Şebekeden bağımsız hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin tekno-ekonomik optimizasyonu
Techno-economic optimization for off-grid hybrid renewable energy systems
Yazar: YİĞİT ERSAN
Danışman: DOÇ. DR. KORAY ÜLGEN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı / Enerji Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde tüm ülkeler, fosil yakıtlara olan bağımlılıklarını azaltarak ve fotovoltaik
güneş ve rüzgar enerjisi gibi daha fazla yenilenebilir kaynakları hayata geçirerek 2050 yılına
kadar %100 yenilenebilir enerji kullanımını yaygın hale getirmeye çalışmaktadır. Bu
nedenle bu soruna bir çözüm, güneş ve rüzgar hibrit enerji sistemlerini kurmaktır. Şebekeden
bağımsız fotovoltaik güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi sistemleri dünya çapında nispeten
daha büyük ölçekte kullanılmaktadır. Bu enerji sistemleri mevsimsel oldukları için
sürekli olarak yükü besleyecek enerji kaynağı sağlayamazlar. Dolayısıyla, yük taleplerini
karşılamak adına bu sistemlerin her biri için enerji depolama sistemleri gerekli olacaktır.
Genellikle depolama sistemi pahalıdır ve yenilenebilir enerji sistemleri ile entegrasyonun
uygun maliyetli olabilmesi için boyutun mümkün olan en aza indirilmesi gerekir. Enerji
depolama gereksinimlerini azaltmak için hibrit güç sistemi kullanılabilir. Yeterli güneş
ışığına ve rüzgar hızına sahip belirli bir yerin yük talebini karşılamak için güneş ve rüzgar
sistemi yoluyla güç üretimini birleştiren hibrit bir yenilenebilir enerji sistemi kurulur.
Bu çalışma, İzmir'de bir yerleşim yerine ait fotovoltaik güneş ve rüzgar enerjili hibrit
sistemi uygulama potansiyelini araştırma amacıyla yapılmıştır. Bu çalışmanın amacı,yerleşim bölgesinde bir fotovoltaik güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi hibrit sistemi kurmanın
ekonomik, teknolojik ve çevresel olarak karlı olup olmadığını incelemektir. Amaç,
aynı zamanda çevresel olarak sürdürülebilir olan bir güneş ve rüzgar hibrit sisteminin en
ekonomik optimal boyutunu bulmaktır.
Fotovoltaik güneş ve rüzgar enerjisi hibrit sistemi ile ilgili bir literatür çalışması derlenerek
HOMER optimizasyon programında bir optimizasyon yapılmıştır. Optimizasyon
için, Fotovoltaik güneş ve rüzgar enerjisi maliyetleri ve yerleşim bölgesinin enerji tüketimi
için veriler toplanmıştır. Ardından HOMER yazılımı, FV güneş ve rüzgar enerjisi hibrit
sisteminin optimum boyutunu önermiştir. Simulasyonda, net bugünkü değer, geri ödeme
yöntemi ve getiri oranı gibi ekonomik yöntemler kullanılmıştır. Sonuç, 96,7 PV ve 12 kW
rüzgar gücünden oluşan, 306.928,03 ABD Doları NŞM ve ayrıca %20, 6 dahili oran ile
karlı bir yatırımla sonuçlanan optimum bir boyut gösterdi. Ayrıca, yerleşim bölgesi için
yenilenebilir fraksiyon %100 idi. Ekonomik sonuçların ötesinde göstermiştir, optimum
boyut için sonucu değiştirmeyen bir duyarlılık analizi yapılmıştır. Hibrit sistemin optimum
boyutunun ekonomik olarak karlı olduğu ve Türkiye'nin kısa vadeye kadar %100
yenilenebilir enerji hedefine uygun olacağı sonucuna varılmıştır. Ancak, sonuç karlı bir
yatırım gösterse bile, yatırım maliyetleri yüksektir, bu da demektir ki sadece bazı bölgeler
bir güneş ve rüzgar hibrit sistemi yatırımını karşılayabilir.

Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir enerji, hibrit sistemler, HOMER, optimizasyon, fotovoltaik güneş
enerjisi, rüzgar enerjisi, depolama

Abstract:
Today, all countries are trying to popularize the use of 100% renewable energy by 2050
by reducing their dependence on fossil fuels and introducing more renewable sources such
as photovoltaic solar and wind energy. Therefore, one solution to this problem is to install
solar and wind hybrid energy systems. Off-grid photovoltaic solar and wind power
systems are being introduced worldwide on a relatively large scale. Since these energy
systems are seasonal, they cannot provide an energy source to feed the load continuously.
Therefore, energy storage systems will be required for each of these systems to meet load
demands. Usually the storage system is expensive and the size must be minimized as much
as possible for the renewable energy system to be cost effective. A hybrid power system
can be used to reduce energy storage requirements. To meet the load demand of a particular
location with sufficient sunlight and wind speed, a hybrid renewable energy system is
installed that combines power generation through the solar and wind system.
This study investigates the potential of applying a photovoltaic solar and wind powered
hybrid system in a residential area in İzmir. The aim of this study is to examine whether itis economically, technologically and environmentally profitable to install a solar and wind
power hybrid system in a residential area. The aim is to find the most economical optimal
size of a solar and wind hybrid system that is also environmentally sustainable.
A literature study on the photovoltaic solar and wind energy hybrid system was compiled
and an optimization was made in the HOMER optimization program. For optimization,
data were collected for Photovoltaic solar and wind energy costs and the energy consumption
of the residential area. The HOMER software then suggested the optimum size of the
PV solar and wind hybrid system. In the simulation, economic methods such as net present
value, repayment method and rate of return were used. The results showed an optimal
size of 96.7 PV and 12 kW wind power, resulting in a profitable investment with a NPV
of $306,928.03 and an internal rate of return of 20.6%. In addition, the renewable fraction
for the settlement was 100%. Beyond the economic results, a sensitivity analysis was
performed that did not change the result for the optimal size. It can be concluded that the
optimal size of the hybrid system is economically profitable and is in line with Turkey's
goal of 100% renewable energy in the short term. However, even though the results show a
profitable investment, the investment costs are high, which means that only some regions
can afford to invest in a solar and wind hybrid system.

Keywords: Renewable energy, hybrid systems, HOMER, optimization, photovoltaic solar energy,
wind energy, storage