Photovoltaic
90 theses under this subject heading
Yeni Eu3+ ve Tb3+ katkılı fotovoltaik hücrelerin tasarımı ve elektronik özellikleri üzerine teorik bir çalışma
Lantanit katyonlarının (Ln3+) emisyonları izinsiz f-f geçişlerinin gözlenebildiği, çevre tarafından etkilenmeyen dar ve elemente özgü dalga boylarıyla çok ilgi çekicidir. Bu izinsiz geçişlerin düşük absorbansı ve uzun ışıldama ömürleri vardır. Evropiyum (Eu3+) ve Terbium (Tb3+) iyon lüminesansı, sulu fazda kompleks oluşumuyla veya katı veya sert bir matrise katkılanarak artırılır, her ikisi de tipik olarak uzun ömürlü keskin ve şiddetli emisyon bantları verir. Cam matrisi SiO2 ve diğer inorganik oksitlerden oluşur; B2O3 ve ZnO'nun eklenmesi, camın fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirerek matrisi değiştirir. Işıldayan camlar, renkli camlar olarak artan ticari ilgiyi çekmektedir. Camlarda çözünen metal oksitler, kullanılan oksitlere özgü belirli dalga boyu aralıklarındaki ışınları emer. Eu3+ ve Tb3+ uzun süreli ışıma verebilecekleri için seçilmiştir. Katı matris olan cam üzerinde UV ışımasıyla elektronlar (-) ve boşluklar (+) oluşur. SiO2, B2O3 ve ZnO karışımından oluşan camda bu foto- indüklenmiş elektronlar ve delikler, camda bulunan elektronik bölgede kararlı bir şekilde tutulur ve daha sonra Evropiyum veya Terbiyum bu elektronlar (-) ve delikler (+) arasındaki rekombinasyon sürecinde ışıma yapar. Ayrıca lantanit iyon katkılı oksit camın ışıma mekanizması bilinmemektedir. Biz bu tez çalışmamızla, hesapladığımız elektronik geçişler ve sınır orbital yaklaşımıyla bu mekanizmayı ilk olarak açıkladık. Lantanit elementlerinin teorik kimyasal hesaplamaları, f orbitalleri içerdiklerinen dolayı oldukça zordur ve onlar hakkındaki hesaplama temel setleri oldukça sınırlıdır ve yeni geliştirilmektedir. Bu çalışmada Evropiyum ve Terbium için son yıllarda geliştirilen 2 ayrı hesaplama temel seti seçilmiş, denemeler sonucunda Stuttgart temel seti modifiye edilmiştir. Temel set seçiminde, (1-10) su koordinasyonlu lantanit komplekslerinin optimizasyonları yapılmıştır, Eu3+ ve Tb3+ için 8'li veya 9'lu koordinasyonlarının kararlı olduğu kompleks yapıları bulunmuştur. Kararlı kompleks yapısı bulunduktan sonra, bunun üzerinden TD-DFT metoduyla emisyon spektrumları hesaplanarak deneysel sonuçlarla teorik hesaplamalar karşılaştırılmıştır. Deneysel değerlerle en doğru sonucu veren temel set, modifiye ettiğimiz Stuttgart temel seti sonraki hesaplamalarda kullanılmak üzere seçilmiştir. SiO2-B2O3-ZnO karışımlı camın Eu3+ ve Tb3+ ile etkileşiminin teorik kimyasal hesaplamaları için tek tek ZnO, B2O3 ve SiO2 küme yapıları hesaplanmış, lantanit iyonlarıyla etkileşimleri modellenmiş, elektron iletimi için gerekli olan iyonlaşma potansiyelleri, elektron afiniteleri, kimyasal sertlikleri, elektron hole reorganizasyon enerjisi, elektron aktarım reorganizasyon enerjisi ve homo-lumo aralıklarının hesaplamaları yapılmıştır. Lantanit katkılı kümelerin emisyon spektrumlarının hesaplamalarında zamana bağımlı TD-DFT metodu ile TPSSh hibrit fonksiyoneli kullanılmıştır. Hesaplanan emisyon dalga boyları deneysel değerlerle uyumlu bulunmuştur. Cam tabakası UV ışığını absorpladıktan sonra görünür bölgede ışıma yapacaktır. Bu dalga boyundaki ışıma, pencere plastiğinin kenarına yönlendirilecek ve burada şeffaf güneş panelindeki ince PV güneş pili şeritleri bunu elektriğe dönüştürecektir. Böylece ışımalı camdan tek başına elektrik üretilecektir. Bu tez çıktılarından, önerilen lantanit katkılı cam mekanizması her güneş piline entegre edilebildiği için hibrit güneş pilleri olarak ek verim katkısı yapacağı öngörülmektedir.
Fotovoltaik üretim sistemine sahip elektrikli araç otoparkı için geliştirilen bulanık mantık tabanlı akıllı şarj yönetim sistemi
daha sonra doldurulacaktır
Bir güneş enerji sistemine sahip batarya değişim istasyonu için optimum enerji yönetimi
Dünyada etkisini gösteren küresel ısınma, fosil yakıt kullanımı ve karbon salınımı artmasından dolayı çevre kirliliği oluşmaktadır. Ülkelerin enerji ihtiyacını fosil kaynaklardan karşılamalarından dolayı karbon salınımı artış göstermiş ve tüm insanların sağlığını olumsuz yönde etkileyen hava kirliliği oluşmuştur. Tüm olumsuz etkileri azaltmak için ülkeler konvansiyonel olarak yenilenebilir enerji kaynakları kullanımında fikir birliği oluşturmuştur. Yenilenebilir enerji kaynakları; temiz kaynaklardır, tükenmez kaynaklardan oluşur, yani var olan kaynakların tekrar kullanılmasıyla üretilebilen kaynaklardır ve ayrıca sürdürülebilir enerji kaynaklarıdır. Üretimleri esnasında karbon salınımı petrol, kömür, doğalgaz gibi fosil yakıtlarla kıyaslandığında oldukça düşük olduğu için çevreye oluşturduğu olumsuz katkı da düşüktür. Fosil enerji kaynaklarının gün geçtikçe tükenmesiyle, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi daha çok artmaktadır. Karbon salınımını en çok gerçekleştirenler benzinli/dizel yakıt kullanan araçlardır. Dünya nüfusunun artışı ve refah seviyesinin yükselmesiyle birlikte insanlar toplu taşımalı araçlar ile birlikte özel araçlarıyla da seyahat etmeye başladılar. Bunun neticesinde trafiğe katılan araç sayısı da gün geçtikçe artmaktadır. Artan araç sayısı ile karbondioksit yayılımı doğru orantılıdır. Bu noktada elektrikli araç kullanımı oldukça önemlidir. Elektrikli araçlar (EA), neredeyse ihmal edilebilecek seviyede karbon salınımı yaptığı için ekolojik olarak çevre dostudur. Ayrıca yenilenebilir enerji kaynakları ile şarj edilebilir oldukları için fosil yakıt kullanan araçlara göre daha ucuz maliyetlidir ve erişimi de kolaydır. Avrupa ülkeleri elektrikli araç kullanımını yaygınlaştırmak için birçok çalışma yapmaktadır. 