Energy Requirements Based Photovoltaic Solar Power Plant Analysis and Design

Yıl 2024, Cilt: 14 Sayı: 2, 97 - 110, 23.07.2024

Süleyman Güneş Rıfat Hacıoğlu

Öz

Considering the sustainability problems and environmental impacts of fossil fuels, renewable and sustainable energy is becoming widespread in the world as well as in Turkey. Considering the increasing energy demand, the ability of educational institutions such as universities to produce their own energy is an important research topic in terms of the country’s economy and energy efficiency. In this study, it is aimed to create a prediction for the analysis and design of solar power plants (SPP) that may be established in order to meet the energy needs of institutions. Campus areas of universities have been selected to achieve this purpose, and installation scenarios are carried out in five different university campuses with comparisons of insolation, location and temperature change. Within the framework of current regulations, design approaches are suggested by analyzing not only radiation and sunshine duration but also panel temperature and panel angle results in energy conversion. Three different solar power plant installations are being evaluated on university campuses, including land, sloping roof and flat roof systems. In addition, energy production efficiency is also examined by examining fixed angle, monthly variable angle on a single axis and bi-annual angle changing situations. PVGIS online database and calculation system is used for analysis of solar power plant systems installed in different provinces. PVGIS is an online European Union project calculation system that provides information on solar radiation, sunshine duration, ambient conditions and photovoltaic (PV) system performance based on location information. Using PVGIS, meteorological data can be accessed for any coordinate around the world and how much energy can be produced from different PV systems can be calculated. In this design, which is compared with the real data collected, the error levels that may be encountered are revealed and the cost calculation is evaluated.

Anahtar Kelimeler

Solar energy systems, land and roof systems needs analysis, PVGIS

Enerji Gereksinimlerine Dayalı Fotovoltaik Güneş Enerji Santrali Analizi ve Tasarımı

Öz

Fosil yakıtların sürdürülebilirlik sorunları ve çevresel etkileri göz önünde bulundurulduğunda, Türkiye’de olduğu gibi dünyada da yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji yaygınlaşmaktadır. Artan enerji talebi dikkate alındığında üniversite gibi eğitim kurumlarının kendi enerjilerini üretmeleri ülke ekonomisi ve enerji verimliliği açısından önemli bir araştırma konusudur. Bu çalışmada, kurumların kendi enerji ihtiyaçlarını karşılayabilmek amacıyla kurulması muhtemel güneş enerji santrali (GES) analizi ve tasarımı için bir öngörü oluşturma hedeflenmektedir. Üniversitelerin kampüs alanları bu amacı gerçekleştirmek için seçilmiş olup güneşlenme, konum, sıcaklık değişimi kıyaslamaları ile beş farklı üniversite yerleşkesinde kurulum senaryoları gerçekleştirilmektedir. Mevcut yönetmelikler çerçevesinde enerji dönüşümünde sadece radyasyon ve güneşlenme süresi değil aynı zamanda panel sıcaklığı, panel açısı sonuçları da analiz edilerek tasarım yaklaşımları önerilmektedir. Üniversite yerleşkelerine arazi, eğimli çatı ve düz çatı sistemi olmak üzere üç farklı güneş enerjisi santrali kurulumu değerlendirilmektedir. Ek olarak sabit açı, tek eksende aylık değişken açı ve yılda iki açı değiştirme durumları incelenerek enerji üretim verimliliği de incelenmektedir. Farklı illerde kurulan güneş enerji santrali sistemlerinin analizleri için PVGIS çevrim içi veri tabanı ve hesaplama sistemi kullanılmaktadır. PVGIS, konum bilgisine dayalı güneş radyasyonu, güneşlenme süresi, ortam koşulları ile fotovoltaik (PV) sistem performansıyla ilgili bilgiler sağlayan bir çevrim içi Avrupa Birliği projesi hesaplama sistemidir. PVGIS kullanılarak dünya genelindeki herhangi bir koordinat için meteorolojik verilere erişilebilir ve farklı PV sistemlerinden ne kadar enerji üretilebileceği hesaplanabilir. Toplanan gerçek veriler ile kıyaslama yapılan bu tasarımda karşılaşılabilecek hata seviyeleri ortaya koyulmakta olup maliyet hesaplaması değerlendirilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Güneş enerjisi sistemleri, arazi ve çatı sistemleri ihtiyaç analizi, PVGIS

