CN Enerji

Güneş Enerjisi-Elektrik Üretim Sistemleri

Dünya atmosferinin dışında güneş ışınımının şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 W/m2 değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin dünyaya gelen küçük bir bölümü dahi, insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır.

Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970’lerden sonra hız kazanmıştır. Güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme kaydederken, yatırım maliyeti bakımından düşüş göstermiştir. Güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.

Güneş enerjisinden elektrik üretimi, kaynak bolluğu, düşük işletme maliyeti ve çevreci yaklaşımı nedeniyle oldukça popüler bir yenilenebilir enerji kaynağı uygulamasıdır. Ev, arazi, işletme ve fabrikalarda uygulamaları mevcuttur.

Güneş enerjisi sistemlerini birçok farklı türü bulunmaktadır. Bunlar;

-Şebeke Bağlantılı (Grid-Tied ya da On-Grid) Fotovoltaik Sistemler:

Şebeke bağlantılı PV sistemler, güneş panelleri tarafından üretilen enerjiyi şebekeye iletir. Bu sistemler, evler, işyerleri ve endüstriyel tesislerde kullanılır. İhtiyaç fazlası üretilen enerji şebekeye verilir ve net enerji tüketimi hesaplamalarında kullanılabilir.

Şebekeye bağlı güneş enerji sistemlerin en büyük faydası, enerji tüketimlerinde ciddi tasarruflar sağlaması ve hatta ihtiyaç fazlası üretilen enerji ile sistem sahibine ek gelir oluşturmasıdır.

-Şebeke Bağlantısız (Off-Grid) Fotovoltaik Sistemler:

Şebeke bağlantısız PV sistemler, bağımsız enerji kaynağına ihtiyaç duyan bölgelerde kullanılır. Bu bölgelerde şebeke elektriği bulunmaz veya mevcut şebeke elektriği stabil değildir. Sistem, güneş panelleri tarafından üretilen enerjiyi akülerde depolar ve bu enerjiyi kullanarak elektrik üretir. Off-grid sistemlerin, çiftlikler, dağ evleri ve uzak bölgelerde kullanımı daha yoğundur.

-Hibrit Fotovoltaik Sistemler:

Hibrit fotovoltaik sistemler, şebekeye bağlı sistemlerde depolama çözümünün de sunulduğu sistemlerdir. Bu sistemlerde depolamanın olmasının en büyük faydası istikrarlı bir enerji üretimi elde edebilmek, tüketim noktasının şebekeye olan ihtiyacını minimize etmek ve olağan dışı enerji kesintilerinde dahi enerji talebine cevap verebilir olmasıdır. Hibrit sistemler bu sayede enerji bağımsızlığı ve kesintisiz enerji sağlama amacıyla kullanılabilir.

-İzleme Sistemleri (Tracking Systems):

İzleme sistemleri, fotovoltaik panellerini güneş ışığına en iyi açıyla yönlendirmek üzere kullanılabilir. Tek eksenli veya çift eksenli izleme sistemleri, solar panelleri güneşin konumuna göre hareket ettirerek, güneş ışınımlarının daha verimli açılarla kullanımını sağlar. Bu sayede aynı kapasitedeki sabit açılı olan sistemlere göre çok daha fazla enerji üretimi sağlanabilir.

Güneş Enerji Sistemlerinde Bulunan Temel Bileşenler

Güneş enerjisinden elektrik üretmek için kurulacak bir sistemde uygulamaya göre bileşenler değişiklik gösterir. Genel olarak panel, inverter ve yardımcı elektronik devreler bulunur. Güneşin olmadığı zamanlarda (bulutlu havalar, kış mevsimi, yağmurlu günler vb.) enerjisiz kalmamak için akü grubu sisteme dahil edilir. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için akü şarj regülatörü kullanılabilir. İstenen enerji miktarına ve konuma göre güneş enerjisi sistem tasarımı uygun şekilde planlanır.

Fotovoltaik paneller, güneş ışınlarını elektrik enerjisine çeviren cihazdır. Verimleri panel tipine göre değişmekle birlikte % 20-25 arasındadır. Laboratuvar çalışmaları devam etmekte olup verim değerlerinin yükseltilmesi hedeflenmektedir. Türkiye şartlarında güneşlenme süresi; kışın 6-8 saat, yazın 10-12 saattir. Balkanlarda da güneşlenme süreleri kışın 5-7 saat, yazın ise 9-11 saat civarlarındadır.

Paneller, ortam koşullarının elverişli olması durumunda nominal güçlerini üretebilirler. Panel camının kirli olması, güneş ışınlarının geliş açısının dik olmaması, havanın çok sıcak veya çok soğuk olması panel verimini düşürecektir. Sistem tasarımlarında bu sebepten dolayı %10-30 arası bir değerde daha fazla panel gücü seçimi yapılmaktadır.

Evirici

Doğru akım enerjisini alternatif akım enerjisine çevrilmesine yarayan cihazlardır. Genel olarak tam sinüs çıkış veren ve vermeyen olmak üzere iki çeşit evirici bulunmaktadır. Hassas yüklerin bulunduğu sistemlerde tam sinüs çıkışı verebilen eviricilerin kullanılması gereklidir. Evirici gücü, sistemde aynı anda çalışabilecek yüklerin güç değerleri toplanarak elde edilir.

Eviriciler, güneş enerjisi panelleri tarafından üretilen doğru akım (DC) enerjisini, kullanılabilir elektrik enerjisi haline getiren bir cihazdır. Güneş panelleri, güneş ışığını aldıklarında DC elektrik üretirler, ancak evler ve iş yerleri gibi tesisler genellikle alternatif akım (AC) elektriği kullanır.

