T.C. Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü
HER BİRİ 20 DAİRELİ 4 BLOKTAN OLUŞAN BİR SİTENİN BAZI BÖLÜMLERİNİN GEREKLİ ELEKTRİK İHTİYACININ GÜNEŞ ENERJİSİ DESTEKLİ SAĞLANMASININ ARAŞTIRILMASI (BİTİRME PROJESİ) 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
1.1-Güneş Enerjisi Güneş enerjisinin dünyadaki uygulamaları doğrudan veya dolaylı olarak elektrik üretimi ve termal uygulamalar olmak üzere ikiye ayrılır. Bu hazırlanan bitirme projesinde her biri 20 daireli 4 bloktan oluşan bir sitenin bazı bölümlerinin gerekli elektrik ihtiyacının güneş enerjisi destekli sağlanmasının araştırılması ve uygulama hakkında gerekli bilgileri vermektedir. Şekil 1- Güneş Enerjisi Üretiminin Yıllara Göre Değişimi 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Bir güneş pili sisteminin maliyeti, depolama yapılmadığı zaman 0,3 - 0,4 $/kWh civarındadır. Bu maliyet ile güneş pili sistemleri, enterkonnekte (bağlaşımlı) şebekenin olmadığı veya ulaşımının zor ve pahalı olduğu yerlerde, küçük güçteki uygulamalarla (birkaç kW kadar) bilinen enerji kaynaklarıyla ekonomik açıdan yarışabilir düzeydedir. Şekil 1- Güneş Enerjisinden Elektrik Üretimi
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
AYLIK
AYLAR
TOPLAM
GÜNEŞL
GÜNEŞ
ENME
ENEJİSİ
SÜRESİ
(kWh/m2 ay)
(Saat/Ay)
OCAK
51,75
103,0
ŞUBAT
63,27
115,0
MART
96,65
165,0
NİSAN
122,23
197,0
MAYIS
153,86
273,0
HAZİRAN
168,75
325,0
TEMMUZ
175,38
365,0
AĞUSTOS
158,40
343,0
EYLÜL
123,28
280,0
EKİM
89,90
214,0
KASIM
60,82
157,0
ARALIK
46,87
103,0
TOPLAM
1311
2640
ORTALAMA
3,6 kWh/m2
7,2
gün
saat/gün
Tablo 1-Aylara göre güneş enerjisi (EİE) 07210010
1.2- Türkiye’ de Güneş Enerjisi Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EİE) tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saattir (günlük toplam 7,2 saat).
irfan YILDIRIM
27.6.2011
1.2- Türkiye’ de Güneş Enerjisi BÖLGE
TOPLAM
GÜNEŞLENM
GÜNEŞ
E SÜRESİ
ENEJİSİ
(Saat/yıl)
(kWh/m2 yıl) G.DOĞU
1460
2993
AKDENİZ
1390
2956
DOĞU
1365
2664
İÇ ANADOLU
1314
2628
EGE
1304
2738
MARMARA
1168
2409
KARADENİZ
1120
1972
ANADOLU
Tablo 2’ de görüldüğü gibi Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir.
ANADOLU
Tablo 2-Bölgelere göre güneş enerjisi (EİE) 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
2.MATERYAL Güneş pilleri (fotovoltaik diyotlar) üzerine güneş ışığı düştüğünde, güneş enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çeviren düzeneklerdir. Bu enerji çevriminde herhangi devingen (hareketli) parça bulunmaz. Güneş pillerinin çalışma ilkesi, Fotovoltaik (Photovoltaic) olayına dayanır.
Şekil 2- Basit bir güneş pili
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
İlk kez 1839 yılında Becquerel, elektrolit içerisine daldırılmış elektrotlar arasındaki gerilim, elektrolit üzerine düşen ışığa bağımlı olduğu gözlemleyerek Fotovoltaik olayını bulmuştur. Katılarda benzer bir olay ilk olarak selenyum kristalleri üzerinde 1876 yılında G.W. Adams ve R.E. Day tarafından gösterilmiştir.
Şekil 3- Güneş pilinin elektriksel olarak incelenmesi 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
2.1 Fotovoltaik Elemanlar Fotovoltaik sistemin ana elemanları güneş panelleri, kontrol üniteleri, eviriciler, akü ve bağlantı elemanlarıdır. Panel güç üretimi, akü güç depolama, kontrol ünitesi ve evirici kontrol ve sistem muhafaza görevlerini icra eder. Şekil 5’ da fotovoltaik elemanların bağlantıları gösterilmektedir.
