Güneş Enerji Panellerindeki Optimum Eğim Açısının Verime Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Fosil yakıtlardan elde edilen enerji çevre ve insan sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Dünyada enerji tüketimine bağlı olarak gelişen olumsuz etkiyi azaltmak için Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı tarafından yeni tedbirler uygulanmaya başlanmıştır. Bu tedbirlerin başında güneş enerjisine dayalı elektrik üretimi gelmektedir. Bu çalışma, Kayseri’de yapılacak olan güneş enerjisi yatırımlarında kullanılan güneş panellerinin güneş ışınımından daha iyi faydalanmalarını sağlamak için yapılmıştır. Yapılan çalışmada, panellerin aylık, mevsimlik ve altı aylık performansları ile optimum eğim açısının tespit edilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında, güneş ışınımı tespitinde Fotovoltaik Coğrafi Bilgi Sistemi (PVGIS), eğim açılarının tespitinde ise PVGIS ve Hottel & Woertz (HW) metotları kullanılmıştır. Hesaplamalar sonucunda; PVGIS ve HW metotları arasındaki açı farkının yaz aylarında 10,6°’ye kadar çıktığı, yılın son dört ayında ise birbirleriyle aynı değerleri aldığı görülmüştür. Kayseri’de güneş panellerinin her ay farklı sabit bir optimum eğim açısı ile konumlandırılması durumunda 1852,3 kWh/m2 maksimum güneş ışınımı elde edilmiştir. Yıllık 29,5°’lik eğim açısıyla konumlandırılan güneş paneline göre; aylık, mevsimsel ve altı aylık olarak değiştirilen panel eğim açılarındaki verimin sırasıyla yılda %4,11, %3,25 ve %2,99 arttığı tespit edilmiştir. Aylık optimum eğim açısı ile konumlandırmanın büyük avantaj sağladığı anlaşılmıştır. Mevsimsel ve altı aylık optimum eğim açıları karşılaştırıldığında ise verim farkı yüzde 0,26 olduğu saptanmıştır. Bu farkın az olması, güneş panellerinin yılda iki kez (altı aylık) eğim açısını değiştirerek konumlandırmasının uygun olacağını göstermiştir.

Keywords

• Optimum Eğim Açısı
• Güneş Paneli
• Güneş Işınımı
• PVGIS

Investigation of the Effect of Optimum Tilt Angle on Yield in Solar Energy Panels

Abstract

Energy obtained from fossil fuels negatively affects the environment and human health. In order to reduce the negative impact of energy consumption in the world, new precautions have been implemented by the International Renewable Energy Agency. Electricity generation based on solar energy comes first among these precautions. This study was carried out to ensure that the solar panels used in solar energy investments to be made in Kayseri benefit from solar radiation better. In the study, it was aimed to determine the optimum tilt angle with monthly, seasonal and semi-annual performances of the panels. Within the scope of the study, Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) was used to detect solar radiation, and PVGIS and Hottel & Woertz (HW) methods were used to determine the slope angles. As a result of the calculations; It was observed that the angle difference between the PVGIS and HW methods increased up to 10.6° in the summer months, and took the same values in the last four months of the year. In Kayseri, if solar panels are positioned with a different fixed optimum tilt angle each month, a maximum solar irradiance of 1852.3 kWh/m2 has been achieved. According to the solar panel positioned with an annual inclination angle of 29.5°; It has been determined that the yield in panel slope angles, which are changed monthly, seasonally and semi-annually, increased by 4.11%, 3.25% and 2.99% per year, respectively. It has been understood that positioning with the monthly optimum angle of inclination provides a great advantage. When the seasonal and six-month optimum slope angles were compared, it was found that the yield difference was 0.26 percent. The fact that this difference is low has shown that it would be appropriate to position the solar panels by changing the angle of inclination twice a year (six months).

