Fotovoltaikdizayn Yazılımı GAPYENEV Araştırma laboratuvarı kapsamındaki Fotovoltaik araştırma grubu tarafından geliştirilmiştir.                                                                                                                                              

      AMAÇ: Herhangi bir mühendislik uygulaması (i) karar verme, (ii) tasarım, (iii) kurum ve (iv) işletim olmak üzere dört aşamayı içerir. Ülkemizde kullanıcılar bu dört aşamadan sadece kurum ve işletim aşamalarında mühendislik desteği talep etmektedir. Özellikle karar verme aşamasını kullanıcıların kendi başlarına gerçekleştirmeye çalışması sebebiyle bir çok uygulama daha tasarım aşamasına geçmeden başarısızlıkla sonuçlanmaktadır. Bunun en tipik örneklerinden biri; güneş enerjisi uygulamalarında karşımıza çıkmaktadır. Işınım şiddeti ve çevre sıcaklığı gibi gün boyunca değeri sürekli değişen parametreler söz konusu iken; kurulacak sisteme karar verirken, çeşitli kaynaklardan alınan yıllık, aylık veya günlük ortalamaları kullanmalarıdır. Bu durum; çoğunlukla kurulan sistem için öngörülen maliyet ve verimde yanılmalarla sonuçlanmaktadır. Son yıllarda bu düzeyde en fazla yanılgı fotovoltaik (PV) güneş enerji sistemlerinin kurulumlarında yaşanmakta ve yuvarlatılmış ortalama değer seçimleri kullanıcı beklentilerini karşılayamamaktadır. Çünkü ışınım şiddeti ve çevre sıcaklığındaki dinamik süreçlere karşılık, PV sistemin reaksiyonunu belirlemek, bir çok gayri lineer ilişkiyi içeren bir metodoloji gerektirmektedir (Fıratoglu ve Yeşilata (2003a)). Yüksek uzmanlık ve hassasiyet gerektiren bu metodolojinin geniş ölçekte kullanıcının karar verme aşamasına katkı sağlayabilmesi ise; sözü edilen karmaşık hesaplama adımlarını kendi içinde gerçekleştiren fakat kullanıcıya sadece basit menülerle seçim şansı taşıyan bir yazılımın geliştirilmesiyle ancak mümkündür. 

Bu yazılınım temel amacı; sözü edilen nitelikte bir yazılım geliştirmek olup; bu sayede sistem kullanıcıları ve araştırıcılar;

(i)                 Uzun dönem meteorolojik verileri yardımıyla belirlenmiş; yılın herhangi bir günündeki herhangi bir saat dilimi için ışınım şiddeti ve çevre sıcaklığı anlık verisine ulaşabilecekler,

(ii)               farklı eğim açılarında panel yüzeyine gelen ışınım şiddetinin değerini belirleyebilecekler,

(iii)             endüstride yaygın bir şekilde kullanılan PV panel tiplerinin herhangi bir zaman dilimi için anlık karakteristiklerini ve güç çıktılarını hesaplayabileceklerdir.

Yazılım sözü edilen yönleriyle; kullanıcıların maliyetli uzmanlık desteğine ihtiyaç olmadan kendi başlarına sistem seçimine karar vermelerini sağladığı gibi,  araştırıcılar ve mühendisler için de, teknik destek talep edilen her bir uygulama için çok uzun ve yorucu bir modelleme sürecine gerek duymadan hesap yapmalarına imkan verebilecektir. Yazılım ilk planda Şanlıurfa iline yönelik olarak geliştirilecektir. Çünkü özellikle bu yörede karar verme aşamasında, sözü edilen yorucu ve uzun sürecin getireceği maliyeti karşılamada kullanıcılar açısından çok büyük sorunlar söz konusudur. Yazılımın temel amacı olan; karar verme aşamasındaki, doğru maliyet ve doğru verim öngörüsü sağlandığında, güneş enerjisi potansiyeli açısından ülkemizde en ön sıralarda yer alan Şanlıurfa ilinde bu alandaki yatırımların yaygınlaşması adına önemli bir adım atılmıştır.

KAPSAM ve KULLANIMI: Yazılım iklimsel veriler ve Fotovoltaik panel karakteristikleri olmak üzere iki bölümden meydana gelmektedir.

İklimsel Veriler;

Güneş enerjisi uygulamalarında karar verme ve tasarım aşamalarının sağlık bir şekilde gerçekleştirilmesi ancak anlık ışınım şiddeti ve çevre sıcaklığı gibi değişkenlerin doğru öngörülmesiyle mümkündür. Sözü edilen değişkenlerin tespiti için literatürde uzun yıllar ortalaması, referans gün ve benzeri çeşitli metotlar bulunmaktadır (Fıratoglu (2003)). Bu metotların uygulanabilmesi için Devlet Meteoroloji Genel Müdürlüğü’nden elde edilecek uzun döneme ait ham dataların işlenmesi gerekir . Yazılımda 16 yıllık ham datalar ilk etapta bilgisayar programları ile düzenlenerek ve yıllık, aylık ve günlük ortalamalara ait veri tabanları oluşturulmuştur. Daha sonraki adımda oluşturulan veri tabanları ile uzun yıllar ortalaması ve referans gün metotları çerçevesinde anlık ışınım şiddeti çevre sıcaklığını hesaplayan web tabanlı bir yazılım hazırlanmıştır. Hazırlanmış bu program ile sadece araştırıcılar değil tüm kullanıcılar basit menülerle ile yılın herhangi bir günündeki saat dilimi için ışınım şiddeti ve çevre sıcaklığı verilerine ulaşabileceklerdir.