Şekil 5- Fotovoltaik sistemin ana elemanları 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Güneş paneli: Sistemin temeli ve en değerli parçasıdır. Güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümü basit olarak burada gerçekleşir. İlk yatırım maliyeti, sistemin ömrü ve performansı açısından panellerin seçimi hayati önem taşır.
Şekil 6- Güneş Panelleri 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Akü: Şebekeden bağımsız, otonom sistemlerde enerjiyi depolar. Sisteme adapte akü bankasının kullanımı tüm yatırım performansını ciddi olarak etkiler.
Solar Şarj Aküleri birim fiyatı ortalama = 310$ ila 800$ arasında değişiklikler göstermektedir. [3]
Şekil 7- Solar Akü [3] 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Kontrol Ünitesi: Sistemin beynidir. Şarj, deşarj, aşırı sıcaklık, çalışma saatleri gibi parametreleri düzenler. Şekil 8- Kontrol Ünitesi [3]
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Evirici: Güneş panellerinden çıkış 12VDC, 24VDC ya da 48VDC doğru akım olduğu için genellikle DC-AC evirici, bazen de DC-DC evirici kullanılır.
Şekil 9- Evirici [3]
Solar Şarj Regülatörü birim fiyatı ortalama = 250 Euro ila 5300 Euro arasında değişiklikler göstermektedir. 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Fotovoltaik modüler sistem tasarımını etkileyen faktörler şu şekildedir; Güç kullanımı nasıl ve toplam yük ne olacak? Öngörülen günlük çalışma süresi nedir? Sistem nerede kurulacak? Atmosfer değerleri, güneş ışınımı, gölgelenme durumu, ortalama güneş saatleri nedir? Sistem şebeke bağlantılı mı yoksa otonom mu düşünülüyor? Çıkış voltajı, alternatif ya da doğru akım? Tüm elektriksel parametreler; kapasitif, indüktif karakter, başlangıç akımı, güç dinamik durumu nedir? 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Şekil 9- Güneş Kolektörü [3]
Güneş Kolektörü: Güneş kolektörleri, güneş radyasyonunu alıp bir akışkan (sıvı yada hava) bünyesine geçiren birer ısı değiştiricidirler. Üç grupta sınıflandırılırlar. Genellikle sabit olarak çalışırlar ve akışkan sıcaklığı 95 ºC’ye kadar yükselebilir. 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Kolektörlerden aşağıdaki özellikler beklenir: • Yüksek verimlilik • Uzun ömür • Ucuz fiyat, kolay montaj Fotosel Röle: Fotosel röle, bir ışık sensörüne (göz) bağlı olarak gün ışığını izleme ilkesiyle çalışır. Karanlıkta aydınlatma sistemlerini devreye alıp, gün ışığında devreden çıkartacak şekilde görev yaparlar.
Şekil Fotosel rölenin bağlantı şeması. 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
3.YÖNTEM
