fotovoltaik-rüzgar hibrid güç sistemi uygulaması

14
1 Fotovoltaik-Rüzgâr Hibrid Güç Sistemi Uygulamas ı Mehmet Azmi Aktacir, Bülent Yeşilata ve Yusuf I şıker  Harran Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Osmanbey Kampüsü, Şanlıurfa [email protected] , [email protected] , [email protected] Özet Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklar ının kullanımı art ırmak için yapılan en önemli uygulamalardan biri de enerji kaynaklar ının birlikte kullanıld ı  ğ ı hibrid  sistemlerdir. Hibrid uygulamalarda en fazla tercih edilen enerji kaynaklar ı rüzgâr ve  güne  ş enerjisidir. Her ikisi de yenilenebilir bir enerji kayna  ğ ı olmasına kar  şın, etkin çal ı  şma saatleri genellikle farkl ı olan rüzgâr ve güne  ş enerjilerinin birlikte kullanılması  fikri h ı  zla yay ılmaktad ır. Bu dü  şünceden hareketle; Harran Üniversitesi Osmanbey Yerle  şkesi’nde saha ayd ınlatması amacı  yla prototip bir rüzgar-güne  ş hibrid sistemi kurulmu  ştur. Bu çal ı  şmada, söz konusu hibrid sistem bile  şenleri tanıt ılmakta ve sistem tasar ımı ile performansını etkileyen parametreler tart ı  şılmaktad ır. Hibrid sistemin, özellikle ayd ınlatma gibi sabit güç tüketen uygulamalar için, gerekli elektrik enerjisini kesintisiz ve güvenilir bir  şekilde sa  ğ layabildi  ğ i gözlemlenmi  ştir. Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Rüzgar Jeneratörü, Fotovoltaik Panel, Hibrid sistem. A Photovoltaic-Wind Hybrid System Application Abstract  Hybrid systems are one of the most important application examples to increase utilization of renewable energy sources. Wind and solar energy combination as hybrid system application is widely preferred since their effective operation times are complementarily different. A prototype wind-solar hybrid system is consequently installed at the Osmanbey Campus of Harran University for field lighting. Components and design  parameters effective on performance of this prototype hybrid system are described here. The observation made show that the wind-solar hybrid system is able to supply continuous and reliable electricity for the applications consuming nearly constant electrical power per time, such as lighting application. Keywords: Renewable Energy, Wind Generator, Photovoltaic Panel, Hibrid Power system

Upload: kaan-tekta

Post on 06-Apr-2018

242 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 1/14

1

Fotovoltaik-Rüzgâr Hibrid Güç Sistemi Uygulaması 

Mehmet Azmi Aktacir, Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker 

Harran Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Osmanbey Kampüsü, Şanlıurfa

[email protected] , [email protected] , [email protected] 

Özet

Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklar ının kullanımı art ırmak için yapılan en

önemli uygulamalardan biri de enerji kaynaklar ının birlikte kullanıld ı ğ ı hibrid 

  sistemlerdir. Hibrid uygulamalarda en fazla tercih edilen enerji kaynaklar ı rüzgâr ve

 güne ş enerjisidir. Her ikisi de yenilenebilir bir enerji kayna ğ ı olmasına kar  şın, etkin

çal ı şma saatleri genellikle farkl ı olan rüzgâr ve güne ş enerjilerinin birlikte kullanılması 

  fikri hı  zla yayılmaktad ır. Bu dü şünceden hareketle; Harran Üniversitesi Osmanbey

Yerle şkesi’nde saha ayd ınlatması amacı  yla prototip bir rüzgar-güne ş hibrid sistemi

kurulmu ştur. Bu çal ı şmada, söz konusu hibrid sistem bile şenleri tanıt ılmakta ve sistem

tasar ımı ile performansını etkileyen parametreler tart ı şılmaktad ır. Hibrid sistemin,

özellikle ayd ınlatma gibi sabit güç tüketen uygulamalar için, gerekli elektrik enerjisini

kesintisiz ve güvenilir bir  şekilde sa ğ layabildi ğ i gözlemlenmi ştir.

Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerji, Rüzgar Jeneratörü, Fotovoltaik Panel, Hibridsistem.

A Photovoltaic-Wind Hybrid System Application

Abstract

  Hybrid systems are one of the most important application examples to

increase utilization of renewable energy sources. Wind and solar energy combination ashybrid system application is widely preferred since their effective operation times are

complementarily different. A prototype wind-solar hybrid system is consequently installed 

at the Osmanbey Campus of Harran University for field lighting. Components and design

 parameters effective on performance of this prototype hybrid system are described here.

The observation made show that the wind-solar hybrid system is able to supply continuous

and reliable electricity for the applications consuming nearly constant electrical power per 

time, such as lighting application.

