YENİLENEBİLİR GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ HAKKINDA BİLGİLENDİRMELER

Güneş Enerjisinden Nasıl Elektrik Elde Edilir

Dünya atmosferinin dışında güneş enerjisinin şiddeti, yaklaşık olarak 1370 W/m²değerindedir, ancak yeryüzünde 0-1100 W/m² değerleri arasında değişim gösterir.
Güneş enerjisi teknolojileri temel olarak termal ve fotovoltaik sistemler olarak iki ana gruba ayrılır. Fotovoltaik piller, yüzeylerine gelen güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir.  Bu piller güneş enerjisini yapısına bağlı olarak %5 ile %20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevirebilmektedir.

 

Fotovoltaik Hücre Nedir? 
                 Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır…
                Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.
Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel yada seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri yada paralel bağlanarak bir kaç Watt’tan megaWatt’lara kadar sistem oluşturulur.

Panellerin temel çalışma prensibi fotonların koparttığı elektronların eklemde dolaşması ve elektrik akımı üretmesidir. N tipi yarı iletken ve P tipi yarı iletken olmak üzere temel olarak 2 katmandan oluşurlar. N tipi yarı iletken elde etmek için yaygın olarak kullanılan silisyum eriğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element eklenir (örneğin fosfor). Silisyumun dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde 5 elektron olduğu için fazla olan elektronu güneşten gelen fotonların enerjisi ile dışarıya verir. P tipi yarı iletken elde etmek için ise, silisyum eriğine periyodik cetvelin 3. Grup elementlerinden biri eklenir (örneğin: alüminyum, indiyum, bor).  Bu elementlerin son yörüngesinde 1 elektron eksik olduğundan N tipi yarı iletkenden P tipi yarı iletkene elektron akışı olur ve doğru akım oluştururlar.

Güneş panellerinin üretkenliği temelde 3 faktöre bağlıdır:
- Bölgedeki günışığı miktarı
- Maske etkisi (çatıdaki gölgeler)
- Çatı açısı ve yönü

 

Bir Fotovoltaik Sistem Nasıl Çalışır?

Basitçe PV sistemleri de diğer elektrik üretim sistemlerine benzer olarak çalışır.Sadece kullandıkları ekipmanlar değişiktir.Sistemin operasyonel ve fonksiyonel ihtiyaçlarına bağlı olarak DC-AC inverter,Akü,Şarj kontrol ünitesi,yedek güç kaynağı ve sistem kontrolörü gibi ekipmanlara ihtiyaç duyulabilir.

 

 

 

Şekil’den görülebileceği gibi PV dizisi tarafından üretilen DC gerilim bir adet şarj kontrolünden geçirildikten sonra akü grubuna yollanır burada depolanan enerji ışınımın az olduğu saatlerde sisteme gerekli enerjiyi sağlar.Akü grubundan çıkan DC gerilim bir adet inverter yardımıyla AC gerilime dönüştürülerek evlerimizde kullanabileceğimiz şekle dönüştürülür.

Bir PV Sisteminin Diğer Parçaları ve Verimlilik Durumu

Akümülatörler
                Enerji taleplerinin (üretilene göre) azlığı günesin tam olarak ise yarar durumda olmasının sonucudur; bu sebepten, PV sistemleri tarafından üretilen elektrik akımı genellikle istendiği zaman kullanmak için depolanmalıdır. İhtiyaç duyulan depolamanın kesin miktarı kullanıcı için arzın sürekliliğinin önemine bağlıdır.

 

 

 

Örneğin,bir ev sahibi bulutlu havalarda lambaların ve TV’nin kullanımı için elektrik akımının kesilmesini göze alabilmesine rağmen, bir telekomünikasyon röle istasyonu veya bir sağlık ocağında PV ile çalışan bir soğutucu gibi çok önemli bir uygulamada güneş ışığının az geldiği muhtemel dönemlerde veya bir PV sisteminde geçici bir kesilmenin tamamını karşılayacak şekilde yeterli miktarda elektrik akımı mutlaka depo edilmelidir.

Bir sistemin herhangi bir güneş enerjisi girdisi olmadan çalışmasının tasarlandığı genellikle gün cinsinden ölçülen bu zaman uzunluğuna onun kendi kendini idare etme dönemi denilmektedir. PV sistemleri genellikle 12 voltluk kursun-asit akümülatörleri kullanır. Daha pahalı, yeniden şarj edilebilir nikel kadmiyum akümülatörler çoğu kez yeniden şarj edilebilir lambalar gibi küçük uygulamalarda kullanılır. Standart oto akümülatörleri (aküleri) çok sık kullanılmaktadır, ancak onların zayıf tarafları mutlaka akılda tutulmalıdır ve sistemin tasarımıyla bağdaştırılmalıdır.

Sistemi Dengeleyen Diğer Unsurlar
                Aküyü aşırı şarjdan ve cereyan boşalmasından korumak için elektronik bir şarj regülatörü kullanılır. Evlerdeki PV sistemlerinde kullanılan elektronik şarj regülatörleri şarj seviyesine bağlı olarak akünün voltajının düştüğünün veya yükseldiğinin tespitinde is görmektedir. Voltaj tamamen şarjlı akü seviyesinin üzerine çıktığı zaman, regülatör PV donatısından voltajı keser; yine voltaj kabul edilebilir boşalma seviyesinin altına düştüğü zaman regülatör yükü keser.
                Şarj regülatörlerinin gelişmişlik seviyesi ve buna bağlı olarak onların sağladığı koruma oldukça değişme gösterir. Ucuz modeller ekseriyetle aşırı yükten korumak için yükün kesilmesi gerektiği zaman kararı kullanıcıya bırakarak, sadece aşırı yükten koruma özelliğine sahiptir. Eğer yeterli büyüklükte bir akü kullanılıyorsa ve sistem yönetiminde tedbir alınıyorsa bu bir sorun yaratmaz, aksi halde akünün ömrünün kısalmasına yol açması mümkündür.