2030 yılından sonra elektrikli araç haricinde herhangi bir araç kullanılmamasına karşı alınacak yasaklar bu çalışmalar kapsamındadır. Bu nedenle servis sektöründeki elektrikli araçların şarj yükünü karşılamak önem arz etmektedir. Bu şarj yükü ihtiyacı batarya değişim istasyonlarından karşılanacaktır. Batarya değişim istasyonları (BDİ) özellikle servis sektöründeki elektrikli araçlar için oldukça önemlidir. Trafiğin yoğun olduğu zamanlarda elektrikli araç sürücüleri araçlarını şarj edemeyeceklerdir. Çünkü bir elektrikli araç şarj süresi şarj istasyonunun gücüne bağlı olarak 2 saate yakın sürmektedir. Bu durum özellikle servis sektöründeki elektrikli araç sürücüleri için dezavantajdır. Araçlarının şarj edilmesi için bekledikleri süre hem zaman kaybıdır hem de günlük kazançlarını olumsuz etkileyecektir. Bu durumda elektrikli araçların şarj edilmesini beklemek yerine batarya değişimi yapmak daha makuldür. Bir batarya değişimi 7,5 dakika sürmektedir. Bu nedenle batarya değişim istasyonları oldukça avantajlıdır. Bu tez çalışmasında, yakın gelecekte servis sektöründe yaygınlaşacağı muhtemel olan elektrikli araçların şarj edilmesinin mümkün olmadığı durumlarda, bir batarya değişim istasyonunda, batarya değişiminin en uygun şekilde yapılması için bir optimizasyon modeli önerilmiştir. Bu modelde bir benzetim programı kullanılarak bir ''Güneş Enerji Sistemi (GES)'' oluşturuldu. Her ayın günlük güneşlenme süresi ile üretim gücü analiz edildi. GES' nden elde edilen elektrik enerjisi, hem şebekeye satılması hem de elektrikli araç bataryalarının şarj yükü için kullanıldı. Bataryaları optimum şekilde şarj etmek için farklı durumlar içeren bir senaryo oluşturuldu. Bu senaryoda oluşturulan model, karışık tamsayılı doğrusal programlama (MILP) yöntemi kullanılarak en iyi optimum çözmede kullanılan bir program aracılığıyla çözüldü. Bu çalışmada ayrıca, BDİ 'na gelen her EA'ın istasyona geldikleri ilk andaki batarya doluluk oranı SoC (State of charge), istasyona geliş – gidiş zamanları belirlenerek çeşitli senaryolar ile optimum şarj yönetimi oluşturulmuştur. Bu çalışmanın sonucunda tasarlanan batarya değişim istasyonunda, FV üretim sistemi kullanılarak elektrik enerjisi maliyetini en aza düşürmek ve servis sektöründeki EA'lar için hem maddi olarak hem de zaman açısından herhangi bir kayıp oluşmasını önlemek amaçlanmıştır. Yakın gelecekte tüm araçların elektrikli araçlara dönüşeceği düşünüldüğünde batarya değişim istasyonlarının önemi de artmış olacaktır. Anahtar Kelimeler:Elektrikli araç (EA), fotovoltaik (FV), batarya değişim istasyonu (BDİ), Güneş enerji sistemi (GES), karışık tamsayılı doğrusal programlama (MILP), optimizasyon.
Elektrikli metrobüslerin optimum enerji yönetimi
Son yıllarda Dünyada etkisini gösteren iklim değişimi canlı türleri için bir tehdit oluşturmaktadır. Özellikle içten yanmalı motorlu araçlardan yayılan karbon salınımı doğayı ve yaşayan canlı sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Öyle ki herhangi bir önlem alınmazsa tüm dünyayı çevre kirliliğinden kaynaklı kötü günler beklemektedir. Sera gazı etkisini azaltmak amacıyla hükümetler tarafından iş birliği oluşturuldu ve yapılan protokoller sayesinde birtakım önlemler alınmaktadır. Yapılan anlaşmalar neticesinde özellikle güneş, rüzgâr, hidrojen ve dalga gibi yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı teşvik edilerek bu kaynakların kullanımının artmasına özen gösterilmektedir. Hükümetler aynı zamanda 2030 yılına kadar konvansiyonel içten yanmalı araçların üretimini durdurarak, elektrik enerjisi ile çalışan araç üretimini artırıp; çevre dostu araçların kullanımını yaygınlaştırmaya çalışmaktadır. Bu amaç doğrultusunda çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında, içten yanmalı motorlu araçların kullanımını azaltmak amacıyla özellikle metropol şehirlerde servis sektöründe hizmet veren elektrikli metrobüs kullanımını teşvik etmek için, İstanbul Avcılar-Söğütlüçeşme metrobüs hattındaki araçların günlük çalışma saatleri ve bilgileri tedarik edilerek bir modelleme oluşturuldu. Tez çalışmasında, istasyondaki elektrikli metrobüsleri şarj etmek için gerekli olan enerji için şehir elektrik şebekesine yük olmamak amacıyla bir GES sistemi kuruldu ve metrobüsler için gerekli olan elektrik enerjisi üretimi sağlandı. Bir benzetim programı aracılığıyla oluşturulan GES sayesinde elektrik enerjisi maliyeti azaltılmıştır. Ayrıca gerekli durumlarda üretilen fazla enerjinin şebekeye satışı yapılabilmektedir. Yakın gelecekte tüm araçların elektrikli araçlara dönüşeceği düşünüldüğünde, özellikle servis sektöründe hizmet veren elektrikli metrobüslerin, metrobüs garajına kurulan GES sayesinde üretilen elektrik enerjisi doğrultusunda şehir şebekelerinden satın alınan enerji de azalmış olacaktır.