Keywords: Renewable Energy, Wind Generator, Photovoltaic Panel, Hibrid Power system

Page 2: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 2/14

2

1. GİR İŞ 

Günümüzün vazgeçilmez tüketim araçlar ından olan enerjinin; temiz, verimli ve

ekonomik kullanımı, ülkelerin gelişmişlik düzeylerini gösteren en önemli göstergedir.

Bugüne kadar dünyanın enerji ihtiyacı çoğunlukla (yaklaşık %90) fosil yak ıtlardan

kar şılanmasından dolayı, bu yak ıta ülkelerin büyük bir bağımlılığı söz konusudur. Yak ın

 bir gelecekte tükenme olasılığı, çevreye kirliliği oluşturması ve giderek fiyatlar ının artması 

gibi çeşitli faktörler fosil yak ıtlar için önemli dezavantajlardır. Bu olumsuzluklar ı ortadan

kaldırmak ve enerji kaynaklar ını çeşitlendirerek fosil yak ıtlara olan bağımlılığı azaltmak 

için en büyük tüketici konumunda olan gelişmiş ülkelerde dışa bağımsız ve çevre dostu

yenilenebilir enerji kaynaklar ına hızlı bir yöneliş vardır. Genel olarak yenilenebilir enerji

kaynaklar ı; güneş (PV ve termal) ve rüzgâr enerjileri başta olmak üzere biokütle (odun,

katı atıklar, etanol vb.), jeotermal, hidrolik, gel git gibi fosil olmayan enerji kaynaklar ını 

kapsamaktadır.

AB’ye tam üyelik sürecinde Türkiye, ekonomik ve sosyal hayatın bütün alanlar ında

olduğu gibi, enerji konusunda da Avrupa Birliği’ne uyum sağlamayı amaçlamaktadır. Bu

nedenle enerji yol haritalar ının oluşturulduğu dünyadaki yapısal değişimin, ülkemizi

coğrafi/stratejik konumu gereği çok yak ından etkileyeceği ve Türkiye için çizilen, Avrupa

Birliği müzakere süreci ile birlikte giderek netleşen; küreselleşme politikalar ına tam uyum

ve bunun devlet politikası haline gelmesi yönünde olacağına şüphe yoktur [1].

Amerika’dan sonra en büyük tüketici konumundaki AB’nin enerji politikasındaki

hedefleri arasında yenilenebilir enerji kaynaklar ının payının artır ılması vardır. AB

uygulamalar ında, 2010 yılında toplam enerjinin %12’sinin yenilenebilir enerji

kaynaklar ından kar şılanması, toplam elektrik tüketiminin ise %22’sinin yenilenebilir enerji

kaynaklar ına dayandır ılması hedeflenmektedir [1]. TUBİTAK taraf ından yürütülen

Vizyon–2023 projesinde belirlenen sosyoekonomik hedefler bağlamında odaklanılması 

gereken teknolojik hedefler arasında, rüzgâr, güneş ve jeotermal gibi yenilenebilir enerjikaynaklar ına yönelik teknolojileri geliştirmek ve enerji üretiminde bu kaynaklara,

ekonomiklikleri oranında yer verilmesi gerektiği ifade edilmektedir [2].

Ülkemizin elektrik enerjisi üretimini 2005 yılında 162 TWh olup 2006 yılında %8.7

artışla 176 TWh’e yükselmiştir [3]. Tablo 1’de kullanılan elektrik enerjisi üretimi enerji

kaynaklar ına göre 2001–2005 yıllar ındaki dağılımlar ı verilmiştir. 2005 yılı verilerine göre

elektrik üretiminin %75’i fosil kaynaklı yak ıtlardan, %24’ü hidrolik güçten geri kalan

%1’lik k ısım rüzgar başta olmak üzere jeotermal ve biokütleden elde edilmiştir [4].

Page 3: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 3/14

3

Tablo 1. Enerji kaynaklar ına göre elektrik enerjisi üretimi (106 kWh) [TÜİK]

EnerjiKaynağı 

2001 2002 2003 2004 2005

Taşkömürü 4 046.0 4 093.0 8 663.1 11 998.1 13 246.2Linyit 34 371.5 28 056.1 23 589.8 22 449.5 29 946.4

Fuel oil 8 816.6 9 504.9 8 152.7 6 689.9 5 120.8Motorin 904.0 270.8 4.6 7.3 2.5

Doğal gaz 49 549.2 52 496.5 63 535.8 62 241.8 73 444.9Hidrolik  24 009.9 33 683.7 35 329.5 46 083.7 39 560.5

Rüzgar 62.4 48.0 61.4 57.7 59.0Diğer* 965.1 1 246.3 1 243.6 1 170.3 575.9

Toplam Üretim 122 724.7 129 399.5 140 580.5 150 698.3 161 956.2

*Jeotermal, sıvı kükürt, ağaç kabuğu vb.

