İstanbul ilinde bulunan ticari bir iş merkezindeki çatı tipi güneş enerji santralinin teorik ve gerçek zamanlı enerji analizi ve ekonomik olarak amortisman süresinin değerlendirilmesi
Theoretical and real-time energy analysis and economic assessment of a rooftop solar power plant in a commercial business center in Istanbul
Yazar: SALİH YİĞİT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH ÖZEN ÜNVERDİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde fotovoltaik paneller, güneş ışığını verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürme kapasitesiyle büyük önem kazanmıştır. Bu paneller, çeşitli endüstriyel ve ticari alanlarda elektrik ihtiyacını karşılamak için inovatif bir çözüm sunmaktadır. Özellikle sürdürülebilirlik ve çevre koruması bakımından, fotovoltaik sistemler enerji üretiminde ve işletme maliyetlerinde önemli tasarruflar sağlamaktadır.
İstanbul İli, Pendik İlçesinde, şehir yerleşim alanı ve yeşil alan sınırında bulunan ticari bir alışveriş merkezinin çatısına 2023 Mayıs ayında entegre edilen fotovoltaik enerji santrali, alışveriş merkezinin elektrik talebine önemli katkılar sağlamıştır. Bu sistem, PVsyst yazılımı aracılığıyla modellenerek teorik üretim değerleri hesaplanmış ve sistemin performansı ile potansiyel enerji kayıpları analiz edilerek optimal performans iyileştirme stratejileri önerilmiştir.
Elde edilen teorik üretim verileri, pratikte elde edilen gerçek üretim verileriyle karşılaştırılmış ve PVsyst yazılımı ile yapılan modellemenin %3,68 hata ile gerçek üretim değerlerine yakın sonuçlar elde ettiği görülmüştür. Modellemelerin tarihsel meteorolojik verilere dayandığı, bu verilerin doğruluğu ile yerel koşulların uygunluğunun sonuçları etkileyebileceği ve Meteorolojik verilerdeki belirsizliklerin modelleme sonuçlarında sapmalara neden olabileceği göz önünde bulundurulmuştur. Ayrıca, sistem bileşenlerinin (paneller, invertörler vb.) üretici tarafından belirtilen performanslarının, gerçek dünya koşullarında farklılık gösterebileceği düşünüldüğünde simülasyon sonuçlarının gerçekte elde edilen değerlerden farklı olabileceği anlaşılmıştır.
Bu tezde, dört farklı iyileştirme senaryosu analiz edilmiştir. Mevcut tesis için fotovoltaik panel alanındaki zeminin beyaza boyanarak yaygın (dağınık) güneş ışınımının artırılması ve albedo değerinin iyileştirilmesi; güneş panellerinin doğal serbest hava akışıyla soğutulmasını sağlamak amacıyla çatı zemininden 1,2 metre yükseğe, parapet duvarları hizasında konumlandırılması; panellerin eğimlerinin yaz ve kış mevsimlerine göre ayrı ayrı ayarlanması ve çift eksenli izleme sisteminin kullanılması gibi iyileştirmeler gerçekleştirilmiştir. Modelleme ve hesaplamalar sonucunda elde edilen sonuçlar, albedo değerinin iyileştirilmesiyle %0,5'lik bir artış, panellerin arkasındaki hava akışının iyileştirilmesi ve gölgelemenin önlenmesiyle %2,3'lük bir artış, panel eğimlerinin mevsimsel olarak ayarlanmasıyla %20,1'lik bir artış ve çift eksenli takip sisteminin kullanılmasıyla %56,1'lik bir artış olduğunu göstermiştir. Bu analizler, PVsyst yazılımıyla yapılan modellemenin tesislerde enerji üretim verimliliğini artırabileceği öngörüsünü desteklemektedir.

Abstract:
Photovoltaic panels have gained significant importance today due to their capacity to efficiently convert sunlight into electrical energy. These panels offer an innovative solution to meet electricity demands in various industrial and commercial sectors. In terms of sustainability and environmental protection, photovoltaic systems provide significant savings in energy production and operational costs.
In May 2023, a photovoltaic power plant was integrated into the roof of a commercial shopping center located at the border of the urban residential area and green zone in the Pendik District of Istanbul Province, significantly contributing to the shopping center's electricity demand. This system was modeled using PVsyst software to calculate theoretical production values, analyze the system's performance, and potential energy losses, and propose optimal performance improvement strategies.
The theoretical production data obtained were compared with the actual production data, showing that the modeling with PVsyst achieved results close to the actual production values with an error rate of 3.68%. It was considered that the modeling was based on historical meteorological data and that the accuracy of these data, along with the suitability of local conditions, could affect the results. Uncertainties in meteorological data could lead to deviations in modeling results. Additionally, considering that the performance specified by the manufacturers for system components (such as panels, inverters, etc.) may differ under real-world conditions, it is understood that simulation results may differ from the actual values obtained.
Four different improvement scenarios were created and analyzed in this study to enhance the efficiency of photovoltaic systems. The first scenario involved painting the ground in the photovoltaic panel area white to increase diffuse solar radiation by improving the albedo value, which led to a 0.5% increase in electricity production. The second scenario positioned the solar panels approximately 1.2 meters above the roof floor, aligned with the parapet walls, to facilitate natural free air circulation for cooling, resulting in a 2.3% increase in production by improving airflow and reducing shading effects. The third scenario adjusted the panel tilt separately for summer and winter seasons, yielding a significant 20.1% increase in efficiency. Finally, the implementation of a dual-axis tracking system provided the most substantial improvement, with a 56.1% increase in electricity production. These findings, obtained through modeling and calculations using PVsyst software, support the hypothesis that such analytical approaches can significantly boost energy production efficiency in photovoltaic facilities.