Güneş Enerjisi Sistemlerinin Tasarımı, PVSOL, GES Projesi Tasarımı

İçindekiler:

Güneş Panel Sayısının Belirlenmesi
Akü, Batarya, Grubunun Seçimi
İnvertör Seçimi
Şarj kontrol Cihazının Seçimi
Kablo Seçimi
PVSOL Programıyla Güneş Enerji Santrali Tasarımı

Güneş Panel Sayısının Belirlenmesi

	ÇALIŞMA SÜRESİ (H)	ORTALAMA GÜÇ (W)	ADET	ÇALIŞMA GÜNÜ	HAFTALIK ENERJİ TÜKETİMİ (Wh)
BUZDOLABI	8	200	1	7	11200
DERİN DONDURUCU	8	300	1	7	16800
TELEVİZYON	4	250	1	7	7000
BİLGİSAYAR	2	250	1	4	2000
ÜTÜ	0,25	2000	1	1	500
FIRIN	0,5	1000	1	1	500
ÇAMAŞIR MAKİNASI	2	2000	1	1	4000
ŞOFBEN	4	2500	1	4	40000
AYDINLATMA	6	25	12	7	1800
DALGIÇ POMPASI	2	3000	1	3	18000
TOPLAM	101800

1. Güneş Panel Sayısının Belirlenmesi

Değerler dikkate alındığında günlük ortalama enerji tüketimi = 101800/7= 14543 Wh olarak belirlenmiştir. Sistem tasarımının günlük Wh enerji ihtiyacı, otonom süresi, çalışma gerilimi, yükün günlük profili gibi bilgilerin elde edildikten sonra gerçekleştirilmesi verimlilik açısından büyük önem taşımaktadır. PV sistemlerde üretilen gücün tamamı yüke aktarılmaz.

Sistemde kullanılan cihazların verimliliklerine bağlı olarak enerji kaybı meydana gelir. Bunan dolayı üretilecek hesabında bu enerji kaybı dikkate alınması gerekir. Bütün cihazların verimlilik oranları farklıdır. Güneş panelinin verimliliği %80, akülerin verimliliği %80 ve inverterlerin verimliliği %90 civarındadır. Bütün bunlar dikkate alındığında sistem için;

YE yükün gücünü hesaplamak için kullanılır. Burada YE yükün enerjisini, ÜGE üretilmesi gereken enerjiyi ifade etmektedir. Buna göre 14543 Wh YE değeri elde etmek için ÜGE değeri 25074 Wh olarak hesaplanmıştır.

Günlük güneşlenme süresi ortalama olarak 50,66 / 12 = 4,22 olarak bulunmuştur.

Panel sayısı günlük enerji ihtiyacına ve güneşlenme süresine göre belirlenir. Panel sayısının belirlenmesinde aşağıdaki denklem kullanılır. Burada PS panel sayısını ifade etmektedir. Günlük enerji ihtiyacı ÜGE değerine eşit olmalıdır. 200 W panelin kullanılması durumunda, denkleme göre panel sayısı 30 adet olarak belirlenmiştir.

2. Akü, Batarya, Grubunun Seçimi:

Enerji üretilmediği zaman enerji ihtiyacı akülerden sağlanacağı için akü kapasitesi belirleniken kapalı geçen gün sayısı kadar enerji depol edileceği düşünülerek hesaplanır. Aynı zamanda deşarj olma faktörü akü kapasitesi hesabı aşağıda ki formülde verilmiştir. KGGS kapalı geçen gün sayısını ifade etmektedir.

