Güneş Elektriği Sistemleri, Modelleme, Kurulum ve Analiz Hazırlayan :Nuh DÖ OĞLU
Güneş Pili Sistemlerinin Tasarımı, Boyutlandırma ve Maliyet Hesaplamaları Sistem tipleri: şebekeye bağlı ve ayrık sistemler Güneş pili ve sistem bileşenlerinin seçim kriterleri Taşıyıcı yapılar (sabit, tek ve çift eksenli izleyiciler, yıllık enerji kazanımları, rüzgar ve kar yükleri, vs) Sistem ve bileşenlerinin boyutlandırması, kurulum ve işletim maliyetlerinin hesaplaması, örnekler Yaşlanma ve yıpranma sorunları ve ömürler Çevre sorunları
Alexandre-Edmond Becquerel (180-1891) Fotovoltaik Etkinin Keşfi : 1839? Charles Fritts (1818-?) İlk güneş pili: 1884, %1 verim
Güneş Pillerinin Fiyat ve Maliyetlerindeki Değişim 1958: ~$1,000 / Watt 1970s: ~$100 / Watt 1980s: ~$10 / Watt 1990s: ~$3-6 / Watt 000-004: ~$1.8-.5/ Watt (cost) ~$3.50-4.75/ Watt (price) 005 009 $1.50 $1.00 / Watt (cost)
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Sistem bileşenleri PV modüller (kristal yada ince film tabanlı teknolojiler) Modüle Taşıyıcıları (sabit, tek yada çift eksenli izleyicili) arj kontrol cihazı (şebekeden ayrık sistemlerde) Aküler (şebekeden ayrık sistemler ve bazı şebekeye bağlı sistemler) Evirici (İnvertör) (AC uygulamalarda) DC ve AC kesiciler ve sonlandırıcılar Bağlantı kutuları, kablolar Monitöring (izleme) sistemleri
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Güneş Pilleri Kristal Silikon (Crystalline silicon) Tek kristal (Mono/single crystalline) Çoklu kristal (Poly/multi crystalline) İnce film (Thin film) a-si: amorf silikon (1.7 ev band gap) c-si, (x-si): kristal silikon (1.1 ev band gap) CIGS/CIS: Cupper-Indium-Gallium-Selenide CdTe/CdS: Cadmium Telluride, Cadmium Sulfur Çok jonksiyonlu (multijunction, tandem): a-si/c-si DSSc/DSC/DYSC: Duyarlı Boya (Dye-sensitized ) Organik/polimer Ulaşılan maksimum verimler Mono-c: %5 Poly-c: %0 a-si: % 1 c-si: % 13 CdTe: %18 CIGS: %19.9 MJ: %4.8 DSSc: %8. OP: %6.5
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Standart Test Koşulları 1 sun 1000 watts/m = 1kW/m 5 o C Sıcaklık AM 1.5 (Air Mass Ratio) Önemli Büyüklükler: I-V curves Açık devre gerilim: V OC, Kısa devre akımı: I SC, Anma gücü (rated power): P m, Maksimum güçteki gerilim ve akım değerleri Sıcaklık katsayıları Farklı ışınım yoğunluğu değerleri için güç ve V-I grafikleri Modül ölçüleri
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Mono/single Crystalline 1.56 m x 0.8 m Modül Alanı: A m = 1.5 m
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Mono/single Crystalline Örnek seçilen modül: SunPower 30 5 0 C sıcaklığındaki güç: Pm = 30W @ 5 5 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: Standart Verim: η STC = 45 0 C sıcaklığındaki güç: P P m s d A η T = 1000 45 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: 45 0 C sıcaklığındaki verim: = P P T m s d o C Pm 30W Pm, d = = = 184 W/m A 1.5m A m 30W W 1.5m m = 1000 = %18.4 [ 1 + ( T 5) ] = 30[ 1+ (45 5)( 0.0038) ] = W T STC Pm = Pm α p 1 T T Pm 1W Pm, d = = = 170 W/m A 1.5 m m 1W W 1.5 m m = %17
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Poly-Crystalline m x 0.95 m Modül Alanı: A m = 1.9 m