Önemli miktarda yenilenebilir enerji kaynaklar ına sahip olan Türkiye'nin

yenilenebilir enerji üretiminde en büyük payı, hidroelektrik ve biokütle almaktadır. Rüzgâr 

ve güneş enerjisinin paylar ı henüz çok küçük seviyede olmasına kar şın, zamanla bu

 paylar ın artması beklenmektedir. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2006 yılı verilerine

göre, ülkemizde yenilenebilir enerji kaynaklar ından elde edilen toplam enerji miktar ının

5.38 milyon ton eşdeğer petrol (TEP) olduğu belirtilmektedir. Bu miktar ın, 3.89 milyon

TEP'i hidroelektrik-jeotermal kaynaklar ından, 2 bin TEP'i bioyak ıttan, 11 bin TEP'i

rüzgardan, 1.81 milyon TEP'i ısıl olarak jeotermal kaynaklardan, 403 bin TEP'i de ısıl

olarak güneşten olmuştur [5].Ülkemiz rüzgâr ve güneş enerjisi potansiyeli yönünden oldukça iyi bir durumda

olmasına rağmen, bu potansiyel yeterince değerlendirilmemektedir. Ancak, 2005 yılında

“Yenilenebilir Enerji Kaynaklar ının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin

Kanun”un [6] yasalaştır ılması ile özel sektör yatır ımlar ı enerji alanına doğru

yönlendirilmiştir. Bu kapsamda özel sektör taraf ından kurulan rüzgâr santrallerinin sayılar ı 

giderek artmaktadır (Tablo 2) [7]. Tablo 2’den görüleceği gibi, Türkiye’de işletmeye

alınan rüzgar santrallerinin toplam kapasitesi 146.25 MW, inşaa halinde olanlar ın 276.90MW ve gelecekte kurulması planlanan santrallerin kapasitesi 533.20 MW’dir. Dünya

Rüzgar Enerjisi Kurumu’nun (WWEA) 2006 yılı verilerine göre, dünyadaki kurulu rüzgar 

santralleri toplam kapasitesi 73904 MW olup en büyük kapasiteye sahip 5 ülke s ırasıyla

Almanya (20622 MW), İspanya (11615 MW) ABD (11603 MW), Hindistan (6270 MW)

ve Danimarka (3136 MW)’dir. Büyük artış gösteren rüzgar enerji santrallerinin 2010

yılında 160 GW kapasiteye ulaşması beklenmektedir [8].

Ülkemizdeki güneş enerjisi kullanımı ağırlıklı olarak  ısıl uygulamalar için

olmaktadır. Güneş enerjisinden doğrudan elektrik üreten fotovoltaik (PV) uygulamalar ise

Page 4: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 4/14

4

son zamanlarda yaygınlaşmaya başlamıştır. PV uygulamalar; sokak aydınlatması, trafik 

sinyalizasyonu, baz istasyonu, yerleşim yerlerinden uzak alanlardaki elektrik ihtiyacının

kar şılanması gibi ağırlıklı olarak  şebekeden bağımsız küçük sistemler olarak göze

çarpmaktadır. Gerek güneş enerjisinin, gerekse rüzgâr enerjisinin sürekli bir enerji kaynağı 

olmaması, günün tüm anlar ında etkin çalışmaması en büyük dezavantajlar ıdır. Bu

olumsuzluğu gidermek ve kullanımı artırmak için, en önemli uygulamalardan biri; enerji

kaynaklar ının birlikte kullanıldığı hibrid sistemlerdir. Hibrid uygulamalarda, sürekli bir 

enerji kaynağı olmayan rüzgar ve güneş enerjileri birlikte kullanılarak, günün büyük bir 

  bölümünde kesintisiz enerji elde edilmesi hedeflenmektedir. Son yıllarda bu nedenle,

hibrid sistemlerin optimizasyonu, performans analizi ve entegrasyonu konular ında yoğun

araştırmalar söz konusudur [9-12].

