Türkiye'de Fotovoltaik Sistemlerin Fizibilitesinin Değerlendirilmesi: On-Grid, Off-Grid ve Şebeke Ölçekli FV Kurulumlarının Teknik ve Ekonomik Analizi

Year 2024, Volume: 6 Issue: 1, 69 - 92, 30.04.2024

Berkeli Akgayev , Serdar Akbayrak , Mücahit Yılmaz , Mahmut Sami Büker , Veysel Unsur

https://doi.org/10.47112/neufmbd.2024.33

Abstract

Günümüz enerji üretiminin vazgeçilmezi olan fosil yakıtlar, sera gazı emisyonlarını açığa çıkararak önemli çevresel sorunlara neden olmaktadır. Daha temiz ve sürdürülebilir bir alternatif olarak, yenilenebilir enerji kaynakları, özellikle güneş enerjisi, dünya çapında önem kazanmıştır. Özellikle fotovoltaik (FV) sistemler, herhangi bir zararlı yan ürün olmadan elektrik üretmek için güneş enerjisinden yararlanmanın etkili bir yoludur. Bu teknoloji, Türkiye gibi büyük ölçüde fosil yakıtlara bağımlı ve zengin güneş enerjisi potansiyeline sahip ülkeler için büyük umut vaat etmektedir. Bu nedenle, bu çalışma Türkiye'deki FV sistemlerinin fizibilitesini değerlendirmeyi ve potansiyel engelleri keşfetmeyi amaçlamaktadır. Güvenilir ve sürdürülebilir enerji tedariki sağlamak için hem şebekeye bağlı hem de şebekeden bağımsız FV sistemleri dikkate alınır. Bu çalışmada değerlendirme, Türkiye'de farklı coğrafi bölgeleri temsil eden 7 il seçilerek yapılmıştır. Fotovoltaik sistemlerin teknik ve ekonomik fizibilite analizleri için Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) tarafından geliştirilen Sistem Danışmanı Modeli (SAM) kullanılmıştır. SAM simülasyonu, güneş enerjisini kullanan bölgesel konut enerji taleplerini karşılamak üzere tasarlanmış şebeke dışı fotovoltaik sistemlere odaklanarak elektrik üretimi, verimlilik ve kayıplar dahil olmak üzere önemli teknik bilgiler sağlar. Bu çalışmada, İndirgenmiş Enerji Maliyeti (LCOE), İndirgenmiş Depolama Maliyeti (LCOS) ve paranın Net Bugünkü Değeri (NPV) gibi finansal parametreleri göz önünde bulundurarak şebekeden bağımsız FV sistemlerinin ekonomik uygulanabilirliği de araştırılmıştır. Bunlara ek olarak, seçilen şehirler için FV elektrik üretiminin şebeke elektriği ile maliyet açısından rekabet edebilir hale geldiğini gösteren şebeke paritesi kavramı da araştırılmıştır. Bu çalışma, fosil yakıt bazlı elektrik üretimine çekici bir alternatif olarak fotovoltaik sistemleri teşvik eden değerli bilgiler sunmaktadır.k teşvik eder.

Keywords

FV sistemler, Güneş enerjisi, Off-Grid sistemler, On-Grid sistemler, Yenilenebilir enerji

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

120E474

Assessing the Feasibility of Photovoltaic Systems in Türkiye: Technical and Economic Analysis of On-Grid, Off-Grid, and Utility-Scale PV Installations

