İngilizce Türkçe
Hakkımızda

Güneş Enerjisi Potansiyeli

Güneş Enerjisi Potansiyel Belirlemelerinde Kullanılan Cihazlar ve Özellikleri
Erdal BAĞCI*
Uzman Enerji - Yenilenebilir Enerji ve Enerji Verimliliği Çözümleri
 
*E-mail: bagci@uzmanenerji.com
  1. Giriş
İklim değişikliklerinde ki ciddi problemler tüm dünyada yenilenebilir enerjilerden elektrik üretimini tetiklemektedir. Özellikle yüksek güneş ışınımına sahip bölgeler için güneş enerjisi, elektrik üretimi konusunda ciddi bir kaynak oluşturmaktadır. Güneş enerjisi ile çalışan aletlerin ve güneş enerjisi santrallerinin planlanması ve kurulumu için belirlenen noktalarda ki güneş ışınım verilerinin hassasiyeti çok önemlidir. Güneş ışınımı güneşten elektrik üreten sistemler için yakıt sayılabileceği için maliyetler üzerinde güçlü bir etkisi bulunmaktadır. Güneş ışınımlarının yıllık toplamdaki değişimleri yapılması planlanan bir santralin kaderini belirleyebilmektedir. Ne yazık ki uygun yerler için geçerli meteorolojik verilerde sıklıkla bulunmamaktadır. İklim verileri ve özellikle güneş ışınım verileri mikroiklim çalışmalarında büyük farklılıklar göstermektedir. Elde bulunan imkanlarla, seçilen belirli alanlar için ışınım değerleri genişçe yayılmış verilerden çeşitli interpolasyonlar sonucunda hesaplanabilir fakat bu değerler yüksek hata oranları içerdiği için kurulması planlanan güç santrallerinin hesaplamalarında kullanılması için yeterli değildir. Uydulardan alınan verilerle birlikte yerinde yapılan kesin ölçümlerle santral planlamaları gerçekleşebilir.
Bu çalışmamızda belirli bir alana özel güneş ışınım ölçümleri veya güneş enerjisi dönüşüm santrallerinin verimliliği ve enerji üretim tahminleri gibi çalışma ihtiyaçlarını destekleyecek iki sistem anlatılacaktır. İki sistemde farklı bakım gerekliliği ve ölçüm hassasiyeti ortaya koymaktadır. Her iki konfigürasyon da direk ışınım, yayılı ışınım ve toplam ışınım için değerleri vermektedir. İstenildiği takdirde istasyonlara ek meteorolojik ölçüm cihazları da takılabilmektedir.
İki sistem içinde bulunduğu alanı iyi temsil edebileceği tüm yıl boyunca güneş ışınımını ölçebileceği yerler seçilmelidir. Bu alan cihazları gölgeleyebilecek veya ışınımı yansıtabilecek herhangi bir engele sahip olmayan açık ufuğa sahip bir yer olmalıdır. Ayrıca bu alan güvenli olmalı ve düzenli bakımı yapılabilmesi için uygun bir yer olmalıdır.
1.1 Sistem 1 – Silikon Fotodiyot Radyometreler Düşük Maliyet ve Bakım Gerekliliği / Düşük Ölçüm Hassasiyeti
Bu düşük maliyetli seçenek birçok uygulama için yeterlidir ve daha az bakım gerektirmektedir. “Rotating Shadowband Radiometer” (RSR) yani Dönen Gölgebantlı Radyometre denilen bu sistem piranometrede kullanılan yüksek hızlı tepki özelliğine sahip silikon fotodiyot dedektörün özelliklerinden yararlanılarak dizayn edilmiştir. RSR sistemi ek meteorolojik cihazlarında bağlanabileceği bir veri kaydedici içerir. Sistem küçük güçlü PV panellerle kendi elektriğini üretmektedir ve elektrik bağlantısı olmayan alanlar için uygun bir sistemdir.  
 
