Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan fotovoltaik panelin modellenmesi ve performans değerlendirmesi

Abstract

Gün geçtikçe nüfus artışına paralel olarak artan enerji talebi, fosil yakıtların tükenmeye başlaması ile yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimi artırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları çevre dostu, temiz ve maliyeti düşük kaynaklardır. Ülkemizin sahip olduğu yenilenebilir enerji kaynakları potansiyeli oldukça yüksektir. Özellikle güneş enerjisi ülkemizde hem ısıtma hem de elektrik enerjisi üretimi bakımından gün geçtikçe değer kazanmaktadır. Güneş enerjisinin çevreci ve temiz olması, yatırım maliyetlerini kısa sürede karşılaması gibi özellikleri bu enerji kaynağına olan talebi artırmıştır. Güneş enerjisi kullanımının giderek artması, fotovoltaik teknolojisindeki gelişmeleri de beraberinde getirmektedir. Bu gelişmelerle ilk kurulum maliyeti yüksek olan fotovoltaik sistemlerin hedeflenen güce en yakın şekilde daha verimli kullanılması amaçlanmaktadır. Fotovoltaik sistemin verimliliği güneş ışınım şiddeti, sıcaklık ve güneş ışınlarının geliş açısı gibi birçok parametreye bağlıdır. Bu tez çalışmasında Tokat ilinde kurulması düşünülen fotovoltaik sistem verimliliği üzerine bir durum değerlendirmesi yapılmıştır. Çalışmada referans olarak kabul edilen Komaes 140 W PV modülü kullanılmıştır. Modül verimliliğinin belirlenmesi için tek diyot PV modellemesi tercih edilmiştir. Modelleme için gerekli parametreler RETScreen yazılımı kullanılarak sağlanmıştır. Matlab programı ile modelleme analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler aylık çalışmalar yapılarak değerlendirilmiştir. Referans seçilen PV modül verimliliği ile elde edilen hesaplamalar arasındaki farklılıklar üç ayrı uzaklık yöntemiyle incelenmiştir. Rüzgar enerjisiyle ilgili yapılan çalışmalarda rüzgar hızına ait dağılım fonksiyonlarının belirlenmiş olmasına rağmen güneş enerjisiyle ilgili böyle bir çalışmaya literatürde rastlanılmamıştır. Bu nedenle yapılan çalışmada ayrıca güneş enerjisi ve fotovoltaik sistem parametrelerinin dağılım fonksiyonlarıda ayrı ayrı incelenmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçların karşılaştırılmasında istatistiksel performans göstergeleri olarak ortalama, basıklık, çarpıklık ve varyans değerleri kullanılmıştır.

The increasing demand for energy in parallel with population growth has led to a shift in the direction of renewable energy sources as fossil fuels start to run out. Renewable energy sources are environmentally friendly, clean and low-cost sources. The renewable energy sources that our country has are potentially quite high. Especially in the solar energy country, the day is increasingly appreciated both in terms of heating and electricity energy production. Solar energy is environment-friendly and clean, investment costs to meet in a short time features such as increased demand for this energy source. Increasing use of solar energy also brings improvements in photovoltaic technology. These developments are aimed to make photovoltaic systems, which have a high initial installation cost, more efficient to use in the nearest targeted manner. The efficiency of the photovoltaic system depends on many parameters such as solar radiation intensity, temperature and sunlight angle. In this thesis study, a situation evaluation on photovoltaic system efficiency, which is considered to be established in Tokat province, has been made. The Komaes 140 W PV module, which is considered as a reference in the study, is used. Single diode PV modeling is preferred for determining module efficiency. The parameters required for modeling are provided using RETScreen software. Modeling analysis was performed with Matlab program. Analyzes were evaluated monthly. The differences between the calculations obtained with the reference selected PV module efficiency were examined with three different distance methods. Despite the fact that the distribution functions of the wind speed have been determined in the studies related to wind energy, such a study about solar energy has not been found in the literature. In this study, the distribution functions of solar energy and photovoltaic system parameters are examined separately. The mean, kurtosis, skewness and variance values were used as statistical performance indicators in the comparison of the results obtained in the study.