Design of Hanönü (Kastamonu) Solar Power Plant with Different Simulation Programs and Evaluation of Electrical Energy Production Results

Year 2024, , 529 - 538, 15.05.2024

Sefa Kirnapci , Nihat Pamuk

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1460518

Abstract

Due to the negative environmental impacts of fossil fuels used for electricity generation, renewable energy sources have increased rapidly in recent years. In 2015, the implementation of an action plan to keep global warming below 2 degrees Celsius, which was one of the most important decisions taken at the UN Climate Change Summit held in Paris, was discussed and an agreement was reached between countries on this issue. In this context, extensive studies have been carried out in renewable energy production worldwide. As a result of the efforts carried out by the Ministry of Energy and Natural Resources in our country, the obligation to obtain a license and establish a company for small-scale generation facilities was eliminated with the regulation published by the Energy Market Regulatory Board in 2011. With the implementation of the unlicensed electricity generation regulation, electricity generation from solar energy with photovoltaic systems has gained momentum in our country. Before installing solar power plants, reliable data can be obtained through detailed analysis reports obtained from simulation programs as well as on-site surveys and feasibility studies. PVsyst and PV*SOL programs on photovoltaic simulation stand out among simulation programs because they offer detailed data entry and can perform positive analysis on the data. In this study, the performance analysis of the 276 kWp photovoltaic solar power plant of Hanönü (Kastamonu) Municipality, which was installed in 2021, was simulated with PVsyst and PV*SOL programs. The performance of the simulation programs was also evaluated by comparing the amount of electricity generated by the plant since its commissioning with the simulation results.

Keywords

Photovoltaics, Solar energy, Simulation programs, PVsyst, PV*SOL

Hanönü (Kastamonu) Güneş Enerjisi Santralinin Farklı Simülasyon Programları ile Tasarımı ve Elektrik Enerjisi Üretim Sonuçlarının Değerlendirilmesi

Abstract

Elektrik üretimi için kullanılan fosil yakıtların çevreye olan olumsuz etkilerinden dolayı son dönemlerde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımında hızla artış yaşanmaktadır. 2015 yılında Paris’te düzenlenen BM İklim Değişikliği Zirvesi’nde alınan en önemli kararlardan biri olarak küresel ısınmanın 2 ℃’nin altında tutulmasına yönelik bir eylem planının uygulanması konusu görüşülmüş olup bu konuda ülkeler arasında mutabakata varılmıştır. Bu bağlamda dünya genelinde yenilenebilir enerji üretiminde kapsamlı çalışmalar yapılmaktadır. Ülkemizde Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından yürütülen çalışmalar neticesinde 2011 yılında Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu (EPDK) tarafından yayımlanan yönetmelik ile küçük ölçekli üretim tesislerinin lisans alma ve şirket kurma yükümlülüğü ortadan kaldırılmıştır. Lisanssız elektrik üretim yönetmeliğinin uygulanmaya başlamasıyla birlikte ülkemizde güneş enerjisinden fotovoltaik sistemler ile elektrik üretimi hız kazanmıştır. Güneş enerjisi santrallerinin kurulumundan önceki tetkik ve fizibilite çalışmalarının yanı sıra simülasyon programlarından elde edilen detaylı analiz raporları sayesinde sağlıklı veriler elde edilebilmektedir. Fotovoltaik sistem simülasyonu üzerine PVsyst ve PV*SOL programları detaylı veri girişi olanağı sunması ve bu veriler üzerinden olumlu analizler yapabilmesi nedeniyle benzetim programları arasında ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada Hanönü (Kastamonu) Belediyesine ait 2021 yılında kurulumu yapılmış 276 kWp gücünde fotovoltaik güneş enerji santralinin PVsyst ve PV*SOL programları kullanılarak simülasyonları oluşturulmuş ve performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Tesisin işletmeye alındığı tarihten itibaren ürettiği elektrik enerjisi miktarı benzetim sonuçları ile karşılaştırılarak benzetim programlarının doğrulukları ve performansları değerlendirilmiştir.

