Production Evaluation and Economic Analysis of the East-West Oriented Solar Energy System on the Roof according to the South Oriented System

Year 2020, Issue: 19, 375 - 385, 31.08.2020

Savaş Alkan , Yavuz Ateş

https://doi.org/10.31590/ejosat.700182

Abstract

Today, with the developing technology and increasing population, the demand for energy is increasing rapidly and it is a scientific fact that the existing resources can meet this demand for a very short time. In addition, increasing carbon emissions due to increasing population density and energy demand cause air pollution and climate change. In order to avoid such environmental impacts and to meet the ever-increasing energy demand worldwide, the use of renewable energy sources, which is an environmentally friendly and clean energy source, has become almost a necessity. For this reason, on-site and rooftop solar power plant installations are increasing rapidly worldwide.
There are two very important criteria in rooftop solar power plant installations. These are roof statics (load bearing capacity) and roof insulation. Without these two criteria, the solar energy system on the roof should not be installed. Extra loads on the roof originating from the solar power plant to be installed should be analyzed with static calculations to be made and installation should be made according to the results of these calculations. Also, before installing on the roof, it should be checked whether there is an insulation problem on the roofs. If there is an isolation problem, this should be resolved before the installation of the exchange.
The design of the east-west oriented solar power plant established in Hidayet Türkoğlu Sports Complex is explained. The main simulation programs used while designing the solar power plant are mentioned. It was revealed by simulation results that an east-west oriented solar power plant was established and that more solar energy could be utilized in the unit area compared to a southern oriented power plant in the current area. In addition, the production values of the south-oriented and east-west oriented power plants with the same powers have been simulated and compared. However, real-time production values obtained from the data recording and monitoring system of the existing 169 kWp east-west oriented solar power plant established in 2016 were compared with the simulation results.
The total cost of the solar power plant with an east-west oriented optimizer on the roof with an installed capacity of 169 kWp installed in Hidayet Türkoğlu Sports Complex in 2016 is 850.00 TL + VAT and the unit price of electricity is 0.43 TL / kWh. According to the cost analysis based on the said prices, the investment return period of the 169 kWp solar power plant was calculated as 15.7 years. The cost of solar panels, which constitute more than half of the investment of the system with the developing technology since the establishment of the plant, has decreased by up to 30% worldwide. However, this decrease in solar panel prices has not been felt significantly due to the increasing exchange rates in our country in the recent period. The system in question can now be established with the current price of 750,000 TL + VAT. According to the cost analysis based on the current cost and the current electricity unit price of 0.82 TL / kWh, the investment return period of the said solar power plant was calculated as 6.7 years. However, the current cost of the southern oriented solar energy system with the same system features and an installed power of 110.5 kWp that can be installed in the same area is 515,000 TL + VAT compared to 2020. According to the cost analysis made based on the current system cost and the electricity unit price, the investment return period of the said solar power plant was calculated as 6.5 years. Compared to 2020, the cost of an east-west oriented solar power system with an installed power of 169 kWp is 750.000 TL + VAT, while the cost of a southern oriented solar power system with an installed power of 110.5 kWp is 515.000 TL + VAT. In the initial investment phase, the east-west oriented solar energy system with 169 kWp installed power is 235.000 TL + VAT more cost compared to the south-oriented solar energy system with 110.5 kWp installed power. Investment return periods of east-west oriented systems are shorter in regions close to equator.

Keywords

East-west oriented system, Optimizer, Photovoltaic, Power generation, Economic analysis

Çatı Üzeri Doğu-Batı Yönelimli Optimizerli Güneş Enerji Sisteminin Güney Yönelimli Sisteme Göre Üretim Değerlendirmesi ve Ekonomik Analizi

