Türkiye`de güneş pilleri ile elektrik enerjisi üretimi üzerine bir fizibilite çalışması

Abstract

87 ÖZET Bu tez çalışmasında Türkiye'de fotovoltaik enerjiden faydalanma şansı araştırılmıştır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü güneş ışınım şiddeti de ğerlerine göre aylık ve yıllık toplam güneş ışınımı haritaları çi zilmiş ayrıca bu değerler normal dağılımla irdelenmiştir. Sonuçta Türkiye'nin güneş ışınımı yönünden üç karakteristik bölgeye ayrıl dığı tespit edilmiştir. Buna göre Güneydoğu Anadolu Bölgesi, Doğu Anadolu Bölgesinin doğu ve güney bölümleri ile Akdeniz Bölgesinde Anamur dolayları yüksek ışınım alan bölgeler, Karadeniz kıyı şeri di, Marmara Bölgesinin doğusu ile İç Anadolu Bölgesinin kuzeybatı bölümü az ışınım alan bölgelerdir. Bir fotovoltaik sistemin boyutlandırılması için sistem. tarafından karşılanması, gereken, ener j i ihtiyacının bilinmesi gerekmektedir. Bu amaçla dört kişilik bir ailenin yaşadığı varsayılan bir evin e- lektrik enerjisi ihtiyacının belirlenmesi için bir tüketim senar yosu hazırlanmış ve bu senaryo orta ışınım alan bölgeden örnek o- larak seçilen Bornova, yüksek ışınınL.alan bölgeden örnek olarak seçilen Siirt ve az ışınım alan bölgeden örnek olarak seçilen Ri ze için uygulanarak, gün uzunluğuna, ortam sıcaklığına ve bulutlu luk oranına bağlı olarak, bölgelere göre elektrik enerjisi ihti yaçları bulunmuştur. Bulunan bu elektrik enerjisi ihtiyaçlarını karşılayacak fotovoltaik sistemlerin boyutlandırılması baz sistem yöntemiyle yapılmıştır. Bunun için modül eğim açısı bulunulan ye rin enlem derecesine eşit alınarak bir adet M 65 tipi güneş modü lünün aylık ortalama günlük enerji üretimi, ortam alçaklığına ve ışınım şiddetine, bağlı olarak bulunmuştur. Aylık ortalama günlük brüt enerji ihtiyaçlarından bulunan yıllık ortalama günlük enerji ihtiyaçlarının bir modülün ürettiği yıllık ortalama günlük enerji ye bölünmesi sonucu kritik sistem, için Bornova'da 30 adet, Rize'de h2 adet, Siirt'te ise 28 adet M 65 tipi modüle ihtiyaç olduğu gö rülür. Sistemlerde gereksinilen akü kapasitelerinin bulunması için yukarıda bölgelere göre sayıları verilen modüllerin 2k aylık per- yottaki kümülatif enerji üretim değerleri hesaplanmış ve kümülatif88 enerji üretim grafiği çizilmiştir. Buradan tespit edilen depo ka pasitesine Bornova ve Siirt için 5 er günlükl'Rize içinse 10 günlük emniyet payx eklenerek gerekli toplam akü kapasiteleri Bornova i- çin 175 kl/h, Siirt için 195 kWh, Rize için 196 kV/h olarak bulun muştur. Akü maliyetlerinin yüksek oluşu sistem maliyetini yüksel ten önemli bir unsurdur. Bu nedenle güneşsiz günlerde enerji ihti yacına, karşılamak için konulan depo emniyet payı ve gece yükünün karşılanması için gerekli olan aidi kapasitesi haricinde gerekli akü kapasitesini sıfıra indirecek rezervli bir sistem tasarımı ya pılmıştır. Bu rezervli sistemlerde rezerv faktörleri Bornova için 1,50, Siirt için 1,*H, Rize