25074 Wh günlük enerji ihtiyacı, 0,65 deşarj faktörü ve 1.5 kapalı geçen gün sayısı dikkate alındığında akü kapasitesi yukarıda ki denkleme göre 57863 W olarak hesaplanmıştır. Akü sayısı, akü kapasitesine ve ve akünün kaç saat boyunca ne kadar akım üretebileceği gösteren amper-saat(Ah) değerine göre belirlenir. İki tane 12V’luk akü seri bağlanırsa sistem gerilimi 24 V olur. 200 Ah’lik aküler kullanırsa 57863 Wh enerji elde edebilmek için 2 tane akünün seri bağlı olduğu 4 paralel kola ihtiyaç vardır. Bu durumda her biri 200 Ah toplam 13 tane aküye ihtiyaç vardır. Böyle bir sistem 200x24x13= 62400 Wh enerji depolayabilmektedir.

3. İnvertör Seçimi

Panelde üretilen doğru akım değerini konutta kullanılacak alternatif akım değerine çevirmek üzere kullanılan inverter yükün çekebileceği maksimum gücü kaldırabilmelidir. Bir ev için bu bütün cihazların aynı anda çalıştığı sırada çekilen toplam yük baz alınır. Bizim projemiz için dikkate alındığında, bu değer; 200Wh * 1 + 300Wh * 1 + 250Wh * 1 + 250Wh * 1 + 2000Wh * 0,25 + 1000Wh * 0,5 + 2000Wh * 1 + 2500Wh * 1 + 25Wh * 6 + 3000Wh * 1 = 9650 Wh neticede, yaklaşık 9.65-10 kW değerinde inverter seçilmeli.

4. Şarj kontrol Cihazının Seçimi

Şarj kontrol cihazının görevi bataryayı aşırı şarjdan koruyarak, bataryaya düzenli bir şekilde şarj eder. Şarj kontrol cihazları iki tiptir, PWM ve MPPT, PWM kademeli ve daha yavaş şarj etme özelliğine sahip olması yüzünden akü ömrünü uzatır. MPPT tip ise akü ile paneller arasında gerilim farkını ayarlayarak % 15 – 20 arasında daha yüksek elektrik enerjisi üretimi sağlar.

Güneş panel gruplarının toplam voltaj ve akım değerlerine,

Çalışacağı ortam, ortam nemi ve sıcaklığa göre,

Şarj edeceği akü grubunun toplam gerilim değerine,

**Şarj regülatörünün panel gücü ve nominal voltaj değerine göre seçimi**

Burada 200W ‘ lık 30 güneş panelini, 3 ‘ erli on grup yaptığımız için, bir gruptaki toplam panel gücü 600 W olacağından, 24 VDC akü geriliminde tablodan standart maksimum akımı 22 A on adet şarj kontrol ünitesi seçilir.

5. Kablo Seçimi

Fotovoltaik sistemlerde kablonun seçimi ihmal edilmemesi gerekmektedir. Bilhassa DC (doğru akım) sistemlerin hesaplanmasında dikkat edilmesi gereken ana faktörlerinden birisidir ve dikkat edilmediğinde oluşan zararın maliyeti yüksektir. Fotovoltaik sistem kurumunda sistemin hesaplanması ve gereken ürünlerin seçimi kolay değildir ama genelde ihmal edilen ve ihmal edilmemesi gereken bağlantı ürünlerinin önemi fazlasıyla yüksektir. Bir sistemin maliyeti incelendiğinde, bağlantı parçalarının değeri yaklaşık %5 ile sınırlıdır. Fakat bağlantı ürünlerinde yanlış seçim yapıldığında, yangın tehlikesi ile karşı karşıya kalarak maddi zarara uğranabilir ve daha önemlisi insan hayatına zarar verebilir.

Solar sistem iki bölüme ayrılabilir. Sistem – Akü ve Akü –Tüketici. Sistem – Akü bölümü DC (doğru akım) bölümüdür ve genelde 12, 24 veya 48 V DC olarak kurulur. Sistem – Akü bölümünde güneş pilleri sayesinde üretilen elektrik akımı, şarj regülatörü üzerinden akülere depolanır.

Sistemin gücü 6000W (Toplam panel gücü) olarak alındığında ve sistem 24 VDC olarak kurulmuş ise;

Sistem gerilimi 24 V ve şarj regülatörü ile bu gerilim yaklaşık 29 V olur.