Abstract

Fossil fuels, whereas indispensable for energy production today, pose significant environmental challenges because of their greenhouse gas emissions. As a cleaner and sustainable alternative, renewable energy sources, particularly solar energy, have gained prominence worldwide. Photovoltaic (PV) systems offer an effective means of harnessing solar energy to generate electricity without harmful by-products. This technology holds great promise, especially for countries such as Türkiye, which heavily rely on fossil fuels and possess abundant solar energy potential. Thus, this study aims to assess the feasibility of PV systems in Türkiye and explore potential obstacles. To ensure a reliable and sustainable energy supply, both on-grid and off-grid PV systems are considered. The assessment was conducted by selecting 7 provinces that represent diverse geographical regions in Türkiye. The System Advisor Model (SAM), developed by the National Renewable Energy Laboratory (NREL), was employed for the technical and economic feasibility analyses of these PV systems. The SAM simulation provides crucial technical insights, including electricity production, efficiency, and losses, with a specific focus on off-grid PV systems designed to meet regional residential energy demands utilizing solar energy. Furthermore, this study investigates the economic viability of off-grid PV systems by considering factors such as the levelized cost of energy (LCOE), levelized cost of storage (LCOS), and the net present value (NPV) of money. In addition, the concept of grid parity, which indicates when PV electricity generation becomes cost-competitive with grid electricity, is explored for the selected cities, thereby promoting PV systems as an attractive alternative to fossil fuel-based electricity generation.