Eviricilerin çeşitleri:

Merkezi İnverterler: Bu tür invertörler, genellikle birçok güneş panellerini diziler halinde bağlamak için kullanılır. Tüm sistem tek bir inverter tarafından dönüştürülür. Genellikle MW ve daha büyük ölçekli kurulumlarda kullanılırlar.

String İnverter: Birkaç güneş panelinin bir araya gelmesi ile oluşan dizilerin daha küçük güçlerde bulunan inverterlere bağlanması ile enerji dönüşümü gerçekleştirilir. Merkezi inverterlerin daha minimize edilmiş türleridir. 1kW-250kW arasında farklı güçlerde ürünler bulunmaktadır.

Mikro İnverterler: Mikro inverterler, her bir güneş paneli için ayrı olarak tasarlanmış cihazlardır. Bu, her panelin bağımsız olarak optimize edilmesine ve izlenmesine olanak tanır. Mikro inverterler, panel seviyesi izleme ve daha iyi enerji verimliliği sağlar. Maliyetlerinin yüksekliği sebebiyle daha çok evsel kurulumlarda tercih edilmektedirler.

Optimizasyon Üniteleri: Bu sistemler, her panelin performansını izlemek ve optimize etmek için kullanılır, ancak DC elektriği AC elektriğe dönüştürmek için ayrı bir inverter kullanmazlar. Genellikle string invertörlerle birlikte kullanılırlar. Optimizerler, panelden gelen ve ortam koşullarından etkilenen voltajı, sabit bir voltaj haline getirerek sistem kayıplarını minimize etmeye çalışır.

Güneş inverterleri, güneş enerjisi sistemlerinin verimliliğini artırmak ve güneş enerjisini kullanılabilir elektriğe dönüştürmek için kritik bir bileşendir. Seçilecek inverter türü, kurulumun ölçeği, maliyet ve performans hedeflerine bağlı olarak değişebilir.

Akü Sistemi

Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan aküler, enerjiyi güneş panellerinden topladıktan sonra depolamak ve kullanım sırasında enerjiyi sağlamak için gerekli bileşenlerdir. Akü kapasitesinin belirlenmesinde en önemli faktör sistemin enerji kullanım rejimini bilmektir. Elektrik üretiminin yapılamayacağı zaman dilimlerinde kullanılacak enerjinin, depolanmış olan enerjiden fazla olmaması gerekecektir. Akü kapasitesi seçimindeki en önemli faktörlerden biri budur. Güneş enerjisi sistemleri için birçok farklı akü tipi kullanılmaktadır. Bunların en yaygın olanları;

-Lityum-İyon Aküler

Lityum-iyon aküler, güneş enerjisi sistemlerinde giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha yüksek enerji yoğunluğu, daha hızlı şarj/deşarj kabiliyeti ve daha uzun ömürleri vardır. Güneş enerjisi sistemlerinde lityum-iyon aküler, yüksek verimlilik ve düşük bakım gereksinimleri nedeniyle tercih edilir. Lityum-ferrofosfat (LiFePO4), güneş enerji sistemlerinde en sık kullanılan türüdür.

Kurşun Asit Aküler

Geleneksel olarak, kurşun asit aküler, güneş enerjisi depolama için kullanılmıştır. Düşük maliyetleri nedeniyle bazı uygulamalarda tercih edilirler. Ancak kurşun asit aküler, enerji yoğunluğu, ömür ve şarj/deşarj kapasitesi açısından lityum-iyon akülerine kıyasla sınırlamalara sahiptirler. Kurşun asit aküler, derin deşarj yapıldığında ömrünü kısaltabilir, bu nedenle düzenli bakım gerektirebilir.

Gel Aküler

Gel aküler, kurşun asit akülerin bir türüdür ve bir jel elektrolit içerirler. Bu aküler, sızıntıya dayanıklıdır ve daha iyi derin deşarj özelliklerine sahiptir. Güneş enerjisi sistemlerinde, kurşun asit akülere nazaran daha çok tercih edilmektedirler.

Sıvı Elektrolitli Aküler

Sıvı elektrolitli aküler, kurşun asit akülerin geleneksel türleridir. Düşük maliyetleri nedeniyle tercih edilir, ancak sıvı elektrolit seviyelerinin düzenli kontrol ve bakım gerektirdiği unutulmamalıdır.

Akü Şarj Regülatörü

Şarj regülatörleri, bağlı oldukları sistemde bulunan akü grubunun, güneş panelinden veya şebekeden gelen enerji ile zarar görmeden şarj olmasını sağlamaktadır. Akü için gerekli olan şarj basamaklarını ayarlar ve ilgili voltaj ve akım değerlerine göre aküyü şarj eder. Regülatörler aynı zamanda deşarj sırasında da çekin yüklerin aküye zarar vermesine engel olmaktadır. Kullanılan akü tipine göre şarj/deşarj ayarlamalarının yapılabildiği modellerde akülerin şarj ve deşarj döngülerini belirleyerek akü ömrü uzatılabilir.

Diğer Ekipmanlar

Sistemde kullanılması gereken diğer elemanlar, panel alt taşıyıcısı, ac&dc kablolar, kontrol üniteleri elektrik panoları ve koruyucu elemanlardır (örneğin sigortalar). Ayrıca sistemi izleyebilmek için çeşitli elektronik devreler de kullanılabilir. Sigorta ve kablo seçimi sistemin düzgün çalışabilmesi ve verimliliği için son derece önemlidir.