I= 6000W/ 29 V = 207 A saatte

Burada akım panel gücünün panelde oluşan ve şarj regülatöründe düzeltilmemiş gerilime (24V) bölünerek hesaplanmıştır. Sistemde şarj regülatör bulundurulmasının temel sebebi de bu çıkış geriliminin regüle edilerek akünün nominal değerde (24V) şarj olmasını sağlamaktır. Bu sistem için seçilmesi gereken bağlantı kablosunu en az 207 A akım taşıma gücüne sahip olması gerekmektedir.

Verilen formüle göre yapılacak hesaplamalarla kullanılacak kablo kesiti bulunabilir. Formülde kullanılan veriler bilgisayar ortamında hesaplanarak pratik bir tablo oluşturulmuştur. Tabloda çeşitli amper ve kablo uzunlukları için gereken ve standart olan kablo kesitleri sunulmuştur.

Tabloda görüldüğü gibi saatte 207 A akım taşıma gücüne sahip olması gereken saatte 6 kW güç üretecek şekilde tasarlanan güneş paneli sistemi için 4 metreden uzun mesafeler için

50 mm2 kesitinde kablo kullanılması uygun görülmektedir.

6. PVSOL Programı İle Güneş Enerjisi Santralı Projesi Çizimi

PVSOL Yazılımının Arayüzü:

New Project deyip diğer aşamaya geçiyoruz. Bu bölüm proje ile ilgili bilgilerden oluşan bölümdür.

Bir sonraki bölüm;

Bu bölümde sistem tipi, meterolojik veriler ve şebeke hakkında anahatlarının belirlendiği bölümdür. 3D tasarım yapmak istiyorsak Use d design kısmını işaretliyoruz. Âlt kısımda projenin yapılacağı ülke ve şehri seçiyoruz.

Bu programda 7 farklı sistem tipi vardır;

Şebekeye bağlı güneş enerjisi sistem 3D tasarım
Elektrik cihazlarıyla şebekeye bağlı 3D sistem
Batarya sistemi ile elektrik cihazlarıyla şebekeye bağlı 3D güneş enerjisi sistemi
Elektrik arabaları ile elektrik cihazları ile şebekeye bağlı 3D sistem
Batarya, elektrikli cihazlar, elektrik arabaların olduğu şebekeye bağlı sistem
Şebekeden bağımsız OFF-Grid sistem
Backup Generatör ile şebekeye bağlı olmayan sistem

3D Sistem görünümü

Güneş enerjisi ile ilgili alanı, kullanmış olduğumuz güneş paneli sayısını ve kullanmış olduğumuz invertör sayısını burda göreceğiz. Sistemin gücünü kilowatt olarak burdagörülecek.

Bu kısımda Edit dedikten sonra bu pencere açılıyor. Açılan bu pencereden Google Maps üzerinden görüntü alabiliyoruz. Haritanın üzerine tıklayıp projemizin yapılacağı yeri bulup ordan görüntü alıp bunu projemize aktarmamızı sağlıyor.

Harita kısmını tıklayıp projenin yapılacağı yerden aldığımız görüntü aşağıda ki gibi olur.

Google Earth sayesinde ölçüsünü ve oryantasyonu ayarlıyoruz.

Poligon komutu ile proje yapacağımız alanı seçip onaylıyoruz.

Poligon komutuyla seçtiğimiz alana sağ tıklayıp Extrude 3D Object komutuna tıklıyoruz. Ne şekilde bir 3D görünüm olacağını seçiyoruz.

Güneş Panelinin Seçimi:

Güneş paneli yapacağımız alana panellerin yerleştirilmesi;

Alana sağ tıklayıp Active komutunu seçip Cover komutunu tıklayıp alanın tümünü aralarında ki mesafeleri ayarlayarak güneş panelleriyle kaplayabiliriz.