Büyük ölçekli şebeke bağlantılı bir fotovoltaik santralin benzetim sonuçlarının gerçek veriler ile karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of simulation results of a large-scale grid-connected photovoltaic power plant with real data
Yazar: ABDÜLKADİR SİPAHİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN SEZEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Enerji talebinin sürekli artış göstermesi, enerji maliyetlerinin yükselmesi, çevresel kaygılar ve azalan fosil yakıt rezervleri gibi etkenler, son yıllarda yenilenebilir ve temiz enerji üretimi ile kullanımına olan ihtiyacı daha da arttırmaktadır. Güneş enerjisi, elektrik enerjisine hızlı ve kolay bir şekilde dönüştürülebilme avantajı nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları içinde öne çıkmaktadır. Fotovoltaik (FV) sistemlerin yaygınlaşmasının önündeki en önemli engellerden biri olan yüksek kurulum maliyeti, günümüz araştırmacılarını FV sistemlerin eniyilemesi konusunda çalışmalar yapmaya yöneltmektedir. Böylelikle, FV sistemlerinin performansını artırmak için eğim açısı, FV panel sayısı, panel tipi, panel montaj yapısı, evirici ve batarya kapasitesi gibi kıstaslar açısından eniyileme çalışmaları yapılarak daha verimli bir şekilde enerji üretimi sağlanabilir. FV sistemlerinin en verimli şekilde tasarlanabilmesi için, kullanıcı dostu birçok yazılım geliştirilmiştir. Bu tür yazılımlar genellikle iklim verilerini kullanarak FV sistemlerin enerji üretim tahminlerini yapar ve bu tahminlere bağlı olarak ekonomik veriler sunar. Ancak, tahminlerin güvenilirliği, hava koşullarındaki değişkenlik ve iklim şartlarındaki belirsizlik nedeniyle değişkenlik gösterebilir. Bu tez çalışmasında, Haziran 2020'de Niğde/Edikli'de devreye alınan, DC gücü 15,23 MWp olan ve AC tarafta 10 MWe lisans gücü ile sınırlandırılmış bir güneş enerjisi santrali (GES), PV*SOL yazılımı kullanılarak teknik ve ekonomik açıdan analiz edilmiştir. Araştırmanın temel amacı, Niğde İli iklim koşulları altında, büyük ölçekli ticari GES'ler için PV*SOL yazılımının gerçek enerji üretim verilerini tahmin etme başarısını değerlendirmek ve güç sınırlandırma uygulaması yapılan GES'lerde ideal kurulu güç kapasitesinin belirlenmesine yönelik bir yöntem sunmaktır. Bu hedefler doğrultusunda ilk olarak, incelemeye alınan GES, coğrafi konumu, kurulum özellikleri, malzeme kullanımı vb. tüm detayları ile PV*SOL ortamında modellenmiş ve benzetimi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen enerji üretim verileri, SCADA izleme sistemi aracılığıyla elde edilen gerçek verilerle karşılaştırılarak modelin doğruluğu ortaya koyulmuştur. Analiz sonuçları, sırasıyla yıllık toplam enerji üretimi, performans oranı ve yıllık özgül verimlilik tahminlerinde %99,77, %99,76 ve %94,8 başarım oranını göstermiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında, güç sınırlandırma uygulaması yapılan santralin Niğde/Edikli iklim şartları altında amortisman süresi açısından en ideal kurulu güç kapasitesini tespit etmek için 10-20MWp güç aralığında 17 farklı modelleme çalışması yapılmış ve sonuçları değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, 15,237 MWp mevcut kurulu güç değerinin 6 yıl amortisman süresi ile yapılan yatırım bedelinin en hızlı kazanılması açısından ideal güç değeri olduğunu ortaya koymaktadır.

Abstract:
In recent years, factors such as the continuous increase in energy demand, rising energy costs, environmental concerns, and depleting fossil fuel reserves have further emphasized the need for renewable and clean energy production and utilization. Solar energy stands out among renewable energy sources due to its advantage of being quickly and easily converted into electrical energy. The high installation cost, a major obstacle to the widespread adoption of photovoltaic (PV) systems, has prompted researchers to focus on optimizing these systems. To enhance the performance of PV systems, optimization studies are conducted considering parameters such as tilt angle, number of PV panels, panel type, mounting structure, inverter, and battery capacity. Various user-friendly software has been developed to design PV systems most efficiently. These programs typically use climate data to predict energy production and provide economic data based on these predictions. However, the reliability of these forecasts may vary due to weather variability and climate uncertainties. In this thesis, a grid-connected solar power plant (SPP) with a DC power of 15.237 MWp and a licensed AC power of 10 MWe, commissioned in June 2020 in Niğde/Edikli, was analyzed technically and economically using PV*SOL software. The primary aims of the research are to evaluate the success of PV*SOL software in predicting real energy production data under Niğde climate conditions and to propose a method for determining the ideal installed power capacity for SPP subject to power limitation. In the first phase, the SPP under investigation was modeled with all its details, including geographical location, installation features, material usage, etc., in the PV*SOL environment, and simulation was performed. The obtained energy production data were then compared with real data obtained through the SCADA monitoring system to assess the accuracy of the model. The analysis results demonstrated success rates of 99.77%, 99.76%, and 94.8% for annual total energy production, performance ratio, and annual specific yield predictions, respectively. In the second phase of the study, 17 different modeling studies were conducted within the power range of 10-20 MWp to determine the most ideal installed power capacity in terms of the amortization period for the power-limited plant under Niğde/Edikli climate conditions. The obtained results indicate that the existing installed power value of 15.237 MWp is the most ideal with a 6-year amortization period.