Şebekeye bağlı fotovoltaik çatı sisteminin performans analizi
Performance analysis of grid-connected photovoltaic roof system
Yazar: ÖZGE ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. ERCAN İZGİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems

Özet:
Dünya popülasyonunun ve sanayileşmenin giderek artması, hayat standartlarının da yükselmesi ile elektrik enerjisine olan talep aralıksız bir şekilde artmaktadır. Enerji talebinin büyük kısmı nükleer ve fosil kaynaklardan tedarik edilmektedir. Petrol fiyatlarındaki belirsizlik, hızla tüketilen fosil yakıt kaynaklarına bağlı olarak CO2 salınımının artması, havanın kirlenmesi, asit yağmurlarının oluşması, ozon tabakasının delinmesi, küresel ısınmanın etkilerinin belirginleşmesi insan yaşamını ve çevresel dengeleri tehdit etmekte ve bu kaynakların elde edilmesinin zorluğu dışsal bağımlılık yaratmaktadır. Belirtilen olumsuz etkilerin giderilebilmesi için enerji verimliliğinin geliştirilmesi, fosil enerji kaynaklı yakıt tüketiminin azaltılması ve çevre problemlerine yol açmayan, dünyadaki varlıkların yaşamlarını riske atmayan, sağlıklı, değerli ve sürdürülebilir nitelikteki alternatif enerji kaynaklarına gereken önem verilmelidir.
Diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre özellikle güneş enerjisi, yüksek potansiyeli, kullanım kolaylığı, yenilenebilir ve çevre dostu olması gibi özellikleri ile daha hızlı olarak yaygınlaşabilecek niteliktedir. En büyük güneş enerjisi potansiyeline sahip bölgeler, 40º kuzey ve 40º güney enlemleri arasını kapsayan güneş kuşağı adı verilen aralıkta kalan bölgelerdir. Türkiye toprakları, 36º-42º kuzey enlemleri ve 26º-45º doğu meridyenleri arasında olan bir ülke olarak, güneş enerjisi potansiyeli bakımından pek çok ülkeden daha iyi bir konumdadır ve Türkiye güneş kuşağında yer almaktadır. Ülkemizde, 2013 yılına kadar enerji üretimi konusunda fotovoltaik enerjiye gereken önem verilmemiştir fakat son zamanlardaki fotovoltaik kurulu gücündeki yükselmeler, Türkiye'nin amaçları bakımından umut vericidir.
Bir fotovoltaik panelin çıkış gücü, güneş ışınımı, hava sıcaklığı, rüzgâr hızı, rüzgâr yönü, bağıl nem oranı vb. çevresel etmenlere bağlıdır. Bu bağlılık lineer olmayıp, fotovoltaiklerin üretim tekniklerinin farklılığından kaynaklanmaktadır. Bu durum fotovoltaik panel karakteristiklerinin saptanması için ayrıntılı deneysel çalışmaları zorunlu hale getirmektedir. Fotovoltaik panellerin üreteceği gücün doğru şekilde tahmin edilmesi, güç üretim sistemlerinin doğru planlanmasında son derece önemlidir.