200 kWlık PV güneş enerji güç sisteminin retscreen programı kullanılarak amortisman ve enerji analizlerinin irdelenmesi
Güneş ışınlarından elektrik enerjisi üretimi başlangıçta kendine her ne kadar uzay boşluğunda çalışan uzay araçlarında kullanım alanı bulduysa da günümüzde üretim teknolojilerinin ilerlemesi, fosil yakıtların olumsuz etkileri ve rezervlerinin tükenmekte olması gibi nedenlerle güneşten elektrik üretimine evlerde dahi yer verilmektedir. Çevreci olduğu kadar devlet teşvikleriyle ekonomik olarak da cazip hale gelen güneş enerji santralleri her geçen gün elektrik enerjisi sektöründeki payını arttırmaktadır. Fotovoltaik panel teknolojilerindeki gelişmeler neticesinde günümüzde panellerin verimlilikleri %20'yi, verimli kullanım ömürleri ise 25 seneyi aşmaktadır. Bu olumlu etkenler güneş enerji sistemlerini her geçen gün daha cazip hale getirmektedir. Özellikle güneşlenme süreleri uzun, güneş radyasyonu ortalamanın üzerinde olan bölgeler için güneş enerji santralleri kârlı birer yatırım haline gelmeye başlamıştır. Bir güneş enerjisi santralinin İskenderun'da yerleşik olarak düşünülen bir AVM çatısında kurulduğu varsayılarak, amortisman ve enerji analizleri Retscreen programı kullanılarak yapılmıştır. Elde edilen karbon ayak izi ve fizibilite verileri incelenerek, yatırım çevresel ve ekonomik olarak incelenmiştir. Bu tez çalışmasında günde ortalama 4,73 kWh/m2 güneş ışınımına maruz kalan bir alana kurulu 200 kW kapasiteli güneş santralinin yıllık 263 MWh elektrik ürettiği; bu 263 MWh enerji sayesinde 31 536 USD gelir sağlanabileceği hesaplanmıştır. Yatırım çevresel açıdan incelendiğinde 112,2 ton akaryakıt kullanımına eşdeğer 282 tCO2 emisyonunun önlenebileceği, ekonomik açıdan incelendiğinde yatırımın geri ödeme süresinin (PBP) 6,4 yıl olarak hesaplandığı gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, Retscreen, Amortisman ve Enerji Analizi
Fotovoltaik – termoelektrik (PV-TE) hibrit güç üretim sistemlerinin performanslarının incelenmesi
Bu tez çalışmasında fotovoltaik (PV), fotovoltaik-termoelektrik (PV-TE) ve yoğunlaştırılmış fotovoltaik termal (CPVT) sistemlerin elektro-termal performansı incelenmiştir. Performans analizinde PV, PV-TE sistemde sonlu farklar metodu, standart ve çift yüzeyli CPVT sistemlerde ise sonlu hacimler metodu uygulanmıştır. PV ve PV-TE sistemlerin deneysel ile sayısal analiz ve iki farklı CPVT sistemde sayısal analizle güneş enerjisi sistemlerinin performansları değerlendirilmiş ve karşılaştırılmıştır. PV modüllerin sayısal sıcaklık tahmininin iyileştirilmesine yönelik bir çalışma yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki geliştirilen modelin tahmin sonuçları ölçülen değerlere daha yakın olmaktadır. PV ve PV-TE sistemde sayısal sıcaklık tahmini, homojen ve homojen olmayan koşullarda sistem karşılaştırılması, TE modülün katkısı incelenmiştir. Elde edilen bulgulara göre düşük ışınımlarda TE modülün katkısı ihmal edilecek kadar az iken homojen olmayan koşullarda PV-TE sistemdeki sıcaklık dağılımları arasındaki farkının PV sistemden daha az olması hem PV hem de TE modülde bir miktar güç artışı sağlamaktadır. Termal modelde ise PV-TE kesitinde PV modüllerin arka kısmında sıcaklık artışının 42.5 ⁰C'lere ulaştığı gözlemlenmiştir. TE modülün soğuk tarafının deneysel verilere yakın olduğu gözlemlenirken sıcak tarafında 4-5 ⁰C fark oluştuğu görülmüştür. CPVT sistemde ise çift yüzeyli CPVT sistem için sonlu hacimler metodu geliştirilmiştir. Standart ve önerilen sistemin su ve R134a akışkanları için farklı akışkan giriş sıcaklığında elektriksel ve termal performansı değerlendirilmiştir. Önerilen çift yüzeyli CPVT sistem; standart sisteme göre üst yüzey sayesinde yaklaşık %26 daha fazla güç üretmektedir. Böylece güneş enerjisinin daha etkin kullanımı gerçekleştirilmektedir.
Farklı fotovoltaik teknolojilerin enerji analizi ve Antalya ili için değerlendirilmesi
Bu çalışmada, Antalya ilinde kurulu bulunan bir fotovoltaik sistemden veriler alınarak PVsyst ve SAM yazılımları yardımıyla bu santralin simülasyonları iki farklı yazılım için de gerçekleştirilmiştir. Simülasyon verileri, % hata, KOKH ve OMS istatistiksel analiz yöntemleri kullanılarak gerçek elektrik üretim verileri ile karşılaştırılmıştır. Tüm bu analiz yöntemleri değerlendirildiğinde SAM yazılımının %0.60 ile yıllık bazda düşük hata değerine sahip olduğu belirlenmiştir. Böylece SAM yazılımı kullanılarak tüm Antalya ilçelerinde, lojistik kriterlerine uygun bölgelerde, 1 MW büyüklüğünde fotovoltaik sistem simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu simülasyonlarda, monokristal, polikristal, monokrisital bifacial, polikristal bifacial ve kadmiyum tellür panel teknolojileri kullanılarak 95 farklı simülasyon yapılmıştır. Bu simülasyonlardan alınmış olunan elektrik üretim verileri teknik ve ekonomik anlamda değerlendirilmiştir. Sonuç olarak toplam kayıp açısından panel teknolojileri arasında açısından, toplam kayıp değerlerinin kadmiyum tellür panel teknolojisinde çoğunlukla yüksek olduğu, polikristal bifacial panel türünde ise genellikle en düşük değerleri gördüğü tespit edilmiştir. Elektrik üretimi açısından ise tüm ilçelerde polikristal bifacial panel teknolojisinin en yüksek sonuçları verdiği tespit edilmiştir. En yüksek yıllık elektrik üretim değerinin polikristal bifacial panel teknolojisi için yıllık 1.66 GWh değeri ile Manavgat ilçesinde, en düşük elektrik üretim değerinin ise polikristal panel teknolojisi için yıllık 1.41 GWh değeri ile Alanya ilçesinde gerçekleştiği tespit edilmiştir. Ekonomik anlamda ise Antalya ilinde hangi ilçede hangi teknolojinin kullanımıyla geri ödeme süresinin kaç sene olacağı ve otuz yıllık süreçte elde edilecek olan net gelir değerleri tüm analizler için sunulmuştur.
Farklı inverter ve optimizör kullanımının fotovoltaik sistemlerin elektrik üretimine etkisinin analizi
Bu çalışmada 3 farklı bölgede bulunan fotovoltaik sistemler PVsyst yazılımı yardımıyla modellenerek simüle edilmiştir. Simülasyon sonuçları ile gerçek elektrik üretim değerleri istatistiksel anlamda karşılaştırılmıştır. Sırasıyla Kağıthane, Alaşehir ve Elmalı fotovoltaik sistemleri için yüzde hata analizleri 0.061, 0.014 ve 0.034 olarak gerçekleşmiştir. Sonrasında PVsyst yazılımı yardımıyla bir santral için farklı inverter ve optimizörler kullanılarak sistem elektrik üretiminde gerçekleşen değişimler hesaplanmıştır. Sırasıyla Optimizör 3, 2 ve 1 için elektrik üretim değerlerinde gerçekleşen artışın 488, 340 ve 335 kWh olduğu belirlenmiştir. Ayrıca inverter 5 ve 6 için, mevcut kullanılan inverterden sırasıyla 248 ve 214 kWh daha fazla elektrik üretiminin gerçekleşmesini sağlamıştır. Tespit edilen değerler ekonomik olarak incelenerek geri ödeme süresi ve otuz yıllık toplam kazanç değerleri hesaplanmıştır. Böylece PVsyst yazılımının gerçek elektrik üretim değerlerine ne kadar yakın sonuçlar verdiği ve inverter ile optimizör kullanımında gerçekleştirilecek seçim işleminin elektrik üretiminde ve ekonomik anlamda etkileri tespit edilmiştir.
