Yüzer ve arazi kurulumu fotovoltaik sistemlerin teknik ve ekonomik açıdan incelenmesi

Enerji; temel ihtiyaçların karşılanmasında, tüm faaliyetlerin gerçekleşmesinde, insanın yaşam süresinin uzatılmasında, hayat standartlarının yükseltilmesinde ve varoluşun devam ettirilmesinde birinci derecede önemli gereksinim olarak kabul edilmektedir. Dünya'da enerji kullanımı günden güne artış göstermektedir. Sürekli olarak artan talep, arz güvenliğini riske düşürmekte ve artık yalnızca işletmelerin değil, dünyanın sürdürülebilirliğini bile tehdit eder hale gelmiştir. Enerji yatırımları, stratejik ve ticari olmak üzere iki önemli kriter göz önünde bulundurularak gerçekleştirilmektedir. Stratejik olarak bakıldığında enerji politikasının sürdürülebilir oluşu, enerjide çeşitliliğin sağlanabilmesi ve çevreci bir politikanın izlenmesi devletlerin enerji politikalarında oldukça önemli bir yer tutmaktadır. Ticari boyutta ise yapılacak olan yatırımın, ticari olarak ilgi çekici olması yatırımcılar için oldukça önemlidir. Günümüzde fotovoltaik sistemler bu iki kriteri de sağlayarak hem devletler hem de yatırımcı özel sektör için öncelikli yatırım sahası haline gelmiştir. Fotovoltaik sistemler içerisinde arazi tipi sistemler, günümüzde kurulu bulunan ve yakın gelecekte kurulması planlanan fotovoltaik sistem kapasiteleri incelendiğinde açık ara en büyük orana sahiptir. Bu sistemlerde de yatırım kararı verilmeden önce sağlanacak ekonomik faydanın analiz edilmesi amacı ile çeşitli simülasyon yazılımları kullanılmaktadır. Lokasyon (enlem-boylam), ortam koşulları (ışınım, ortam sıcaklığı, vb. gibi) ve sistemde kullanılan bileşenlere ait veriler (fotovoltaik panel, solar evirici, vb. gibi) bu simülasyon yazılımına girilerek, istenen zaman periyoduna ait enerji üretim miktarı, yatırım geri dönüş süreci, vb. gibi veriler üretilebilmektedir. Fotovoltaik sistemlerin hem stratejik hem de ticari öneminin artması ile birlikte arazi tipine ek yeni fotovoltaik sistem uygulama alanları ortaya çıkmaktadır. Bu uygulama türleri içerisinde, arazi tipi sistemlere tamamlayıcı olması sebebi ile yüzer fotovoltaik sistemler ön plana çıkmaktadır. Yüzer fotovoltaik sistemler, arazi tipi sistemler ile aynı temel enerji üretim prensibine dayanmaktadır. Sistemde kullanılan fotovoltaik paneller, solar eviriciler ve elektriksel ekipmanlar her iki sistemde de aynıdır. Bu iki sistemi birbirinden ayıran temel farklılık sistemlerin üzerine kurulduğu alandır. Arazi tipi sistemler arazi üzerine monte edilirken, yüzer sistemler ise göletler üzerinde bulunan yüzdürücü ekipmanlar üzerine monte edilmektedirler. Yüzer sistemlerde, çalışma sahasındaki ortam koşulları sebebi ile yüzer sistemi arazi tipi sistemden ayıran özel bir yüzdürücü sistem tasarımına ihtiyaç duyulmaktadır. Yüzer sistemlerin göletler üzerine kurulması arazi tipi sistemlerdeki enerji üretimine ek olarak yatırımcılara; arazileri kullanmaması sebebi ile arazi ve buharlaşmayı engellemesi sebebi ile su tasarrufu sağlamaktadır. Bu sebeplerden dolayı yüzer sistemler, arazi tipi sistemlerden sonra ikinci en yaygın kullanılan fotovoltaik sistem uygulama türüdür. Yüzer sistem teknolojisinin arazi tipi sistemlere göre daha yeni oluşu ve ortam koşullarının daha fazla değişkenlik göstermesi sebebi ile günümüzde kullanılan simülasyon yazılımlarının yüzer fotovoltaik sistemler için özelleşmiş bir versiyonu bulunmamaktadır. Bu sebeple arazi tipi fotovoltaik sistemler için yapılan enerji üretim analizleri, yüzer sistemler için bu kadar isabetli ve kolay şekilde gerçekleştirilememektedir. Bunun için bu tez çalışması kapsamında, çeşitli yaklaşımlar ile konu ele alınmaktadır. Yukarıda bahsedilen temel avantajlar sebebi ile geleneksel arazi tipi sistemlere ek olarak yüzer fotovoltaik sistemlerin de arazi