Tablo 2. Rüzgâr santralleri [EPDK] 

Mevkii ŞirketÜretime

Geçiş TarihiKurulu

GüçTürbin

İmalatçısı Türbin Adet ve

Kapasitesiİzmir-Çeşme Alize A.Ş. 1998 1.5 MW Enercon 3 adet 500 kWİzmir-Çeşme Güçbirliği A.Ş. 1998 7.2 MW Vestas 12 adet 600 kWÇanakkale-Bozcaada Bores A.Ş. 2000 10.2 MW Enercon 17 adet 600 kWİstanbul-Hadımköy Sunjüt A.Ş. 2003 1.2 MW Enercon 2 adet 600 kWBalıkesir-Bandırma Bares A.Ş. I/2006 30.0 MW GE 20 adet 1.500 kWİstanbul-Silivri Ertürk A.Ş. II/2006 0.85 MW Vestas 1 adet 850 kWİzmir-Çeşme Mare A.Ş. I/2007 39.2 MW Enercon 49 adet 800 kWManisa-Akhisar Deniz A.Ş. I/2007 10.8 MW Vestas 6 adet 1.800 kWÇanakkale-İntepe Anemon A.Ş. I/2007 30.4 MW Enercon 38 adet 800 kW

Çanakkale-Gelibolu Doğal A.Ş. II/2007 14.9 MW Enercon13 adet 800 kW+5 adet 900 kW

İşletmedeki Kapasite Toplamı 146.25 MW

Hatay-Samandağ Deniz A.Ş. II/2007 30.0 MW Vestas 15 adet 2.000 kWManisa-Sayalar Doğal A.Ş. II/2007 30.4 MW Enercon 38 adet 800 kWİstanbul-G.Osmanpaşa Lodos A.Ş. I/2008 24.0 MW Enercon 12 adet 2.000 kWİstanbul-Çatalca Ertürk A.Ş. I/2008 60.0 MW Vestas 20 adet 3.000 kWİzmir-Aliağa İnnores A.Ş. I/2008 42.5 MW Nordex 17 adet 2.500 kWBalıkesir-Şamlı Baki A.Ş. I/2008 90.0 MW Vestas 30 adet 3.000 kW

İnşa Halindeki Kapasite Toplamı 276.90 MW

Muğla-Datça Dares A.Ş. I/2008 28.8 MW Enercon 36 adet 800 kWAydın-Çine Sabaş A.Ş. I/2008 19.5 MW Vensys 13 adet 1.500 kWBilecik Sagap A.Ş. II/2008 66.6 MW Conergy AG 74 adet 900 kWHatay-Samandağ Ezse Ltd. Şti. II/2008 35.1 MW Fuhrländer 900 kWHatay-Samandağ Ezse Ltd. Şti. II/2008 22.5 MW Fuhrländer 2.500 kWOsmaniye-Bahçe Rotor A.Ş. I/2009 135.0MW GE 54 adet 2.500 kWManisa-Soma Soma A.Ş: I/2009 140.8MW Enercon 176 adet 800 kWBalıkesir-Kepsut Poyraz A.Ş. I/2009 54.9 MW Enercon 61 adet 900 kWİzmir-Aliağa Doruk A.Ş. I/2009 30.0 MW Enercon 15 adet 2.000 kW

Türbin Tedarik Sözleşmesi İmzalı Proje Toplamı 533.20 MW 

Bu çalışmada Harran Üniversitesinde uygulama ve araştırma-geliştirme

çalışmalar ının eş-zamanlı yürütülen “Temiz Enerjili Kampus Projesi” kapsamında;

Page 5: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 5/14

5

tamamen bölgesel gereklilik ve uygulanabilirlik göz önüne alınarak seçilen prototip bir 

rüzgar-güneş hibrid güç sistemi tanıtılmaktadır. Bölgesel güneş enerjisi potansiyelinin

yüksekliği nedeniyle, güneş enerjisi teknolojilerinin etkin kullanımının bir adımı olan

hibrid sistem uygulaması, Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) taraf ından desteklenen proje

kapsamı içerisindedir.

2. RÜZGÂR-GÜNEŞ ENERJİSİ 

Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde rüzgâr jeneratörleri

kullanılmaktadır. Rüzgâr jeneratörü kanadı ile aldığı enerjiyi, jeneratörde doğrudan

alternatif ak ım (AC) olarak elektrik enerjisine dönüştürür. AC olarak üretilen enerji doğru

ak ıma (DC) kontrol cihazında düzenlenerek dönüştürülür. Elde edilen enerji bataryada

depo edilir. Bu yolla DC yükü doğrudan kullanılabilindiği gibi invertör ile AC’ye

(220V/50Hz’lik veya 110V/60Hz’lik AC) dönüştürülerek de kullanılabilir. Rüzgar 

 jeneratörü ile elde edilebilecek enerji miktar ı ( E ),

2QV2

1E =

(1)

eşitliği ile hesaplanır. Eşitlikte Q ve V sırasıyla rüzgar ın debisini ve hızını göstermektedir.

Rüzgar debisi ise;  ρ havanın yoğunluğunu ve A ise hız doğrultusuna dik yüzeyi göstermek 

kaydıyla, süreklilik denklemi kullanılarak,

AVQ ρ=   (2) 

eşitliği ile bulunur. Eşitlik (1) yeniden düzenlendiğinde, rüzgar enerjisi ile rüzgar hızının

küpü arasındaki

3AV2

1E ρ=

(3)

 bağıntısına ulaşılır. Bu bağıntıya göre; sistem tasar ımında en önemli parametre rüzgar hızı 

olduğundan, rüzgâr enerjisi üretiminde yer seçimi, iklim ve jeolojik yapı oldukça

önemlidir.