Binaya entegreli fotovoltaik uygulamaların tasarımına etki eden parametrelerin deneysel analizi
Günümüzde atmosfere salınımı yapılan toplam CO2 emisyonunun neredeyse %40'ının binalar tarafından tüketilen enerji yüzünden olduğu düşünüldüğünde küresel ısınmaya karşı binalar üzerinden alınabilecek tedbirlerin önemi açıktır. Bu yüzden neredeyse sıfır enerjili binalar (NSEB) kavramı ön plana çıkmaktadır. Binaların kendi enerjilerini üretebilmeleri için Bina Entegreli Fotovoltaik Termal (BIPV/T) sistemleri kullanılmaktadır. Fakat binaların BIPV/T sistemleri için gerekli olan cephe ve çatı alanları kısıtlıdır. Bu yüzden çalışmada Türkiye Şanlıurfa meteoroloji koşullarında BIPV/T sistemlerinin verimlerinin arttırılmasına yönelik olarak deneyler yapılmıştır. Bu tezde çalışmanın getirdiği yenilik olarak güney cephesine yerleştirilen aynı üretim potansiyeline sahip bifacial (çift yüzeyli) ve monofacial (tek yüzeyli) paneller farklı hava akımı hızları ve farklı hava boşluğu mesafeleri ile kış dönemi ve yaz döneminde denenmiştir. Ayrıca, yaz döneminde iç ortamın klimalı olduğu binalarda BIPV/T sisteminin uygulanması düşünülerek, aynı konfigürasyonlar iç ortamın soğutulmuş olduğu şekilde yapılmıştır. Çalışmanın getirdiği yeniliklerden bir diğeri, bifacial panelin arkasındaki duvar yüzeyine reflektif yüzey yerleştirilerek, bifacial panelin elektriksel enerji veriminin arttırılmasıdır. Bu durum PVsyst analizi ile ispatlanmıştır. Ayrıca, çatı ve doğu cephelerine BIPV sistemi olarak aynı potansiyele sahip monofacial paneller yerleştirilerek üç cephenin yıl boyunca karşılaştırılması sonucunda, Şanlıurfa şartlarında yıllık en iyi elektrik enerjisi üretiminin çatıda olduğu bulunmuştur. Güney cephesindeki her iki panel de yüksek hava akımında, en kısa hava boşluğu mesafesinde maksimum ısıl enerji verimi sağlamıştır. Ayrıca Şanlıurfa'da yaz dönemi şartlarında BIPV/T sistemleri kullanılarak iç ortam sıcaklığı 50 °C'ye çıkarılarak gıda kurutması için kabin tipi kurutucuların uygun olduğu görülmüştür. Kış dönemi şartlarında ise ortam ısıtması için binanın ısıl yüküne ciddi anlamda destek olabileceği ve iç ortam sıcaklığını, dış ortam sıcaklığına göre 12 °C ile 15 °C arasında yükselttiği bulunmuştur. Bulunan panel ve iç ortam sıcaklık sonuçları Comsol HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) analizi ile doğrulanmıştır. Bifacial panelin duvar ile panel arasındaki hava boşluğu mesafesi arttıkça elektriksel enerji veriminin arttığı bulunmuştur. Kışın yapılan deneylerde elektriksel güç üretim fazlalığında en az %8.33, en fazla %12.73 oranında bifacial panelin monofacial panele göre tüm konfigürasyonlarda üstünlüğü bulunmuştur. Yaz döneminde yapılan deneyde, bifacial panelin aynı şartlar altında monofacial panele göre %18.19'a varan fazla elektriksel güç ürettiği bulunmuştur. Yaz döneminde iç ortamın klima ile soğutulması sonucunda panellerin sıcaklığının azaltılmasıyla daha yüksek elektriksel güç üretimi sağlanmıştır. Bunun yanında cam-cam yapılı bifacial panelin elektriksel verim açısından sıcaklığa daha dayanıklı olduğu görülmüştür. Her iki sezonda da, panellerin en hızlı hava akımında ve duvar ile panel arasındaki hava mesafesi en uzakken, elektriksel performanslarının en iyi olduğu bulunmuştur. Bifacial panel kullanılan BIPV/T sisteminde, ısıtma sezonunda en kısa hava boşluğu mesafesinde, diğer mevsimlerde ise en uzun hava boşluğu mesafesinde kullanılması, yıl boyunca bina için en yüksek enerji verimini sağlayabilir.
Havalı soğutmada geometrinin PV panel verimine etkisinin deneysel ve nümerik olarak araştırılması
Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisinin en çok kullanıldığı teknolojilerden biri fotovoltaik sistemlerdir. Fotovoltaik paneller, güneş ışınımını direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren elemanlardır. Fotovoltaik panellerin verimlerine etki eden çevre koşulları, yüzeye gelen güneş ışınımı ve panel çeşidi gibi birçok parametre bulunmaktadır. Panel verimini etkileyen faktörlerden biri de yüksek panel yüzey sıcaklığıdır. Yüksek panel yüzey sıcaklığı, fotovoltaik panellerin verimini düşürmektedir. Panel yüzey sıcaklığını uygun değerlerde tutabilmek için farklı aktif ve pasif soğutma yöntemleri geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, toprak hava ısı değiştiricisi (THID) kullanılarak elde edilen soğutulmuş hava ve doğrudan çevre havası kullanılarak PV panelde aktif soğutma yöntemi deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Nümerik analizde, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı olarak, Autodesk CFD kullanılmıştır. Çalışmada PV panel arka yüzeyine yerleştirilen üç farklı geometride tasarlanan soğutucu davlumbaz (Tasarım1, Tasarım2 ve Tasarım3) kullanılmıştır. Nümerik ve deneysel çalışmalar ile elde edilen veriler sonucunda, yüzey sıcaklık ortalaması ve basınç kaybı açısından en verimli sonucu Tasarım1 olarak belirlen 6 kanatlı ve dikdörtgen prizmatik hacme sahip soğutucu davlumbaz vermiştir. THID sistemi ile yapılan soğutma çalışmalarının, çevre havası ile yapılan soğutma çalışmalarından daha etkili sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Tasarım1 ile yapılan soğutma çalışma sonucunda %18.42'lik bir verim artışı sağlanmıştır. Düşük güneş ışınım şartları altında (500 W/m2 ve aşağısı) yapılan soğutma çalışmalarının, üretilen elektrik enerjisi ve yüzey sıcaklığı açısından büyük farklılıklar oluşturmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Gerçekleştirilen deneyler neticesinde, bifacial PV panelin beyaz bir zemin üzerinde kullanılmasının toprak zemin üzerinde kullanılmasına kıyasen daha fazla enerji ürettiği tespit edilmiştir. Bifacial PV panellerde arka yüzeyinin soğutulması yerine çift yüzlü kullanımının daha verimli olduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Fotovoltaik uygulamalar için CZTS (Cu2SnZnS4) ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Günümüzde Si tabanlı güneş hücrelerine alternatif arayışında ince film tabanlı fotovoltaik (FV) yapılar dikkat çekmektedir. İnce film güneş hücresi teknolojileri arasında Cu2ZnSnS4 (CZTS) bileşiği optik ve elektriksel özellikleri ile en dikkat çekici olanıdır. Sahip olduğu (1.5 eV) direkt bant aralığında p-tipi yarıiletken özelliği ve yüksek optik soğurma katsayısı (>104 cm-1) ile FV uygulamalar açısında ideal bir alternatiftir [1]. CZTS bileşiğindeki tüm bileşenlerin yer kabuğunda görece ucuz ve bol miktarda bulunur (Cu: 50–70 ppm, Zn: 75–80 ppm, Sn: 2,2 ppm, S:260 ppm) olması ve