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Poly-Crystalline 5 0 C sıcaklığındaki güç: 5 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: Standart Verim: η STC 45 0 C sıcaklığındaki güç: = Örnek seçilen modül: SunTech STP70 Pm = 70W @ 5 45 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: 45 0 C sıcaklığındaki verim: C Pm 70W = s P W d A 1000 1.9 m m η T = o Pm 70W Pm, d = = = 14 W/m A 1.9 m m = %14 [ 1 + ( T 5) ] = 70[ 1+ (45 5)( 0.0047) ] = W T STC Pm = Pm α p 45 T T Pm 45W Pm, d = = = 19 W/m A 1.9 m m T Pm 45W = s P W d A 1000 1.9 m m = %1.9
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Çok jonksiyonlu (multijunction, tandem): a-si/c-si 1.7 m x 1 m Modül Alanı: A m =1.7 m 00 W/m ışında 1000 W/m ışınım koşuluna göre verimdeki azalma %1 dir (5 o C ve AM 1.5)
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Çok jonksiyonlu (multijunction, tandem): a-si/c-si Örnek seçilen modül: Sontor SN-145 5 0 C sıcaklığındaki güç: Pm = 145W @ 5 5 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: Standart Verim: η STC 45 0 C sıcaklığındaki güç: = P P m s d A 45 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: 45 0 C sıcaklığındaki verim: η T C 145W = W 1000 1.7 m m = P P T m s d A o Pm 145W Pm, d = = = 85 W/m A 1.7 m m = %8.5 [ 1 + ( T 5) ] = 1451 [ + (45 5)( 0.004) ] = W T STC Pm = Pm α p 133 T T Pm 133W Pm, d = = = 78 W/m A 1.7 m m 133W = W 1000 1.7 m m = %7.8
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma CdTe ince film 1. m x 0.6 m Modül Alanı: A m =0.7 m
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma CdTe ince film Örnek seçilen modül: Calyxo CX-65 5 0 C sıcaklığındaki güç: Pm = 65W @ 5 5 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: Standart Verim: η STC 45 0 C sıcaklığındaki güç: = P P m s d A 45 0 C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: 45 0 C sıcaklığındaki verim: η T = = P 1000 P T m s d A o C Pm 65W Pm, d = = = 90 W/m A 0.7 m m 65W W 0.7 m m = 1000 = %9 [ 1 + ( T 5) ] = 651 [ + (45 5)( 0.005) ] = W T STC Pm = Pm α p 6 T T Pm 6W Pm, d = = = 86 W/m A 0.7 m m 6W W 0.7 m m = %8.6
İnce film üretici firmalardan bazıları Sontor/Q-Cell (a-si) Calyxo/Q-Cell (CdTe) Solibro/Q-Cell (CIGS) United Solar Ovonic Sharp Kaneka Mitsubishi heavy industries Fuji electric systems Innovalight Ersol solar energy ENN Solar Group (China) Xunlight corporation Sungen international limited OptiSolar VHF technologies Anahtar teslim üretim tesisi kuran bazı firmalar Applied Materials Anwell Technologies Limited Oerlikon Solar Ulvac HindHigh Vac
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Dye Sensitized PV Organic PV
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma İnce Film Fotovoltaiklerin Temel Avantajları Ucuz (100 kat az Si ve üretim kolay) Gücün sıcaklık bağımlılığı daha az Verimin solar radyasyon yoğunluğuna bağımlılığı daha az Üretim ve uygulama (BIPV) kolaylığı Temel Dezavantajı Düşük verim: güç başına daha fazla yer Mono/Poli kristal Fotovoltaiklerin Temel Dezavantajları Pahalı Gücün sıcaklık bağımlılığı daha fazla Verimin solar radyasyon yoğunluğuna bağımlılığı daha fazla Üretim ve uygulama (BIPV) kolaylığı Temel Avantajı Yüksek verim: güç başına daha az yer