Güneş enerjisinden doğrudan elektrik enerjisi üretmek için fotovoltaik (PV) olarak 

adlandır ılan güneş panelleri kullanılmaktadır. Yar ı iletken levhalardan oluşan

fotovoltaikler, güneş ışığındaki elektromanyetik dalgalar , elektronlar ı yar ı iletken plakanın

 bir katmanından bir diğer katmanına hareket ettirerek elektrik ak ımı oluşturma prensibine

dayanır. Küçük hücre olarak elde edilen fotovoltaik hücreler istenilen güç ve voltaj

aralığında birbirine paralel ya da seri bağlanarak farklı gerilim ve kapasitede fotovoltaik   paneller elde edilir. Fotovoltaik hücre üretiminde, yar ıiletken özellik gösteren silisyum,

Page 6: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 6/14

6

galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddeler farklı kaplama teknikleriyle üretilmektedir.

Değişen iklim koşullar ının etkisiyle güneş panellerinde güç çıktısı farklı miktarlarda

olmaktadır. Bu panel yüzeyine gelen enerji, panel yapısına bağlı olarak %10 ile %30

arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir. Ticari olarak piyasaya sürülen PV

 panellerde nominal çalışma verimi yaklaşık olarak %15 civar ındadır. Bir fotovoltaik panel

taraf ından üretilen elektrik enerjisinin hesabında,

V  A

 IRV  I  I  IV  P   s

 L ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⎟

 ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛  +−== 1exp0 (4)

denklemi kullanılmaktadır [13]. Denklenmedeki  I  L yüzeye ışınım düştüğünde üretilen

ak ımı,  I 0 karanlık devre ak ımı,  R s seri direnci, A termal voltajı,  I  ve V  sırasıyla çalışma

ak ımını ve voltajını göstermektedir. (4) denklemi ile güç hesabının yapılabilmesi için, PV

 panel üretici firma kataloglar ında, standart test şartlar ı (1000 W/m2 ı şınım  şiddeti ve 25 0C 

çevre sıcakl ı ğ ı ) için belirtilmiş bazı verilerden yararlanmak gereklidir. Hesap aşamalar ı 

Fıratoğlu ve Yeşilata (2004) taraf ından detaylı olarak açıklanmıştır.

3. RÜZGAR-GÜNEŞ ENERJİLİ HİBR İD SİSTEM

Harran Üniversitesi Osmanbey yerleşkesinde yenilenebilir enerji kaynaklar ından

faydalanılarak elektrik şebekesinden bağımsız elektrik enerjisi üretimi için, rüzgâr-güneş 

enerjili hibrid güç sistemi kurulmuştur. Osmanbey yerleşkesi, Şanlıurfa’nın doğusunda ve

merkeze 22 km uzaklıkta 27000 dönüm arazi üzerine kurulmuştur. 1.1 kWh

kapasitesindeki bileşik sistem yerden yaklaşık 15 m yükseklikteki Mühendislik Fakültesi

 binası çatısına yerleştirilmiştir (Şekil 1). Yerel elektrik şebeke hattından bağımsız olarak 

çalışan hibrid sistemde üretilen enerji, fakülte binasının çeşitli bölümlerinin

aydınlatılmasında kullanılmaktadır.

Page 7: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 7/14

7

 

Şekil 1. Rüzgâr-güneş hibrid güç sistemi yerleşim planı 

3.1. Sistem Bileşenleri

Bu sistemin ak ış  şeması  şekil 2’de verilmiştir. Şekilden görüleceği gibi, 1 ve 2

noktalar ında, yenilenebilir enerji kaynaklar ından rüzgâr ve güneş enerjisinden

faydalanmak için rüzgâr jeneratörü ve fotovoltaik güneş pilleri kullanılmaktadır.

Kontrol Si stemi

PV Panel InvertörBatarya Grubu

Karanlik Sensörü

Rüzgar Jeneratörü

AC Yük 

2 4

5

1

3

6

7

-+-+

+

-

 Şekil 2. Rüzgâr-güneş hibrid güç sistemi ak ış şeması 

Rüzgâr jeneratöründe alternatif ak ım ve PV panellerde doğru ak ım olarak elde

edilen elektrik enerjisi, 3 noktasındaki hibrid kontrol cihazına aktar ılır. Burada düzenlenen

elektrik enerjisi, DC olarak 4 noktasında bulunan batarya grubunun şarjında kullanılır.Bataryalarda DC olarak depolanan enerji, aydınlatmaya ihtiyaç duyulduğu zamanlarda 5

Rüzgar Türbini

Fotovoltaik Panel

Page 8: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 8/14

8

noktasındaki karanlık sensörünün devreyi tamamlaması ile 6 noktasındaki invertörde

AC’ye dönüştürülerek 7 noktasında sisteme bağlı bulunan AC aydınlatma armatürlerinin

yanması sağlanır.