tipi sistemler temel alanarak incelenmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Bu sebeple bu tez çalışması kapsamında yüzer fotovoltaik sistemler, arazi tipi sistemler temel alınarak teknik ve ekonomik açıdan incelenmektedir. Bu çalışmalar kapsamında, Konya ili Selçuklu ilçesinde bulunan 120 kW'lık kurulu kapasiteye sahip arazi tipi fotovoltaik sistemden alınan ölçüm verileri ile simülasyon yazılımından, aynı kurulu güce ve aynı sistem bileşenlerine sahip sistem için elde edilen veriler karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmadan elde edilen veriler doğrultusunda Konya ve civar bölgeler için PVsyst simülasyon yazılımı için doğrulama katsayısı belirlenmiştir. Bu doğrulama katsayısı, birbirine lokasyon olarak yakın ve ortam koşulları (ışınım, ortam sıcaklığı, vb. gibi) olarak benzer İçel ili Mut ilçesindeki 10 kW'lık kurulu kapasiteye sahip fotovoltaik sistem için PVsyst simülasyon yazılımından elde edilen arazi tipi fotovoltaik sistem verilerini, arazi tipi sistemden alınan ölçüm verisine çevirmek için kullanılmıştır. Doğrulanarak ölçüm verisine çevrilen 10 kW'lık kurulu güce sahip arazi tipi fotovoltaik sisteme ait bu simülasyon verileri, aynı lokasyon ve dolayısı ile aynı ortam koşullarındaki (ışınım, ortam sıcaklığı, vb. gibi) 10 kW'lık kurulu güce sahip yüzer fotovoltaik sistemden alınan veriler ile karşılaştırılmaktadır. Elde edilen bu sonuçlar, yüzer ve arazi tipi fotovoltaik sistemleri teknik açıdan incelemek için kullanılmaktadır. İçel ili Mut ilçesinde gerçekleştirilen teknik inceleme sonuçlarına göre yüzer fotovoltaik sistem enerji üretiminin, arazi tipi sistemlere göre %0,8 daha fazla olduğu görülmektedir. Bu veriden yola çıkarak bu tez çalışması kapsamında kullanılan yüzer sistem tasarımına sahip bir yüzer fotovoltaik sistemden üretilen enerjinin, arazi tipi sistem ile benzer olduğu kabul edilebilmektedir. Teknik incelemeye ek olarak 1 MW ölçeğindeki bir fotovoltaik sistem için benzer ortam koşullarına sahip yüzer ve arazi tipi fotovoltaik sistemlerin ekonomik incelemesini bu tez çalışması kapsamında gerçekleştirilmiştir. Arazi tipi sistemlerde, lokasyon değişiminden kaynaklanan maliyet farklılıkları çok az olmasına rağmen arazi maliyeti, sistemin kurulacağı lokasyona bağlı olarak büyük farklılıklar gösterebilmektedir. Bu çalışma kapsamında arazi maliyeti, Türkiye'de fotovoltaik sistem kurulumuna uygun, en düşük arazi maliyeti olan 4,3 $/m2 baz alınarak gerçekleştirilmiştir. Maliyet analizi incelenirken arazi maliyetinin, sistemin kurulması planlanan lokasyon merkezileştikçe yükseleceği göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Bu sebepten daha merkezi yerlere gidildikçe artan arazi maliyetleri sebebi ile yüzer fotovoltaik sistem maliyetleri, arazi tipi sistemlere göre daha uygun hale gelmektedir. Ekonomik incelemeden elde edilen veriler ışığında, İstanbul ili Büyükçekmece ilçesi için 1 MW'lık kurulu güce sahip yüzer ve arazi tipi fotovoltaik sistem için ekonomik karşılaştırması çıkırılmıştır. Bu incelemede aynı lokasyon için yüzer fotovoltaik sistem maliyetinin, arazi tipi sisteme göre %13,7 daha fazla, yatırım geri dönüş süresinin ise yaklaşık 1 yıl daha uzun olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Literatürde, yüzer ve arazi tipi fotovoltaik sistemleri teknik ve finansal açıdan inceleyen birkaç çalışma bulunsa da, bu iki tip sistemi sayısal olarak karşılaştırabilen çalışma sayısı oldukça sınırlıdır. Tez çalışmasında yapılan incelemeler ile birlikte, dünya üzerindeki en önemli kaynak olan enerjinin verimli ve çevreci kullanılmasının sağlanması amaçlanmaktadır. Enerji ile ilgili yapılan araştırmalar, yine sınırlı kaynak olması açısından oldukça önemli olan su ve arazi ihtiyacı konuları ile de ilişkilendirilmektedir.