Güneş enerjisi kullanarak elektrik üretimi, bugünlerde sıkça konuşulan yenilenebilir enerji kaynağı uygulamalarının oldukça popüler olan bir çeşididir. Bol olması, bedava olması, işletme maliyetinin düşük olması ve çevre kirliliğine yol açmaması gibi birçok iyi nedenden dolayı yatırımcıların dikkatini çekmektedir.
Bu çalışmada fotovoltaik hücreler ile elektrik enerjisi üreten sistemlerin tasarımı üzerine araştırma yapılmıştır. Ayrıca günlük ortalama elektrik ihtiyacı 5 kW-saat olan bir ev için örnek bir tasarım yapılarak maliyet hesabı yapılmıştır.
Sistemin Tasarımı
Güneş enerjisinden elektrik üretmek için kurulacak bir sistemde akü grubu, akü şarj regülatörü, evirici ve yardımcı elektronik devreler bulunur. Tabi ki uygulamaya göre bu bileşenler değişiklik gösterebilir. İstenen enerji miktarına göre güneş paneli ve sayısı belirlenir. Güneş olmadığı zamanlarda enerjisiz kalmamak için akü grubu sisteme dahil edilir. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için akü şarj regülatörü kullanılır. Şarj regülatörü akünün durumuna göre, güneş pillerinden gelen akımı keser ya da yükün çektiği akımı keser. Evirici, alternatif akım istenen uygulamalarda panelde elde edilen doğru akım elektriğini alternatif akım elektriğine dönüştürmek için kullanılır. İstenirse sisteme bir de maksimum güç noktası izleyicisi (MPPT) eklenebilir.
Fotovoltaik paneller
Güneş ışınlarını elektrik enerjisine çeviren cihazdır. Verimleri panel tipine göre değişmekle birlikte % 15-20 arasındadır. Laboratuar çalışmaları devam etmekte olup verim değerlerinin yükseltilmesi hedeflenmektedir. Türkiye şartlarında güneşlenme süresi; kışın 5 saat, sonbaharda 7 saat ve yazın 11 saattir. Günlük ortalama yük ihtiyacı 5 kW-saat olan bir ev için ortalama güneşlenme süresinin 6 saat olduğu kabul edilirse saatlik 1 kW’lık üretim yapan bir güneş paneli sistemi tasarlanması evin enerji ihtiyacını karşılamak için yeterli olacaktır. 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. Bu yüzden hesaplanan güç değerinin biraz yukarısında bir değerde panel kullanmak uygun olacaktır. Tüm bu faktörler göz önünde bulundurulduğunda 1 kW değerindeki sistemin bizim için yeterli olacağı görülmektedir. Gerekli güneş paneli gücünün hesaplamasında kullanılabilecek programlar ve web adresleri yaygındır. Hesaplamaya yardımcı olabilecek bir internet sayfası yazının sonuna eklenmiştir. 1 kW lık enerjiyi elde edebilmek için 5 tane 200 W değerinde panel kullanmak uygundur. İsteğe göre panel gücü daha değişik değerlerde seçilebilir. Tabiî ki bu seçime göre panel sayısı değişecektir. Bu noktada optimum panel gücü ve sayısı hesaplanmalıdır. Bu uygulamada mono kristal silikon hücre tipli Sunrise firmasının SR-M654200 modeli güneş paneli kullanılmıştır. Üretilecek enerji miktarı mevsimlere göre değişecektir. Örneğin yazın güneşlenme süresinin 11 saat olduğu bir yerde bir günde üretilen enerji 11kW-saat olacaktır. İhtiyaçtan fazla enerjinin elde edilmesinde bir sıkıntı yoktur. Bu fazla enerji sulama, çevre aydınlatması gibi alanlarda kullanılabilir. Hatta yasal çerçeveler içersinde elektrik kuruluşuna satılabilir.
Akü sistemi
Aküler elektrik enerjisinin depolanmasında kullanılır. Güneş olmadığı zamanlarda enerjisiz kalmamak için elektrik enerjisinin depolanması mantıklıdır. Ayrıca güneşsiz günler de olabilmektedir. Bu yüzden enerjinin depolanması oldukça önemlidir. Akü kapasitesinin belirlenmesinde en önemli faktör sistemin güneş göremeyeceği gün sayısını ya da saatini hesaplamaktır. Biz bunu 2 gün olarak kabul edersek; günlük tüketimi 5 kW-saat olan bir ev için 10 kW-saatlik enerjiyi depolayabilecek bir akü grubu gereklidir. Sistem gerilimini 12 V seçersek, 12 V 1200 Ah’ lik akü grubu sistemimiz için yeterli olacaktır.
Bu akü grubu 12V x 1200 Ah =14,4 kW'lık enerjiyi depolayabilme özelliğine sahiptir. Akünün çeşidine göre değişmekle birlikte genel olarak akülerin tamamen boşaltılmaması daha sağlıklıdır. Uygulamada %75'e kadar boşaltıma izin verilmesi uygun olabilir. Küçük kapasiteli akü hücreleri birbirine bağlanarak daha yüksek kapasiteli akü grupları meydana getirilebilir. 6 adet 12 V, 200 Ah lık akü hücreleri paralel bağlanarak 12 V, 1200 Ah'lık akü kapasitesine ulaşılması mümkündür. Paralel bağlamada pozitif ve negatif kutupların doğru bir şekilde bağlanmasına dikkat edilmelidir. Biz uygulamamız için kuru tip aküyü seçtik.
Akü şarj regülatörü
Güneş panelinden gelen akımı ayarlayarak akünün tam dolmasını veya tamamen boşalmasını engeller. Tüketici için gerekli akım değerine göre sistemde uyumlu çalışabilecek tipte seçilmesi gereklidir. Ayrıca akü şarj regülatörünün, akü gerilimine uyumlu olması gerekmektedir. Şarj regülatöründen direkt doğru akım çıkışı alınabilir. Çoğu regülatörde şarj durumuna ait sayısal bilgileri gösteren ekran bulunmaktadır. Bir çok regülatör üreticisi firma panel gücüne göre seçilmesi gereken regülatörü saptamış ve tablolar halinde kataloglarına koymuşlardır. Bu kataloglar incelendiğinde bizim sistemimiz için gerekli regülatörün, 12V 60 A lik regülatör olduğu görülmektedir.
Evirici
DA enerjisinin AA enerjisine çevrilmesine yarayan cihazlardır. Genel olarak tam sinüs çıkışı 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. 2000 W lık çamaşır makinesi, 100 W lık lamba ve 300 W lık ses sisteminin aynı anda çalışacağını düşünürsek 2500 W lık evirici bizim için yeterlidir. Eviricinin güç değeri yüksek seçilebilir ama maliyeti arttıracağı unutulmamalıdır.
Diğer ekipmanlar
Sistemde kullanılması gereken diğer elemanlar kablolar ve sigortalardır. Ayrıca sistemi izleyebilmek için çeşitli elektronik devreler de kullanılabilir. Sigorta ve kablo seçimi sistemin düzgün çalışabilmesi için son derece önemlidir. Kablo seçiminde gerilim düşümü de dikkate alınmalıdır.
Kurulum Maliyeti
Günlük ortalama 5 kW-saatlik enerji üretebilen sistem için maliyet hesabı yapılmıştır. Sonuçlar şu şekildedir:
Kaynak
EmoticonEmoticon