3.2. Enerji Bileşenlerin Teknik Özellikleri

Mühendislik Fakültesi’nde kurulan hibrid sistemde 800 W gücündeki rüzgar 

 jeneratöründe 48 V’luk AC elektrik enerji üretmektedir. Rüzgar jeneratörü yak ın görünüşü

Şekil 3a’da sunulmuştur. Hassas enjeksiyon kalı  plama tekniği ile yeni ve hafif bir 

kompozit malzemeden imal edilen bu pervanenin çapı 2 m’dir.

Mevcut mini rüzgar jeneratörü yaklaşık 2.7-3.5 m/s rüzgar hızı aralığında harekete

geçebilmektedir. Sistem enerji üretimine 4.5-5.5 m/s’lik rüzgar hızına ulaşıldığında

 başlamaktadır. 20 m/sn rüzgar hızının üzerinde ise sistem emniyeti açısından enerji

üretimini kesmektedir. Rüzgâr jeneratörünün maksimum enerji üretimi, 12-13 m/s rüzgar 

hızında olmaktadır.

AC jeneratöründe, jeneratörün çekme gücünü (drag torque) azaltan bir rotor 

manyetik devresi oluşturan özel stator sayesinde rotor ile jeneratör arasında daha iyi bir 

uyum sağlanmakta ve etkin rüzgâr hızı alanı genişletilmektedir. Böylece yıllık enerji

üretimi arttır ılmaktadır. Jeneratörün kendi karakteristiğine uyumlu şekilde tasarlanan

manyetik fren aleti, yapıyı basitleştirmekte ve çalışma güvenilirliğini artırmaktadır. Sonuç

olarak burada kullanılan rüzgâr jeneratörünün; düşük başlangıç rüzgâr hızı, yüksek sistem

verimliliği, çalışma esnasında düşük titreme ve alçak ses, bak ım ve kurulumunun kolay

olması en önemli özellikleridir. Bu cihazda geleneksel küçük rüzgâr enerjisi dönüşüm

sisteminde sıklıkla kar şılaşılan kablo kar ışıklığı sorunu da ortadan kaldır ılmıştır.

Hibrid sisteme, rüzgâr enerjisinin yetersiz olduğu durumlarda sistemin enerji

üretiminin devamını sağlamak amacıyla fotovoltaik güneş panelleri ilave edilmiştir. Hibrid

sistemde, 4 adet monokristal hücreden oluşan 60W/12V paneller seri bağlanarak 48V DC

elektrik enerjisi üretilmiştir. PV panel grubu güneye doğru ve yer düzlemiyle 50°’lik bir 

açıyla yerleştirilmiştir. Şekil 3b’de hibrid sisteminde kullanılan PV panel dizisi

gösterilmiştir.

Page 9: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 9/14

9

a) Rüzgâr jeneratörü   b) Fotovoltaik panel dizisi 

Şekil 3 Hibrid sistem enerji kaynaklar ı 

3.3. Hibrid Sistem Regülâtörü

PV ve jeneratörden gelen enerjiler mikro işlemci tabanlı hibrid kontrol cihazında

düzenlenir. Şekil 4’te hibrid kontrol cihazı bağlantı şeması sunulmuştur. Cihaz üzerinde 9

soket bulunmaktadır. Rüzgâr jeneratörü için üç, güneş panelleri, batarya grubu ve DC yük 

için ikişer soket bulunmaktadır.

Şekil 4. Hibrid kontrol cihazı bağlantı şeması 

PV ve jeneratörden kontrol cihazına gelen elektrik enerjisi, güneşli ve rüzgarlı 

anlarda her ikisinden veya güneş ve rüzgardan birisinin olduğu anda sadece birinden

gelebilir. Bu tamamen çalışma anındaki güneş ve rüzgâr ın durumuna bağlıdır. Şekil 5’te

hibrid kontrol cihazının kumanda paneli gösterilmiştir.

