GÜNEŞ IŞINIM VERİLERİNE ENTROPİ YAKLAŞIMIYLA FOTOVOLTAİK SİSTEM ÇIKIŞ GÜCÜ DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ

Yıl 2024, Cilt: 9 Sayı: 2, 147 - 163, 27.12.2024

Ahmet Kabul

Öz

Fosil yakıtların neden olduğu problemlerin gün geçtikçe görünür hale gelmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimi artırmaktadır. Fotovoltaik (PV) güneş panelleri tabanlı elektrik üretim santralleri gerek ülkemizde gerekse de dünyada yenilenebilir enerji kaynakları arasında tercih edilen santral tiplerinden birisidir. PV panel güç kapasitesini tahmin edebilmek ya da panel verimliliğini arttırabilmek amacıyla temel meteorolojik verilerin (sıcaklık, hava açıklığı, nem, rüzgâr, vb.) takibi ve analizi yapılmaktadır. Temel meteorolojik verilerin çeşitliliği ve her bir parametrenin ayrı ayrı değerlendirilmesi panel çıkış güçlerinin ve verimliliklerinin takibini zorlaştırmaktadır. Günümüzdeki çalışmalar temel meteorolojik verilerin güneş ışınım değerleri olan yatay düzlem global ışınım (GHI), direkt normal ışınım (DNI) ve difüz yatay ışınım (DHI) parametrelerini tahmin etme üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu çalışmada DNI, DHI ve GHI verilerinin ayrı ayrı analizleri yapılarak hangi verinin panel çıkış gücünü doğrudan etkilediği tespit edilmektedir. Önerilen yöntem ilgili verilerin ortalama değerlerini kullanarak entropi analizi için özellik çıkarımı yapmaktadır. Önerilen yöntemin sonuçları Mendeley Data web sitesinde açık-kaynak olarak sunulan “Solar Panel Data” isimli ve Rajasthan/Hindistan bölgesinden elde edilen verilerin analizi ile test edilmektedir. Analiz sonucunda sıcaklık, hava açıklığı, DNI, DHI ve GHI verilerinin eğim fark açıları PV panel çıkış gücü eğim açıları ile karşılaştırılmaktadır. Elde edilen veriler GHI parametresinin güneş paneli çıkış gücü ile doğrudan ilgili olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