Bu çalışmanın amacı Bursa'nın Osmangazi ilçesinde 1 MW şebekeye bağlı, mono-kristal panellerden oluşan fotovoltaik sistemin performans analizini sunmaktır. İlk olarak, fotovoltaik sistemin ayrıntılı gölge çalışması yapılarak, PV kurulumu için uygunluğu incelenir. Gölge çalışması Google Sketchup ve PVsyst programları kullanılarak gerçekleştirilir daha sonra PV teknolojisinin performansını simüle etmek, modellemek ve tahmin etmek için PVsyst ve PV*SOL programları kullanılır. Performans değerlendirmesi için kullanılan parametreler, dizi verimi, nihai verim, referans verim ve performans oranı gibi faktörlerdir. Elde edilen analiz sonuçlarına göre mono-kristal sistemin, \%85 ortalama performans oranı ile yılda 1416 MWh elektrik üreteceği ön görülür. Çalışmanın son aşamasında Türkiye'deki farklı iklim koşulları altında, mevcut sistemin elektrik üretimini değerlendirmek için Levenberg-Marquardt öğrenme algoritması tarafından eğitilmiş çok katmanlı bir ileri beslemeli sinir ağı kullanılır. Daha hassas bir tahmin gerçekleştirebilmek için çalışmada önerilen YSA konfigürasyonu, küresel yatay ışınım, difüz ışınım, linke turbidity, ortam sıcaklığı, ortam bağıl nemi ve rüzgar hızını girdi olarak alır ve PV sisteminin çıktı enerjisini minimum ortalama kare hatasına, ortalama mutlak yüzde hatasına ve maksimum korelasyon katsayısına göre tahmin etmede yüksek bir doğruluk sunar. Analizler sonucunda yüksek güneş radyasyon değerine sahip Akdeniz Bölgesi 1806 MWh PV enerji üretimiyle etkin bir performans gösterir.

Abstract:
With the increasing world population and industrialization and the rise in living standards the demand for electrical energy is constantly increasing. Most of the energy demand is supplied from nuclear and fossil sources. The uncertainty in oil prices the increase in CO2 emissions due to rapidly consumed fossil fuel resources the pollution of the air the formation of acid rain the depletion of the ozone layer the pronounced effects of global warming threaten human life and environmental balances and the difficulty of obtaining these resources creates external dependence. In order to eliminate the mentioned negative effects necessary attention should be given to improving energy efficiency reducing fossil energy-based fuel consumption and renewable energy sources that do not cause environmental problems, do not threaten the lives of living beings and are clean, reliable and sustainable.
Compared to other renewable energy sources especially solar energy, with its high potential, ease of use, renewable and environmental friendliness it can become widespread faster. The regions with the greatest solar energy potential are the regions that fall in the so-called solar belt that covers latitudes 40º north and 40º south. The territory of Turkey is  between 36º-42º northern latitudes and 26º-45º east meridians, solar energy is more advantageous position than many other countries in terms of potential and Turkey is located in the sun belt. In our country, in energy production until 2013, but was not given due importance to the photovoltaic power installed capacity in the recent rise in photovoltaic is promising in terms of Turkey's objectives.
The output power of a photovoltaic panel depends on environmental factors such as solar radiation, air temperature, wind speed, wind direction, relative humidity. This commitment is not linear it is due to the difference in the production techniques of photovoltaics. This situation makes detailed experimental studies necessary to determine the photovoltaic panel characteristics. The correct estimation of the power produced by photovoltaic panels is extremely important in the correct planning of power generation systems.
The aim of this study is to present the performance analysis of a mono-crystalline photovoltaic system that is 1 MW grid-connected in Osmangazi district of Bursa. First, a detailed shadow study of the photovoltaic system is performed and its suitability for PV installation is examined. Shadow study is performed using Google Sketchup and PVsyst programs, and then PVsyst and PV * SOL programs are used to simulate, model and predict the performance of PV technology. The parameters used for performance evaluation are factors such as array efficiency, final yield, reference yield and performance ratio. According to the analysis results obtained, it is predicted that the mono-crystal system will generate 1416 MWh of electricity per year with an average performance rate of 85\% under different climatic conditions in Turkey in the last phase of the study a multilayer feedforward neural network trained by Levenberg Marquardt learning algorithm is used to evaluate the system's current electricity production. In order to make a more precise estimation the ANN configuration proposed in the study takes global horizontal radiation, diffuse radiation, turbidity, ambient temperature, ambient relative humidity and wind speed as inputs and calculates the output energy of the PV system to the minimum mean square error, mean absolute percentage error and maximum correlation. It offers a high accuracy in estimating according to its coefficient. As a result of the analyzes, the Mediterranean Region which has a high solar radiation value, shows an effective performance with 1806 MWh PV energy production.