bunun yanında toksik bileşen içermemesi bu yapıya olan ilgiyi oldukça arttırmıştır. Tüm bu avantajlarına rağmen, CZTS tabanlı FV yapılarda ulaşılan en yüksek verim değeri %12,6'dır [4]. Bu değerin Shockley-Queisser (SQ) limiti olarak bilinen %31'in altında kalmasının sebebi CZTS 'nin çok atomlu yapısı sonucunda sahip olduğu karmaşık faz yapısıdır. Üretim sırasında doğru koşulların sağlanamaması sonucu açığa çıkan ikili (CuS, ZnS, SnS gibi) ve üçlü Cu2SnS3 fazların yanında, sülfürleme/ısıl işlem aşamalarında Molibden (Mo) arka kontak ile CZTS soğurucu tabaka arasında açığa çıkan MoSx yarıiletkeni ve saf sülfürlü yapının düşük açık devre voltajı verimi düşüren en temel sebeplerdir [3],[5],[6],[7]. Bu tez kapsamında, iki aşamalı sentez kullanılarak ikili ve/veya üçlü yan fazların en aza indirildiği CZTS ince filmlerin elde edilmesi ve ara yüzeyde oluşan MoSx yapısının engellenmesi için Grafen (Gfn) ara katman tabaka kullanılabilirliğine yönelik deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. CZTS sentezi için ilk katman (iki farklı yapı için Sn ve Cu olarak) vakumda buharlaştırma yöntemi ve diğer katmanlar sputter tekniği ile 2 farklı hedeften Sn/Cu/ZnS ve Cu/Sn/ZnS (CZT) öncül yapısı soda kireç camı (Soda lime glass: SLG), Mo ince film kaplı SLG (SLG/Mo) ve Gfn kaplı SLG/Mo alttaşlar (SLG/Mo/Gfn) üzerine kaplanmış, elde edilen Alttaş/CZT yapısı tek bölgeli yüksek sıcaklık fırınında sülfürleme işlemine tabii tutulmuştur. SLG/Mo alttaşlar iki aşamalı sputter tekniği ile elde edilmiş, Gfn kaplama işlemi ise plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (plasma enhanced chemical vapor deposition: PECVD) tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen örneklerin yapısal özellikleri XRD, Raman, SEM ve FIB-SEM ile optik özellikleri ise spektroskopik elipsometre ile belirlenmiştir. Yapılan optimizasyon çalışmaları sonucunda SLG/Mo ve SLG/Mo/Gfn alttaşlar üzerine yüksek saflıktaki CZTS ince filmlerin katman kalınlıkları Sn:180, Cu:135 ve ZnS:220 nm olacak şekilde ayarlandı. Sülfürleme sıcaklığı 550 oC, sülfürleme süresi 60 dakika ve 250 mTorr Ar gaz akışı altında sülfürleme koşullarında elde edilebildiği XRD ve Raman ölçümleri ile belirlenmiştir. Gfn kaplamanın CZTS kristal yapısını yaklaşık %16 oranında daha kaliteli yaptığı ancak MoSx oluşumunu engelleyemediği belirlenmiştir. MoSx fazının daha da baskın olmasının sebebinin, piramidal Mo yüzey morfolojisinin, Gfn yerine çok katmanlı ve kusurlu grafit yapısının oluşumuna uygun olması ve bu yapıdaki serbest C atomlarının S atomları için indirgeyici davranarak MoSx oluşumunu desteklemesi olduğu anlaşılmıştır.
Photovoltaic cell modeling via metaheuristic algorithms
This thesis will exhibit the adverse effects of relying on fossil fuels, accompanied by data from international organizations documenting losses inflicted by fuel combustion. The common renewable energy sources are then listed, with a focus on solar as a sustainable substitute and an explanation of why it is in its current state insufficient to replace commonly used carbon-based fuels. The methods and technologies used to mend solar energy drawbacks will be mentioned; then light will be shed on Genetic Algorithm Optimization as a form of an overview containing essential facts and information regarding GAs alongside mentioning notable studies that have used various types of GAs to model Photovoltaic Cells. Next, the mathematical modeling for PV cells will be introduced alongside their equivalent circuits, topologies, and equations. The burdens that held PV cells back will be clarified. PV cell parameters estimation methods will be justified to solve some of the difficulties facing solar energy, specifically metaheuristics, with its vast catalog of optimization algorithms. Afterward, the Coronavirus Herd Immunity Optimization algorithm will be presented, along with its inspiration circumstances. The algorithm procedure will be explained by listing all its steps in the form of text, chart, and Pseudocode. Concluding with use case scenarios and behavioral analysis of the algorithm. Following that, three of the most popular photovoltaic cell models' data will be used to test the viability of coronavirus herd immunity optimization to extract unknown photovoltaic parameters; the properties of these cells will be detailed with respect to the circumstantial elements at the time their data was captured. The methodology for obtaining the results will be listed in detail. The extracted PV cell parameters will be listed and graphed, then analyzed and compared to parameters extracted by other state-of-the-art meta-heuristic optimization algorithms which have been used in literature. The final judgment of the findings will then be made, along with the criteria that were chosen, and will be followed by a recommendation for future work to further enhance the outcomes or to broaden the scope of the used algorithm.
Otonom ve şebeke bağlantılı fotovoltaik ve yakıt hücresi kaynaklı hibrid bir mikrokojenerasyon sisteminin optimizasyonu ve kontrolü
Bu tez ile enerji verimliliğini esas alan, depolama ile kendi kendine yetebilecek ve gerektiğinde şebekeyi de besleyebilecek bir konutta uygulanabilecek sistemlerin kontrolü ve optimizasyonu çalışılmıştır. Konutun tasarımında kullanılan tüm cihazlar için azami enerji verimliliğini ilk planda gözetecek çalışmalara odaklanılmıştır. Konutun ısı ve elektrik ihtiyaçlarını desteklemek için bir mikrokojenerasyon uygulaması gerçekleştirilmiştir ve iklim verileri ile konut içerisinde farklı enerji kaynaklarının yıl içerisindeki etkileşimleri farklı yazılımlarla hesaplanmıştır. Daha sonra bu hesaplar ayrıca geliştirilen bir fizibilite modeline makro ve mikroekonomik tüm koşullarla birlikte girilerek sonuçlar bulunmuştur. Nihayetinde bu sonuçlarla optimum sistem üzerinde çalışılmıştır. Yanısıra kurulacak sistemin teknik olarak uygulanabileceği kontrol sistemleri geliştirilmiştir. Optimum bir sistem kurmak için azami enerji verimliliği, asgari maliyet, mümkün mertebe temiz enerji kaynakları, şebekeden bağımsız çalışabilme, şebekeye elektrik satabilme gibi kriterler hep birlikte değerlendirilmiş ve sonuç olarak bugünkü finansal koşullarda konutun kendi kendine yetecek şekilde dizayn edilmesinin bir avantaj sağlamadığı, şebekeden destek alacak bir sistemin ekonomik açıdan daha mantıklı olduğu sonucuna ulaşılmış, kendi kendine yetebilecek sistemlerin ilave teşviklerle mümkün olabileceği koşullar değerlendirilmiştir.