3.1. İhtiyaç Duyulan Sıcak Su Temini Güneş enerjili sistemlerin en ekonomik ve en yaygın olarak kullanıldığı sistemlerin başında, sıcak su hazırlama sistemleri gelir. Güneş enerjili sıcak su hazırlama sistemlerinin en büyük kullanım alanlarının başında gelen konutlarda sistem, çatıya veya rahat bir şekilde gün boyu güneş alabilecek yüksekçe bir yere, ekvator yönüne bakacak şekilde yerleştirilen, bir düzeyli toplayıcı grubu ile konut için gerekli olan toplam enerjinin yaklaşık %12’sini teşkil eden sıcak su hazırlamak için, gerekli olan enerjinin temini sağlanabilir. 2007 yılında su ısıtmada güneş enerjisinden faydalanma: 420 000 TEP Potansiyel: 76 000 000 TEP Oran: 0.55 % 1 TEP = 11630 kWh = 11.63 MWh Şekil 3.2 Tabi dolaşımlı kapalı devre sistemi 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Yakıt Tipi YıllıkYakıt Miktarı , My
Yakıt Bedeli, Güneş Kolektörü Kullanılması Fy Durumunda Gereken İlave Yakıt Miktarı (TL/yıl) ve Yakıt Tutarı Yakıt Miktarı
Yakıt Tutarı (TL/yıl )
Doğal Gaz
10220 m3/yıl
6814
3066 m3/ yıl
2044
Kömür
14052 kg / yıl
5167
4216 kg / yıl
1550
LPG
7528 kg / yıl
22242
2258 kg / yıl
6673
Odun
33726 kg / yıl
14052
10177 kg / yıl
4216
Gazyağı
8107 kg / yıl
24128
2432 kg / yıl
7238
Elektrik
98040 kWh/yıl 15845
29412 kWh/yıl
4754
07210010
Çizelge 3.1. Güneş Kollektörü Kullanılması Durumunda Gereken İlave Yakıt Miktarı ve Yakıt Tutarı irfan YILDIRIM 27.6.2011
3.2. Hidrofor Sistemi Hidrofor: Su basınçlandırma sistemlerine ait, binalarda, işyerlerinde, iş ve alışveriş merkezlerindeki su ihtiyacını karşılamak, şehir şebeke sularının basıncının yetmediği yerlerde kullanılan, pompa tipi motorlardır. Gerekli Debi Q (m3/saat) = Su Kullanan Kişi Sayısı x Kişisel Günlük Tüketim x F/1000 h = (5 kat+1 kat bodrum) x 2,8 m (bir kat yüksekliği) = 16,8 m Δh = 0,2 x h = 0,2 x 16,8 metre = 3,36 metre. Daire Sayısı = 20 Gerekli Min. Basınç = 16,8 + 3,36 + 15 = 35,16 mSS = 3,516 bar Kişi Başına Günlük Tüketim = 100 litre/gün F - Eş Zamanlılık Faktörü = 0,3 Gerekli Debi= Q = 20 x 5 x 100 x 0,3/1000 = 3 m3h (Debi hesaplanırken, her dairede 5 kişi yaşadığı varsayılmıştır.) Şekil 3.4. Hidrofor) 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Sistem
Teknik
A Fiyat(TL)
elemanı
özellik
d
Tutar (TL)
e t Güneş pili
Akü
150W, 21.6
2
1267.5
6337.5
V, 6.95A
0
12V, 60Ah
2
100
500
2
838
838
0 Hidrofor
1 HP (0,75 kW) 37 kg
İnverter
750 W
1
500
500
Şarj regülatörü
12V
1
400
400
Toplam
07210010
Gerekli hesaplamaya göre, basınç aralığına 4060 metre veya 40-70 metre ve bu basınç aralığında ortalama 3m3/saat debi verebilen 403/10-1 [1 HP (0,75 kW) 37 kg ağırlık, tek pompalı].
8775.5
irfan YILDIRIM
27.6.2011
3.3. Asansör Sistemi İnsan Asansörleri İnsan asansörleri özellikle insanların taşınmasına ait, kullanma rahatlığı ve kabin konforu sağlanmış olan asansörlerdir. Bir bölümü, tekerlekli sandalye ve sedye ile hasta taşıyabilecek kabin formunda olmak üzere “Hasta Asansörleri” adını alır. TS 863 standardına göre insan asansörlerinin aşağıdaki şekilde sınıflandırılır. • Sınıf I Asansörü: Sadece insan taşımak üzere tasarlanmış asansördür. • Sınıf II Asansörü: Esas olarak insan taşımak üzere tasarlanan, ancak gerektiğinde yük de taşınabilen asansörlerdir. • Sınıf III Asansörü: Sağlık tesislerinde kullanılmak üzere hasta, sedye vb. eşyaları taşımak üzere tasarlanmış asansörlerdir.