Page 10: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 10/14

10

 Şekil 5. Hibrid kontrol cihazı kumanda paneli

Şekil 5’den görüldüğü gibi, kumanda panelinin üst taraf ında bulunan 3 adet

gösterge ışığı, PV ve jeneratör devrede olduğunda ve batarya grubu şarj edildiğinde

yanmaktadır. Batarya grubu hibrid kontrol cihazından gönderilen enerji ile şarj

edilmektedir. Dolayısıyla batarya grubunun voltajı sistemden gelen enerji miktar ına göre

değişmektedir. Pano üzerinde ikinci sırada bulunan gösterge lambalar ı, batarya gurubunun

voltaj seviyesini düşük, orta ve yüksek olarak 3 farklı seviyede göstermektedir. Batarya

grubunun minimum ve maksimum voltaj aralıklar ına ulaştığında (44V ve 53V) kontrol

 panelinde bulunan diğer 2 gösterge lambası ile uyar ı vermekte aynı zamanda sesli olarak ta

uyarmaktadır. Jeneratörün kendi karakteristiğine uyumlu şekilde tasarlanan yeni manyetik 

fren tertibatı ile sistemin çalışma güvenliği sağlanmaktadır. Kontrol paneli üzerine fren

  butonu yerleştirilmiştir. Bu buton açık konumundayken jeneratör çalışır vaziyettedir.

Kapalı yani fren konumuna aldığımızda ise jeneratör rotoru dönmemektedir.

3.4. Enerji Depolama Ünitesi (Batarya Bank)

Yenilenebilir enerji kaynaklar ından üretilen enerji DC olarak doğrudan

kullanılabildiği gibi, bataryalarda da depolanarak enerjinin üretilmediği zamanlarda

kesintisiz olarak kullanılabilir. Genellikle 12V olarak üretilen bataryalar ile ihtiyaca ve

uygulamaya göre seri veya paralel bağlanarak farklı gerilim ve kapasitede batarya gruplar ı 

oluşturulabilir. Taşıtlarda kullanılan klasik bataryalar ın en önemli özellikleri k ısa sürede

yüksek ak ı

m ve güç vermeleridir. Sulu sistem olarak bilinen bu tip bataryalar ı

n kapalı

 alanlarda kullanımlar ı çıkardıklar ı asit salgılar ı nedeniyle risklidir. Bu tip bir riski

Page 11: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 11/14

11

taşımayan kapalı sistem kuru ve jel tipi bataryalar, PV uygulamalar ında tercih edilirler. Bu

 bataryalar ın uzun işletme ömürlü olması, daha fazla sayıda şarj-deşarj yapması, depolanan

enerjinin büyük k ısmının kullanılabilir olması ve bak ım gerektirmesi en önemli

özellikleridir. Hibrid sistemde 4 adet 12V/55 Ah’lik jel tipi batarya seri olarak bağlanarak 

kullanılmıştır (Şekil 6).

Şekil 6. Hibrid sistem batarya bankası

 

3.5. Enerji Dönüştürücü (İnvertör)

AC yük beslenen sistemlerde, DC doğrudan kullanılamadığı için AC yük ile

  batarya grubu arasında DC’yi AC dönüştürmek için invertör olarak adlandır ılan

dönüştürücüler kullanılır (Şekil 7).

Hibrid sistemde kullanılan inventörün özellikleri; Giriş gerilimi: 48V DC, Giriş 

toleransı: +/- % 20, Verim: >%85, Çık ış gerilimi: 220V AC, Çık ış toleransı: +/- % 1, PWM

Frekansı: 10 kHz, Çık ış Frekansı: 50 kHz, Çık ış gücü: 50VA–100 kVA ve aşır ı ak ım,

yüksek ısı, yüksek ve düşük gerilime kar şı korumalıdır.

Şekil 7. İnvertör 

3.6. AC Yük (Aydınlatma Projektörleri)

Hibrid sistemde elde edilen elektrik enerjisi, örnek bir uygulama olarak,

Mühendislik Fakültesi binası yanındaki otopark sahasının aydınlatmasında kullanılmıştır.

Hibrid sistem ile aydınlatma armatürleri arasında yaklaşık olarak 50 m’lik bir mesafe

vardır. Bu sistemde kullanılan aydınlatma armatürleri, Light Emitting Diode kelimelerinink ısaltılmış olan ve “Işık Yayan Diyot” anlamına gelen LED’li projektörlerdir. LED’ler 

Page 12: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 12/14

Page 13: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 13/14

13

Bu çalışma; GAP bölgesi açısından büyük önem arz eden ‘Temiz Enerji

Kaynaklar ının Verimli Kullanımına Yönelik Yeni Teknoloji ve Uygulamalar ı’

kapsamında, PV-rüzgar hibrid sisteminin, bölgede etkin olarak kullanılabileceği konusunda

ilk deneysel uygulama çalışması olması açısından önemlidir.

KAYNAKLAR 

1.  K ılıç N., Avrupa Birliği Sürecinde Enerji Sektörünün Konumu ve Enerji Yol Haritalar ı,

ARGE Bülteni, Eylül 2006, İzmir Ticaret Odası, İzmir.