Güneş takip yöntemlerinin verimsel olarak karşılaştırılması
Günümüzde fosil kaynakların enerji kaynağı olarak kullanımının çevreye verdiği zarar ve bu kaynakların giderek tükenmesi gerçeği yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi ve önemi arttırmıştır. Gelişen teknoloji ile birlikte yenilenebilir enerji sistemlerinin verimlerinin artması ve çevreye zarar vermeyen özellikleri dolayısıyla geleceğin enerji teknolojisi olarak görülmektedir. Bu nedenle son zamanlarda yenilenebilir enerji konulu araştırmalar artmıştır. Güneş enerjisi yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde son derece önemli ve yaygın olarak kullanılan bir kaynaktır. Güneş enerjisinin, elektriğe çevrilmesi fotovoltaik sistemlerin kullanımıyla gerçekleşir. Bu sırada fotovoltaik sistem verimi mevcut güneş enerjisi potansiyelinden güç eldesi miktarını belirler. Elde edilen enerji; panel yüzey sıcaklığı, güneş ışınımı, malzeme türü vs. faktörlere bağlıdır. Güneş takip sisitemleri de fotovoltaik panel verimini arttırmak amacıyla güneşi takip ederek maksimum verim elde etmek için kullanılır. Özellikle son yıllarda fotovoltaik sistemler üzerinde verimi arttırmak için güneş takip ve maksimum güç noktası takibi gibi teknolojiler üzerine çalışmalar hız kazanmıştır. Bu tez çalışmasında, farklı tip güneş takip sistemlerinin; izleme ünitelerinin takip tekniklerine, eksenlerine, kontrol stratejilerine ve izleme stratejilerine göre verimsel açıdan değerlendirmeler yapılmıştır. Yapılan incelemede; en iyi panel yönlendirmesini belirlemek için verimsel karşılaştırma, performans, avantaj ve dezavantajlar ele alınmıştır. Verim değerlendirmelerinde 500 kWp güç kapasiteli fotovoltaik santral ele alınmış ve bu santralin Muğla ilinde kurulu olduğu kabul edilmiştir. Kurulum yeri olarak Muğla'nın seçilmesinin nedeni elektrik iletim hatlarına kolay ulaşımın olması, yıllık ortalama 3043 saat ile Türkiye ortalamasının üzerinde güneşlenme süresine sahip olması ve ortalama 1621 kWh/m2 –yıl güneş ışınımı değerine sahip olmasıdır. Ayrıca, PVSOL ve PVsyst gibi güneş enerjisi simülasyon programları ile verimsel analiz yapılmıştır.
Fotovoltaik piller kullanılarak güneş ışınım şiddetinin beş farklı doğrultuda ölçülmesi ve verilerin analiz edilmesi
Bu çalışmada, farklı yönlerden gelen güneş radyasyonunu ölçmek için bir tane yatay ("ÜST") ve dört tane farklı dikey ("DOĞU", "BATI", "GÜNEY" ve "KUZEY") yüzeye yerleştirilmiş bir fotovoltaik sistem kuruldu. Volt biriminde dakikalık olarak ölçülen tüm veriler bir yıl boyunca (Nisan 2020 - Mart 2021) toplanmıştır. Tüm veriler eş zamanlı olarak Eppley B&W piranometresinden (Model 8-48) ölçülen veriler kullanılarak W/m2 birimine dönüştürülmüş ve daha sonra saatlik, günlük, aylık ve yıllık olarak analiz edilmiştir. Günlük verilerden yıllık olarak beş farklı yöndeki ("ÜST", "DOĞU", "BATI", "GÜNEY" ve "KUZEY") toplam güneş radyasyon bileşenleri sırasıyla 122092.60 W/m2, 38886.30 W/m2, 80494.43 W/m2, 103446.57 W/m2 ve 34832.45 W/m2 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, aylık olarak ortalama toplam güneş radyasyonu sırasıyla 350.92 W/m2, 207.74 W/m2, 231.74 W/m2, 298.16 W/m2 ve 100.08 W/m2 olarak da elde edilmiştir. Elde edilen sonuçların daha güvenilir, kapsamlı bir güneş radyasyonu veri tabanı oluşturmaya yardımcı olabileceğine inanıyoruz.
Fotovoltaik hücrelerin verimlerinin karşılaştırılması ve Türkiye'de farklı illere göre makine öğrenme yöntemiyle güneş ışınımı modellerinin geliştirilmesi
Yenilenebilir enerji kaynakları maliyet, verimlilik ve çevre kirliliği açısından tüm dünyada çok popüler bir başlık olmuştur. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en önemlisi güneş enerjisidir. Daha önce sadece ısı ve ışık enerjisi olarak faydalandığımız güneş enerjisi günümüz teknolojisinin ilerlemesiyle birlikte elektrik enerjisi üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel olarak kullanılan fotovoltaik hücreler çeşitli kimyasal yapıda üretilerek güneş ışığından aldığı enerjiyi direkt olarak elektrik enerjisine dönüştüren yarı iletken maddelerdir. Fotovoltaik hücreler sürekli olarak gelişmeye devam etmektedir. Bu gelişim ve günümüz teknolojisiyle birlikte çeşitli denemeler sonucu fotovoltaik hücrelerin verimliliğinin artırılması ve daha fazla elektrik enerjisi üretilmesi hedeflenmektedir. Fotovoltaik hücrelerin enerji üretimi analiz edilerek, ışınım radyasyon değerlerine göre verim artırıcı durumlar incelenmektedir. Bu tez çalışmasında ise farklı kimyasal yapıya sahip hücrelerin farklı bölgelerdeki verimlilikleri değerlendirilmiştir. Bu tez çalışmasında MATLAB programı kullanılarak bir makine öğrenme yöntemi olan regresyon yaklaşımı ile tahmin modelleri geliştirilmiş ve modellerin performanslarını inceleyebilmek için farklı hata analiz testleri kullanılmıştır.
Environmental sustainability analysis of renewable energy generation with photovoltaic solar panels in Turkey
ENVIRONMENTAL SUSTAINABILITY ANALYSIS OF RENEWABLE ENERGY GENERATION WITH PHOTOVOLTAIC SOLAR PANELS IN TURKEY Life Cycle Assessment is a method that scrutinizes in detail the toxic environmental effects of products and services over their entire life span. The aim of this study is to reveal the environmental effects of solar panels, which are accepted as the cleanest method of obtaining energy, throughout their life cycle and to present a more sustainable solar energy generation roadmap. For this reason, multi-Si PV solar panel type, which is the most widely used type and dominates the world market, has been studied. Environmental impact categories were assessed using GaBi 9.5 Software, EcoInvent Database and CML Assessment Methodology. While evaluating the life cycle of the multi-Si PV panel, metallurgical silicon smelting, solar grade multi-Si purification, wafer slicing, ingot casting, cell processing, panel assembly, transportations and recycling stages were studied. In addition, three different recycling scenarios, which diverge according to delamination methods, were also examined in terms of their environmental effects. Thus, a framework has been put forward on how the toxic effects of solar panels at the end of their life can be minimized. In this research, both real sector data and literature data were used. The multisilicon production process, which consists of the stages of metallurgical silicon smelting and solar grade multi-Si purification, and module assembly stage emerged as the two processes that cause the most environmental impact. In recycling scenarios, the FRELP2 process, which is a combination of thermal and chemical delamination processes, provided the best results in terms of environmental impact.
