Güneş Enerjisi PV Sistemlerinin Tasarımı ve Kurulumu
Modern toplum, günlük ihtiyaçlar için (sanayi, ısıtma, ulaşım, tarım) çoğunlukla yenilenebilir olmayan kaynaklardan (kömür, petrol, gaz) enerjiye bağımlıdır. Ancak, bu kaynaklar çevre zararına neden olur, eşit dağılım göstermez ve sınırlı rezervler nedeniyle fiyat dalgalanmalarına maruz kalır—bu da yenilenebilir enerji talebini artırmaktadır.
Güneş enerjisi, bol miktarda bulunup küresel ihtiyaçları karşılayabilecek niteliktedir. Bağımsız PV sistemleri (Şekil 1), elektrik sağlayıcılardan bağımsız enerji sağlar. Aşağıda, elektrik üretimi için planlama, tasarım ve kurulumun genel bir bakışı verilmiştir.
Bağımsız PV Sisteminin Planlanması
Alan Değerlendirmesi & Anket:
Gölge Minimizasyonu: Kurulum alanının (çatı veya zemin) gölge yapısından arınmış olduğundan emin olun ve gelecekteki inşaatların güneş ışınlarını engellemediğinden emin olun.
Yüzey Alanı: PV panel sayısını/türü tahmin etmek için alan alanı belirlenir ve inverter, dönüştürücü ve batarya bankalarının yerleştirilmesi planlanır.
Çatı Dikkat Edilecek Konular: Eğik çatılar için, eğim açısını not alarak ve panellerin üzerine düşen güneş ışığını maksimize etmek için uygun montaj kullanın (idealen panellerle dik açıda).
Kablo Yolları: Kablo yollarını (inverter, batarya bankası, şarj kontrolcusu ve PV dizisi arasında bağlantı) planlayın, böylece kablo kullanımı ve gerilim düşümünü minimize ederek verimliliği ve maliyeti dengeler.
Güneş Enerjisi Kaynağı Değerlendirmesi:
Insolasyon Verileri: Güneş enerjisini ölçün veya meteoroloji istasyonlarından alın (kWh/m²/gün veya günlük Zirve Güneş Saatleri (PSH, ortalama ışınım 1000 W/m² olan saatler)).
Ana Ölçüt: Basitleştirilmiş hesaplamalar için PSH'yi kullanın ("ortalama güneş saati" ile karıştırılmamalıdır, bu süre değil enerjiyi yansıtır). Sistemin düşük güneş dönemlerinde güvenilir olmasını sağlamak için en düşük aylık ortalama insolasyon değerini benimseyin.
Bağımsız PV Sistemleri İçin Dikkat Edilecek Konular
1. Enerji Talebi Hesabı
Sistem boyutu yük talebine bağlıdır, şu şekilde hesaplanır:
Günlük enerji talebi (Wh) = (Alet güç derecesi (vat) x günlük çalışma saatleri) toplamı.
Güvenilirlik ve maliyet arasındaki dengeliyi sağlamak için en yüksek günlük talebi kullanın (zirve kullanım sırasında işlem sağlar, ancak bu sistem maliyetini artırır).
2. Inverter & Şarj Kontrolcüsü Boyutlandırma
Inverter: Toplam yükten %25 daha yüksek olmalıdır (kayıpları hesaba katmak için).
Örnek: 2400W yük için 3000W inverter (2400W x 1.25) gereklidir.
Şarj Kontrolcüsü: Akım derecesi = PV panel kısa devre akımının %125'i (güvenlik faktörü).
Örnek: 10A kısa devre akımı olan 4 panel için 50A kontrolcü (4x10A x 1.25) gereklidir.
Not: MPPT kontrolcüler üretici belirtimlerine uymalıdır.
3. Günlük Enerji Invertere
Inverter verimliliğini (%90 gibi) hesaba katılın:
4. Sistem Gerilimi
Batarya gerilimi (genellikle 12V, 24V vb.) tarafından belirlenir, daha yüksek gerilimler kablo kaybını azaltır. Örnek: 24V sistem.
5. Batarya Boyutlandırma
Ana parametreler: boşalma derinliği (DOD), otonomi günleri ve sistem gerilimi.
Kullanılabilir kapasite = Batarya Ah x DOD.
Gerekli şarj kapasitesi = Bataryadan gelen enerji / sistem gerilimi.
Örnek: 24V sisteminde bataryadan 3000Wh -> 125Ah gerekli.
12V, 100Ah bataryalar için (70% DOD):
Toplamda, 12 V, 100 Ah'lık dört batarya olacaktır. İki tanesi seri, iki tanesi paralel olarak bağlanacaktır. Ayrıca, batarya kapasitesi aşağıdaki formülle de bulunabilir.
PV Dizisinin Boyutlandırılması
Toplam PV dizisi kapasitesi (W): En düşük günlük zirve güneş saatleri (veya Panel Üretim Faktörü, PFG) ve günlük enerji talebi kullanılarak hesaplanır:
Toplam W_peak = (Günlük enerji talebi (Wh) / PFG) x 1.25 (kayıplar için ölçek faktörü).
Modül sayısı: Toplam W_peak'ı tek bir panelin nominal gücüne (örneğin 160W) böler.
Örnek: 3000Wh günlük talep ve PFG = 3.2 için, toplam W_peak = 3000 / 3.2 ≈ 931W. 160W panel ile 6 modül gereklidir (931 / 160 ≈ 5.8, yukarı yuvarlanmış).
Kayıp faktörleri (PFG'yi ayarlamak için): Güneş ışın angle (5%), maksimum güç noktası dışı (10%, MPPT hariç), kir (5%), yaşlanma (10%) ve yüksek sıcaklık (>25°C, 15%).
Kablolamanın Boyutlandırılması
Ana dikkat edilecek noktalar: Akım kapasitesi, minimal gerilim düşümü (<2%), direnç kayıpları, hava koşullarına karşı dayanıklılık (su/UV geçirmez).
Kesit alanı formülü:
A = (ρ x I_m x L / VD) x 2
(ρ = direnç, I_m = maksimum akım, L = kablo uzunluğu, VD = izin verilen gerilim düşümü).
Denge: Küçültme (enerji kaybı/kaza) veya büyütmeyi (maliyet etkinliği) önleyin. Uygun devre kesiciler ve konektörler kullanın.