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma PV teknolojisinin seçiminde temel kriter Yer sorunu varsa Yer sorunu yoksa Mono/poli kristal PV İnce film PV Bir PV modülün yıllık üretebileceği enerjinin hesabı 1) Uygulamanın yapılacağı bölgedeki yıllık güneş ışınımı yoğunluğu değerini bul GEPA (Elektrik İşleri Etüt İdaresi, www.eie.gov.tr) Meteoroloji istasyonu verisi (Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, www.meteor.gov.tr) Pyronometer ile yerine yıllık ölçüm ) Kullanılacak PV modülün 45 o C için verimini hesapla 3) Yıllık enerji üretimi E m = E s d ηa m
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma GEPA: Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (www.eie.gov.tr)
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma CdTe Verim %9@ 5 o C Verim %8.6@ 45 o C 100 m alandan YııllıkEnerji Üretimi : kwh 1400 100m m yıı 0.086 = 1040 kwh Mono Verim %18.4@ 5 o C Verim %17@ 45 o C 100 m alandan YııllıkEnerji Üretimi : kwh 1400 100m m yıı 100 m 0.17 = 3000 kwh Poli Verim %14@ 5 o C Verim %13@ 45 o C kwh 1400 100m m yıı alandan YııllıkEnerji Üretimi : 0.13 = 1800 kwh
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 100 m² lik bir dairede yaşayan 4 kişilik bir ailenin aylık ortalama elektrik tüketimi 50 kw e h tir. Yıllık enerji ihtiyacı: 1x50=3000 kw e h/yıl Yaklaşık 3 kw lık kurulu güce sahip bir sistem bu evin aylık elektriğini karşılayabilmektedir. s s Pm s E d E m = ηeη E d A m = E = s d Am Pm s P A P E P E s d P s d s d s d kw = 1 m = 1400 h yıı d m kwh m = 1400 P kw m = s s =. m yıı Eşdeğer güç faktörü= = = d E E d 1400 8760 1800 8760 P = = d 1 6.5 1 4.85 3000 = 1400 İstanbul Antalya
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Kayıplar Paneller için sıcaklık düzeltmesi nedeniyle: 0.9 Akü şarj verimi:0.90 (ömür boyu ortalama) Akü deşarj verimi: 0.90 (ömür boyu ortalama) İnvertör Verimi: 0.95 Kablo kayıpları vb. Durumlar için: 0.95 = 0 = On-Gride Kayıp oranı.9 0.95 0.95 0. 81 Off-Gride Gerekli kurulu güç Kayıp oranı Gerekli kurulu güç. kw P m = =. 7 0.81 =. kw P m = = 3. 3 kw 0.65 kw 0.9 0.9 0.9 0.95 0.95 = 0.65
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Sistem Tasarımında İzlenecek Yol Kullanıcının yıllık ihtiyacının belirlenmesi (varsa tüketimi azaltıcı önlemleri önerilemesi) Uygulama bölgesi için güneş ışınımının belirlenmesi PV Modüllerin seçimi DC-AC Invertörün seçimi Maksimum Güç İzleme Penceresinin PV lerle uyumunun kontrolü Maksimum DC gerilim ve akımının PV lerle uyumu Modül grubunun V oc ve I sc değerlerinin invertörün değerleriyle uyumunun kontrolü Akü olacaksa, otonomi süresi ve akü şarj-deşarj verimleri gözönüne alınarak kapasitenin belirlenmesi Akü olması durumunda şarj kontrol cihazının belirlenmesi Maksimum Güç İzleme Penceresinin PV lerle uyumunun kontrolü
Grid Interactive PV Sistem Tipleri Grid Interactive with Battery Back-Up Stand Alone Stand Alone with Battery Back-Up
GrideInteractive PV
GrideInteractive with Battery
Stand-AloneSystem Cathodic Protection Air circulation etc.
Stand Alone with Battery Back-Up Rural Electrification Communications Lighting Millitary Etc.