Meteoroloji istasyonlarında yalnızca yatay yüzeye gelen ışınım ile ilgili ölçümler yapıldığından, eğimli yüzeyler için ek hesaplamalara gereksinim duyulur. Literatürde bu amaçla geliştirilmiş bir çok model bulunmakta olup, bunların ortak özellikleri yatay yüzeye gelen ışınım şiddetinin birer fonksiyonu olmalarıdır (Fıratoglu ve Yeşilata (2001), Fıratoglu ve Yeşilata (2003b),. Bu modeller yardımıyla geliştirilmiş yazılımda kullanıcılar yılın herhangi bir zaman dilimde istedikleri eğimli yüzeye gelecek ışınım şiddetini saptayabileceklerdir.  Yazılım ile aynı zamanda optimum eğim açılarının tespitine de olanak sağlamıştır.

 İklimsel Veriler Bölümünün Kullanımı;

İklimsel veriler bölümünün program görüntüsü Şekil 1.’de gösterilmiştir. Bu bölümde Işınım ve Çevre Sıcaklığı isimli bir buton Ay, Gün ve Saat isminde üç tane dropdownlist, Anlık Işınım, Anlık Çevre Sıcaklığı ve Güneye Dönük Panel Eğim Açısı üç tane textbox bulunmaktadır. Kullanıcılar dropdownlistler ile seçecekleri herhangi bir zaman dilimi için Işınım ve Çevre Sıcaklığı butonuna tıkladıklarında Şekil 1’de gösterildiği gün boyunca yatay yüzeye gelen ışınım şiddeti çevre sıcaklığı ve atmosfer dışına gelen ışınım şiddetinin dağılımını grafikten görebileceklerdir. Saat dropdownlistten belirledikleri saat dilimindeki yatay yüzeye gelen ışınım şiddeti değerini Anlık Işınım texboxundan çevre sıcaklığı değerini ise Anlık Çevre Sıcaklığı textboxundan görebileceklerdir. Ayrıca Güneye Dönük Panel Eğim Açısı textboxuna girecekleri herhangi bir eğim açısı için panel yüzeyine gelecek ışınım şiddetinin dağılımını Işınım ve Çevre Sıcaklığı butonuna tıkladığında grafikten görebileceklerdir. Her seçim için değeri için butona iki kere tıklamak gerekmektedir.

Şekil 1. İklimsel Veriler Bölümü.           

Fotovoltaik panel karakteristikleri                                                                                                                                                                                   

Fotovoltaik panel kataloglarında sadece standart test koşullarındaki panel karakteristikleri verildiğinden dolayı araştırıcıların herhangi bir koşul için panel karakteristiklerini hesaplaması ciddi bir işlem yükünü sebep olmaktadır. Kullanıcılar için ise karar aşamasında kaçınılmaz olarak kataloglara bağlı yaptıkları öngörüler çok yanlış sonuçlar doğurmaktadır.  Geliştirilen yazılım ile araştırıcılar ve kullanıcılar Şanlıurfa için herhangi bir zaman diliminde endüstride yaygın olarak kullanılan fotovoltaik panel modellerinin karakteristiklerini kolayca elde edebilecektir.

Sistemin uzun dönem enerji analizinin yapılabilmesi için ışınım şiddetinin ve çevre sıcaklığının bir fonksiyonu olan panel karakteristiklerinin matematiksel modellerle tanımlanması gerekir. Bu çalışmada ticari alanda %60 pazar payına sahip kristal silikon (C-Si) paneller seçilecektir. Literatürde kristal silikon hücre ile ilgili geliştirilmiş bir çok model bulunmaktadır. Bu çalışmada panel karakteristiklerin tanımlanmasında, Rsh>>Rs varsayımıyla elde edilen aşağıdaki  matematiksel model kullanılmıştır (Firatoglu ve Yesilata (2004), Yesilata ve Firatoglu (2008)). Fotovoltaik panel karakteristikleri bölümünün program görüntüsü Şekil 2.’de gösterilmiştir. Bu bölümde dokuz tane textbox ve bir tane buton bulunmaktadır.  Textboxlara herhangi bir Fotovoltaik panelin katalog bilgileri girilip butona tıklandığında yazılım iklimsel veriler bölümündeki Anlık Işınım texboxundaki ışınım değerini ve Anlık Çevre Sıcaklığı textboxundaki sıcaklık değerini alıp panelin I-V karakteristiklerini çizmekte ve grafiğin üzerinde ise maksimum noktadaki akım, gerilim ve güç değerini vermektedir. Textboxlarda 50W bir PV panelin katalog değerleri default olarak yer almaktadır. Anlık Işınım, Anlık Çevre Sıcaklığı texboxlardaki değerler ayrıca değiştirilip istenilen ışınım şiddeti ve çevre sıcaklığındaki panel karakteristikleri elde edilebilir

Şekil 2. Fotovoltaik Panel Karakteristikleri Bölü

 Yrd. Doç. Dr. Zeynel Abbidin FIRATOĞLU

GAPYENEV Fotovoltaik Araştırma Grubu Koordinatörü

KAYNAKLAR