Resim 1. Silikon Fotodiyot Radyometreler a) Şematik Gösterim b) Sistem
1.2. Sistem 2 - Termopil Radyometreler - Yüksek Maliyet ve Bakım Gerekliliği / Yüksek Hassasiyet Oranı
Bu seçenek yüksek maliyetinin ve bakım gerekliliğinin yanında, toplam, yayılı ve direk ışınım için en iyi ölçümleri sunmaktadır. Bu sistem enerji yatırımları için projelendirme ve santral verimliliğini belirlemede kullanılabilecek en iyi seçenektir.
Sistem hiçbir zaman kesintiye uğramaması gereken bir elektrik kaynağına ihtiyaç duymaktadır. Bu kaynakta kurulacak şebekeden bağımsız PV panel sistemiyle elde edilebilinir. Fakat akü,regülatör ve evirici ile birlikte bu sisteme artı bir maliyet getirmektedir.
Birinci sisteme göre daha fazla bakım gerektiren bu sistem günlük sensör temizliği ve güneş takip cihazının hizasının kontrol edilmesi  şarttır. Eğer bakım gereklilikleri yerine getirilmezse yüksek tutarlar ödenerek elde edilmeye çalışılan yüksek hassasiyet oranı yakalanması zorlaşır.
Resim 2. Güneş Takip Sistemli Termopil Radyometreler
2. Sonuç
3 güneş ışınım birleşeninin de ayrı ayrı ölçülmesinin en önemli yararı ölçümlerde ki veri kalitesini en yüksek orana taşımasıdır.
GH = DNI * Cos (Z) + DIFF
                                       Z = ölçüm anında ki solar zenit açısı
Bu bağıntıyla veri kalitesi sürekli olarak kontrol edilebilir. Bu üç değerden biri veya birkaçının ölçülmemesi elde edilen verilerin hassasiyetini düşürmektedir.
Birinci sistemde kullanılan piranometre çok basit bir cihazdır. Hareketli gölgebandı gibi çeşitli mekanizmalarla desteklenmesiyle toplam ışınım ve yayılı ışınımı ölçüp direk ışınımı hesaplamaktadır. Laboratuar ortamında en iyi koşullarda %5 hassasiyeti yakalayan bu sistemin hata oranı arazi  koşullarında %8-10’a çıkabilmektedir3.
İkinci sistemde ise iki piranometre ve bir pirheliometre kullanılmaktadır. Bu cihazlar WMO ve ISO standardlarına göre “First Class” kabul edilen birinci sınıf cihazlardır. Bu cihazların ölçümlerinde ki hata oranı laboratuar ortamında %1 civarındadır. Arazi koşullarında ise %5 lik sınırı yakalayabilmektedir.
Enerji yatırımlarında ölçümlerin akredite olup geçerlilik kazanabilmesi için %5 lik sınır aşılmamalıdır. Bu yüzden enerji yatırımı gibi hassas konularda ikinci sistemin tercih edilmesi gerekmektedir.4,2
Ülkemizde bu konu çok yeni bir konu olduğu için çok az bir bilgi bulunmaktadır. Bazı uygulamalarda birinci sistem bile kullanılmayıp sadece silikon piranometre ile ölçümler yapılmaktadır. Ortalama değeri 250-300 USD olan bu basit piranometreler çok daha farklı uygulamalar (Tarım sektörü için meteorolojik veri sağlamak gibi) için geliştirilmiş olup kullanılmalarıyla elde edilen verilerin enerji yatırımlarının projelendirilmesi ve finansal olarak desteklenmesi aşamasında hiçbir akreditasyonu ve geçerliliği bulunmamaktadır. Yolun başında olan Ülkemiz için yatırımcıların ölçüm istasyonlarında yanlış seçimler yapmaması projelerin geleceği açısından çok önemlidir. 
 
Kaynaklar
1.      Erdal BAĞCI, Çeşitli tebliğ ve yazıları
2.      www.nrel.gov
3.      www.licor.com
4.      WMO