Keywords

PV battery, PV systems, Renewable energy, Solar energy, Utility scale PV

Project Number

120E474

References

• H. Ritchie, M. Roser, P. Rosado, Energy - Fossil Fuels, Our World in Data. (2022). https://ourworldindata.org/fossil-fuels.
• J. Twidell, Renewable Energy Resources, 4. bs, Routledge, London, 2021. doi:10.4324/9780429452161.
• A.O. Özkan, H.B. Demi̇r, Fotovoltaik Panellerde Sıcaklık ve Zenit Açısının Panel Güç Üretimine Etkisi, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 1 (2019), 1-9.
• M.İ. Özgün, A.B. Batibay, B. Ünal, Y.R. Eker, A. Terlemez, Investigation of the Use of TiO2 Obtained from Endodontic NiTi Files in Dye-Sensitized Solar Cells, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 5 (2023), 1-8.
• IRENA, Renewable Energy Statistics, 2022. https://www.irena.org/publications/2022/Jul/Renewable-Energy-Statistics-2022 (erişim 27 Aralık 2023).
• IRENA, World Energy Transitions Outlook 1-5C Pathway 2022 Edition, 2022. https://www.irena.org/publications/2022/Mar/World-Energy-Transitions-Outlook-2022.
• IRENA, Future of solar photovoltaic, /Publications/2019/Nov/Future-of-Solar-Photovoltaic. (2019). https://www.irena.org/publications/2019/Nov/Future-of-Solar-Photovoltaic (erişim 30 Ağustos 2022).
• T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Güneş, (t.y.). https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-gunes.
• C. Hakyemez, Ekonomik Araştırmalar, Aylık Enerji Bülteni, 2022.
• D. Ray, Lazard’s Levelized Cost of Energy Analysis, 2021.
• B. Akgayev, V. Unsur, Evaluation of residential stand alone photovoltaic systems in mega cities of the world, International Journal of Green Energy. 21 (2024), 448-460. doi:10.1080/15435075.2023.2276153.
• NREL, System Advisor Model (SAM), (t.y.). https://sam.nrel.gov/ (erişim 24 Nisan 2021).
• NREL, NSRDB, (2023). https://nsrdb.nrel.gov/.
• EU PVGIS, JRC Photovoltaic Geographical Information System, (2023). https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html#TMY.
• WMO, Climate Data Region 6- Europe/Türkiye, (t.y.). https://climate.onebuilding.org/WMO_Region_6_Europe/default.html.
• SOLARGIS, Global Solar Atlas, (2023). https://globalsolaratlas.info/map.
• EnergyPlus, Weather Data, (t.y.). https://energyplus.net/weather.
• TEİAŞ, Türkiye Elektrik Üretim-İletim İstatistikleri, 2022. https://www.teias.gov.tr/turkiye-elektrik-uretim-iletim-istatistikleri.
• TÜİK, Enerji İstatistikleri, (t.y.). https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?kn=147&locale=tr.
• KOSGEB, T.C. Küçük ve Orta Ölçekli İşletmeleri Geliştirme ve Destekleme İdaresi Başkanlığı, Text KOSGEB. (t.y.). http://www.kosgeb.gov.tr/site/tr/genel/destekdetay/1233/kobi-finansman-destek-programi.
• TKDK, Yenilenebilir Enerji Yatırımları, 2023. https://www.tkdk.gov.tr/AltTedbir/yenilenebilir-enerji-yatirimlari-16.
• TTGV, Teknoloji Üreten Türkiye, (2022). https://www.ttgv.org.tr/tr/programlar.
• TurSEFF, Yenilenebilir Enerji, (t.y.). https://www.turseff.org/bilesen/yenilenebilir-enerji?ref=yenilenebilir-enerji.
• T.C. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, Yatırım Teşvik Sistemleri, (2023). https://www.sanayi.gov.tr/anasayfa.
• O.T. Turhan, G.T. Turhan, Y. Güneri, Enerji Teşvik ve Destekleri, (2023). https://www.piagrid.com/enerji-tesvik-ve-destekleri.
• IEEE, IEEE Standards Association, IEEE Standards Association. (2023). https://standards.ieee.org.
• Jinko Solar, Solar Panels - Tiger Neo, (t.y.). https://www.jinkosolar.com/en/site/tigerneo#s1.
• Huawei, A Range of Products that Provide Reliable Solar Solutions | FusionSolar Global, (t.y.). https://solar.huawei.com/en/professionals/all-products (erişim 27 Aralık 2023).
• M.S. Endi̇z, R. Akkaya, Yarı Empedans Kaynaklı İnverterlerde Farklı PWM Kontrol Tekniklerinin Performans Etkisinin İncelenmesi, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2 (2020), 12-26.
• IEEE, IEEE Recommended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems, IEEE Std 1013-2019 (Revision of IEEE Std 1013-2007). (2019) 1-50. doi:10.1109/IEEESTD.2019.8845030.
• V. Ramasamy, D. Feldman, J. Desai, R. Margolis, U.S. Solar Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmarks, 2021. doi:10.2172/1829460.
• H. Walker, E. Lockhart, J. Desai, K. Ardani, G. Klise, O. Lavrova, T. Tansy, J. Deot, B. Fox, A. Pochiraju, Model of Operation-and-Maintenance Costs for Photovoltaic Systems, 2020. doi:10.2172/1659995.
• IRENA, Renewable Power Generation Costs, 2022. https://www.irena.org/publications/2022/Jul/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2021 (erişim 04 Eylül 2022).
• TCMB, Reeskont ve Avans Faiz Oranları, 2023. https://www.tcmb.gov.tr/wps/wcm/connect/TR/TCMB+TR/Main+Menu/Temel+Faaliyetler/Para+Politikasi/Reeskont+ve+Avans+Faiz+Oranlari.
• TCMB, Tüketici Fiyatları, 2023. https://www.tcmb.gov.tr/wps/wcm/connect/TR/TCMB+TR/Main+Menu/Istatistikler/Enflasyon+Verileri/Tuketici+Fiyatlari.
• EMO, Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun, (t.y.). https://www.emo.org.tr/mevzuat/mevzuat_detay.php?kod=74.
• EPDK, Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun, t.y. https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-0-0-2256/kanunlar.
• T.C. Mevzuat Bilgi Sistemi, KANUNLAR - 5346, t.y. https://www.mevzuat.gov.tr/.
• Levelized Costs of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook 2022, (2022) 26.
• NREL, Levelized Cost of Solar Plus Storage, 2023. https://www.nrel.gov/news/video/lcoss-text.html.
• O. Schmidt, S. Melchior, A. Hawkes, I. Staffell, Projecting the Future Levelized Cost of Electricity Storage Technologies, Joule. 3 (2019), 81-100. doi:10.1016/j.joule.2018.12.008.
• W. Short, D.J. Packey, T. Holt, A Manual for the Economic Evaluation of Energy Efficiency and Renewable Energy Technologies, 1995. doi:10.2172/35391.
• IRENA, Renewable Power Generation Costs in 2022, 2023. https://www.irena.org/Publications/2023/Aug/Renewable-power-generation-costs-in-2022.
• EPDK, EPDK | Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, (2022). https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-1327/elektrik-faturalarina-esas-tarife-tablolari (erişim 22 Şubat 2023).