fotovoltaik-rüzgar hibrid güç sistemi uygulaması
TRANSCRIPT
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
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].
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
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;
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,
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.
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
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.
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.
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
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
8/3/2019 Fotovoltaik-Rüzgar Hibrid Güç Sistemi Uygulaması
http://slidepdf.com/reader/full/fotovoltaik-ruezgar-hibrid-guec-sistemi-uygulamasi 12/14
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).
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
lı
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.