Türkiye'nin yedi coğrafi bölgesinde evsel elektrik ihtiyacının çatı üstü fotovoltaik sistemler ile karşılanmasının ekonomik analizi
Economic analysis of production of domestic electricity by roof-top photovoltaic systems in Turkey's seven geographic regions
Yazar: AYTEN ÖZKÖK
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER GÜLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrik üretimi = Electricity generation ; Enerji = Energy ; Enerji kaynakları = Energy resources ; Enerji kullanımı = Energy usage ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Yenilenemeyen ve yenilenebilir olmak üzere enerji kaynakları iki kısımdan oluşmaktadır. Fosil yakıtların tükenecek olması, yaşanan çevre sorunları ve insan sağlığına olumsuz etkileri; dünya genelinde yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgilinin, bilincin ve dolayısıyla bu konuda yatırımların artmasını sağlamıştır. Günümüzde alternatif enerji kaynaklarından enerji ihtiyacının karşılanması zorunluluk haline gelmiştir. Bu alternatif kaynaklardan biri de güneş enerjisidir.
Yenilenebilir enerji kaynakları potansiyelinin kullanılabilir kapasiteye dönüştürülebilmesi için gelişmiş ve gelişmekte olan tüm ülkeler teşvik mekanizmaları oluşturmaktadır. Yenilenebilir kaynaklara yatırımın artırılması açısından teşvik mekanizmaları, uygulanan mevzuat ve politikalar önem taşımakta ve sektörün yönünü çizmektedir. Gelişmekte olan ülkeler arasında yer alan Türkiye, artan enerji ihtiyacını karşılamada, dışa bağımlılığını azaltmak amacıyla mevcut doğal kaynak kullanımını arttırma politikası yürütmektedir. Yürütülen enerji politikalarının temeli, yenilenebilir enerji kaynaklarının en yüksek oranda kullanılarak çevresel etkilerin en aza indirilmesini sağlamaya dayanmaktadır.
Bu çalışmanın amacı, evsel elektrik ihtiyacının şebekeye bağlı çatı üstü fotovoltaik (PV) sistemler ile karşılanmasının ekonomik açıdan analiz edilmesidir. Çalışma kapsamında Avrupa ülkeleri arasında ilk dördü temsil eden Almanya, İspanya, Fransa ve İtalya'da fotovoltaik sistem uygulamaları ve teşvik mekanizmaları irdelenmiştir. Böylece, farklı teşvik mekanizmalarının piyasa gelişimine etkisi ortaya çıkarılmış ve ülkemiz şartlarına uygun değerlendirmenin yapılabilmesi için doneler toplanmıştır. Lider konumdaki ülkelerde uygulanan güneş enerjisi ile ilgili politikalar ve destekler Türkiye'deki politikalar ve desteklerle karşılaştırılmıştır. Ekonomik açıdan değerlendirme içerisinde ülkemizde uygulanan teşviklerin yeterli olup olmadığı, hangi koşullarda çatı üstü güneş paneli yatırımlarının uygulanabilir olacağı, bu yatırımların çevresel açıdan yaratacağı kazançlara değinilmiştir. 
Çatı üstü fotovoltaik sistemin uygulanacağı müstakil evler için Türkiye'nin 7 coğrafi bölgesinde güneş enerjisi potansiyel atlasına (GEPA) göre güneş radyasyonu en yüksek ve en düşük iller (toplam 14 il) seçilmiştir. Bir hanenin gün içinde saatlik elektrik tüketimi değerleri belirlenip, 3kW, 4kW ve 5kW kapasiteli çatı üstü fotovoltaik sistemlerle karşılanması HOMER yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. Her bir ilde ilk yatırım maliyeti ve şebekeye satış tarfisi dikkate alınarak mevcut durumda yatırımların ekonomik açıdan sürdürülebilir olup olmadığı incelenmiştir. 7 yıl ve altında geri ödeme süresine sahip sistemler ekonomik açıdan cazip yatırım olarak kabul edilmiştir. Geri ödeme süresi 7 yıl ve üzeri olan sistemler için şebekeye satış tarifesinin arttırılması, ilk yatırım maliyetinin düşürülmesi ve her iki seçeneğin birlikte uygulandığı 10 farklı senaryo değerlendirilmiştir.
Türkiye'de mevcut durumda çatı üstü fotovoltaik sistem yatırımlarının geri ödeme süresi 12,4 yıl ve üzerinde olması dolayısıyla ekonomik açıdan cazip bulunmamıştır. Türkiye'de şebekeye satış tarifesi haricinde bir teşvik mekanizmasının geliştirilmesi gerektiği ve özellikle çatı üstü fotovoltaik sistemlere özgü bir teşvik programının oluşturulması geri ödeme sürelerini düşürecek bir adım olacağı düşünülmüştür.
Türkiye'nin her bir coğrafi bölgesinde ilk yatırım maliyeti ve karşılanacak otonom yükü aynı olan fotovoltaik sistem yatırımlarının geri ödeme sürelerinde farklılıklar görülmüştür. Bu farklılığın temel sebebi seçilen her ilin farklı güneş radyasyon değerlerine sahip olmasıdır. Farklı bölgelerde farklı şebekeye satış tarifesinin uygulanması Türkiye genelinde fotovoltaik yatırımları yaygınlaştıracağı sonucuna varılmıştır.
