Fotovoltaik Sistem Dizaynı ve Kurulumu Ramazan ZEYBEK

Konu Başlıkları 1- Giriş 2- Elektriksel Bilgiler 3- Sistem Çeşitleri 4- FV Modüller 5- FV Bağlantı Şekilleri 6- Aküler 7- Şarj Kontrol Cihazı & İnvertör 8- Solar Sistem Montajı 9- Montaj 10- FV Sistemin Üreteceği Elektrik ve Aylık Getirisi

Kısım 1: Giriş Neden yenilenebilir enerji? Yenilenebilir Enerjiye Dönüşüm Türkiye’de Elektrik Kaynakları

Bu resimdeki yanlış olan nedir? Yanan fosil yakıtlar çevreye ve insan sağlığına ciddi derecede zararlar verir. Karbondioksit salınımı artar ve küresel ısınmaya sebep olur. Sülfürdioksit gazı salınımı ile asit yağmurları oluşur ve canlılara ciddi zararlar verir.

Yenilenebilir Enerji’ye Dönüşüm Güneş Jeotermal Rüzgar Hidroelektrik

Güneş’i Elektriğe Çevirme Güneş pilleri -FV piller- güneş ışığını elektriğe dönüştürür. FV piller yarıiletken malzemelerden yapılmış yapılardır. Genellikle silisyum kullanılır. Güneş ışığı FV pile çarptığı zaman yansır yada emilir. Sadece emilen ışık enerji üretmek için kullanılır.

Bugün’ün Güneş Tablosu İspanya güneş enerjisinde lider konumda Almanya 2. sırada

Türkiye Kurulu Gücünün Yakıt Cinslerine Göre Dağılımı

Türkiye’nin Güneş Tablosu Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı – Elektrik İşleri Etüt İdaresi’nin yapmış olduğu Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası çalışması sonucunda Türkiye’de 56,000 MW termik santral kapasitesine eşdeğer güneş enerji kapasitesi bulunduğu ve bu potansiyelden yararlanılması durumunda yıllık ortalama 380 Milyon MWh elektrik enerjisi üretim imkânının olduğu belirlenmiştir. Türkiye’deki toplam güneş enerjisi (FV) yaklaşık olarak 55 MW mertebesindedir.

Kısım 2: Elektriksel Bilgiler

Neler Göreceğiz ? AC ve DC elektrik, önemli farklılıkları nelerdir Volt, Amper, Amper-saat, watt, watt-saat ve kilowatt-saat arasındaki bağıntılar Elektrik ölçümü hakkında bilgiler

Elektrik Terminolojisi Elektrik = Elektron akışı Potansiyel fark elektron akışına neden olur. Suyun akışı anlamak için en güzel örnektir.

Elektrik Terminolojisi Voltaj (V) Elektrik yüklerinin potansiyel farkıdır. Elektriksel basınç gibi düşünülebilir. Amper-Akım (I yada A) Elektron akış miktarıdır. Birim kesitten geçen elektron miktarıdır. 1 Amp = 1 coulomb/saniye = 6.3 x 1018 electron/saniye

Elektrik Terminolojisi Direnç (R yada Ω) Elektrik akımına karşı koyma Şunlara bağlıdır; Malzeme Kesit kalınlığı Uzunluk Sıcaklık

Elektrik Terminolojisi Watt (W) güç ölçüm birimidir. Birim elektrik enerjisidir. Amper x Volt = Watt 1 Kilowatt (kW) = 1000 Watt

Elektrik Terminolojisi Watt-hour (Wh) enerji birimidir. Saatlik üretilen yada tüketilen elektrik enerjisi miktarıdır. Watts x hour = Watt-hours 1 Kilowatt-hour (kWh) = 1000 Wh

Elektrik Terminolojisi Amper-saat (hour) (Ah) Elektron akış miktarı Akü kapasite hesaplamalarında kullanılır Amper x hours Amper-hours x Volt = Watt-hours 200 Ah Akü, 1A ‘i 200 saat üretir. 200 Ah Akü,10 A’i 20 saat üretir. 100 Ah Akü x 12 V = 1200 Wh

Güç ve Enerji Hesaplamaları Ortalama günlük tüketilen enerji hesabı için; Çalışan cihazların gücü ve çalışma süreleri belirlenir. Örnek: TV: 100 W/h X 6 saat = 600W Aydınlatma: 50W/h X 8 saat = 400W PC: 120 W/h X 4 saat = 480 W Toplam 1480 W Tüketim Günlük güç hesabı için toplam tüketim değeri 1,5 ile çarpılır. (Dönüşüm kayıpları, kirlenme vs. kayıplar için) 1480 W X 1,5 = 2220 W Günlük Güç gereklidir. Kış aylarında güneşlenme 5 saat kabul edilirse 2220 W / 5 saat = 445 W Panel gücü yeterlidir.