için 1,33 tür.,Bu sistemlerde gerekli modül sayıları Bornova için hht Siirt için *f0, Rize için 56 dır. Gerekli akü kapasiteleri ise Bornova için 28,8 kUh, Siirt için. 29,9 kV/h, Rize için ^9,9 kWh dır. Senaryoyla belirlenen elektrik enerjisi ihtiyaçlarını karşılamak için kurulması gereken fotovol- taik sistemlerin ilk yatırım maliyetleri ise Bornova için 35,2x10 TL, Siirt için 33,95x10° TL, Rize için 51,15x10° TL dir. Fotovoltaik-enterkonnekte enerji kıyaslaması yapılırken en yakın orta gerilim hattından 10 km uzaklıkta bulunan bir bölgedeki se naryoda belirlenen elektrik enerjisi ihtiyacının enterkonnekte sistemden veya fotovoltaik sistemden karşılanması alternatifleri gözönüne alınmıştır. 20 yıllık kıyaslama süresi düşünülmüş ve pa ra hareketleri (enflasyon oranı, faiz oranı, sistemin ve enerjinin gerçek fiyat artışları) eşit alınarak net şimdiki değer yöntemi uy uygulanmıştır. Enterkonnekte sistemin 20 yıllık toplam maliyetinin şimdiki değeri hesaplanırken ilk yatırım maliyetine 20 yıllık süre içinde her yıl oluşan işletme maliyetleri (enerji maliyeti ve bakım ve onarım maliyeti) ilave edilmiştir. Buna göre senaryoda belirle nen enerjiyi bölgelere getirmek için gerekli 30 yıllık toplam mali yetin net şimdiki değerleri Bornova için 98.193.700 TL, Siirt için 98.289.ifO3 TL, Rize için 98.203.686 TL olarak hesaplanır. Aynı e>- nerjinin fotovoltaik sistemle karşılamak için net şimdiki değer he saplanırken 20 yıllık süre içinde 3 defa akü yenilenmesi gerektiği gözönüne alınarak fotovoltaik sistemlerin 20 yıllık toplam maliyet lerinin net şimdiki değerleri Bornova için ?8,^xl0 TL, Siirt için89 78,8xlCr TL, Rize için 126x10 TL olarak `bulunur*. Buradan senar yoyla belirlenen enerji ihtiyacının 20 yıllık sürede karşılanma sında Bornova ve Siirt için fotovoltaik sistemin Rize içinse en- terkonnekte sistemin daha ekonomik olduğu görülür. Enerji tüke timinin hangi değeri için fotovoltaik ve enterkonnekte maliyet lerinin birbirine eşit olduğunu bulmak için fotovoltaik sistemle üretilen enerji miktarının sistem maliyetiyle orantılı olduğu varsayılarak fotovoltaik enerji üretim maliyeti bulunmuştur. Bu na göre 20 yıllık sürede 1 kV/h lik fotovoltaik enerji üretmek i- çin Bornova'da 31^0 TL, Siirt'te 2957 TL, Rize'de ise 5012 TL lik bir yatırım gerekeceği bulunmuştur, 20 yıllık süre içinde enter konnekte sistemin hat çekme ve bakıra ve /onarım maliyetlerinin top lamı 96,770.638 TL dir. Kullanılacak her kV/h elektrik enerjisi i- çin ödenecek 57 TL de gözönüne alınarak 20 yıllık sürede Bornova da 31.388 kV/h, Siirt'te 33.369 kWh, Rize'de 19.530 kV/h lik elek trik enerjisi tüketimi için fotovoltaik enterkonnekte maliyetle rinin birbirine eşit olacağı bulunmuştur* Buradan Bornova'da gün de 4-, 30 kV/h den, Siirt'te günde 4,57 kWh den, Rize'de ise günde 2,68 kV/h den daha az enerji ihtiyacı için fotovoltaik sistemin enterkonnekte sistemden daha ekonomik olduğu görülür.