Seri Bağlama Paralel Bağlama
Seri ve paralel birlikte
Bir PV Sisteminde aynı modüller kullanılmalı. Aksi durumlarda ciddi güç düşümleri olabilir
Aküsüz sistemlerde invertör seçerken verim dışında gözönüne alınması gereken parametreler: 1. MPPT etkinliği (yarı bulutlu havada MPPT yeteneği). Yüksek sıcaklıkta çıkış gücü 3. Ürün güvenirliliği 4. DC gerilim penceresi ve çalışmaya başlanma noktası
VOLTAGEINPUTFOR BATTERYLESSGRID-TIEDINVERTERS 1. Series string voltage needs to fit the inverter s input window. Voltage in a series string varies with temperature 3. If PV array voltage is lower than inverter s window no energy production 4. If PV voltage exceeds inverter s window could damage unit or void warranty
SMA Source: www.sma-america.com FRONIUS Source: www.fronius.com AVAILABLEGRID-TIEDINVERTERS POWER ONE Source: www.power-one.com XANTREX Source: www.xantrex.com PV POWERED Source: www.pvpowered.com SOLECTRIA Source: www.solren.com KACO Source: www.kacosolar.com
AVAILABLEGRID-TIED(WITH BATTERIES)INVERTERS SMA Source: www.smaamerica.com Source: www.outbackpower.com OUTBACK XANTREX BEACON Source: www.xantrex.comsource: www.beaconpower.com
Topraklama
Tüm donanımlar topraklanmalı
Gerçek topraklama yapılmalı
Taşıyıcı yapılar İzleme Ekseni Sayısına göre İzleyiciler Sabit Tek eksenli izleyici Düşey Yatay (Türkiye için yıllık enerjide %5 iyileşme, aynı zamanda daha az yer ihtiyacı) Çift eksenli izleyici (Türkiye için yıllık enerjide %30 iyileşme, daha az yer ihtiyacı) Madrid deki bir PV dizisine gelen günlük yıllık ortalama değerleri Radiation (kwh/m d) Sabit (30 o ) Tek eksenli E/W Tek eksenli N/S Global 5. 5.61 6.4 7.08 Yüzde artış %8 %0 36 enerji yoğunluğunun Direkt 3.48 4.46 5.15 Difüzif.13 1.78 1.93 Çift eksenli
Taşıyıcı yapılar Yatay eksenli (Yükseklik açısını izliyor) Sabit eksenli Düşey eksenli (Azimuth açısını izliyor)
Taşıyıcı yapılar Sürücü mekanizmalar Aktif Doğrudan elektrik motorlu tahrik Hidrolik motorlu tahrik Pasif Isınan havayla tahrik İzleme mekanizması Foto algılayıcı: kapalı havalar gibi difüzif radyasyon koşullarında sorunlu Astronomik/kronolojik Korozyona dayanıklı malzemeden yapılmalı (deniz kenarındaki bölgeler, panel yıkama vs.) Basit mekanizmalı olmalı: Bakımı ve arıza olasılığı az olması için Az enerji tüketimi olmalı İzleyici mekanizmalı taşıyıcıların olumsuz tarafları İlk yatırım maliyeti artırır (çift eksenli 350 $/m PV nin yaklaşık %0 si) İşletme maliyetini artırır (bakım ve onarım giderleri, enerji tüketimleri) Sistem güvenilirliğini azaltır (arıza olasılığını artırır) Uygulamayı sınırlar: Örneğin bina uygulamalarında
Sabit panellerin yerle olan uygun açıları
Türkiye için sabit panellerin yerle olan uygun açıları Türkiyenin enlem aralığı: 41-36 Dünya ekseninin açısı: 3 Yaz konumu: 41-3=18 36-3=13 Kış konumu: 41+3=64 36+3=59 İstanbul için yıllık ortalama: 30
Taşıyıcı yapılar Rüzgar Yükü Rüzgar basıncı: SF=1 P V = ρ air V air SF V (m/s) V (km/h) P V (Pa) P v (kg/m ) 5 18 15 1.5 10 36 60 6 15 54 135 14 0 7 40 4 30 108 540 55 40 144 960 98 50 180 1500 153 P V V ρ air air :Pascal= N :kg/m : m/s 3, ρ m air SF: Shape factor 1. kg/m Ülkemizdeki maksimum fırtına hızı: 110 km/h Yaratabileceği basınç: 540 Pa PV panellerin dayanımı: 400 Pa 45 kg/m Dayanabileceği rüzgar hızı: 8 km/h 3
Taşıyıcı yapılar Kar Yükü Kar yoğunluğu: %3 - %0 x su yoğunluğu ρ snow = Karın özgül ağırlığı: 30 00 f snow kg m = ρ snow 3 9.81 300 Kar yüksekliği (m) Kar yükü (Pa) Kar yükü (kg/m ) 0.1 30-00 3-0 0.5 150-1000 15-100 1 300-000 30-00 000 N m PV panellerin dayanımı: 400 Pa 45 kg/m Taşıyabileceği kar yükü: 8-1. m 3
Taşıyıcı yapılar İzleyici sistemli taşıyıcı uygulayan bazı firmalar USA SunPower, USA Germany Titan Tracker, Spain
