Fotovoltaik Enerji Sistemleri

Yazı Dizisi-35

Haluk Özgün

6. HESAPLARI VE ÇİZİMLERİ İLE ÖRNEK PROJELER

Bu bölümde verilen hesaplama yöntemleri ve proje özelinde yapılan değerlendirmeler mühendislere temel hesap yaklaşımlarını vermek için tasarlanmıştır. Verilecek iki örnek proje fotovoltaik sistemlerin farklı yönlerini ortaya koymaktadır. Birinci olarak 4 kWp gücünde evsel bir uygulama için hesaplama yapılacak ve dizi inverter teknolojisi tanıtılacaktır,

ikinci olarak 500 kW’lık açık alan uygulamasında merkezi inverter teknolojisi tanıtılacaktır. Bu sayede farklı uygulamalar için tasarım şekilleri üzerinde deneyim kazanılacaktır.

Örneklerde verilen değerlerin bire bir kullanımı dizayn mühendislerinin kendi inisiyatifinde olup, oluşabilecek maddi ve manevi herhangi bir zarardan ötürü yazar sorumlu tutulamaz.

6.1 Şebeke Bağlantılı 4kWp Gücünde Bir Sistemin Boyutlandırılması

Bir projeye başlayabilmenin birinci koşulu gerekli verilerin önceden edinilmiş olmasıdır.

Bu örnek projede aşağıda verilen bilgilere göre hesaplamalar yapılacaktır.Talep edilen kurulu güç 4kWp olup kurulum verileri aşağıda verilmektedir.Kurulum Antalya da bir villanın iç ihtiyaçlarını karşılamak üzere villanın düz garaj çatısına uygulanacaktır. Etrafta gölge yaratacak cisimler bulunmamakta ve paneller güneye bakacak şekilde konumlandırılabilir. Çatının boyutları boy 8m ve en 8 m olarak ölçülmüştür. Çatıda bir çanak anten ve çatıya çıkış için bir kapak bulunmaktadır. Kapak kare olup bir kenarın uzunluğu 1.14 m dir. Sistemin kurulmadan önceki genel görünümü Şekil-6.1 de verilmektedir.

Şekil-6.1: Antalya'da bir villa garaj çatısının görünümü.

Verilen bilgiler ışığında çatıya fotovoltaik panelleri yerleştirmek için aktif alan hesaplamaları yapılır. Burada görüldüğü gibi çatıyı tam olarak kullanamamaktayız. Çanak anten ve kapak çatıda ölü alanlar yaratmaktadır. Çevrede gölge yaratacak etmenler olmasa da panel gruplarının alan içinde birbirlerini de gölgelememesi gerekmektedir. Panellerin çatıya yerleşiminde yerle 30 derecelik açı yapılacağı koşulu altında ilk sıranın arkadaki sıralara gölge bırakmaması için belirli bir mesafe aralık verilmelidir. Bu hesaplamayı Şekil-6.2 üzerinde açıklayacak olursak.

Şekil-6.2: Panel grupları arasında gölge hesaplaması. [32]

Volker Quaschning and Rolf Hanitsch makalesinde verilen gölgeleme hesaplamaları ve denklemler kullanılacaktır. Şekil-6.2 de verilen birimlerin formül içende kullanılan değerleri aşağıda sıralayacak olursak;

β= Panelin yer ile yaptığı açı.
α= Güneşin arkadaki panel grubuna geliş açısı.
l=Yerleşim şekline göre panelin eni veya boyu.
d=İki panel arasındaki mesafe.

Bir panelin boyu ile paneller arasında mesafenin oranı olarak alanın ne oranda kaplandığını gösteren f değeri denklem 6.1 de verilmektedir.
(6.1)





Güneşin arkadaki panel grubuna geliş açısını bulmak için kullanılan denklem 6.2 de verilmektedir.
(6.2)
Bu çalışmada s değeri gölgeleme kaybı olarak verilmektedir ve Berlin için ölçülmüş değer Tablo-6.1 de verilmektedir.