Sistemi dengeleyici diğer unsurlar; kablolar, bağlantı elemanları, devre anahtarları (şalterler), bağlantı kutuları (buvatlar), elektrik sigortaları ve diğer küçük kalemlerden oluşur. Bunlardan birçoğu açık alanda monte edilmiştir ve bu yüzden sert hava koşullarına maruz kalır; eğer sistemin iyi çalışması isteniyorsa, bu elemanların mutlaka iyi kaliteli ve dikkatli bir şekilde yerleştirilmiş olması gerekir.

Kapsüllerin elektrik akımı çıkış gücü için kabul edilen toplam %10’luk bir kayıp, çoğunlukla başlangıçta sistemin enerji verim gücünün hesaplanmasında biraz iyimser bir varsayım olarak alınmaktadır. Cereyanı şarj etme-boşaltma devresinin genel toplam randımanı (verimliliği) yaklaşık %80’dir, ancak akü eskidikçe kayıplar önemli ölçüde daha büyük hale gelebilir. Bu yüzden, üreticiye verilebilir nihaî elektrik akımı çıkısı kapsülün kabul edilen çıktısından türetilen değerin yaklaşık %70’idir. Bu kayıpların etkisi metre kareye 1.000 wattlık (W/m2) öğle güneşinin düştüğü ve günlük ortalaması 5 kWh/m2 olan bir alanı dikkate alarak görülebilir. Bu koşullar altında 100 Wp’lik bir kapsülün günlük nazarî elektrik akımı çıkısı 500 vat saattir (Wh). Donatı ve tel kayıpları için %10 ayırırsak, bu miktar akü depolamasından önce 450 Wh’ye düşer. Akünün dolmasından sonra, aydınlatma ve elektrikli aletler için verilebilecek net miktar günlük yaklaşık 360 Wh’dir.

 

 

 

Kilowatt saat veya kilovat saat, (sembolü: kW·h, kW h), 1000 watt saat veya 3.6 megajoule'e eşdeğer bir enerji birimidir. Watt saatteki enerji, watt birimi olarak gücün saat cinsinden zaman ile çarpımıdır. Uluslararası Birimler Sisteminde (SI), enerjinin standart birimi joule (J)'dir. Bu da bir watt saniye'ye eşittir. Yani bir watt 1 J/s'ye eşittir. Bir kilowatt saat da 3.6 megajoule'e eşittir. Bu, yapılan iş sonucunda enerjiye dönüşen miktarıdır. Yani bin wattın bir saate bölümüdür.

1000 wattlık (1 kilowattlık) bir ısıtıcı bir saat çalıştırılırsa bir kilowatt saatlık enerji tüketir ( Bu da 3.600 kilojoules'dur.)

Bir saatliğine 60 wattlık bir ampul kullanılırsa 0,06 kilowatt saatlık elektrik harcanır. 60 wattlık ampulu bin saat boyunca çalıştırırsak 60 kilowatt saat elektrik harcanır.

Eğer 100 wattlık bir ampul günde bir saat süreyle, bir ay boyunca çalıştırılırsa kullanılan enerji 100 W × 30 h = 3,000 W·h = 3 kW·h olur. Bu da 10,8 milyon joule'dur.

1 kW elektrik 1000 watt elektriği ifade eder. Elektrik tüketen cihazlar, fabrika verilerine göre 1 saatte tüketilen elektriği göstermektedir. Örneğin bir klima, fabrika verilerine göre 1200 Watt elektrik tüketiyorsa, bu 1 saat açık kalması durumunda tüketeceği elektriği göstermektedir. 1200 Watt elektriği kW/h birimine çevirecek olursak da 1.2 kW/h eder.

 

2015 yılı Ocak ayı itibariyle 1 kW/h elektrik (1000 watt) çeşitli vergiler dahil ortalama 0,40 TL yani 40 kuruştur.

Örneğin 84,60 TL Tutarındaki Bir Fatura İçin ;

84,60 TL (ödenmesi gereken toplam fatura tutarı)

235,47  (tüketilen kW)

84,60 / 235,47 = 0,36 TL 1 kW/h tutarı ortaya çıkmaktadır. Tabi bu rakamlar faturanın yüksek veya düşük olmasına göre bir miktar değişiklik gösterecektir; ama ortalama bu rakamlara tekabül edecektir.

 

Elektrikli aletler için Enerji Tüketim Tablosu

 

 

Bunların dışında bir şebekeye bağlı olmayan bir sistem düşünülecek olursa ve ufak bir hesaplama yapılmak istenirse sistem şu şekilde sıralanabilir;

-Sistem Gücü :  8,5 kW / 24 h 48 Volt

-Solar Modüller: 1500 Wp

-Akım Regulatorü : ( 48 V ) / 55 A

-Dönüştürücü :  148 V / 6000 VA

-Solar  Akü: 8x12 V = 48 V / 1080 Ah

 

 

Aşağıdaki tabloda,1 adet üretilen 8,5 kW ile bir gün içinde toplam hangi aletlerin ne kadar çalışabileceği görülmektedir. İstenirse bu aletler aynı anda istenirse günün farklı saatlerinde kullanılabilir.  Böyle bir sistemin ise maliyeti tahmini yaklaşık olarak kW başına 1500-2000 € civarında olmaktadır. ( 8,5 kW lık bir sistem için şebeke bağlantı masrafları hariç yaklaşık 17.000 € )