Toz birikiminin fotovoltaik (FV) sistem verimliliği üzerindeki etkisi ve optimize edilmiş temizlik sıklığı
Impact of dust accumulation on photovoltaic (PV) system efficiency and optimized cleani̇ng frequency
Yazar: YOUSEF A.Y. ABDALLATIF
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA TAHİR AKKOYUNLU
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Fotovoltaik (FV) panellerdeki aşırı toz birikimi, özellikle kurak bölgelerde, güneş enerji santrallerinin enerji çıkışını önemli ölçüde azaltabilen büyük bir sorundur. Bu tez, Türkiye'nin Konya ilindeki 1,976 MWp'lik bir çatı üstü güneş enerjisi kurulumunun verimliliği üzerindeki toz etkisini incelemekte ve bu kayıpları azaltmak için optimal bir temizleme stratejisi önermektedir.
Çalışma, Solcast API Toolkit'ten güneş ışınımı, sıcaklık, yağış, nem ve rüzgar gibi çevresel faktörler hakkında 23 aylık veri toplayarak güneş santrali güç üretimi verilerini analiz etmiştir. Korelasyon analizi, doğrudan normal ışınım, yatay genel ışınım, sıcaklık, yağış, bağıl nem ve rüzgar yönünün enerji üretimi üzerindeki en güçlü etkiye sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır.
2022 yılında temizleme olmadan, 2023 yılında ise robotik temizleme ile kuru mevsimler arasında karşılaştırmalı bir analiz yapılarak toz giderilmesinin etkisi icelenmistir. Sonuçlar, düzenli temizlemenin 2022'deki temizlenmemiş sisteme kıyasla haftalık ortalama enerji çıkışında %5-15 artışa yol açtığını ortaya koymuştur. Theil-Sen tahmincisi yöntemine dayalı kirlenme oranı hesaplamaları, günlük ortalama kirlenme oranının %0,2959 olduğunu göstermektedir. Optimum temizleme sıklığını belirlemek için bir model geliştirilmiştir. Analiz, kuru mevsimde 31 günlük optimal temizleme periyodunun yılda 6 kez temizleme anlamına geldiğini saptamıştır. Bu optimal temizleme stratejisinin uygulanması, toz birikimi ile ilişkili toplam maliyeti yılda 3 kez temizleme uygulamasına kıyasla %18 oranında azaltabilmektedir.
Bu araştırmanın bulguları, toz azaltma stratejilerini etkin bir şekilde uygulayarak fotovoltaik sistemlerinin uzun vadeli verimliliğini ve ekonomik olarak sürdürülebilirliğini artırmak için kurak bölgelerdeki güneş santrali işletmecilerine değerli bilgiler sunmaktadır.

Abstract:
Excessive dust accumulation on photovoltaic (FV) panels is a major challenge that can significantly reduce the energy output of solar power plants, particularly in arid regions. This thesis investigates the impact of dust on the efficiency of a 1.976 MWp rooftop solar power installation in Konya, Turkey, and proposes an optimal cleaning strategy to mitigate these losses.
The study collected and analyzed 23 months of data on environmental factors such as solar irradiance, temperature, precipitation, humidity, and wind from the Solcast API Toolkit and power production data from the solar plant. Correlation analysis revealed that direct normal irradiance, global horizontal irradiance, temperature, precipitation, relative humidity, and wind direction strongly influenced energy generation.
A comparative analysis was conducted between the dry seasons of 2022 (without cleaning) and 2023 (with robotic cleaning) to quantify the impact of dust removal. The results showed that regular cleaning led to a 5-15% increase in average weekly energy output compared to the unclean system in 2022. Soiling ratio calculations based on the Theil-Sen estimator method indicated an average daily soiling rate of -0.2959%. An optimization model was developed to determine the most cost-effective cleaning frequency. The analysis showed that the optimal cleaning cycle is 31 days, equating to 6 cleanings per dry season. Implementing this optimal cleaning strategy can reduce the total cost associated with dust accumulation by 18% compared to the current practice of 3 cleanings per year.
This research provides valuable insights for solar plant operators in arid regions to enhance long-term efficiency, optimize cleaning schedules, improve the sustainability and efficiency of solar energy systems in dust-prone areas, and improve the economic viability of their photovoltaic systems through effective dust mitigation strategies.