hibrid sistemlerdir. Hibrid uygulamalarda en fazla tercih edilen enerji kaynakları rüzgar ve güneş enerjisidir. Sürekli bir enerji kaynağı olmayan rüzgar ve güneş enerjileri birlikte kullanılarak tüm yıl boyunca kesintisiz enerji elde edilebilir.
Hibrid Sistem Bileşenleri enleri PV Panel Batarya Grubu - Invertör 2 4 + 6 - + - + 5 3 Kontrol Sistemi Karanlik Sensörü 1 7 AC Yük Rüzgar Jeneratörü
Harran Üniversitesi ndeki Rüzgar-Güneş hibrid uygulaması
Hibrid Sistem uygulamaları
FOTOVOLAİK UYGULAMA ÖRNEKLERİ
FOTOVOLAİK UYGULAMA ÖRNEKLERİ
Güneş pillerinin karayollarında ve trafik ışıklarında kullanımı Işıklı yol işaretleme ve uyarma İkaz lambaları
Güneş pillerinin çeşitli alanlarda kullanımı Güneş enerjili pervaneli şapka PV şarjlı el feneri PV şarjlı taşınabilir lamba ve radyo PV li sırt çantası Şarj için katlanabilir PV panel
Güneş enerjili şarj cihazları Güneş enerjili jeneratör (600W)
SONUÇ ve DEĞERLEND ERLENDİRMERME Elektrik enerjisinin kullanıldığı tüm uygulamalarda FOTOVOLTAİK elemanlar rahatlıkla kullanılır. Kullanılan panel ve diğer elemanların uluslar arası standartlara uygun olmalıdır. Cihazlar enerji tasarruflu olmalıdır. Solar pompa, LED aydınlatma gibi özel üretimler.. Fotovoltaik uygulamaların bilimsel yaklaşımla uzman kişilerce projelendirilmesi gerekir. Bileşenler arasında uygun optimizasyonlar yapılmalıdır. Üniversitemizde kurulacak olan GAP TEKNOKENT kapsamında elde edilen tecrübeler paylaşılacaktır.
TEŞEKK EKKÜRLER Yrd. Doç.. Dr. M. Azmi AKTACİR Harran Üniversitesi Harran Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Güneş Enerjisi Araştırma Makina Mühendisliği Bölümü ve Uygulama Merkezi Osmanbey Kampüsü, Şanlıurfa aktacir@harran.edu.tr http://eng.harran.edu.tr/~aktacir/