Keywords

Fotovoltaik, Güneş enerjisi, Simülasyon programları, PVsyst, PV*SOL

References

• Abo-Khalil AG, Sayed K, Radwan A, El-Sharkawy IA. 2023. Analysis of the PV system sizing and economic feasibility study in a grid-connected PV system. Case Stud Thermal Eng, 45: 102903.
• Aktacir MA, Yeşilata B. 2011. Harran Üniversitesi kampüs içi fotovoltaik sistem uygulamaları. Tesisat Müh, 111: 41-46.
• Aldudak M. 2018. Türkiye'nin farklı şehirlerinde pv sistemlerinin ekonomik analizi ve verimliliği değerlendirmesi. Yüksek Lisans Tezi, Bahçeşehir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, pp: 94.
• Alsadi S, Khatib T. 2018. Photovoltaic power systems optimization research status: A review of criteria, constrains, models, techniques, and software tools. Appl Sci, 8(10): 10. https://doi.org/10.3390/ app8101761.
• Ay E, Pamuk N. 2023. Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Farabi yerleşkesindeki elektrik enerjisi ihtiyacının güneş enerjisi santralleri kurularak elde edilmesi ve ekonomik analizi. BSJ Eng Sci, 6(3): 173-184.
• Azam MS, Bhattacharjee A, Hassan M, Rahaman M, Aziz S, Shaikh MAA, Islam MS. 2024. Performance enhancement of solar PV system introducing semi-continuous tracking algorithm based solar tracker. Energy, 289: 129989.
• Bali S. 2015. Güneş enerjisi sektöründe kullanılan bilgisayar destekli benzetim programları; PV*SOL Expert programı incelemesi. VIII. Yenilebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, 15-16 Ekim, Adana, Türkiye, pp: 127-132.
• Bolat M, Arı̇foğlu U, Demı̇ryürek H. 2020. Lebit enerji güneş santralinin Pvsyst programı ile analizi. Bitlis Eren Üniv Fen Bil Derg, 9(3): 1351-1363. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.650786.
• Bouzguenda M, Al Omair A, Al Naeem A, Al Muthaffar M, Ba Wazir O. 2014. Design of an off-grid 2 kW solar PV system. 9th International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies, March 25-27, Monte-Carlo, Monaco, pp:1-6.
• Cavalcante MM, De Souza Silva JL, Villalva MG, Lins MPF. 2019. Performance analysis of a Solar Photovoltaic Power Plant. IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference- Latin America (ISGT Latin America), September 15-18, Gramado, Brazil, pp: 1-5, https://doi.org/10.1109/ISGT-LA.2019.8894937.
• Çelebi G. 2002. Bina düşey kabuğunda fotovoltaik panellerin kullanım ilkeleri. Gazi Üniv Müh Mim Fak Derg, 17(3): 17-33.
• Çiftçi F. 2016. Güneş enerji sistemlerinde farklı cins panellerle maliyet ve güç analizinin yapılması. Yüksek Lisans Tezi, Bahçeşehir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, pp: 96.
• ÇŞİDB. 2023. T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü İstatistik Verileri URL: https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?k=undefined&m=KASTAMONU (erişim tarihi: 01 Aralık 2023).
• Dondariya C, Porwal D, Awasthi A, Shukla AK, Sudhakar K, Bhimte A. 2018. Performance simulation of grid-connected rooftop solar PV system for small households: A case study of Ujjain, India. Energy Rep, 4: 546-553. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2018.08.002.
• EİGM. 2023. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Enerji İşleri Genel Müdürlüğü URL: https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-gunes (erişim tarihi: 19 Aralık 2023).
• ETKB. 2023. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Bilgi Merkezi URL: https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-gunes (erişim tarihi: 19 Aralık 2023).
• Fisher B, Ghosal K, Riley D, Hansen C, King B, Burroughs S. 2014. Field performance modeling of Semprius CPV systems. 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conf., June 8-13, Denver, US, pp: 759-765.
• Freeman J, Whitmore J, Blair N, Dobos AP. 2014. Validation of multiple tools for flat plate photovoltaic modeling against measured data. IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference, June 8-13, Denver, US, pp: 1932-1937.
• GEPA. 2023. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Enerji İşleri Genel Müdürlüğü, Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası URL: https://gepa.enerji.gov.tr/MyCalculator/ (erişim tarihi: 19 Aralık 2023).
• Haydaroğlu C. 2017. Dicle Üniversitesi güneş enerjisi santralinin performans analizi. Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Diyarbakır, Türkiye, pp: 109.
• Keskin E. 2012. Türkiye iklim koşullarında fotovoltaik güç sistemlerinin tasarımı ve maliyet analizi. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, pp: 114.
• Kıyançiçek E. 2013. Fotovoltaik sistemlerin boyutlandırılması için pvs2 paket programının gerçekleştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, Türkiye, pp: 75.
• Lalwani M, Kothari DP, Singh M. 2010. Investigation of solar photovoltaic simulation softwares. Int J Appl Eng Res Dindigul, 3(1): 87-92.
• Milosavljević DD, Kevkić TS, Jovanović SJ. 2022. Review and validation of photovoltaic solar simulation tools/ software based on case study. Open Physics, 20(1): 431-451. https://doi.org/10.1515/phys-2022-0042.
• Mohanty P, Muneer T, Gago EJ, Kotak Y. 2016. Solar radiation fundamentals and PV system components. In P. Mohanty, T. Muneer, & M. Kolhe (Eds.), Solar Photovoltaic System Applications: A Guidebook for OffGrid Electrification, Springer, Berlin, Germany, pp: 7-47. https://doi.org/10.1007/978-3-319-14663-8_2.
• Pamuk N. 2023. Performance analysis of different optimization algorithms for MPPT control techniques under complex partial shading conditions in PV systems. Energies, 16(8): 3358.
• Pamuk N. 2024. Techno-economic feasibility analysis of grid configuration sizing for hybrid renewable energy system in Turkey using different optimization techniques. Ain Shams Eng J, 15(3): 102474.
• Raj A, Gupta M, Panda S. 2016. Design simulation and performance assessment of yield and loss forecasting for 100 Kwp grid connected solar PV system. Next Gener Comput Technol, 3(5): 528-533.
• Sekçuloğlu SA. 2012. Fotovoltaik (PV), rüzgâr ve hibrit sistemlerin tasarımı ve ekonomik analizi. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Türkiye, pp: 120.
• Şimşek S. 2018. Fotovoltaik sistemlerde verimliliği etkileyen faktörlerin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, pp: 147.
• Tozlu C. 2004. Muğla Üniversitesinde kurulu şebekeye bağlı fotovoltaik güç sistemlerinin performans analizi. Yüksek Lisans Tezi, Muğla Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Muğla, Türkiye, pp: 114.
• Yadav P. 2015. Simulation and performance analysis of a l kWp photovoltaic system using PVsyst. 2015 International Conference on Computation of Power, Energy, Information and Communication (ICCPEIC), April 22-23, Melmaruvathur, India, pp: 358-363.