Afganistan`da konut uygulamaları için fotovoltaik/PEMFC hibrit enerji sistem tasarımı ve optimizasyonu

Abstract

Hibrit enerji sistemleri özellikle küçük ölçekli yenilenebilir enerji sistemlerinde iki veya daha fazla enerji kaynağının birlikte kullanımını öngören sistemlerdir. Hibrit sistemlerde; güneş enerjisi gibi kesikli bir doğaya sahip tek bir tür enerji kaynağının kullanımı yerine, yük talebini daha etkin ve ekonomik bir şekilde karşılamak için birden fazla enerji kaynağı birlikte kullanılır. Bu çalışmada incelenen hibrit sistemin temel girdisi olan güneş ışınım verileri Afganistan'ın başkenti Kabil'de ölçülen saatlik bazda toplam bir yıllık ışınım verisi olup, tasarım ve optimizasyon Kabil için yapılmaktadır.Bu tez çalışmasında, Afganistan'da konut uygulamaları için güneş ve hidrojen enerjilerini birleştiren fotovoltaik ve proton değişimli membran yakıt hücre (PV/PEMFC) yığını içeren bir hibrit enerji sistem tasarımı ve optismizasyonu gerçekleştirilmektedir. Sistemin temel amacı PV/PEMFC hibrit sistemini ile söz konusu elektrik ihtiyacını karşılamaktır. Bu çalışmada, iki farklı yük profili kullanarak, her bir yük profili için farklı, PV, PEMFC ve hidrojen depo kapasitesi kombinasyounda hibrit sistemin performansı belirlenmektedir. Sistemin performansı, sistem bileşenlerinin MATLAB ortamında matematiksel modellerinden oluşan simülasyon programı ile bir yıllık saatlik simülasyon ile yük kaybı olasılığı (Loss of Load Probability, LLP) parametresi ile hesaplanmaktadır.Hibrit sistemin çalışma prensibi şöyledir: ilk olasılık olarak; PV'den elde edilen enerji yükten fazla ise, enerji fazlası suyun elektrolizi yoluyla hidrojen üretmek için kullanılmaktadır. Üretilen hidrojen bir tankta metal hidrit şeklinde depolanmaktadır. İkinci olasılık olarak, PV'den üretilen enerjinin yükü karşılayamaması durumunda ise, yük için eksik kalan enerjinin depolu bulunan hidrojenin PEMFC'de kullanılarak üretilen elektriğin yükü karşılaması mümkün olmaktadır. PV'den üretilen enerjinin yükü karşılayamaması ve depo edilmiş hidrojenin bulunmaması veya depolu bulunan hidrojenin de yükü karşılayamayacak kadar az olması durumunda ise yük kaybı olarak adlandırılan durum oluşmaktadır.

Hybrid energy systems are systems that require the use of two or more energy sources together, especially in small-scaled renewable energy systems. In hybrid systems; Instead of using a single type of energy source with discrete nature such as solar energy, more than one energy source is used together to meet the load demand more effectively and economically. The solar radiation data, which is the main input of the hybrid system examined in this study, is a total annual radiation data measured on an hourly basis in Kabul, the capital of Afghanistan, design, and optimization is performed for the mentioned city.In this thesis, a hybrid energy system design and optimization of photovoltaic and proton exchange membrane fuel cell (PV/PEMFC) combining solar and hydrogen energies for housing applications in Afghanistan, is put into practice. The main purpose of the system is to meet the electricity requirement with PV/PEMFC hybrid system. In this study, by using two different load profiles, the performance of a hybrid system in different PV, PEMFC, and hydrogen storage capacity combinations for each load profile is determined. The performance of the system is calculated by the simulation program consisting of mathematical models of the system components in a MATLAB environment with the loss of load probability (LLP) parameter.The operating principle of the hybrid system is as follows: the first possibility; If the energy obtained from PV exceeds the load, the surplus energy is used to produce hydrogen by electrolysis of water. The hydrogen produced is stored in a tank in the form of the metal hydride. As a second possibility, if the energy produced from PV cannot meet the load, it is possible that the energy produced by using the stored hydrogen in the PEMFC can cover the charge. If the energy produced from PV cannot meet the load, and there is no stored hydrogen or the amount of hydrogen in the tank is too low to meet the load, so-called load loss occurs.