Tablo 6.1: Berlin için 30 derece sabit panel açısı ile ölçülen gölgeleme kaybı dağılımı.[32]

Görüldüğü gibi paneller arasındaki mesafe arttırıldığında doğal olarak s yani gölgeleme kaybı azalmaktadır. Bu değer f= 1:2.5 değerinden sonra çok değişmediği için paneller arasında açıklık bu oranın üzerine çıkartılmamalıdır. Sonuç olarak panel boyunun en fazla 2.5 katı mesafe den sonra ikinci panel grubunun başlatılması gerekmektedir. Panelin yer ile yaptığı açıyı 30 derece olacak şekilde güneye konumlandırarak hesaplamalara devam edilecektir.

Çatıda panellerin kapladığı alana bakarak kaç kWp bir kurulum yapacağımızı hesaplamamız gerekmektedir. Bu kurulumda Tablo-6.2de verilen panel özelliklerine göre bir sistem tasarlanacaktır.

Tablo-6.2: Monokristal güneş panelinin teknik özellikleri.

Tablo-6.2 de panelin boyutları 1660x990 mm olarak verilmektedir. Kurulumda paneller boyuna yerleştirilecektir. Daha önce verilen Tablo 6.1 daki değerlerden 1/f değerinin 2 ile 2,5 arasında bir değer almış olması gölgeleme kayıplarını en aza indireceğini göstermektedir. Çatıdaki kare kapağı hesaplayarak en geniş aralıkta bir kurulum yaptığımızda paneller arasındaki mesafenin 4 m olmaktadır. Bu değerin d=4m olduğu ve panel boyunun
l=1,660m olduğu bilinmektedir. Denklem 6.1 e göre hesaplama yaparsak;



Buradan 1/f değeri 2,41 olarak bulunur. Bu hesaplamaya göre bulunan değer istenen sınırlar içindedir. Çatıdaki uydu antenin olduğu yere kurulum yapılamayacağından toplam 15 adet panelin bu çatıya kurulabileceği hesaplanmış olur. Örnek kurulumun çizimi Şekil-6.3 ve Şekil- 6.4 de verilmektedir.

Şekil-6.3: Paneller çatı ile 30 derecelik açı yapacak şekilde boyuna yerleştirilmiştir.

 Şekil-6.4: Panellerin üstten görünümü ve paneller arasındaki d mesafesi.

Çatıya 240 Wp gücünde 15 adet panelin yerleşebildiğini bulduktan sonra inverter seçimi yapılabilir. Kullanılan panelin cinsi, toplam kurulu güç, dış ortam sıcaklığı ve şebekeye besleme şekli gibi faktörler inverter seçimini etkilemektedir.

Toplam kurulu güç ile sistemin ihtiyaç duyduğu inverterin tespit edilmesi en hızlı ve pratik yoldur. Türkiyede kurulan sistemlerde toplam kurulu fotovoltaik kurulu güç ile inverter gücüyle birebir veya panel gücünün %10 fazla alınması uygun olmaktadır.

Avrupa ülkelerinde ışınımın düşük olması nedeniyle fazla enerji üretilememekte bu nedenle panel kurulu gücü inverter gücünden fazla olarak seçilebilmektedir.

Türkiyede fotovoltaik kurulu güç ile inveter gücünü birbirine yakın veya çoğunlukla panel gücünü %10-15 yüksek seçmek doğru bir yaklaşım olacaktır. Yanlış inveter seçimi sonucunda üretilen enerjinin AC akıma çevrimi bloke edilebilir. Bu durum özellikle öğle saatlerinde ışınımın arttığı zamanlarda görülür. Şekil- 6.5 de yanlış seçilmiş bir inverter sonucunda tepe değerin kırpıldığı görülmektedir.

Şekil-6.5: Yanlış boyutlandırılmış bir inverter.

Bundan sonraki yazımızda  "Panellerin sıcaklık değişimlerinden etkilenmesi , sıcaklık değişimlerine bağlı olarak çıkış gücünün nasıl değiştiğinin hesapları" anlatılacaktır.