Güç ve Enerji Hesaplamaları Akü sayısının hesaplanması için; 2220 W günlük güç tüketimi olan örnekte güneşsiz 2 gün idare edebilmesi için 2220W X 2 =4440 W güç gereklidir. Akü verimliliği %80 civarında olduğu için depolanan enerjinin 5550 W olması gerekir. 12V 100 Ah akü 1200 Wh enerji depolar. 5550 W enerji için 5 adet 12V 100Ah akü yeterlidir.

Elektrik akımı çeşitleri DC = Doğru Akım FV paneller Doğru Akım üretir. Akü ve piller Doğru Akım depolar. AC = Alternatif Akım Şebekelerde ve evlerde kullanılır.

Ölçüm ve Test Pensampermetre Dijital Mutlimetre

Kısım 3: Sistem Çeşitleri

Şarj Kontrol / İnvertör Dağıtım Panosu / Çift Yönlü Sayaç FV Sistem Bileşenleri FV sistem bileşenlerini öğrenme Farklı sistem türlerini tanımlama Ev İçi Kullanım Güneş Şarj Kontrol / İnvertör Dağıtım Panosu / Çift Yönlü Sayaç FV Panel Dağıtım Hattı Akü

Fotovoltaik (FV) Terminolojisi Hücre < Modül < Panel < Dizi Akü – DC enerji depolar Şarj Kontrol Cihazı – Akü voltajını sezerek FV panellerden gelen DC akımla aküyü düzenli şarj eder. İnvertör – Doğru Akımı (DC ) Alternatif Akıma (AC) dönüştürür. Yükler– Enerjiyi tüketen herşey.

Off-Grid (Şebeke Bağlantısız)

Off-Grid Sistem Özellikleri Akü sayesinde kesintisiz enerji. Şebeke bağlantısı gerektirmez.

On-Grid (Şebeke Bağlantılı)

On-Grid Sistem Özellikleri Şebeke bağlantısı gerektirir. Akü gerekmez. Fazla elektrik çift yönlü sayaç ile şebekeye verilir. Şebekede elektrik kesildiğinde sistemde de elektrik kesilir.

Kısım 4: FV Modüller

Neler Göreceğiz ? FV hücreler güneş ışığını nasıl elektriğe çevirir? En temel 3 FV modül çeşidi nelerdir? Sıcaklığın FV modüllere etkileri nelerdir?

Solar Hücreler Genellikle yarı-iletken malzeme olarak silikon kullanılır. Güneş ışığı katmanlar arasında gerilim farkı oluşturur. Hücre başına yaklaşık 0.5 V gerilim oluşur. Hücreler seri veya paralel bağlanarak gerilim ve akım arttırılır.

FV Hücrenin Yapısı

3 Farklı Hücre Teknolojisi Single-Kristal yada Mono-Kristal Silikon Polikristal yada Multi-Kristal Silikon İnce Film Amorf Silikon yada Cadmium Telluride

Monokristal Silikon Modül Verimi yüksek (13% - 16%) Üretimi pahalı. Yuvarlak köşeli olduğu için üretimi sırasında atık fazla.

Polikristal Silikon Modül Üretim maliyeti düşük Verimi 13% - 15%. Atık malzeme azdır.

Amorf İnce Film Üretim maliyeti düşüktür. Verimlilik = 6 – 10 % Esnektir.

Doğru Modülün Seçilmesi Kriterler Boyut Voltaj Erişilebilirlik Garanti Montaj Türü Maliyet

Akım-Gerilim (I-V) Eğrisi Maksimum Güç Noktası (MPP)

Sıcaklığın Etkileri FV hücre sıcaklığındaki 25oC artış, Vmp geriliminde yaklaşık derece başına 0.5% düşüşe neden olur.

Gölgelenmenin Etkileri Güneşlenme azaldığında modül akımı da azalır ancak gerilim yaklaşık aynı kalır.

Kısım 5: FV Bağlantı Şekilleri

Neler Göreceğiz? Paralel ve seri bağlantının özellikleri nelerdir? Modül ve akülerin bağlantı şekilleri nelerdir?

Seri Bağlantılar Modüller seri bağlandığında; Voltaj Toplanır. Akım Değişmez. Modüller birleşerek seri dizileri oluşturur.