Bitki tabanlı optimizasyon algoritmaları ile fotovoltaik modellerin parametre tahmini
Çözümü zor veya karmaşık olan optimizasyon problemlerinin çözümü için doğadan ilham alınarak tasarlanan birçok meta-sezgisel algoritma bulunmaktadır. Bu çalışmada, son zamanlarda önerilen bitki tabanlı meta-sezgisel algoritmalardan olan etçil bitki algoritması (CPA) ve ağaç tohum algoritması (TSA) üzerine odaklanılmıştır. TSA, ağaçlar ve tohumlar arasındaki bağlantıdan esinlenilerek tasarlanmış etkili bir algoritma yapısına sahiptir. Aynı zamanda TSA'da kontrol parametresine bağlı olarak iki farklı çözüm üretme mekanizmasının kullanılması keşif ve sömürü yeteneklerinin dengelenmesini hedeflemektedir. Ancak algoritmanın yapısı genel olarak incelendiğinde popülasyon çeşitliliğinin kaybolması, yerel minimumlara takılması gibi bazı dezavantajların olduğu görülmektedir. Bu durumlara çözüm üretmek amacıyla TSA'ya çoklu strateji adı altında üç farklı yaklaşım eklenmiştir. Bu yaklaşımlar ile iyileştirilen algoritma çoklu strateji tabanlı ağaç tohum algoritması (MS-TSA) olarak adlandırılmıştır. CPA'da ise yerel minimumlara takılma eğiliminin en aza indirilebilmesi ve çözüm kalitesinin iyileştirilebilmesi için CPA'ya öğretme faktörü stratejisi eklenmiştir. Bu strateji ile iyileştirilen algoritmaya I-CPA adı verilmiştir. Önerilen her iki yöntemin performansı ilk olarak CEC2017 fonksiyonlarında test edilmiştir. Daha sonra fotovoltaik (FV) modüllerin girdi verileri kullanılarak tek diyot, çift diyot ve fotovoltaik modül modellerine ait parametre değerleri hem I-CPA yöntemi hem de MS-TSA yöntemi ile belirlenmiştir. Her iki yöntem ile elde edilen sonuçlar bazı klasik ve modern meta-sezgisel algoritmaların sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Ayrıca deneysel sonuçlara göre elde edilen yakınsama eğrileri, kutu grafikleri, akım (I) – gerilim (V) ve güç (P) – gerilim (V) karakteristik eğrileri ile önerilen yöntemlerin performansları analiz edilmiştir. Elde edilen tüm sonuçlar ve analizler, önerilen her iki yöntemin de karşılaştırılan algoritmalardan daha başarılı ve etkili olduğunu göstermiştir.
Güneş enerjisi santralleri saha belirlenmesi ve Kütahya örneği
Enerji verimliliği ve temiz enerji günümüzün en önemli konularındandır. Fosil yakıtların sınırlı rezervleri, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını daha cazip kılmaktadır. Dünyada ve Türkiye'de yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanma oranı artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretiminin artmasıyla, fosil kökenli yakıtların sebep olduğu emisyonlara bağlı olarak çevre kirliliği azalmakta, ayrıca ülkemiz açısından enerji yönünden dışa bağımlılık azalmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisinden, fotovoltaik paneller ile elektrik enerjisi eldesi sağlanabilmektedir. Bu tez çalışmasında, Kütahya il sınırları içerisinde fotovoltaik güneş enerji santrali kurulumuna uygun bölgeler araştırılmış ve bölgenin güneş enerjisi potansiyeli elde edilmiştir. Alanlar belirlenirken, yöntem olarak Analitik Hiyerarşi Prosesi kullanılmıştır. Fotovoltaik güneş enerji santrali kurulumunda önemli olan kriterler ve alt kriterler değerlendirilerek, ağırlıkları belirlenmiştir. Kütahya il sınırları içerisinde fotovoltaik güneş enerji santrali kurulumuna uygun alanlar belirlendikten sonra, bölgenin fotovoltaik güneş enerji potansiyeli hesaplanmıştır. Hesaplamalar, farklı fotovoltaik panel teknolojilerine göre uygulanmıştır. Fotovoltaik santral kurulumuna uygun olarak belirlenen alanların yıllık elektrik enerjisi üretim potansiyeli c-Si panel teknolojisi ile 984 milyar kWh/yıl, a-Si panel teknolojisi ile 593 milyar kWh/yıl, CdTe panel teknolojisi ile 661 milyar kWh/yıl, CIGS panel teknolojisi ile 631 milyar kWh/yıl, CPV panel teknolojisi ile 1975 milyar kWh/yıl olarak hesaplanmıştır. Fotovoltaik panellerden maksimum şekilde verim alınabilmesi için, fotovoltaik panel eğimleri önemli bir kriterdir. Bu bağlamda, Kütahya ili ilçelerinin optimum panel eğim açısı değerleri aylık ve mevsimlik bazda hesaplanmıştır. Fotovoltaik panellerin anlık verimi, panellerin hücre sıcaklığı ile ilgilidir. Literatürdeki mevcut çalışmalarda fotovoltaik panel hücre sıcaklığını veren ampirik ifadeler bulunmaktadır ancak bu ifadelerden elde edilen sonuçlar birbiriyle örtüşmemektedir. Fotovoltaik panellerin anlık verimlerini ve buna bağlı olarak teorik olarak üretim değerlerini elde edebilmek için fotovoltaik panel hücre sıcaklığını veren global bir ifadeye ihtiyaç vardır. Bu tez çalışmasında, ortam sıcaklığına, güneş ışınımına ve rüzgar hızına bağlı olarak fotovoltaik panel hücre sıcaklığını veren global bir ifade geliştirilmiştir. Oluşturulan ifade ile kurulu veya kurulması düşünülen fotovoltaik tesislerin performans tahminleri ile fizibilite çalışmaları gerçekleştirilebilecektir. Bunlara paralel olarak ayrıca Kütahya'nın uzun yıllara ait meteorolojik verileri kullanılarak; ortam sıcaklığı, güneş ışınımı ve rüzgar hızını veren ifadeler oluşturulmuştur.
Fotovoltaik santrallerinin şebeke bağlantısı için uygun bara seçimi
Bu çalışmada son yıllarda giderek yaygınlaşan dağıtık üretim kaynaklarından fotovoltaik (FV) santrallerinin dağıtım şebekesine bağlantısı için uygun bara seçimi yapılmıştır. Öncelikle FV santrali için bir güç belirlenmiş ve IEEE test bara sistemleri üzerinden modellenmiştir. 10 MW ve 30 MW gücündeki FV santralinin bağlantı sonucunda tüm sistem kayıplarına olan etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada kısa devre akımlarının etkileri çalışmanın kapsamı dışında tutulmuştur. Modelleme ve simülasyon lisanslı Elektrik Transiyent Analiz Programı (ETAP) aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Çıkan sonuçlarda FV santrallerinin şebeke bağlantısında bara gerilimlerini yükselttiği ve toplam sistem kayıplarını azalttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca FV santrallerin bağlantısı için tüketimin yoğun olduğu baraları seçmenin, enerjinin üretildiği yerde tüketilmesinin daha avantajlı olacağı görülmüştür. Bu tip santrallerin şebeke bağlantısı yapılırken kısa uzunluktaki iletim hatlarının kullanılmasının bara gerilimlerini düşürücü yönde etki yapacağı sonucuna varılmıştır.