Şekil 3.4. Hidrofor) 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
ASANSÖR MOTOR GÜCÜ HESABI P: Kabin en alt noktada iken gerekli olan kuvvet Gk :Kabin ağırlığı (kg) Gy :Taşıma yükü (kg) Gh :Halat ağırlığı (kg) N :Gerekli motor gücü (HP) V :Kabin hızı (m/s) Verim : η=0.45 seçildi Toplam verim : 1/η/2.2 (TS 181’e göre) P= (Gk+Gy+Gh)-(Gy/2)= Gy/2+Gh N= (1/η)*(P*V/102)= (240+53.04)*0.63/102*1/0.45=1/0.45 =4.02 KW
Şekil 3.5 Asansör tesisine ait bölümler 07210010
Bu yüzden asansörün sadece aydınlatılması güneş enerjisi ile karşılanacaktır. irfan YILDIRIM
27.6.2011
3.4. Merdiven Aydınlatılması Şekil 3.7. Infrared detektörde 360 görüş açısı elde edilmesi
Merdiven aydınlatmasında uluslararası standartlara göre en az 50 lüx aydınlık gerekir .Tasarlanan sistemde PIR detektörleri kullanılmıştır. Bu detektörler ısı enerjisi olarak adlandırılabilen kızılötesi enerjilerin farklılığını algılarlar. Mutlak sıfır olan –273 C’den daha büyük sıcaklığa sahip bütün nesneler kendi ısılarına göre enerji yayarlar. Örneğin vücut isisin 37 C olan bir insan, ısısı 20 C olan bir duvardan daha fazla enerji yayar .
Şekil 3.8. PIR sensörlü elektriksel bağlantı seması 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Sistem
Teknik
Fiyat(TL)
elemanları
Özellik
Lamba
75 W 50Hz 2
Tutar (TL)
20
400
500
500
0 Akü
12V, 60Ah 2 0
İnverter Şarj
1500 W
2
350
350
30A, 12V
1
400
400
regülatörü Güneş pili
150W,
2 1267.5
21.6 V,
0
12675
6.95A Toplam
14325
Şekil 3.10. PIR detektörlerinin yerleşim planı 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
4.Sonuç ve Öneriler Yöntem
İlk Yatırım
Gerekli Güç
Ücreti
Maliyeti(TL)
(kWh)
(gün/TL)
1877,5
0,15
0,48
Hidrofor
8775
0,75
2,4
Sıcak Su Elde Etme
19000
Merdiven
14325
1,5
4,8
43977.5
2,4
69,68
Asansör Aydınlatma
62
Aydınlatma
Toplam
Elektrik üretiminden yıllık 0,324 x 6x 30x24 = 1399,68 TL. Sıcak su temininden yıllık 62 x 6 x 30 = 11160 TL Toplam = 12559,68 TL /YIL Tasarruf edilir. Bu verilere göre ilk yatırım maliyetini yaklaşık 4 yılda karşılamaktadır. 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Türkiye enerji ihtiyacının 70%’ini ithal etmektedir. Güneş enerjisi bu ithalatı büyük oranda düşürecek potansiyele sahiptir. Görüldüğü gibi her biri 20 daireli 4 bloktan oluşan bir sitenin bazı bölümlerinin gerekli elektrik ihtiyacının güneş enerjisi destekli sağlanmasının araştırılması sonucunda ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olmasına karşın belli bir süre sonra kendi karşılayıp uzun vadede kar elde edilmektedir. Bu yüzden böyle projeler yerel yönetimler tarafından teşvik edilmeli gerekirse vergi muafiyeti sağlanmalıdır. Bu yöntemle ülkenin enerji ihtiyacı karşılanmasında önemli yol alınmış olunacaktır. 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Güneş enerjisinin yaygın kullanılmasını cazip kılan belli başlı avantajlar şunlardır ;
Sistemin hareketli parçalarının bulunmayışı, Ömürlerinin uzun olması (20 yıl), Bakım masraflarının çok az olması, Çevre kirlenmesine neden olmamaları, Bir Wattan birkaç kilo Watt a kadar geniş bir güç bölgesinde uygulanabilir olması Ulaşımı zor olan bölgelerde küçük birimler halinde kullanılması (karavan, yat vb.) 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
İngiltere’de yapılan gökdelen için güneş panelleri tam 10 milyon dolara mal oldu. 100′lerce kW enerji üreten bu güneş panelleri kapalı, sisli havalarda bile enerji üretebilecek şekilde hesaplanarak tasarlanmıştır. Ayrıca binanın çatısında 24 adet güneş enerjisi ile elektrik üretecek rüzgar santrali’de mevcuttur. Üretilen enerji için 9 milyon fincan çay yapabilecek kadar enerji üretecek kapasitede diye yorumlar yapılmıştır. Binanın güneş enerjisi kullandığı için enerji üretiminde ve tüketiminde karbon salınımında çok yüksek oranda azalma göstermesidir.