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World 40 MW, Waldpolenz Energy Park, Germany 3 MW, Jumilla Solar Power Plant, Spain 1 MW, Calavéron Solar PV, Spain 0 MW, Solarpark Beneixama, Spain 0 MW, SinAn Power Plant, Korea 14 MW, Nellis Solar Power Plant, USA 11 MW, Serpa Solar Power Plant, Portugal 6 MW, Fuente Álamo Power Plant, Spain
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Waldpolenz Energy Park Location / Startup Date Nominal Power Power per meter square Global Radiation Type of modules Number of modules Support System Electricity Production Energy/ peak power Bolanden, Germany / Dec009 40 MWp Cont. power equ. Factor 0.11 CO Reduction Manufacturing and installation cost Operating and Maintenance cost Feed-in Tariffs 36.36 W/m² 111 kwh/m²-year CdS/CdTe Thin-film 550,000 modules Fixed 40,000 MWh/year 1000 MWh/MWp-year 65 t/mw-year 4.88 $/W 0.05 $/W-year 0.33-0.38 /kwh (49,40-56,51 /kwh)
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Jumilla (Murcia) Location / Startup Date Nominal Power Power per meter square Global Radiation Type of modules Number of modules Support System Electricity Production Energy/ peak power La Hoya de Vicentes, Spain/007 3 MWp 3 W/m² 1750 kwh/m²-year Multi- Cont. power equ. Factor 0.15 CO Reduction Manufacturing and installation cost Operating and Maintenance cost Feed-in Tariffs 10,000 modules single-axis 30,000 MWh/year 1300 MWh/MWp-year 186 t/mw-year 9.39 $/W 0.09 $/W-year 0.44 /kwh (64.73 /kwh)
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Solarpark Calavéron Location / Startup Date Calavéron, Spain / 008 Nominal Power Power per meter square Global Radiation Type of modules Number of modules Support System Electricity Production Energy/ peak power 1 MWp 1. W/m² 1750 kwh / m²-year Multi- Cont. power equ. Factor 0. CO Reduction Manufacturing and installation cost Operating and Maintenance cost Feed-in Tariffs 96,000 modules dual-axis 40,000 M Wh / year 1886 MWh / MWp-year 1839 t / MW-year N/A N/A 0.44 /kwh (64.73 /kwh)
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Solarpark Beneixama Location / Startup Date Nominal Power Power per meter square Global Radiation Type of modules Number of modules Support System Electricity Production Energy/ peak power Province Alicante, Spain/007 0 MWp 40 W/m² 1934 kwh/m²-year Multi- Cont. power equ. Factor 0.19 CO Reduction Manufacturing and installation cost Operating and Maintenance cost Feed-in Tariffs 100,000 modules single-axis 30,000 MWh/year 1500 MWh/MWp-year 1500 t/mw-year N/A N/A 0.44 /kwh (64.73 /kwh)
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World SinAn Power Plant Location / Startup Date Nominal Power Power per meter square Global Radiation Type of modules Number of modules Support System Electricity Production Energy/ peak power Jeollanam-do, South Korea/008 0 MWp 33 W/m² 1314 kwh / m²-year N/A Cont. power equ. Factor 0.19 CO Reduction Manufacturing and installation cost Operating and Maintenance cost Feed-in Tariffs 108,864 modules single-axis 33,000 MWh / year 1650 MWh / MWp-year 100 t / MW-year 7 $/W 0.07 $/W-year 677.38 KRW/kWh (0.4 /kwh,51 /kwh)
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Nellis Solar Power Plant Location / Startup Date Nevada, USA / 007 Nominal Power Power per meter square Global Radiation Type of modules Number of modules Support System Electricity Production Energy/ peak power Cont. power equ. Factor 0. CO Reduction Manufacturing and installation cost Operating and Maintenance cost Feed-in Tariffs 14 MWp 4.56 W/m² 1800 kwh / m²-year Mono- 70.000 modules single-axis 5,000 MWh / year 1785 MWh / MWp-year 1785 t / MW-year 7.143 $/W 0.07 $/W 40 /kwh (0.31 /kwh)