Çalışma sonucunda 3kW, 4kW ve 5kW kapasitelere sahip PV sistemlerin geri ödeme süresi arasındaki farklılığın yaklaşık 1 yıl kadar olduğu görülmüştür. İlk yatırım maliyeti daha yüksek olsa da, çevresel açıdan değerlendirildiğinde 5kW kapasiteli PV sistemlerin tercih edilmesinin hane başına 2,7 ton ile 3,5 ton arasında yıllık CO2 emisyonu salınımı azaltılmasını sağlayacağı ortaya konmuştur. Dolayısıyla çalışma özelinde 5kW kapasiteli PV sistem yatırımlarına öncelik verilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Energy resources can be classified as renewable and non-renewable. Worldwide interest in renewable energy investment has been growing due to the impacts on human health and environmental problems resulted in consumption of fossil fuels which are being depleted. Nowadays, it has become a necessity to provide energy from alternative resources. Solar energy is the one of the alternative energy resources.
All developing and developed countries provide incentives mechanisms ans supporting strategies to benefit from potential of renewable energy resources. Incentives mechanisim, regulations and policies enable to increase renewable energy investments and shape the solar sector trends. As a developing country Turkey is conducting energy policy to benefit from natural resources to produce electricity and decrease external dependency of energy. Main objectives of conducted energy policies are to take advantage of renewable energy resources at maximum level and decrease environmental impacts of fossil fuels.
The aim of this paper is to analyse domestic electricity production by grid connected roof-top photovoltaic systems regarding to economic aspects. Photovoltaic systems implementations, incentives mechanisms and support strategies in four representative European countries including Germany, Spain, France and Italy were evaluated. Thus, effects of different incentives mechanisms on solar sector were reviewed and Turkey's situation in solar sector was revealed. Policies and incentives in four representative countries were compared with Turkish energy policies and conducted incentives. It was analysed whether or not conducted incentives in Turkey was sufficient and under what conditions roof-top photovoltaic systems investments were feasible. Within the study, environmental improvements resulted in photovoltaic systems are also evaluated.
The pilot 14 provinces having the highest and lowest solar radiation in Turkey's seven geographic regions were selected according to solar energy potential atlas (GEPA). Roof-top photovoltaic systems with capacity of 3 kW, 4kW and 5kW were simulated by using HOMER software. 
As an autonomous load the average daily consumption of 11.45 kWh was determined for a four-person household by HOMER. The use of storage battery was not considered since the photovoltaic systems were designed as an on-grid system. HOMER enabled to provide the radiation data of each selected province from Climatological Solar Radiation Data Sets of National Renewable Energy Laboratory (NREL) or NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Sets through internet connection. 
Since Turkey is located in northern hemisphere panels were considered to be fixed on the south side of the roof. The optimal angle of the south-facing panels were obtained by multiplying the latitude with 0.9. The lifetime of panels and inverters were assumed 20 years. In Turkey, the maximum fit in tariff for generared electricity from solar resources is 20 $ cent/kWhour if the PV module and PV cell are produced in Turkey whereas 14.75 $ cent/kWhour is the electricity consumption price. In the model, feed-in tariff was identified as 15.2 $ cent/kWhour in the model, because it was assumed the PV module and PV cell would be imported.
Feasibility of the investments was evaluated regarding to initial cost and feed-in tariff for all pilot provinces. Systems having pay back period of 7 years and below was considered as favourable investments. In order to decrease pay back period, 10 different scenarios including increasing feed-in tariff (25%, 50%, 75% and 100%), decreasing initial cost (25% and 50%) and both of them were evaluated.
The differences of solar radiation were not effective on the payback period of the PV investment in the selected provinces in Turkey's seven geographic regions except the Aegean and Eastern Anatolia region. Results of optimization scenarios were similar among provinces with low and high solar radiation value in the same geographic region (except the Aegean and Eastern Anatolia region).
The PV investments in Marmara and Black Sea region had the highest payback periods. In order to reduce the payback period to 7 years, initial investment cost were decreased 50% in the optimization scenario in both geographic regions.
In the Mediterranean, Central Anatolia and Southeastern Anatolia Region The payback period below 7 years were obtained in the optimization scenario of not only 100% increasement of current feed-in tariff but also 100% increasement of current feed-in tariff and 25% reduction of current initial investment cost.
In the Aegean region, the payback period of PV investment could be decreased under 7 years through 100% increasement of current feed-in tariff. In the optimization scenario of decreasing initial investment cost and increasind the feed-in tariff, payback period of PV investment has varied among the pilot provinces in this regions. 25% increasement of current feed-in tariff and 25% reduction of current initial investment cost has enabled to decrease payback period below 7 years in the province with high solar radiation whereas 50% increasement of current feed-in tariff and 25% reduction of current initial investment cost has enabled to decrease payback period below 7 years in the province with low solar radiation in the Aegean region.
In the Aegean region, the payback period of PV investment could be decreased under 7 years through 75% increasement of current feed-in tariff. 25% increasement of current feed-in tariff and 25% reduction of current initial investment cost has enabled to decrease payback period below 7 years in the province with high solar radiation whereas 50% increasement of current feed-in tariff and 25% reduction of current initial investment cost has enabled to decrease payback period below 7 years in the province with low solar radiation in the Eastern Anatolia region
Regarding to environmental issues photovoltaic systems with capacity of 5kW should be preferred which enable to decrease from 2,7 to 3,5 tonnes of CO2 emissions per detached house although their initial cost was higher than PV system with capacity of 3kW.
As a result of this study, roof-top photovoltaic systems in Turkey was economically not feasiable due to pay back period of 12,4 years and above. It was considered providing incentives mechanisms other than feed-in tariff and support programm especiallyregarding to roof-top PV systems could be a first step to decrease pay back periods in Turkey. The pay back period of investments in each pilot province at seven geographic regions has varied that was resulted in difference solar radiation. Dissemination of PV system in Turkey could be accelerated to apply higher feed-in tariff for provinces having lower solar radiation.