Güneş takip sistemi ile güneş panellerinin çift taraflı ve tek taraflı kullanımının karşılaştırmalı analizi
Fosil yakıtların çevre üzerindeki olumsuz etkilerinin ve diğer sorunların üstesinden gelme hedefi, birçok ülkeyi, artan enerji talebini sürdürmek için yenilenebilir çevre dostu alternatifleri araştırmaya ve değiştirmeye zorlamaktadır. Güneş enerjisi, çevre üzerinde en az olumsuz etkisi olan ve en iyi yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Farklı ülkeler, fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak ve güneş enerjisiyle yerli enerji üretimini artırmak için güneş enerjisi politikaları oluşturmuştur. Araştırmada aynı kapasite ve iklim koşullarına sahip üç tip güneş paneli arasında hem pratik bir karşılaştırma hem de PVsyst programı kullanılarak karşılaştırma yapılmaktadır. Gerçekleştirilen sistemde yapılan ölçümler sonucunda polikristal sabit, polikristal tracker ve bifacial paneller tarafından üretilen voltaj ve güç değerleri birbirine yakın olarak, Polikristal sabit panel teorik olarak %13,8 , %16 oranında verimi sağlarken, Kerkük iklimi koşullarında verim yaklaşık olarak %14,9 elde edilmiştir. Polikristal tracker panelin teorik olmak üzere verimleri %15,6 , %17,7 civarında iken Kerkük iklimi şartlarında yaklaşık %16,2 olarak elde edilmiştir. Polikristal bifacial panelin teorik olarak verimleri %16,1 , %18,3 oranında iken Kerkük iklim koşullarına göre ortalama olarak %17,4 elde edilmiştir. Araştırmada PVsyst'i kullanarak üç konfigürasyon arasında karşılaştırmalı bir çalışma yapılmıştır. Simülasyon, aynı koşullar altında ve aynı coğrafi bölge için yapılmıştır. Bu üç sistem, üretilen enerjinin yanı sıra kayıpları da göstermektedir. Sonuç olarak; Bifacial sistemin elektrik üretiminde monofacial sistem ve monofacial tracker sisteme göre daha avantajlı olduğu ortaya konulmuştur.
Moritanya'da güneş enerjisinden elektrik üretiminin optimizasyonu ve fizibilitesi; Nuakşot, Nema ve Wadan şehirleri için örnek çalışma
Bu çalışmada, Moritanya'nin enerji görünümü ve yenilenebilir enerji kaynaklarının genel durumu ele alınarak Maritanya'nın üç ili için güneş enerjisi potansiyeli detaylı olarak incelenmiştir. Bu kapsamda Moritanya'da bulunan ve belirlenen iller için 1 MW kapasitede şebeke bağlantılı fotovoltaik güç santrali PVsyst 7.2 yazılımı ile tasarlanmıştır. Güç santrali kurulumu için gerekli teçhizat ve ekipmanların seçimi yapılmış, belirlenen konumun güneş enerjisi verileri NASA bünyesindeki Atmosferik Bilim Veri Merkezi'nden temin edilmiştir. Bölgedeki iller için oluşturulan tasarımın sonunda, aylara göre elektrik enerjisi üretim miktarları ile farklı enerji üretimi ve kullanıcı ihtiyaçları değerleri hesaplanmıştır. Güç santralinin elektrik enerjisi üretiminden elde ettiği yıllık gelirler, ilk yatırım maliyetleri dikkate alınarak maliyet analizi yapılmıştır. Ayrıca Geri Ödeme Süresi (GÖS) ve Net Bugünkü Değer (NBD) ile geri dönüş süresi hesaplanmıştır. Maliyet analizi sonucunda Moritanya'da belirlenen iller için yatırımın uygun olup olmadığı hesaplanmıştır. Yapılan bu çalışmaya göre Moritanya'da belirlenen iller için yıllık elektrik enerjisi üretimi Nuakşot için 1802 MWh/yıl , Nema için 1694 MWh/yıl ve Wadan için 1734 MWh/yıl olarak hesaplanmıştır. Performans oranı en yüksekolan il Wadan % 80,53, Nuakşot %80,15 ve en az performans oranı ise Nema %79,78 olarak hesaplanmıştır. Geri ödeme sürelerinin 4,1 ve 4,3 yıl arasında değerler aldığı belirlenmiştir. Bunların yanında bölge illerinin tamamının net bugünkü değerleri pozitif değer alırken, NBD değerleri ise 585.900 ile 744.163 $ arasında değişmiştir.
Güneş enerji santraliyle entegre edilmiş yüksek düşülü bir hidroelektrik santralin enerji ve ekserji analizi
Konvansiyonel enerji kaynaklarının sınırlı olması ve hızla tükenmeye başlaması, günümüzde ve gelecekte de artacak olan enerji ihtiyacı ülkeleri yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarına ait verimliliklerin arttırılabilmesi ve kayıpların tespit edilebilmesi için termodinamik analizlerin yapılması gerekmektedir bu kapsamda Türkiye'nin ilk birleşik yenilenebilir elektrik üretim tesisi olan Aşağı Kaleköy Barajı analiz edilmiştir. Aşağı Kaleköy Barajı Hidroelektrik Santral (HES) ve Güneş Enerji Santralinden (GES) meydana gelmekte olup tesislerin termodinamik değerlendirmesi yapılmıştır. Aşağı Kaleköy Barajı HES ve GES tesislerinin termodinamik değerlendirmesi kapsamında ise enerji, ekserji ve sürdürülebilirlik analizleri ele alınmış olup santrallerin enerji ve ekserji verimlilikleri, sistemde meydana gelen kayıpların dağılımı ve sürdürülebilirlik indeksleri gibi parametreler hesaplanmıştır. GES'deki ekserji kayıplarının fotovoltaik panellerde, DC ve AC kablolarında, inverterlerde ve trafoda meydana geldiği tespit edilmiştir. HES'deki ekserji kayıplarının cebri borularda, Francis türbinlerde, jeneratörlerde, trafolarda ve şalt sahasında meydana geldiği tespit edilmiştir. Güneş enerji santrali için PVsyst simülasyon programı ve hidroelektrik santrali için teorik hesaplama yapılmıştır. Sonuç olarak güneş enerji santralinin yıllık ortalama enerji verimi % 17,9 santralin yıllık ortalama ekserji verimi % 13 ve santralin sürdürülebilirlik indekside yıllık ortalama 1,15 olarak bulunmuştur. GES'deki ekipmanlarda oluşan ekserji kaybı en fazla fotovoltaik panellerde gerçekleşmiştir, panellerde meydana gelen ekserji kaybı da en fazla ışınımın elektriğe dönüşmesiyle oluşan ekserji kaybı olduğu tespit edilmiştir. Hidroelektrik santralin verimliliği % 90 santralin yıllık ortalama ekserji verimi % 91ve santralin ekserji sürdürülebilirlik indekside yıllık ortalama 9,3 olarak bulunmuştur. HES'deki ekipmanlarda oluşan ekserji kaybı en fazla Francis türbinlerde gerçekleşmiştir. Aşağı Kaleköy Barajının çevreyle uyumlu, yeşil ve sürdürülebilir bir enerji tesisi olduğu ortaya konmuştur.
Design and performance analysis of floating solar photovoltaicsystems
The floating solar photovoltaic system is a new trend in the world. This system is suitable for hybrid solutions with hydropower plants. There are a lot of advantages of the floating solar photovoltaic systems. Solar energy is an intermittent energy source so with a hybrid solution of floating solar and hydroelectric power plant can balance each other's energy generation. It can be said that this hybrid solution can increase the capacity factor of the hydropower plant. Turkey has the second greatest hydropower installed capacity in Europe with about 31.493 MW so the floating solar photovoltaic and hydropower hybrid solutions will be very beneficial to Turkey's solar installed capacity growth without using land areas. In this respect Gursogut-1 HEPP with 38.08 MW installed capacity which is located in Ankara was chosen for the hybrid solution in this study. During the literature survey period it was seen that there aren't a lot of academic studies about floating solar and hydropower plant hybrid systems' performance analysis. The aim of this study is to investigate the performance analysis of the floating solar photovoltaic and hydropower plant hybrid system. In this study the gain in the energy yield when a floating solar photovoltaic system mounted on this hydropower water reservoir has been analyzed. The performance analysis has been carried out on PVsyst software according to the system's key parameters including meteorological data, available installation area, photovoltaic module properties and inverter features. Results obtained for system's total energy production, performance ratio and specific energy are discussed.