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Serpa Solar Power Plant Location / Startup Date Nominal Power Power per meter square Global Radiation Type of modules Number of modules Support System Electricity Production Energy/ peak power Alentejo, Portugal / 007 11 MWp 18.3 W/m² 1900 kwh / m²-year N/A Cont. power equ. Factor 0.4 CO Reduction Manufacturing and installation cost Operating and Maintenance cost Feed-in Tariffs 5,000 modules single-axis 3,000 MWh / year.090 MWh / MWp-year 77 t / MW-year N/A N/A 0.3 /kwh (41 /kwh)
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World A Brief Comparison of the MW-scale PV Power Plants in the World Name of Power Plant Waldpolenz Germany Jumilla Spain Calavéron Spain Beneixam a Spain SinAn Korea Nellis USA Serpa Portugal Nominal Power (MWp) 40 3 1 0 0 14 11 6 Startup Date Dec 009 Nov 007 May 008 Sep 007 May 0 08 Dec 0 07 Fuente Álamo Spain Jan 007 Sep 008 Power per meter square (W/m ) 36 3 1 40 33 5 18 4 Global Radiation (kwh/m²-year) 111 1750 1750 1934 1314 1800 1900 1750 Type of Modules Thin-film (CdTe) Multi-c N/A Multi-c N/A Mono-c N/A Mono&Multi -c Support System fixed single- dual- N/A single- single- single- N/A Electricity Production (MWh/year) 40,000 30,000 47,400 30,000 33,000 5,000 3,000 44,000 Energy per Peak Power (MWh/MWpyear) Continuous Equivalent Power Factor (MWx 8760h/MWh) 1,000 1,300,05 1,500 1,650 1,785,090 1,69 8.76 6.74 4.7 5.84 5.31 4.91 4.0 5.18 CO Reduction (t/w-year) 0.63 1.83.16 1.50 1.0 1.79.73 0.58 Manufacturing and Installation Cost ($/W) Operating and Maintenance Cost ($/W-year) 4.88 9.39 N/A N/A 7.00 7.14 6.80 10.96 0.05 0.09 N/A N/A 0.07 0.07 0.07 0.11 Feed-in Tariff ( /kwh) 49.4-56.5 64.7 70.0 64.7 6 40.0 41.0 64.7 Güneş Elektriği Sistemleri, Modelleme, Kurulum ve Analiz Kursu, 10-11 Nisan 009, Istanbul Teknik Universitesi, SDKM, Maslak, Istanbul. Güneş Pili Sistemlerinin Tasarımı, Boyutlandırma ve Maliyet Hesaplamaları, Prof. Dr. Altuğ Şişman, İTÜ Enerji Enstitüsü
Yer Seçiminde Gözönüne Alınması Gereken Kriterler Solar global radiation Meteorological properties Parameters temperature due to low latitute degree wind speed vapor pressure humidity, smoke, fogs, haze, airborne dust Power distribution networks access Distance of Transportation Proximity to transmission Land price Topographical and Geological Properties incline geographical direction ground structure for the construction Intensity of natural disasters occurrence Earthquake risk Torrent risk Soil erosion risk Population and human labor Aggregation of people Industrial facilities Availability of the water Necessary for the facilities and the workforce demands Expectation >1400 kwh/m²-year warm low low low low distance low distance low low South suitable low low low adequte adequte low distance
Low Solar Radiation (Low Energy Production) Proper Area High Elevation and Mountains (Undulating Land and Blanket of Snow)
Yaşlanma ve yıpranma sorunları ve ömürler
Fotovoltaiklerin Dayanımları, Yaşlanmaları ve Ömürleri Genel olarak garanti süreleri: 0-5 yıl Silikon hücrelerin ideal koşullarda neredeyse sonsuz ömürleri vardır. Ancak pratikte modüllerin çıkış gücü zamanla azalır. Güç kaybının genel olarak 10. yılın sonunda maksimum %10 ve 0. yılın sonunda ise maksimum %0 olması beklenir. Lamine edilmiş kristal modüller 30 yıl ömür göz önüne alınarak üretilirler. Bu güç kaybının 3 temel nedeni vardır: 1. Nem: Modül içersine sızan nemin iletkenlerde yarattığı korozyon,. UV Işınları: UV ışınlarının zamanla modül dış yüzeyi ile hücre arasında yer alan malzemenin optik geçirgenliğini olumsuz yönde etkilemesi, 3. Isıl çevrimler: Isıl gerilme çevrimleri sonucu hücre ve optik mazlemede mikro çatlaklar oluşması, kontaklardaki metal atomlarının yarı-iletken yapısa göç ederek yarı-iletkenin özelliklerini bozması, vb.