90 SUMMARY In this thesis work the chance for the use of photovoltaic energy in Turkey is investigated. The monthly and yearly average maps of total solar radiation are drawn using the solar radiation data of The State Meteorological Organization General Directory. These data are also..examined in normal distribution* It is seen that there are three characteris tic Insolation regions in Turkey. Southeast Anatolian Region, east and south parts of East Anatolian Region, Anamur district in Mediterranean Region are high solar energy receiving regions, Black Sea coasts, east part of Marmara Region, northwest part of Interior Anatolian Region are low solar energy receiving regions, for sizing a photovoltaic system the energy demand met by the system must be known. An electrical energy consumption scenario is prepared to determine the monthly average daily energy demand of a house in which four persons live. The electrical energy demands are found depending oxa-the ambient temparatures, day- lengths and clearness indexes by applying this scenario to three locations namely Bornova chosen from medium solar energy receiving, Siirt chosen from the high solar energy receiving region, Rize chosen from the low solar energy receiving region* The sizing of photovoltaic systems to met energy demands are made by using the base system design method. The monthly average energy productions of one M 65 type ARCU SULAR module is - calculated depending on the ambient temparature and radiation intensity, dividing the yearly average gross energy demands by the yearly average energy production of one module calculated from the monthly average energy production of one module it is found that 30 modules for Bornova, 28 modules for Siirt, hZ modules for Kize are needed in the critical systems, to determine the the storage capacities the cumulative energy productions of the modules are calculated for 2k month period and the cumulative energy production diagrams are drawn. By adding the storage safety portion of 5 days for Bornova and91 Siirt and 10 days for Hize to the storage capacities found from the cumulative production diagrams and by taking the depth of discharge as 0,90 the necessary total storage capacities are found to. ba.a75 kWh for Bornova, 193 ktfh for Sürt, 196 kWh for Rize. High cost of accumulator increase the cost of photovoltaic systems. For this reason by reducing the necessary accumulator capacity, except the storage safety portion and the needed capacity for night load, to zero level the design of the systems with/reserve is. mads.; For these systems the reserve factors are 1,50 for Bornova, 1,4i for Siirt, 1,33 for Hize. The number of the modules needed for these systems are 44 for Bornova, 40 for Siirt, 36 for Rize* The needed accumulator capacities are 28,8 kWh for Bornova, 29,9 kWh for sürt, 49,9 kWh for Rize. The initial investment costs of the systems which meet the energy demands determined by the scenario are 33,2x10 TL for Bornova, 33,93x10 TL, 31*15x10 TL for Rize. In. the comparison of grid extension- photovoltaic energy, grid extension and photovoltaic alternatives are. considered to supply the energy demands of »the: houses vhichcarerfar away ~ from the nearest grid extensions. 20 year comparison period are considered and assuming the inflation rate,:. interest rate, the increase in the costs of the systems and the energy are equal, net present value method is applied. In the calculation of the present value of the 20 year total cost for grid extension, energy cost and and maintenance cost for every year in 20 year period are added to the initial investment cost. According to this to supply the energy demands, the net present values öf the:.20yyear total costs are 98.193.700 TL for Bornova, 98.289. 403 TL for Siirt, 98.203.686 TL for Rise* In the calculation otftthe &s»t present values of the 20 year total costs for photovoltaic systems three accumulator replacement costs are added to the initial investment cost. Thus the net present values* öf the 20 year total costs are 78, 4x10 TL for Bornova, 78,8x10 TL for Sürt and 126x10 TL for Hize. From these values it is seen. that : the photovoltaic: systems, are -more economical for. Bornova; and Sürt, grid extension is more92 economical for Bize. To find for which value of energy consumption photovoltaic and grid extension costs are equal, photovoltaic energy production costs are ^calculated by assuming. that c the. energy production amount is proportional to thessystem costs. For production of 1 kWh photovoltaic energy in 20 year period the needed initial investment costs are found to be 31^*0 TL for Borno-* va, 2957 TL for Siirt and 5012 TL for Kize. In the 20 year period the total. of the maintenance costs is 2^x10 TL. By considering the cost for the establishment of grid extension line (72.770*638 TL) and the cost of unit energy 157 TL/kWh) too, in. 20.year,, period for energy consumptions of 31*388 kWh in. Bornova,, 33.369. kUh in biirt, 19*530 kWh in Kize the costs of grid extension and photo voltaic systems are equal. From these values it is seen that for the. daily energy consumptions less than 4,30_kWh in Bornova, ^,57 kVh in Siirt and 2,68 kWh in Rize the photovoltaic systems are more economical.