Fotovoltaik sistemlerde verimliliği etkileyen faktörlerin incelenmesi
Investigation of efficiency factors in photovoltaic systems
Yazar: SİNAN ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. NECDET BAŞTÜRK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Temiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklı enerji sistemlerine yapılan yatırımlar, konvansiyonel enerji kaynaklarının tükenme tehditi altında olması sebebiyle son yıllarda önemli ölçüde artış göstermiştir. Bu sistemlerden en çok gelişme katedilenlerden biri fotovoltaik sistemlerdir. Yapılan AR-GE çalışmalarında kaydedilen başarılar ile birlikte FV modüllerinin fiyatları düşmüş ve dünya çapında kabul gören standartların sağlanması ile birlikte fotovoltaik sistemler yatırımcılar için bir yatırım aracı haline gelmiştir. Simülasyon programlarında yapılan kısa süreli enerji tahminleri oldukça az bir hata payı ile yapılmaktadır. Ancak kısa vadeli tahminlere bakılarak fotovoltaik sistemler devreye alındıktan sonra kendi başına bırakılmamalıdır. Sistemlerin performans analizi ve verimliliği etkileyen faktörlerin incelenmesi, sistemlerin uzun vadede yüksek performans göstermesi için takip edilmesi gereken konulardır. Türkiye'de kurulan fotovoltaik sistemlerin birçoğunda kurulum esnasında yapılan yanlış uygulamalar sebebiyle sistemlerin işletme süreci sırasında önemli problemler ile karşılaşılmakta, bu durum üretim kayıplarına sebep olmakta ve problemin tespiti yapılamamaktadır. Fotovoltaik sistemlerden yüksek performans elde etmek için performans analizi ve verimliliği etkileyen faktörlerin periyodik olarak takibi yapılmalıdır.

Bu çalışmada, ilk olarak Kuramsal Kesim bölümünde ışınım ve performans parametrelerinin, verimliliği etkileyen faktörlerin hesaplanması için kullanılacak metotlara yer verilmiştir. Saha Verilerinin İncelenmesi bölümünde Gölbaşı ve Torbalı İlçelerinde bulunan Güneş Enerji Santralleri ile ilgili genel bilgiler verildikten sonra, tesislerin performans parametreleri ve verimliliği etkileyen faktörler Kuramsal Kesim bölümünde yer verilen metotlar ile; ışınım parametreleri ise NASA'nın veri tabanından alınan aylık ortalama Küresel Yatay Işınım ve Dağınık Yatay Işınım Değerleri ile hesaplanmıştır. Bir sonraki bölümde ise PVsyst programı ile santrallerin modellemesi ve simülasyonu yapılmıştır. Yıllık olarak incelendiğinde simülasyonla elde edilen üretim değerleri eviricilerden elde edilenlere yakın olduğu görülmüştür. Değerlendirme bölümünde saha verileri ve simülasyon sonuçları karşılaştırılmış, iki tesisin simülasyon ve saha verilerinden hesaplanan Sistem Performans Oranları arasındaki farkın %1'den az olduğu sonucu ortaya çıkmıştır. Kayıp parametreleri arasında Gölbaşı GES ve Torbalı GES tesislerinde en fazla kayba neden olan faktörün ısıl kayıp olduğu görülmüştür. Sıcaklık kaybını tozlanma kaybı, yansıma kaybı ve dizi uyuşmazlığı kaybı izlemiştir. Ayrıca bu bölümde, santrallerin verimine en çok etki eden faktörler olan sıcaklık ve tozlanma kaybının daha az olması durumunun yıllık enerji üretimine etkisi değerlendirilmiştir. Torbalı GES'te FV modül arka yüzeylerinin rüzgar ile temas süresinin artması durumunda ısıl kaybın azalacağı ve  yıllık üretimde %3,5 artış olacağı, Gölbaşı GES'te ise bu artışın %1,2 olabileceği sonucu ortaya çıkmıştır. FV modüllerinde oluşan tozların periyodik olarak temizlenerek tozlanma kaybının %1 seviyesinde tutulması halinde Gölbaşı GES'in yıllık üretiminde %5'lik, Torbalı GES tesisinde ise %3'lük bir artış olacağı sonucu ortaya çıkmıştır.


Anahtar Kelimeler: fotovoltaik sistemler, verimliliği etkileyen faktörler, performans analizi

Abstract:
Investments to renewable energy systems increase in recent years due to depletion threat of conventional resources. In this point, one of the developed energy systems technology is photovoltaic systems. By the help of decreasing in solar panel cost and providing high acceptable standards around the World, photovoltaic systems become to be considered as an investment tool. Short term electricity forecasting can be done with margin of error by photovoltaic simulation programs. However, it does not mean that everything is done for obtaining high performance after construction process. Performance anaylsis and investigation of efficiency factors are crucial elements for reaching high efficiency in photovoltaic systems. In operation and maintainance process of most of Solar Power Plants in Turkey are faced with significant problems because of misimplemantaions in constructions processes and this leads to production losses.

In this study, initially, the methods to be used for the calculation of radiation and performance parameters in Theoretical Section are given. After giving general information about Solar Power Plants located in Gölbaşı and Torbalı Districts in the Investigation of Site Data, the performance parameters of the plants and the factors affecting the efficiency are given by the methods given in Theoretical Section; while the radiation parameters are calculated by monthly Global Horiztontal and Diffuse Horizontal Radiation values from the NASA's database. In next section, the PVsyst program was used to model and simulate Solar Power Plants. When examined annually, it is seen that the production values obtained by simulation are close to those obtained from solar inverters. In the evaluation section field results and simulation results are compared and it is concluded that the difference between the system performance ratios calculated from the simulations and field data of two plants is less than 1%. Among the efficiency loss factors in Gölbaşı GES and Torbalı GES facilities, temperature loss was found to be the most effective factor causing the loss. Loss of temperature is followed by soiling loss, IAM loss, and mismatch loss. In addition, in this section, the effect of annual energy production on the decrease of temperature loss and soiling loss, which are the most influential factors of power plants, has been evaluated. In the case of Torbalı GES, the increase in the duration of contact with the wind surface of the solar panel back surface will decrease the temperature loss and increase by 3,5% in annual production. Gölbaşı GES has the result that this increase can be 1,2%. If the dust generated in the solar panels is periodically cleaned and the soiling loss is kept at 1% level, the result is that Gölbaşı GES will increase 5% in annual production and 3% in Torbalı GES.


Key Words: photovoltaic systems, efficiency factors, performance analysis