Kaynakça

• Akkaya, S., Akkaya Oy, S. 2021. Samsun, Bayburt ve Mersin İllerine Kurulabilecek Güneş Enerjisi Santrallerinin Modellenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 9(2), 759-773. Doi: 10.29130/dubited.785908
• Bouabdallah, A., Bourguet, S., Olivier, JC., Machmoum, M. 2013. Photovoltaic energy for the fixed and tracking system based on the modeling of solar radiation. In IECON 2013-39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 1821-1826. Doi: 10.1109/IECON.2013.6699408
• Di Bari, A. 2020. A real options approach to valuate solar energy investment with public authority incentives: the Italian case. Energies, 13(16): 4181. Doi: 10.3390/en13164181
• EPDK 2024. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, Elektrik Faturalarına Esas Tarife Tabloları. https://www.epdk.org.tr/
• EPLEÜY 2019. Elektrik Piyasasında Lisansız Elektrik Üretim Yönetmeliği https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2019/05/20190512-1.htm
• Eroğlu, H. 2022. Development of a novel solar energy need index for identifying priority investment regions: a case study and current status in Turkey. Environment, Development and Sustainability, 24: 8840–8855. Doi: 10.1007/s10668-021-01812-3
• ETPY 2014. Elektrik Tesisleri Proje Yönetmeliği https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2014/12/20141230M1-2.htm
• Güneş, S. 2024. Enerji verimliliğine dayalı fotovoltaik güneş enerji santrali analizi ve tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi, 99 s.
• Handoyo, EA., Ichsani, D. 2013. The optimal tilt angle of a solar collector. Energy Procedia, 32, 166-175. Doi: 10.1016/j.egypro.2013.05.022
• Huld, T., Friesen, G., Skoczek, A., Kenny, RP., Sample, T., Field, M., Dunlop, ED. 2011. A power-rating model for crystalline silicon PV modules. Solar Energy Materials and Solar Cells, 95(12), 3359-3369. Doi: 10.1016/j.solmat.2011.07.026
• Huld, T., Amillo, AMG. 2015. Estimating PV Module Performance over Large Geographical Regions: The Role of Irradiance, Air Temperature, Wind Speed and Solar Spectrum. Energies, 8, 5159-5181. Doi: 10.3390/en8065159
• Messenger, RA., Ventre, J. 2017. Photovoltaic systems engineering, 4th ed., CRC Press, Boca Raton, USA, 504 pp.
• Obi, M., Bass, R. 2016. Trends and challenges of grid-connected photovoltaic systems–A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 1082-1094. Doi: 10.1016/j.rser.2015.12.289
• PVGIS 2022. Photovoltaic geographical information system (PVGIS) European Commission https://ec.europa.eu/jrc/en/PVGIS
• Sümerbaş, B., 2023. Lisanssız Üretim-Mahsuplaşma İşlemleri. VII. Elektrik Tesisleri Ulusal Kongre Ve Sergisi, İzmir, Türkiye. https://www.emo.org.tr/ekler/b237575f5446b6f_ek.pdf
• Üney, MŞ., Çetinkaya, N. 2014. Comparison of CO2 emissions fossil fuel based energy generation plants and plants with Renewable Energy Source. In Proceedings of the 2014 6th International Conference on Electronics, Computers and Artificial Intelligence (ECAI), Bucharest, Romania, 29-34. Doi: 10.1109/ECAI.2014.7090175.
• Wang, Z., Li, Y., Wang., K., Huang, Z. 2017. Environment-adjusted operational performance evaluation of solar photovoltaic power plants: A three stage efficiency analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 1153-1162. Doi: 10.1016/j.rser.2017.03.119