Afganistan'da konut uygulamaları için li-ion pil depolu fotovoltaik sistem tasarımı ve optimizasyonu

PV sistemlerin, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilmeleri, çevreyi kirletmemeleri, sistem yapılarının ve uygulamalarının basit olmaları en önemli tercih sebebidir. Bu tez kapsamında, Afganistan şartlarında Kabil ilinde bir ailenin oturduğu şebekeden bağımsız (Off-Grid) bir konutun elektrik ihtiyacının bağımsız bir fotovoltaik sistemi ile karşılanmasına yönelik tasarım ve optimizasyon çalışması yapılmaktadır. Bu doğrultuda, Kabil iline ait saatlik bazda yıllık ışınım verileri ile birlikte iki farklı yük profili kullanılmıştır. PV için akım-voltaj (I-V) esaslı ve lityum-iyon pil için şarj durumu (SoC) esaslı matematiksel modeller kullanılarak sistemin yük kaybı olasılığı (LLP) hesaplanmış ve sistem maliyeti (LCC) verileri ile birlikte optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Fotovoltaik sistem çözümlemeleri polikristal tür bir güneş paneli için 4-değişkenli analitik model kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kullanılacak pil kapasitesinin optimizasyonu depo olmadan, yarım günlük depo, bir günlük depo ve iki günlük depo kapasiteleri için gerçekleştirilmiştir. Analitik denklemlerin çözümünde, system simülasyonunda ve SoC ve LLP hesaplamalarında MATLAB ve EXCEL programları kullanılmıştır. Çözümlemeler, göz önüne alınan fotovoltaik ve pil parametreleri ile sistemin karşılamak durumunda olduğu enerji ihtiyacı (yük) verileri üzerinden gerçekleştirilmiştir. Enerji sistem tasarımı üretilen/depolanan enerji ve enerji ihtiyacı arasındaki olası durumlar göz önünde bulundurularak yapılmıştır. Bu bağlamda, fotovoltaik panellerden elde edilen enerji miktarı enerji ihtiyacından büyük ise bu durumda yük karşılanacak ve fazla enerji sistemdeki lityum-iyon pilde depolanacaktır. Fotovoltaik sistemin yeterli enerji üretmediği zamanlarda pilde yeterli enerji olması durumunda yük pilden karşılanacak ve sistem kesintisiz çalışacaktır. Son olarak, fotovoltaik modüllerin yeterli enerji üretemediği ve pilde depo edilmiş enerjinin olmaması veya yetersiz olması durumunda ise yük ya kısmen ya da tamamen karşılanamamaktadır. Bu çerçevede, sistem performansı farklı sayıda fotovoltaik modül ve pil kapasitesi kullanılarak farklı sistem kombinasyonları için detaylı bir şekilde analiz edilmiş ve bu doğrultuda sistemin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bir ve iki günlük pil depolama kapasitesi ile birinci ve ikinci yük profilleri için sırasıyla 30 ve 50 PV modül ile 0,035 ve 0,040 LLP değerine ulaşılmıştır.