Keywords

• Optimum Tilt Angle
• Solar Panel
• Solar Radiation
• PVGIS

References

1. Roberts, S., & Guariento, N. (2009). Building Integrated Photovoltaics A Handbook. Berlin, Germany. Birkhauser Press.
2. Kaldellis, J., & Zafirakis, D. (2012). Experimental investigation of the optimum photovoltaic panels tilt angle during the summer period. Energy, 38(1), 305–14, doi:10.1016/j.energy.2011.11.058
3. Lubitz, W.D. (2011). Effect of manual tilt adjustments on incident irradiance on fixed and tracking solar panels. Applied Energy, 88(5), 1710–1719, doi:10.1016/j.apenergy.2010.11.008
4. Ülgen, K. (2006). Optimum Tilt Angle For Solar Collectors. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 28(13), 1171-1180, doi:10.1080/00908310600584524
5. Bulut, H., Büyükalaca, O., & Yılmaz, T. (1999). Bazı İller İçin Güneş Işınım Şiddeti, Güneşlenme Süresi ve Berraklık İndeksinin Yeni Ölçümler Işığında Analizi. Güneş Günü Sempozyumu’99. 25 Haziran, Kayseri.
6. Khatib T., Mohamed A., Mahmoud M., & Sopian K. (2015). Optimization of the Tilt Angle of Solar Panels for Malaysia. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 37(6), 606-61.
7. Le Roux, W. G. (2016).Optimum Tilt and Azimuth Angles for Fixed Solar Collectors in South Africa Using Measured Data. Renewable Energy, 96(A), 603-612.
8. Yıldırım, E., & Aktaci̇r, M. (2019). Binaya Entegre Fotovoltaik Sistemlerde Azimut ve Eğim Açısı Etkilerinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(2), 609-620, doi: 10.17341/gazimmfd.416413

9. Çağlar, A. (2018). Farklı Derece-Gün Bölgelerindeki Şehirler İçin Optimum Eğim Açısının Belirlenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2), 849-854, doi:10.19113/sdufbed.94899
10. Koçer, A., Şevi̇k, S., & Güngör, A. (2016). Ankara ve İlçeleri İçin Güneş Kolektörü Optimum Eğim Açısının Belirlenmesi. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 21(1): 63-78, doi:10.17482/uujfe.80088
11. Aydın, M. (2020). Türkiye Koşullarında Güneş Panelleri İçin Optimum Sabit ve Ayarlanabilir Eğim Açılarının Belirlenmesi Üzerine Bir Araştırma. Yüksek Lisans Tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa.
12. Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı (ETKB). 2020. Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA). http://www.yegm.gov.tr/MyCalculator/. (15.12.2020).
13. Oğuz, M., & Akkurt, Ş. (2017). Kayseri İlinin Yenilenebilir Enerji Potansiyeli. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(2), 362-374, doi:10.28948/ngumuh.341150.
14. European Commission (EU). (2020). Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS). https://ec.europa.eu/jrc/en/PVGIS/docs/methods, (15.12.2020).
15. Gracia A. M., & Huld T. (2013). Performance comparison of different models for the estimation of global irradiance on inclined surfaces. European Commission Joint Research Centre Institute for Energy and Transport. https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/4ef8c4e1-4397-4e27-8487-448786327f27. (15.07.2020).
16. Muneer T. (1990). Solar radiation model for Europe. Building Services Engineering Research and Technology, 11(4), 153-163.
17. Camelia, S., & Dorin, S. (2014). Optimum Tilt Angle for Flat Plate Collectors All Over the World–A Declination Dependence Formula and Comparisons of Three Solar Radiation Models. Energy Conversion and Management, 81, 133- 143
18. Soulayman, S., & Hammoud, M. (2016). Optimum Tilt Angle of Solar Collectors for Building Applications in Mid-Latitude Zone. Energy Conversion and Management, 124, 20-28
19. Cooper, P.I. (1969). The Absorption of Solar Radiation in Solar Still, Solar Energy, 12(3), 333–46, doi:10.1016/0038-092X(69)90047-4
20. Vasarevicius, D., & Martavicius, R. (2011). Solar İrradiance Model for Solar Electric Panels and Solar Thermal Collectors in Lithuania. Electronics and Electrical Engineering, 108(2), 3-6.