PV panel çıkış gücü, DNI, DHI, GHI, entropi, fark eğim açıları

Kaynakça

• [1] Y. Gu, Y. Huang, Q. Wu, C. Li, H. Zhao and Y. Zhan, “Isolation and Protection of the Motor-Generator Pair System for Fault Ride-Through of Renewable Energy Generation Systems,” IEEE Access, vol. 8, pp. 13251-13258, 2020.
• [2] A. Qazi et al., “Towards Sustainable Energy: A Systematic Review of Renewable Energy Sources, Technologies, and Public Opinions,” IEEE Access, vol. 7, pp. 63837-63851, 2019.
• [3] Ö. Bilhan, “Türkiye’de yenilenebilir enerji kaynakları açısından hidroelektrik ve güneş enerjisinin bölgesel ve iller bazında incelenmesi”, NÖHÜ Müh. Bilim. Derg., c. 13, sy. 4, ss. 1504–1516, 2024.
• [4] International Energy Agency (IEA), “Global energy investment in clean energy and in fossil fuels, 2015-2023,” IEA, 2023. [Online]. Available: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-energy-investment-in-clean-energy-and-in-fossil-fuels-2015-2023 [Accessed: Dec. 02, 2024].
• [5] E. Kabir, P. Kumar, S. Kumar, A. A. Adelodun and K.-H. Kim, “Solar energy: Potential and future prospects,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 82 (1), pp. 894-900, February 2018.
• [6] N. M. Haegel and S. R. Kurtz, "Global Progress Toward Renewable Electricity: Tracking the Role of Solar," IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 11, no. 6, pp. 1335-1342, Nov. 2021.
• [7] S. Somuncu ve C. Oral, “Yapay Sinir Ağı ve ANFIS kullanılarak Meteorolojik Verilere Bağlı Güneş Enerjisi Tahmini”, OKÜ Fen Bil. Ens. Dergisi ((OKU Journal of Nat. & App. Sci), c. 7, sy. 4, ss. 1685–1701, 2024.
• [8] K. Achuthan et al., "Remote Triggered Dual-Axis Solar Irradiance Measurement System," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 56, no. 2, pp. 1742-1751, March-April 2020.
• [9] M. Sengupta, Y. Xie, A. Lopez, A. Habte, G. Maclaurin and J. Shelby, “The National Solar Radiation Data Base (NSRDB),” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 89, pp. 51-60, 2018.
• [10] A. K. Tripathi, S. Ray, M. Aruna and S. Prasad, “Evaluation of solar PV panel performance under humid atmosphere,” Materials Today: Proceedings, vol. 45(7), pp. 5916-5920, 2021.
• [11] Ş. Güven, “Fotovoltaik Panel Yüzey Sıcaklığının Denizli İli için Çıkış Gücü ve Verim Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi,” Mühendis ve Makina, c. 63, sy. 707, ss. 429-442, 2022.
• [12] I. M. Kirpichnikova and I. B. Makhsumov, “The Influence of Ambient Temperature on the Energy Characteristics of Solar Modules,” 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi, Russia, 2020, pp. 1-5.
• [13] S. Adak, H. Cangi ve A. S. Yılmaz, “Fotovoltaik Sistemin Çıkış Gücünün Sıcaklık ve Işımaya Bağlı Matematiksel Modellemesi ve Simülasyonu,” Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, c. 11, sy. 1, ss. 316-327, Ocak 2019.
• [14] R. J. Mustafa, M. R. Gomaa, M. Al-Dhaifallah and H. Rezk, “Environmental Impacts on the Performance of Solar Photovoltaic Systems,” Sustainability, 12(2), 608, 2020.
• [15] A. Dhaundiyal and D. Atsu, “The effect of wind on the temperature distribution of photovoltaic modules,” Solar Energy, vol. 201, pp. 259-267, 2020.
• [16] W. Z. Leow, Y. M. Irwan, M. Irwanto, A. R. Amelia and I. Safwati, “Influence of wind speed on the performance of photovoltaic panel,” Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, vol. 15 (1), pp. 60-68, Jul. 2019.
• [17] A. M. A. Aswadi, Ç. Aydın, M. Farazadi ve D. Ç. Atilla, “Sıcaklık ve Güneş Işınım Değişimlerinin Fotovoltaik Sistemler Üzerindeki Etkileri,” AURUM Mühendislik Sistemleri ve Mimarlık Dergisi, c. 7, sy. 2, ss. 235-257, 2023.
• [18] V. Başay, R. Eken, ve G. Yılmaz, “Orta Yükseklikte Dağlık Bölgelerde Kurulan Güneş Enerjisi Santralinde Fotovoltaik Modüllerin Yaşlanmasının Araştırılması”, UUJFE, c. 24, sy. 2, ss. 325–336, 2019.
• [19] F. W. Watt and P. A. Campell, “The effects of solar insolation and cloud opacity on the optimum array size for a direct-coupled solar pumping system,” Renewable Energy, vol. 228, 120594, July 2024.
• [20] A. Bonkaney, S. Madougou and R. Adamou, “Impacts of Cloud Cover and Dust on the Performance of Photovoltaic Module in Niamey,” Journal of Renewable Energy, vol. 217, 9107502, September 2017.
• [21] A. R. Dal, “Güneş Enerji Panellerindeki Optimum Eğim Açısının Verime Etkisinin İncelenmesi,” BSEU Journal of Science, c. 8, sy. 1, ss. 241-250, 2021.
• [22] J. A. Qadourah, A. M. Al-Falahat and S. S. Alrwashdeh, “Assessment of solar photovoltaics potential installation into multi-family building’s envelope in Amman, Jordan,” Cogent Engineering, vol. 9, 2082059, 2022 [23] M. H. d. S. Campos and C. Tiba, “npTrack: A n-Position Single Axis Solar Tracker Model for Optimized Energy Collection,” Energies, vol. 14, p. 925, 2021.
• [24] R. Pravalie, C. Patriche and G. Bandoc, “Spatial assessment of solar energy potential at global scale. A geographical approach,” Journal of Cleaner Production, vol. 209, pp. 692-671, 2019.
• [25] A. Kumler, Y. Xie and Y. Zhang, “ A Physics-based Smart Persistence model for Intra-hour forecasting of solar radiation (PSPI) using GHI measurements and a cloud retrieval technique,” Solar Energy, vol. 177, pp. 494-500, 2019.
• [26] A. R. Pazikadin et al., “Solar irradiance measurement instrumentation and power solar generation forecasting based on Artificial Neural Networks (ANN): A review of five years research trend,” Science of the Total Environment, vol. 715, 136848, 2020.
• [27] H. Tribak and Y. Zaz, "Dust Soiling Concentration Measurement on Solar Panels based on Image Entropy," 7th International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC), Agadir, Morocco, 2019, pp. 1-4.
• [28] H. Liu, H. Wang, L. Lin, L. Yao, W. He and Y. Zhou, "Prediction of Photovoltaic Power Based on Entropy Weight Combination Forecasting Method," IEEE 4th Conference on Energy Internet and Energy System Integration (EI2), Wuhan, China, 2020, pp. 4081-4086.
• [29] X. Zhang, B. Jiang, X. Zhang, F. Fang, Z. Gao and T. Feng, “Solar Photovoltaic Power Prediction Based on Similar Day Approach,” Proceedings of the 36th Chinese Control Conference, Dalian, China, 2017, pp. 10634-10639.
• [30] T. Takamatsu and T. Y. Nakajima, "Study of Spatial Asynchrony Analysis for Solar Irradiance," 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), Paris, France, 2018, pp. 711-714.
• [31] B. Parashar and R. Verma, Richa, “Solar Panel Data”, Mendeley Data, V1, 2024.
• [32] A. Balabel et al., “Potential of Solatube technology as passive daylight systems for sustainable buildings in Saudi Arabia,” Alexandria Engineering Journal, vol. 61, pp. 339-353, 2022.
• [33] B. L. Madhavan and M. V. Ratnam, “Impact of a solar eclipse on surface radiation and photovoltaic energy,” Solar Energy, vol. 223, pp. 351-366, 2021.
• [34] A. Boretti, “High-frequency standard deviation of the capacity factor ofrenewable energy facilities: Part 1—Solar photovoltaic,” Energy Storage, vol. 2(1), 2:e101, Feb. 2020.
• [35] C. E. Shannon, “A mathematical theory of communication”, Bell Syst. Tech. J., 27, pp. 379-423, Oct. 1948.