Yaşlanma ve yıpranma sorunları ve ömürler Yaşlanma Zamana yayılı: iletkenlerde korozyon ve optik yapıların özelliklerinde zamanla kötüleşmesi sonucunda Ani: Modüle içerisndeki bir hücrede oluşan kırılma, çatlama, kontak kopması vs gibi arıza sonucunda Modüledeki hücrelerde oluşan yaşlanma ve yıpranmalar İçeri sızan su buharı nedeniyle kontaklarda ve iletken yapılarda korozyona bağlı iç direnç artışı: Modül koruyucusunun (ki çoğu zaman EVA: Ethylene Vinyl Acetate) ve arka tabakanın (ki genelde Polyvinyl Fluoride Films) zamanla işlevlerini yitirmesidir. Böylece panel içersine nem girerek hücrelerde ve iç elektrik bağlantılarında korozyona neden olur. Sonuç olarak modülün iç direnci artar ve çalışma gerilimi düşer. Özellikle UV ışınları bu malzemelerin elastik özelliklerini zayıflatır ve sertleşmelerine sebeb olur. p-n eklemine kontak noktalarındaki metal atomlarının zamanla göç etmesi sonucu eklem direncinin artması, Anti-yansıtma (antireflection) bozulması: UV ışınları hücrelerle ön cam arasındaki EVA tabakasını da bozar ve bu bozulma daha az ışığın hücrelere ulaşmasına yol açar. Hücrenin kısa devre olması: Özellikle ön ve arka kontakların birbirine çok yakın olduğu ince film PV lerde korozyon yada hasarlı hücre malzemesi tarafından kısa devre oluşur.
Arıza ve Yaşlanma Nedenleri Açık devre haline gelme: Isıl çevrimler, iddetli hava koşulları, Üretimde oluşan ancak fark edilmeyen çok ince çatlaklar zamanla hücrede büyük çatlaklar yaratabilir. Çok sayıdaki kontak noktaları ve interconnect-busbars pilin çalışmasını sürdürmesini önemli ölçüde sağlasar.
Arıza ve Yaşlanma Nedenleri Module Open-Circuits Open circuit failures also occur in the module structure, typically in the bus wiring or junction box. Module Short-Circuits Although each module is tested before sale, module short circuits are often the result of manufacturing defects. They occur due to insulation degradation with weathering, resulting in delamination, cracking or electrochemical corrosion. Module Glass Breakage Shattering of the top glass surface can occur due to vandalism, thermal stress, handling, wind or hail. Module Delamination A common failure mode in early generations of modules, module delamination is now less of a problem. It is usually caused by reductions in bond strength, either environmentally induced by moisture or photothermal aging and stress which is induced by differential thermal and humidity expansion. Hot-Spot Failures Mismatched, cracked or shaded cells can lead to hot-spot failures, By-Pass Diode Failure By-pass diodes, used to overcome cell mismatching problems, can themselves fail, usually due to overheating, often due to undersizing (Durand). The problem is minimised if junction temperatures are kept below 18 C. Encapsulant Failure UV absorbers and other encapsulant stabilizers ensure a long life for module encapsulating materials. However, slow depletion, by leaching and diffusion does occur and, once concentrations fall below a critical level, rapid degradation of the encapsulant materials occurs. In particular, browning of the EVA layer, accompanied by a build-up of acetic acid, has caused gradual reductions in the output of some arrays, especially those in concentrating systems
Çevre sorunları Üretim Süreci Çalışanlar Halk: Katı ve sıvı atıklar (kesme, yıkama, asitle işleme, lehim, vs) Kullanım süreci: Halk (pratik olarak olağan kullanımda hiçbir risk içermiyor) İmha süreci: Cd, CdTe, CdS, Pb (belediyenin çöp arıtma tesisleri) Çalışanlar Halk
Çevre sorunları Üretimde çalışanlar için riskli malzemeler ve etkileri
Fotovoltaik Güç Santrallerinin Az Kalkınmış Bölgelerde Yerel Katkıları İşsizliğin azalması, Yerel enerji ihtiyacının karşılanması Tarımsal sulamanın enerji ihtiyacı Varsa yerel endüstrinin Modern tarım çiftliklerinin gelişimi için gereken alt yapının hazırlanması, Yenilenebilir enerji teknolojileri konusunda bölgesel bilincin gelişmesi Artan yerel enerji üretimi sonucu bölgesel endüstrinin gelişimi Santral nedeniyle bölgeye ilginin çekilmesi ve turizmin (alternatif turizm) gelişimine katkı Bölgede hava kirliliği artırılmadan enerji üretimi artırılmış ve böylece birim enerji başına kirlilik oranın düşürülecektir,