2.  TUBİTAK Vizyon 2023 Teknoloji Öngörü Projesi, Enerji Ve Doğal Kaynaklar Paneli

Raporu, 2003, Ankara.

3.  BP Statistical Review of World Energy, June 2007, http://www.bp.com. 4.  TÜİK, Türkiye İstatistik Kurumu, 2006 Türkiye İstatistik Yıllığı, 2007, Ankara.

5.  ETKB, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2006 Enerji Verileri.

6.  Yenilenebilir Enerji Kaynaklar ının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin

Kanun, Kanun No 5346, Kabul Tarihi: 10.5.2005, Resmi Gazete Sayı:25819, Ankara.

7.  EPDK, Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu, http://www.epdk.org.tr/lisans/elektrik/yek 

/ruzgar projelerinin gelisimi.xls, 2008.

8. 

WWEA, World Wind Energy Association İstatistical, 29 January 2007,www.wwindea.org.

9.  Rajendra P.A. ve Natarajan E., Optimization of integrated photovoltaic–wind power 

generation systems with battery storage, Energy 31 (2006) 1943–1954.

10. Smiley E.W., Jones J.D., ve Stamenic L., Optimizing Photovoltaic Array Size In A

Hybrid Power System, 28th IEEE PV Specialist Conference, Anchorage, 2000.

11. Turcotte D., Ross M., ve Sheriff F., Photovoltaic Hybrid System Sizing and Simulation

Tools: Status And Needs, PV Horizon: Workshop on PV Systems, Montreal,

September 10, 2001.

12. Rosenthal A.L., PV Hybrid System Performance, PV Horizon: Workshop on PV

Systems, Montreal, September 10, 2001.

13. Fıratoğlu, Z.A., Yesilata B. "New approaches on the optimization of directly-coupled

 photovoltaic water-pumping systems” Solar Energy, Vol:77, pp. 81-93 (2004).

Page 14: Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması

http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 14/14

14

TEŞEKKÜR 

Bu çalışma, DPT taraf ından ‘Harran Üniversitesi Yeni Kampüsünün İleri Güneş Enerjisi

Teknolojileri İle Entegrasyonu ve GAP Bölgesinde Uygulanabilir Teknolojilerin

Araştır ılması’ başlıklı proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. Ayr ıca, hibrid sisteme yönelik teknik yardımlar ından dolayı, Harran Üniversitesi Makina Fabrikası’nın ilgili çalışanlar ına

ve İ brahim Ocak’a teşekkür ederiz.

YAZARLARIN KISA ÖZGEÇMİŞLER İ 

Yrd. Doç. Dr. Mehmet Azmi Aktacir

1993 yı

nda Fı

rat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümündenmezun oldu. Aynı yıl içersinde, Harran Üniversitesi Mühendislik Fakültesi MakinaMühendisliği Bölümünde Araştırma Görevlisi olarak göreve başladı. 1995'te HarranÜniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği ABD'nda Yüksek Lisansını,2005 yılında Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Termodinamik ABD'ndaDoktora öğrenimini tamamladı. 2007 yılında Harran Üniversitesi Mühendislik FakültesiMakina Mühendisliği Bölümü Termodinamik ABD'nda, Yrd. Doç. Dr. olarak göreve

 başladı, halen aynı görevde devam etmektedir. Tesisat mühendisliği ve yenilenebilir enerjikaynaklar ı konusunda çalışmalar ını sürdürmektedir. Evli ve bir erkek çocuğu vardır.

Doç. Dr. Bülent Yeşilata

Doktor ünvanını Ocak/1999’da (Lehigh Üniversitesi/ ABD), Doçent ünvanını iseMart/2004’de almıştır. Ağustos/2002-Ocak/2003 tarihleri arasında Massachusetts Instituteof Technology (MIT)’de ziyaretçi araştırmacı olarak çalışmıştır. Polimerik malzemeteknolojisi, polimerik ak ışlarda karasızlıklar ve viskoz ısınma etkisi, uçak türbinimalzemelerinde oksidasyon modellemesi, mikro-ak ışkan sistemler ve fotovoltaik pillerleenerji üretiminde optimizasyon konular ında çalışmalar ı bulunmaktadır.

Araş. Gör. Yusuf Işıker

2003 yılında Harran Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği

Bölümünden mezun oldu. 2007 yılında Harran Üniversitesi Fen Bilimleri EnstitüsüMakina Mühendisliği ABD'nda Yüksek Lisansını tamamladı. Harran ÜniversitesiMühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümünde Araştırma Görevlisi olarak görevyapmaktadır. Polimerik malzeme teknolojisi ve fotovoltaik pillerle enerji üretimindeoptimizasyon konular ında çalışmaktadır.