Bölgesel iklim modeli ile İstanbul'da solar radyasyon simülasyonu ve pilot ölçekli güneş paneli çalışması
Solar radiation simulation and pilot scale solar panel study in Istanbul with regional climate model
Yazar: YUSUF DURAN
Danışman: PROF. DR. SADULLAH LEVENT KUZU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Sürdürülebilir çevre = Sustainable environment ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources ; Yeşil enerji = Green energy

Özet:
Dünya genelinde kullanılan enerjinin büyük bölümü, petrol, doğal gaz, kömür ve 
uranyum gibi yenilenemeyen kaynaklardan oluşmaktadır. Teknoloji ve sanayinin 
gelişmesi, nüfus artışı, çevresel kirlilik, iklim değişikliği, buzulların erimesine ve 
deniz seviyesinin yükselmesine yol açmaktadır. Fosil yakıtların neden olduğu bu 
sorunlara rağmen, fiyat avantajı ve yaygın teknoloji uyumluluğu nedeniyle 
kullanımı devam etmektedir. Bu durum, çevreye duyarlı ve devlet destekli 
yenilenebilir enerji kaynaklarına (hidro, rüzgâr, güneş, gelgit, jeotermal, biyokütle) 
yönelmeyi gerektirmektedir. Bu tez çalışmasında, Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat 
Fakültesi'nde bulunan geçici atık depolama alanı çatısı üzerine toplam kurulu gücü 
6,6 kWp olan 20 adet 330 Wp gücünde güneş panelli şebeke bağlantısız sistemi
kurulumu yapılmıştır. Kurulan sistemin kompostlama ünitesi ve tesis içerisinde 
bulunan aydınlatma ekipmanlarının enerji tüketimlerini karşılaması planlanmıştır.
Güneş enerji sistemi (GES) üzerinden yapılan ölçümler ve RegCM modeli 
kullanılarak gerçekleştirilen analizler doğrultusunda, küresel iklim değişikliğinin 
gelecekte güneş enerji santrallerinin üretim potansiyeli üzerindeki etkileri 
değerlendirilmiştir. Bulgular, İstanbul'un yenilenebilir enerji potansiyelini ortaya 
koyarken, iklim değişikliğinin bu potansiyel üzerindeki etkilerini anlamamıza 
yardımcı olmaktadır. Bölgesel iklim modeli RegCMv5'in yüzey güneş 
radyasyonunu ve sıcaklık modellerini doğru bir şekilde temsil etme performansı, 
ölçülen monokristal güneş paneli çıkış verileriyle karşılaştırılarak 
değerlendirilmiştir. Farklı kümülüs konveksiyon şemalarının RegCM modelinin 
duyarlılığı üzerindeki etkisi, bir yıl boyunca yüzey güneş radyasyonu verileri analiz 
edilerek incelenmiştir. Uzun vadeli simülasyonlar, 2023-2050 döneminde 2.6, 4.5 
ve 8.5 RCP senaryolarıyla gerçekleştirilmiştir. Gelecek üç dönemde (2023-2030, 
2031-2040, 2041-2050) ortalama güneş radyasyonu değerlerinin arttığı 
gözlenmiştir; RCP 2.6 için sırasıyla 214,4, 214,2, 213,1 W/m², RCP 4.5 için 225,0, 
225,0, 223,9 W/m², RCP 8.5 için ise 229,1, 229,3, 228,5 W/m². Tüm senaryolarda 
yüzeye gelen radyasyonda hafif azalma öngörülmektedir. Küresel eğilim artış 
öngörse de, bazı bölgelerde azalma yaşanabilir; bu nedenle bölgesel iklim analizleri 
önemlidir.
Bu çalışma, ülkemizde fotovoltaik panele gelen radyasyonun bölgesel iklim modeli 
ile simülasyonu ile ilgili RegCM modeli kullanılarak ileriye dönük projeksiyon 
yapılan ilk çalışma olma özelliği taşımaktadır.

Abstract:
A substantial portion of the energy consumed globally comes from non-renewable 
sources such as petroleum, natural gas, coal, and uranium. The advancement of 
technology and industry, along with population growth and environmental 
pollution, leads to climate change, melting glaciers, and rising sea levels. Despite 
the issues caused by fossil fuels, their cost advantage and widespread technological 
compatibility continue to drive their use. This situation necessitates a shift towards 
environmentally friendly and government-supported renewable energy sources 
(hydro, wind, solar, tidal, geothermal, biomass). In this thesis study, a 20-panel offgrid solar system with a total installed capacity of 6.6 kWp was installed on the roof 
of the waste temporary storage area at the Faculty of Environmental Engineering, 
Yıldız Technical University, Davutpaşa Campus. The system was designed to meet 
the energy consumption of the composting unit and the lighting equipment within 
the facility. An integrated radiation sensor monitored solar radiation data, allowing 
for the determination of irradiance and subsequent energy production values. 
Additionally, the study evaluated potential changes in radiation values at a solar 
energy plant facility in Istanbul using the RegCM model. The analysis aimed to 
estimate the magnitude of solar radiation variations and assess Istanbul's future 
solar energy production capacity. Meteorological parameters (such as temperature) 
and system outputs were monitored to evaluate the relationship between energy 
production and these parameters. The performance of the regional climate model 
RegCMv5 in accurately representing surface solar radiation and temperature
models was assessed by comparing them with measured monocrystalline solar 
panel output data. The impact of different cumulus convection schemes on the 
sensitivity of the RegCM model was investigated by analyzing surface solar 
radiation data over one year. Long-term simulations were performed for the period 
2023-2050 with RCP scenarios of 2.6, 4.5 and 8.5. Average solar radiation values 
are observed to increase in the next three periods (2023-2030, 2031-2040, 2041-
2050); 214.4, 214.2, 213.1 W/m² for RCP 2.6, 225.0, 225.0, 223.9 W/m² for RCP 
4.5, and 229.1, 229.3, 228.5 W/m² for RCP 8.5, respectively. In all scenarios, a 
slight decrease in surface radiation is projected. Although the global trend predicts 
an increase, some regions may experience a decrease; therefore, regional climate 
analyses are important.
This study is the first study in our country to make a forward projection using the 
RegCM model regarding the simulation of the radiation coming to the photovoltaic 
panel with the regional climate model.