İlk yatırım maliyeti ile sistemin bakım ve işletmesi halen çok yüksektir. Özellikle sisteme bağlı akülerin bakımı yüksek maliyet getirebilir. 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Japonya’da inşa edilen bir gökdelen alışılmışın dışında bir teknoloji kullanıyor. Binanın tüm dış yüzeyinde bulunan camlar içlerine yerleştirilen güneş enerjisi hücreleri sayesinde tüm gün boyunca güneş enerjisinin elektriğe çevirerek depolanmasını sağlıyorlar. Depolanan bu enerji geceleri tüm binanın 4.6 saat boyunca aydınlatılması için yeterli oluyor
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
2012 Yılına kadar dünya genelinde PV kurulu gücü değişim öngörüsü aşağıdaki grafikte verilmiştir. Grafikte görüldüğü üzerde yıllar boyunca bu sistemin artması güneş pillerinin cazipliğinin giderek artacağının bir göstergesidir.
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
BENİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM 07210010 İRFAN YILDIRIM 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
EKLER
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4]
http://www.eie.gov.tr/turkce/gunes/veri.html http://www.youthforhab.org.tr/tr/yayinlar/enerji/gunespilleri/giris.html http://www.neoenerji.com http://www.irfanyildirim88.tr.gg
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Tablo 2.1.1.Poli Kristal s190p Elektriksel Özellikleri[3]
Tablo 2.1.2 Poli Kristal s190p Teknik Özellikleri [3]
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Şekil Solar akülerin bağlanması [4]
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Ürün kodu
Pmax
Akım
Gerili Uzunluk
Boy
Kalınlı Ağırlık
[W]
[Amp]
m [V] [mm]
[mm]
k [mm] [kg]
SBR 05
5
0,29
17,00
275
231
17,0
0,75
SBR 10
10
0,59
17,00
561
231
38,5
1,60
SBR 20
20
1,18
17,00
532
448
38,5
3,00
SBR 30
30
1,76
17,00
958
433
38,5
5,50
SBR 45
45
2,64
17,00
1188
530
43,5
5,00
SBR 55-S
55
3,05
18,00
825
530
43,5
5,00
SBR 70
70
4,16
17,00
1188
530
43,5
7,50
SBR 75
75
4,45
17,00
1188
530
43,5
7,50
SBR 85-S
85
4,44
18,00
1188
530
43,5
7,50
SBR 130-S
130
4,50
29,80
1350
805
40,0
13,0
Tablo 2.2. Türkiye’de kullanılan bazı güneş paneli karakteristikleri [3] 07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Ürün Kodu
S-
S-240 S-400 S-550 S-650
S-750
190
S900
C12-Ah
100
200
310
425
505
580
700
C12- Ah
195
245
400
550
660
75
915
Derinlik [mm]
103
103
124
124
145
166
145
Genişlik [mm]
206
206
206
206
206
206
206
Yüksek [mm]
403
403
403
519
519
519
519
Kuru Ağırlık [kg]
8,5
10,5
15,2
22,9
22,9
26,3
30,7
Elektrolitli
13,6
15,2
20,3
31,5
31,5
37,0
43,7
Ağırlık [kg]
Tablo 2.3. Türkiye’de kullanılan bazı güneş akülerini karakteristikleri [3]
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Nominal Gerilim
Panel Gücü
Maksimum Akım
153 W
9 Amper
374 W
22 Amper
544 W
32 Amper
748 W
44 Amper
1020 W
60 Amper
216 W
9 Amper
748 W
22 Amper
340 W
5 Amper
1088 W
16 Amper
Değeri 12 V
24 V
48 V
Tablo 2.4 Şarj regülatörünün panel gücü ve nominal voltaj değerine göre seçimi [3]
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011
Kablo Uzunluğu [m] 0-1
1-2
2-3 3-4
4-5 5-6 6-7 7-9
Kablo Kesiti [mm2]
Amper [A] 0-20
2,5
6
6
6
10
10
10
10
21-36
6
6
10
10
20
20
20
35
37-50
6
6
10
10
20
20
20
35
51-65
10
10
20
35
35
35
35
35
66-85
20
20
35
35
35
35
35
35
86-105
20
20
35
35
35
35
35
35
106-125
35
35
35
35
35
35
35
35
125-150
35
35
35
35
35
35
35
35
151-200
35
35
50
50
50
50
50
50
Tablo 2.4 Şarj regülatörünün panel gücü ve nominal voltaj değerine göre seçimi [3]
07210010
irfan YILDIRIM
27.6.2011