Abstract

Günümüzde, gelişen teknoloji ve artan nüfusla birlikte enerji talebi de hızla artmakta olup mevcut kaynakların bu talebi çok kısa bir süre daha karşılayabileceği bilimsel bir gerçektir. Ayrıca artan nüfus yoğunluğu ve enerji talebine bağlı olarak karbon salınımlarının artması, hava kirliliği ve iklim değişikliğine neden olmaktadır. Bu tür çevresel etkilerin yaşanmaması ve dünya genelinde sürekli artan enerji talebinin karşılanması adına çevreci ve temiz bir enerji kaynağı olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı neredeyse bir zorunluluk haline gelmiştir. Bu nedenle arazi ve çatı üzeri güneş enerji santrali kurulumları dünya genelinde hızla artmaktadır.
Çatı üzeri güneş enerji santrali kurulumlarında çok önemli iki kıstas bulunmaktadır. Bunlar çatı statiği (yük taşıma kapasitesi) ve çatı izolasyonudur. Bu iki kıstas sağlanmadan çatı üzeri güneş enerji sistemi tesis edilmemelidir. Tesis edilecek güneş enerji santralinden kaynaklı çatıya gelecek ekstra yükler, yapılacak statik hesaplarla analiz edilmeli ve bu hesaplar sonucuna göre kurulum yapılmalıdır. Ayrıca çatı üzeri kurulum yapılmadan önce çatılarda izolasyon sorunu olup olmadığı kontrol edilmelidir. İzolasyon sorunu var ise bu durumun santral kurulumu öncesinde giderilmesi gerekmektedir.
Hidayet Türkoğlu Spor Kompleksinde tesis edilen doğu-batı yönelimli güneş enerji santralinin tasarımı açıklanmıştır. Güneş enerji santrali tasarımı yapılırken kullanılan başlıca simülasyon programlarından bahsedilmiştir. Doğu-batı yönelimli güneş enerji santrali kurularak mevcut alanda güney yönelimli bir santrale göre birim alanda daha fazla güneş enerjisinden faydalanabilineceği simülasyon sonuçlarıyla ortaya konulmuştur. Ayrıca aynı güçlerdeki güney yönelimli ve doğu-batı yönelimli santrallerin simülasyonları yapılarak üretim değerleri karşılaştırılmıştır. Bunula birlikte 2016’da kurulan 169 kWp doğu-batı yönelimli mevcut güneş enerji santralinin veri kayıt ve izleme sisteminden alınan gerçek zamanlı üretim değerleri simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
Hidayet Türkoğlu Spor Kompleksi’nde tesis edilen 169 kWp kurulu güce sahip çatı üzeri doğu-batı yönelimli optimizerli güneş enerji santralinin 2016 yılındaki toplam maliyeti 850.00 TL+KDV ve elektrik birim fiyatı 0,43 TL/kWh’tir. Söz konusu fiyatlar baz alınarak yapılan maliyet analizine göre 169 kWp güneş enerji santralinin yatırım geri dönüş süresi 15,7 yıl olarak hesaplanmıştır. Santralin kurulumundan bu yana günümüze kadar geçen sürede gelişen teknoloji ile birlikte sistemin yatırımının yarısından fazlasını oluşturan güneş panellerinin maliyeti dünya genelinde %30’a varan oranda düşüş yaşamıştır. Ancak güneş paneli fiyatlarında yaşanan bu düşüş son dönemde ülkemizde artan döviz kurlarından dolayı ciddi oranda hissedilememiştir. Söz konusu sistem günümüzde 750.000 TL+KDV güncel bedel ile kurulabilmektedir. Güncel maliyet ve güncel elektrik birim fiyatı 0,82 TL/kWh baz alınarak yapılan maliyet analizine göre söz konusu güneş enerji santralinin yatırım geri dönüş süresi 6,7 yıl olarak hesaplanmıştır. Bununla birlikte aynı sistem özelliklerine sahip ve aynı alanda kurulabilecek 110,5 kWp kurulu güçteki güney yönelimli güneş enerji sisteminin, 2020 yılına göre güncel maliyeti 515.000 TL+KDV’dir. Güncel sistem maliyeti ve elektrik birim fiyatı baz alınarak yapılan maliyet analizine göre söz konusu güneş enerji santralinin yatırım geri dönüş süresi 6,5 yıl olarak hesaplanmıştır. 2020 yılına göre 169 kWp kurulu güce sahip doğu-batı yönelimli bir güneş enerji sisteminin maliyeti 750.000 TL+KDV olurken 110,5 kWp kurulu güçteki güney yönelimli güneş enerji sisteminin maliyeti 515.000 TL+KDV olmaktadır. İlk yatırım aşamasında 169 kWp kurulu güce sahip doğu-batı yönelimli güneş enerji sistemi, 110,5 kWp kurulu güçteki güney yönelimli güneş enerji sistemine göre 235.000 TL+KDV daha fazla maliyetli olmaktadır. Doğu-batı yönelimli sistemlerin yatırım geri dönüş süreleri ekvatora yakın bölgelerde daha kısa olmaktadır. 

