Farklı yük profilleri üzerinde, şebeke bağlantılı ve bağlantısız fotovoltaik sistem tasarımı: Bartın İl Özel İdaresi örneği
Design of grid connected and off grid photovoltaic systems on different load profiles: The case of Bartın Provincial Administration
Yazar: ENGİN AY
Danışman: DOÇ. DR. NİHAT PAMUK
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems ; Güneş enerjisi = Solar energy

Özet:
Nüfusun hızla artması ve teknolojinin gelişmesi ile enerjiye duyulan ihtiyaç giderek artmaktadır. Son yüzyılda çevre kirliliğinde yaşanan büyük artışlar nedeniyle enerjinin fosil kaynaklı yakıtlar yerine temiz ve sürdürülebilir kaynaklardan elde edilmesi önem kazanmıştır. Güneş enerjisi kullanımı da sonsuz potansiyeli ve temiz bir kaynak olması nedeniyle öne çıkmaktadır. Bu çalışma, Türkiye'nin kuzeyinde yer alan ve daha az güneşlenme oranı bulunan Bartın ilinde, güneş enerjisinden elektrik üretimi potansiyelinin uygulanabilirliği ve gelişimi üzerine yapılmıştır.
Bartın İl Özel İdaresi bünyesinde bulunan Beton ve Beton Parke Üretim Tesisi, Asfalt Üretim Tesisi, ofis yükleri, içme suyu tesisleri gibi, farklı yük profilleri üzerinde, şebeke bağlantılı, şebeke bağlantısız ve hibrit olmak üzere fotovoltaik güneş enerjisi elektrik üretim tesisleri dizayn edilmiştir. Çalışmalar kapsamında PV-Sol yazılımı kullanılarak benzetim çalışmaları yapılmış, üretim-tüketim analizleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sayısal veriler karşılaştırılmıştır. Beton ve Beton Parke üretim tesisi çatısına 191,10 kWp gücünde şebekeye bağlı PV sistem tasarlanmış, yıllık 235.668,20 kWh elektrik üretilebileceği hesaplanmış ve 203,4 kWh'lik akü grubu ilave edilerek hibrit sistem olarak analiz edilmiştir. Hibrit sistemin toplam tüketimdeki güneş enerjisi payını %16,6 oranında artırdığı bulunmuştur. Asfalt Üretim Tesisi, Atölye, Depo ve Ofis Binaları için 7 adet bina çatısında toplam 409,045 kWp gücünde şebekeye bağlı PV sistem tasarlanmış, yıllık 508.537,17 kWh elektrik üreteceği hesaplanmıştır. 114 kWh'lik akü grubu ilave edilerek hibrit sistem analizleri yapılmıştır. Hibrit sistemin toplam tüketimdeki güneş enerjisi payını %11,9 oranında artırdığı bulunmuştur. İçme suyu tesisleri için, tüketim tesislerinden farklı noktada yer alan, arazi uygulamalı 282,10 kWp gücünde şebekeye bağlı PV sistem tasarlanmış, sistemin yıllık 367.595,80 kWh enerji üretebileceği hesaplanmıştır. Yerleşim yerlerinin dışında bulunan ve şebekeye uzak noktada yer alan motopomp tesisi için şebekeden bağımsız 5,46 kWp gücünde PV sistem ve 54,68 kWh'lik akü grubu tasarımı yapılmış ve PV-Sol yazılımı ile analizleri gerçekleştirilmiştir. Sistemden yıllık 6.517 kWh'lik elektrik üretildiği, toplam tüketimin %48,2 sinin PV sistem ile karşılandığı, geriye kalan kısmının ise akü gruplarından karşılandığı bulunmuştur. Tesisin uzak noktasına şebeke bağlantısı için enerji nakil hattı yapılması durumunda yaklaşık 150 mt den uzak mesafeler için şebekeden bağımsız sistemin avantajlı olacağı hesaplanmıştır. Beton tesisi için şebekeye bağlı sistem 5,16 yıl, hibrit sistem 8,79 yıl, asfalt tesisleri için şebekeye bağlı sistem 5,10 yıl, hibrit 6,36 yıl, içme suyu tesisleri için şebekeye bağlı sistemin 7,52 yıl amortisman süresi olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
With the rapid increase in population and the development of technology, the need for energy is increasing. Due to the large increases in environmental pollution in the last century, it has become important to obtain energy from clean and sustainable sources instead of fossil fuels. The use of solar energy also stands out due to its infinite potential and clean resource. This study was conducted on the feasibility and development of solar electricity generation potential in Bartın province, which is located in the north of Turkey and has less sunshine.
Grid-connected, off-grid and hybrid photovoltaic solar power generation facilities were designed on different load profiles such as Concrete and Concrete Paving Production Plant, Asphalt Production Plant, office loads, drinking water facilities within Bartın Special Provincial Special Administration. Within the scope of the studies, simulation studies were carried out using PV-Sol software, production-consumption analyzes were performed and the numerical data obtained were compared.
A grid-connected PV system with a power of 191.10 kWp was designed on the roof of the Concrete and Concrete Paving production facility, it was calculated that 235,668.20 kWh of electricity could be produced annually, and a 203.4 kWh battery group was added and analyzed as a hybrid system. It was found that the hybrid system increased the share of solar energy in total consumption by 16.6%. A grid-connected PV system with a total power of 409.045 kWp was designed on the roofs of 7 buildings for the Asphalt Production Plant, Workshop, Warehouse and Office Buildings, and it was calculated that it would generate 508,537.17 kWh of electricity annually. A 114 kWh battery group was added and the hybrid system was analyzed. It was found that the hybrid system increased the share of solar energy in total consumption by 11.9%. For drinking water facilities, a 282.10 kWp grid-connected PV system with land application, located at a different point from the consumption facilities, was designed and it was calculated that the system could generate 367,595.80 kWh of energy annually. An off-grid 5.46 kWp PV system and a 54.68 kWh battery group were designed for the motopump facility located outside the settlements and far from the grid and analyzed with PV-Sol software. It was found that 6,517 kWh of electricity was generated annually from the system, 48.2% of the total consumption was met by the PV system and the remaining part was met by the battery groups. In case a power transmission line is constructed for grid connection to the far point of the facility, it is calculated that the off-grid system will be advantageous for distances of approximately 150 meters. It was calculated that the grid-connected system for concrete plant has a depreciation period of 5.16 years, hybrid system 8.79 years, grid-connected system for asphalt plants 5.10 years, hybrid 6.36 years, grid-connected system for drinking water plants 7.52 years.