Paralel Bağlantılar Modüller paralel bağlandığında; Voltaj sabit kalır. Akımlar toplanır.

Kısa Sınav 4 tane 12V / 3A panel seri bağlandığında gerilim ve akım ne olur? Paralel bağlandığında durum ne olur? Bu 4 paneli kullanarak 24 V / 6 A elde edebilir miyiz? Nasıl?

Farklı Türdeki Modüllerin Seri Bağlanması Voltaj değerleri toplanır. En düşük akım değeri alınır. A Modülü 30V / 6A B Modülü 15V / 3A Seri bağlantıda voltaj ve akım değerleri ne olur?

Farklı Modüllerin Paralel Bağlanması Amper değerleri toplanır. En düşük voltaj değeri alınır. A Modülü 30V / 6A B Modülü 15V / 3A Paralel bağlantıda voltaj ve akım değerleri ne olur?

Kablo Tipleri İletken Malzeme = Bakır (en yaygın) İzolasyon malzemesi = Termoplastik Dış ortamda kalan kablolar güneş ışığına dayanıklı olmalıdır.

Kablo Ölçüsü Kablo ölçüsü akım ve gerilim düşmesine bağlı olarak 2 kritere bağlıdır: Akım değeri Voltaj düşüşü Akım: Kablonun taşıyabileceği akım değeri Çapı büyük kablo daha çok akım taşır. Gerilim düşmesi: Kablo direnci ve uzunluğa bağlı olarak gerilim düşmesi meydana gelir. Kablo uzunluğu arttıkça gerilim düşmesi artar.

Güvenlik Ekipmanları Şalterler Aşırı akım koruması Bakım ve servis için elektriği kesmeye yarar. Aşırı akım koruması Elektrik devresini aşırı akımdan korumaya yarar. Sigortalar Devre kesiciler

Topraklama Neden topraklama gerekli: Yüksek gerilimi toprağa iletir. Yıldırım Yüksek gerilim hattıyla istek dışı temas Yüksek gerilimi toprağa iletir. 2 çeşit topraklama mevcuttur: Cihaz topraklama : Her türlü FV cihazın dış muhafazasını iletken vasıtasıyla toprağa bağlamak. Sistem topraklama : Mevcut topraklama hattına sistemin topraklanması. Sistemin DC tarafı  Negatif toprağa bağlanır. Sistemin AC tarafı  Nötr toprağa bağlanır.

Kısım 6: Aküler

Seri ve Paralel Akü Bağlantıları Seri bağlantı Voltaj artar. Paralel bağlantı Akım/saat kapasitesi artar.

Akü Terimleri Terimler: Akü Elektrik enerjisi depolayan ünitelerdir. Kapasite Akünün depolayabileceği elektrik enerjisidir. Verim Enerji Alınan / Enerji Verilen (genelde 80-85%)

Akünün Görevleri Gece için enerji depolar Bulutlu günler için enerji depolar. Taşınabilir enerjidir.

Akü Kapasitesi Kapasite: Amper x Saat(Ah) 100 amper 1 Saat 1 amper  100 Saat 20 amper  5 Saat 100 Amp-Saat = Yüksek deşarj hızı kapasiteyi azaltır. Yüksek sıcaklık kapasiteyi azaltır.

Kısım 7: Şarj Kontrol Cihazı & İnvertör

Neler Göreceğiz ? Şarj kontrol cihazı özellikleri İnvertör özellikleri İnvertör seçimi

Şarj Kontrol Cihazı - Özellikleri Görevi: Bataryayı aşırı şarjdan korur ve düzenli olarak şarj eder. Özellikleri: Panellerin Maksimum Güç Noktasını takip ederek daha verimli şarj eder. (MPPT)

Şarj Kontrol Cihazı - Özellikleri Şarj kontrol cihazı seçerken: DC giriş ve çıkış voltajlarına, Giriş ve çıkış akımlarına, Ve diğer özelliklerine (çalışacağı ortam, nem ve sıcaklık) dikkat etmek gerekir.

İnvertör - Özellikleri Görevi: Akülerde depolanan yada panellerden gelen DC elektrik akımını AC elektrik akımına dönüştürür.

