Trafik Akışının Yollardaki Fotovoltaik Paneller ile Elektrik Üretimine Etkisi

Abstract

Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisinden fotovoltaik (PV) paneller kullanılarak elektrik üretimi amaçlı uygulamalar mevcuttur. Yapılarda, marjinal arazilerde veya gölgeleme elemanlarında bu tür kullanımlar görülmektedir. Ancak PV panellerin yapılar üzerine ek yük getirmesi ve strüktür ihtiyacı yaratması nedeniyle PV panellerin kullanımları zorlaşabilmektedir. Bu nedenle PV panelleri karayollarında kullanmak yapılardaki ek yükleri azaltabilir. PV panellerin yollarda kullanılması hem yolların aydınlatma gibi çeşitli ihtiyaçlarının azaltılması hem de üretilen fazla elektriğin şebekeye verilerek yenilenebilir enerji kullanım alanlarının arttırılması hedeflenebilir. Ancak, yollardaki trafik akışının ve yol eğiminin enerji üretimine etkisi büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmanın amacı, karayolları üzerinde PV panel kurulumu sonrası yollardaki trafik akışı ve yolların eğimi göz önüne alınarak elektrik üretimini değerlendirmek ve hangi çeşit yollardan enerji üretimi daha fazla olabileceğini ortaya çıkarmaktır. Çalışmanın bir diğer amacı, trafik akışının enerji üretimine etkisini betimleyen bir parametre ileri sürerek yolların trafik akışına göre enerji üretimi potansiyelini ortaya çıkarmaktır. Bu hesaplamalar için Türkiye’nin en yoğun nüfuslu illerinden Antalya’daki hafta içi trafik akışı gözlemlenmiştir. Analizler sonucunda trafik akışının fazla olmasının PV panellerin enerji üretimine etkisi incelenmiş, Kuzey – Güney (K-G) ve Doğu – Batı (D-B) yönünde olan yolların birbirleri ile karşılaştırılması yapılmıştır. Trafik akışındaki düşük seviyeler ve yolların güneye doğru eğime sahip olması yoldaki elektrik üretimini olumlu etkilemektedir. Trafik akışı gibi bir ulaşım parametresinin enerji üretimine etkisinin incelenmesinden elde edilen sonuçlar, Antalya’da uygulanabilecek altı bölgedeki yolun elektrik üretim potansiyelini açığa çıkarmıştır. Bulgulara doğrultusunda, Gazi Mustafa Kemal Bulvarı’nın elektrik üretim potansiyeli diğer ölçüm bölgelerine göre daha fazladır.

Keywords

• Güneş Enerjisi
• Fotovoltaik Paneller
• Trafik Akışı
• Yenilenebilir Enerji
• Ulaşım

Effect of Traffic Flow on Electricity Generation with Photovoltaic Panels on Roads

Abstract

Today there are applications for electricity generation by using photovoltaic (PV) panels from solar energy which is one of the renewable energy sources. Such uses are seen in buildings, marginal lands or shelters. However, the use of PV panels can be difficult because PV panels impose additional load on the buildings and create a need for load bearing structure. For this reason, using PV panels on roads can reduce the additional loads on buildings. The use of PV panels on the roads can aim both to reduce the various needs of roads such as lighting and to increase the use of renewable energy by giving the excess electricity generated to the electric supply system. However, the effect of traffic flow and road slope on the energy production is of great importance. The aim of this study is to assess the electricity generation by considering the traffic flow and the slope of the roads after the installation of PV panels and to reveal which types of roads can be more productive. Another purpose of the study is to reveal the energy generation potential of the roads according to the traffic flow by putting forward a parameter that describes the effect of traffic flow on energy production. For these calculations, weekday traffic flow in Antalya, one of the most densely populated provinces of Turkey, has been observed. As a result of the analyzes, the effect of the high traffic flow on the energy production of PV panels was examined, and the roads in the North - South and East - West directions were compared with each other. Low levels of traffic flow and the slope of the roads towards the south positively affect the electricity generation on the road. The results obtained from the examination of the effect of a transportation parameter, such as traffic flow, on energy production revealed the electricity generation potential of six regions in Antalya. According to the main outputs, Gazi Mustafa Kemal Bulvarı has more potential for energy generation compated to the other surveying areas.

Keywords

• Solar Energy
• Photovoltaic Panels
• Traffic Flow
• Renewable Energy
• Transportation

