Energy management and economic analysis of solar energy: A case study
Enerji yönetimi ve güneş enerjisinin ekonomik analizi: Örnek olay incelemesi
Yazar: SAHIB HUSSEIN JAWAD ALMASSAK
Danışman: DOÇ. DR. NADER JAVANI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Artan enerji talebi, geleneksel enerji kaynaklarının sınırlı olması ve yüksek hava kirliliği oranları nedeniyle dünyanın dikkati, özellikle güneş enerjisi olmak üzere yenilenebilir temiz enerjilere yönelmiştir. Irak, yüksek oranlarda güneş radyasyonu yoğunluğu ve nispeten uzun güneşlenme saatleri ile karakterize edilir ve bu da onu güneş enerjisi yatırımları için cazip bir ortam haline getirir. Fotovoltaik sistemlerin uygun tasarımı ve etkin enerji yönetimi, güneş enerjisi sistemlerinin genel performansının iyileştirilmesine ve maliyetlerinin düşürülmesine önemli ölçüde katkıda bulunur. Mevcut araştırma, HOMER ve MATLAB yazılımını kullanarak Irak'ın Babel kentinde bulunan 20 kW/gün elektrik yüküne sahip bir ev evini beslemek için şebekeden bağımsız, tamamen yenilenebilir ve jeneratör bağlantılı bir fotovoltaik sistemi optimize etmeyi amaçlamaktadır. Sonuçlar, 11,6 kW PV panelleri, 34 pil (1 kW LI) ve 4,7 kW dönüştürücüden oluşan bir sistemin, tamamen yenilenebilir bir PV sisteminin optimal tasarımını temsil ettiğini göstermektedir. Sisteme bir dizel jeneratörün bağlanması, PV panellerini ve pil boyutlarını %50'den fazla önemli ölçüde azaltır ve dolayısıyla NPC ve LCOE'yi yaklaşık %40 azaltır. Kontrol dağıtma stratejisinin tamamen yenilenebilir sistem üzerinde bir etkisi olmamasına karşın, hibrit sistemde çok önemlidir ve CD denetleyicisi en iyi sonuçları gösterir. Önerilen sistemler zararlı emisyonları en az %90 oranında azaltır. MATLAB simülasyonları, önerilen sistemin her koşulda kalıcı elektrik beslemesini sürdürdüğünü ve MPPT algoritmasının uygulanmasının yüksek sistem performansı sağladığını doğrulamaktadır.

Abstract:
Due to the increasing demand of energy, the limitation of traditional energy resources, and the high rates of air pollution, the world's attention is directed towards renewable clean energies, particularly solar energy. Iraq is characterized by high rates of solar radiation intensities and relatively long hours of sun-shining, which make it an attractive environment for solar energy investments. The proper design of photovoltaic systems and the effective energy management, considerably contribute toward improving the overall performance of solar systems and reduce their costs. The current research aims to optimize an off-grid photovoltaic system, pure renewable and generator connected, to feed a domestic home of electrical load of 20 kW/day, located at Babel, Iraq, using HOMER and MATLAB software.
The results show that a system consisting of 11.6 kW PV panels, 34 batteries (1 kW, LI), and 4.7 kW converter represents and optimal design of a pure renewable PV system. The Net Positive Cost (NPC) of this system is 62,082 USD, and the cost of energy (COE) is 0.742 USD/kWh. Connecting a diesel generator to the system significantly reduces PV panels and battery sizes by more than 50%, and hence reduces the NPC and LCOE by nearly 40%. Whereas the control dispatch strategy has no impact on pure renewable system, it is crucial in the hybrid system and CD controller displays the best results. The proposed systems reduce harmful emissions by at least 90%. MATLAB simulations confirm that the proposed system sustains permanent electrical supply at all conditions, and that applying MPPT algorithm ensures high system performance.