Keywords

Doğu-batı yönelimli sistem, optimizer, fotovoltaik, enerji üretimi, ekonomik analiz

Thanks

Makaleyi yazmamda emek ve desteği olan Yavuz Ateş hocama teşekkürlerimi sunarım.

References

• Bedeloğlu, A. (2010). Fotovoltaik Teknolojisi: Türkiye ve Dünyadaki Durumu, Genel Uygulama Alanları ve Fotovoltaik Tekstiller. [Electronic Version] Electronic Journal of Textile Technologies. 4: 43-58. (12 Mart 2019).
• İnternet: https://www.iea.org/topics/renewables/solar/ Son Erişim Tarihi: 02.01.2020.
• TEİAŞ. (2018). Faaliyet Raporu. https://www.teias.gov.tr/tr-TR/sektor-raporlari
• TEİAŞ. (2018). Türkiye Elektrik Enerjisi 5 Yıllık Üretim Kapasite Projeksiyonu (2018-2022). https://www.teias.gov.tr/sites/default/files/2018-09/Kapasite_Projeksiyonu_2018_2022.pdf
• Ataş, H. (2018). Türkiye İçin Birincil Enerji Kaynaklarının Büyüme Üzerine Etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Adana. 2,9-11.
• EPDK. (2019). Elektrik Piyasası Aylık Sektör Raporları. https://www.epdk.org.tr/Detay/Icerik/3-0-23-3/elektrikaylik-sektor-raporlar (1 Kasım 2019).
• Enerji İşleri Genel Müdürlüğü. (2019). Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası. http://www.yegm.gov.tr/MyCalculator/Default.aspx (1 Nisan 2019).
• Sankar, A. ve Kalathil, A. (6-9 August 2014). Qualitative Validation Of Empirically Observed Higher Generation In East-West Orientated PV Arrays Over Conventional South Orientation. Region 10 Humanitarian Technology Conference. India: 25-28.
• İnternet: https://www.valksolarsystems.com/en/systems/flat-roofs/portrait/south/valkpro-p10-south Son Erişim Tarihi: 05.01.2020.
• İnternet: https://www.valksolarsystems.com/en/systems/flat-roofs/landscape/east-west/valkpro-l10-east-west Son Erişim Tarihi: 05.01.2020.
• Solar Edge. (2019). Güç Optmizeri https://www.solaredge.com/sites/default/files/se-homeowners-brochure-tur.pdf (24 Aralık 2019).
• Varış, Ç. (2017). Çift Eksenli Güneş Takip Sisteminin Pilot Uygulaması, Üretim Değerlendirmesi Ve Ekonomik Analizi, Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi. İstanbul: Yıldız Teknik Üniversitesi FBE.
• Solar Edge. (2019). Solar Edge İzleme Sistemi. https://monitoring.solaredge.com/solaredge-web/p/home (24 Aralık 2019).
• SSRN. (2019). Feasibility Study Of City Scale Solar Power Plants Using Public Buildings.https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3397772 (17 June 2019).
• Environmental Protection Agency. (2015). Karbon Hesabı. https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gases-equivalencies-calculator-calculations-and-references (6 Temmuz 2019).