References

1. Alawaji, S. H. (2001). Evaluation of solar energy research and its applications in Saudi Arabia — 20 years of experience. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 5 (2001), 59–77.
2. Bedeloglu A., Demir B. & Bozkurt Y. (2010). Fotovoltaik Teknolojisi: Türkiye ve Dünyadaki Durumu, Genel Uygulama Alanları ve Fotovoltaik Tekstiller. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2010, 4(2), 43-58.
3. Büyükkılıç, M. (2009). Güneş Enerjili Sistemlerin Yol Aydınlatması Amaçlı Kullanımı. [Yayımlanmamış yüksek lisans tezi]. İstanbul Teknik Üniversitesi Enerji Enstitüsü.
4. Channi, H. K. (2019). Solar Pavement: Smart Means of Transportation. International Journal of Management, IT & Engineering, 9(2), 211-217.
5. Çanka Kılıç, F. (2015). Güneş Enerjisi, Türkiye’deki Son Durumu ve Üretim Teknolojileri. Mühendis ve Makina, 56 (671), 4-28.
6. Çelebi̇, G. (2013). Bina Düşey Kabuğunda Fotovoltaik Panellerin Kullanım İlkeleri. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 17 (3), 17-33.
7. Dhoke, M., Naidu, H. & Ghutke, P. (2017). An Innovative Method of Power Generation using PV Technology on Solar Roadways. International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering IJARCCE, 6(6), 519-521. https://doi.org/10.17148/IJARCCE.2017.6692
8. Dikmen, A. Ç. (2019). Türkiye’de Güneş Ve Rüzgardan Elektrik Üretiminin Sera Gazı Emisyonları ve Çevre Maliyetinin Azalmasına Katkıları. Journal of Turkish Studies, 14(2), 275-293. http://dx.doi.org/10.7827/TurkishStudies.15149

9. Eugster, W. J. & Schatzmann, J. (2002). Harnessıng Solar Energy For Wınter Road Clearıng On Heavıly Loaded Expressways New Challenges for Winter Road Service. XIth International Winter Road Congress.
10. Eliiyi, D. & Çaylan, T. (2008). Güneş Enerjisi ve Led İle Etkin Enerji Kullanımı: Yol Aydınlatmalarına Yönelik Bir Uygulama. Endüstri Mühendisliği Dergisi, 19(2), 2-15. Global Solar Atlas Antalya güneş ışınım değerleri. (2020). https://globalsolaratlas.info/map?c=36.901038,30.695801,11&s=36.900964,30.695485&m=site
11. Jung, J., Han, S. & Kim, B. (2019). Digital numerical map-oriented estimation of solar energy potential for site selection of photovoltaic solar panels on national highway slopes. Applied Energy, Volume 242, 57-68. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.03.101
12. Kıncay, O. (2008). Güneş Enerjisi [Powerpoint slides]. Erişim adresi http://www.solar-academy.com/menuis/Gunes-Enerjisi.021720.pdf
13. Kulkarni, A. (2013). Solar Roadways -Rebuilding our Infrastructure and Economy. International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), 3(3), 1429-1436
14. Lave, M., Hayes, W., Pohl, A., & Hansen, C. W. (2015). Evaluation of global horizontal irradiance to plane-of-array irradiance models at locations across the United States. IEEE journal of Photovoltaics, 5(2), 597-606.
15. Liu, Z., Yang, A., Gao, M., Jiang, H., Kang, Y., Zhang, F. & Fei, T. (2019). Towards feasibility of photovoltaic road for urban traffic-solar energy estimation using street view image. Journal of Cleaner Production, Volume 228, 303-318. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.262
16. Mannering, F. L., & Washburn, S. S. (2019). Principles of highway engineering and traffic analysis. John Wiley & Sons. 7th edition.
17. Mehta, A., Aggrawal, N. & Tiwari, A. (2015). Solar Roadways-The future of roadways. National Conference on Renewable Energy and Environment (NCREE-2015), 2(1). 161-163. https://doi.org/10.17148/IARJSET
18. Muneer, T. (1997). Perez slope irradiance and illuminance models: evaluation against Japanese data. International Journal of Lighting Research and Technology, 29(2), 83-87.
19. Oh, M., Kim, J. Y., Kim, B., Yun, C. Y., Kim, C. K., Kang, Y. H., & Kim, H. G. (2020). Tolerance angle concept and formula for practical optimal orientation of photovoltaic panels. Renewable Energy. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.11.096
20. Perez, R., Ineichen, P., Seals, R., Michalsky, J., & Stewart, R. (1990). Modeling daylight availability and irradiance components from direct and global irradiance. Solar energy, 44(5), 271-289.
21. Sayın, S. & Koç, İ. (2011). Güneş Enerjisinden Aktif Olarak Yararlanmada Kullanılan Fotovoltaik (PV) Sistemler Ve Yapılarda Kullanım Biçimleri. Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 26 (3), 89-106.
22. Shekhar, A., Kumaravel, V. K., Klerks, S., Wit, S., Venugopal, P., Narayan, N., Bauer, P., Isabella, O. & Zeman, M. (2018). Harvesting Roadway Solar Energy—Performance of the Installed Infrastructure Integrated PV Bike Path. Journal of Photovoltaics, vol. 8(4), 1066-1073. https://doi:10.1109/JPHOTOV.2018.2820998
23. Tawalbeh, M., Al-Othman, A. Kafiah, F., Abdelsalam, E., Almomani, F. & Alkasrawi, M. (2021) Environmental impacts of solar photovoltaic systems: A critical review of recent progress and future. Science of The Total Environment, 759:143528. https://DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.143528
24. Uçar, S., Akıner, İ. (2020). Yerel Yönetimlerin Kurumsal Çevre Sorumluluğunda Binalarda Fotovoltaik Panel (PV) Kullanımlarının Önemi. Kent Akademisi, 13 (4) , 584-598.
25. Zhou, Z., Hu, S., Zhang, X. & Zuo, J. (2013). Characteristics and application of road absorbing solar energy. Frontiers in Energy. 7, 525-534. https://doi.org/10.1007/s11708-013-0278-2