İnvertör Seçimi Ne tür sistem dizayn ediyorsunuz? Ada sistemi - Off-Grid – Şebeke Bağlantısız On Grid - Şebeke Bağlantılı Dikkat edilecek hususlar: AC Çıkış gücü (watt) Giriş Voltajı (FV modüllere bağlıdır) Çıkış Voltajı (monofaz 240V yada trifaz 380 V) Giriş Akımı (FV modüllere bağlıdır) Verim Muhafaza koruması (IP 65,67 etc.) Ölçüm ve izlenebilir olması

Kısım 8: Solar Sistem Montajı

Neler Göreceğiz ? Azimut açısı ve yükseklik FV panellerin eğim açısı ve yönü

Konumlandırma ve Eğim Açısı

40 Derece Kuzey Enlemi için Güneşin Konumu

Verilen açılar 40 Derece Kuzey Enlemi içindir Eğim Açısı Maksimum verim için açılar şekildeki gibidir. Verilen açılar 40 Derece Kuzey Enlemi içindir

Montaj Yeri için Kriterler Kullanım zamanı (yaz-kış-her zaman) Yerel iklim özellikleri İnvertöre uzaklık Bakım için erişilebilirlik

Kısım 9: Montaj

Neler Göreceğiz ? Yapısal Unsurları Değerlendirme Çatı Montajı Özellikleri Montajlarda Dikkat Edilecek Hususlar

Genel Hususlar Hava durumu Ortam Özellikleri İnsan faktörü Rüzgar yoğunluğu Ortalama kar yükü Ortam Özellikleri Tuzlu ve nemli ortam Hayvanlarla iç içe İnsan faktörü Hırsızlar Estetik kaygı

Genel Montaj Seçenekleri Sabit Çatı, zemin Karışık Güneş takip sistemli Düz zemin

Çatı Montajı Özellikleri Çatıyı olabildiğince az delmek Bütün deliklerin su geçirmez olduğuna dikkat etmek Modülleri yerleştirmeden çatıyı tekrar kapatmak Çatıya dengeli bir şekilde panelleri yaymak 10-15 cm çatı ile paneller arasına hava boşluğu bırakmak

Montajlarda Dikkat Edilecek Hususlar Çatı montajı yapılırken paneller çatıdan 10-15 cm yüksekte olmalıdır. Aksi halde yazın aşırı ısınmadan dolayı yangın çıkarma riski vardır.

Montajlarda Dikkat Edilecek Hususlar Düz zemine montaj yapılırken ön sıradaki dizinin gölgesinin arkadaki panellere düşmemesine dikkat edilmelidir.

Montajlarda Dikkat Edilecek Hususlar Rüzgâra dikkat edilmelidir. Düz zeminlerde zemine sabitleme sağlam yapılmalıdır.

Montajlarda Dikkat Edilecek Hususlar Çevrede bulunan ağaçların, direklerin ve evlerin gölgelerinin panellere düşmemesine dikkat edilmelidir.

Kısım 10: FV Sistemin Üreteceği Elektrik ve Aylık Getirisi

Neler Göreceğiz ? Kurulu FV Sistemin Üreteceği Elektrik Miktarının Hesaplanması Güneşlenme Sürelerinin Tespiti Yıllık Gerçekleşen Tasarruf Miktarı

Kurulu FV Sistemin Üreteceği Elektrik Miktarı Örnek olarak 5000 W gücündeki sistem kirlenme, sabah ve akşam saatlerindeki ışınım zayıflaması, hatlar ve dönüşümlerde oluşan kayıplardan dolayı gücünün %50’sini kaybeder. Saatlik üretilebilecek ortalama net güç 2500 W olur.

Güneşlenme Süreleri Türkiye’de illere göre güneşlenme sürelerine http://www.yegm.gov.tr/MyCalculator/Default.aspx adresinden ulaşılabilmektedir.

Güneşlenme Süreleri Örnek olarak Konya ilini tercih edersek; Saat Yıl bazında bakıldığında günlük ortalama güneşlenme süresi 7,94 Saattir.

Yıllık Gerçekleşen Tasarruf Miktarı Örnekteki 5000W FV sistemin Konya’ya kurulmuş olduğu varsayılarak; Saatlik üretilecek net elektrik miktarı 2500W peak’tir. Günlük ortalama güneşlenme süresi 7,94 saattir. Bir günde toplam 2500 W X 7,94 = 19850 Wh enerji üretilir. Yılda 365 X 19850 = 7245,25 kW enerji elde edilir. kW başına birim fiyat 2015 ocak ayında yaklaşık 36 kuruş olduğuna göre, 7245,25 kW X 0,36 TL = 2608,29 TL tutarında elektrik enerjisi üretilmiş olacaktır.

Teşekkürler Her türlü sorularınız için: r.zeybek@sipil.com.tr