Design and Analysis of Grid Connected Solar Power Plants in Different Districts of Sivas Province

Öz

Due to the decrease in fossil fuels and causing environmental pollution, the importance of electrical energy production from renewable energy has increased in recent years. Accordingly, the number of wind and solar power plants established in the world and in our country is gradually increasing. Our country has a very productive position in terms of solar energy. Therefore, many studies are carried out in this area. In this study, 10 solar power plants were designed and analyzed using monocrystalline panels with an installed power of 10 MW and polycrystalline panels with an installed capacity of 9,999 MW in 5 districts of Sivas. The panels used are designed as a fixed inclined system, the panel inclination angle is 35° and the azimuth angle is 0°. In the design of the monocrystalline system, 34.482 panels of 290 Watt and 148 inverters of 72 kW were used. The panels are connected in 21 series and 1.642 in parallel. The total area of the modules is 56.440 m2. In the design of the polycrystalline system, 34.480 panels of 290 Watt and 148 inverters of 72 kW were used. The panels are connected in 20 series and 1.724 in parallel. The total area of the modules is 66.161 m2. Monocrystalline panels of Trina Solar brand and polycrystalline panels of Canadian Solar company were chosen for the system design, and inverters of Kaco New Energy brand were chosen for the inverter. The power plants are designed as connected to the grid. PVsyst program was used for the design and analysis of solar power plants. Establishment of power plants without a bank loan and with a bank loan has been examined. As a result of the analysis made without using bank loans, the shortest repayment period was observed in the power plants established with polycrystalline panels in Divriği and Yıldızeli districts with 4,5 years. The longest payback period was 6,3 years in the power plant established with monocrystalline panels in Zara district. It has been determined that the power plants installed with monocrystalline panels in the central district and Yıldızeli district have the highest performance rate. The lowest performance rate was in the power plant established with polycrystalline panels in Gürün district. The lowest unit cost is 0,04443 $/kWh in the power plant established in Divriği district without a loan with polycrystalline panels, while the highest unit cost is 0,06159 $/kWh in the power plant established in Zara district with a loan with monocrystalline panels. As a result of the studies carried out, the annual electricity generated is the highest in Gürün district and at least in Zara district. As a result of the economic analysis, the highest profit is in Divriği district for monocrystalline panels and in Yıldızeli district for polycrystalline panels. It is thought that the findings obtained from this study will be useful for the solar power plants to be established in Sivas province and its districts. 

Anahtar Kelimeler

• Renewable Energy
• Solar Energy
• PVsyst
• Photovoltaic Systems

Sivas İlinin Farklı İlçelerinde Şebeke Bağlantılı Güneş Enerji Santrallerinin Tasarımı ve Analizi

Öz

Fosil yakıtların azalması ve çevre kirliliğine sebep olması nedeniyle yenilenebilir enerjiden elektrik enerjisi üretiminin önemi son yıllarda artmıştır. Dünyada ve ülkemizde kurulan rüzgâr ve güneş enerji santrallerinin sayısı gittikçe artmaktadır. Ülkemiz güneş enerjisi bakımından oldukça verimli bir konuma sahiptir. Bu yüzden bu alanda birçok çalışma yapılmış ve halen de yapılmaktadır. Bu çalışmada Sivas ilinin 5 ilçesinde kurulu gücü 10 MW olan monokristal paneller ve kurulu gücü 9,999 MW olan polikristal paneller kullanılarak toplam 10 adet güneş enerjisi santrali tasarımı ve analizi gerçekleştirilmiştir. Kullanılan paneller sabit eğik sistem olarak tasarlanmış, panel eğim açısı 35° ve azimuth açısı 0° olarak konumlandırılmıştır. Monokristal sistem tasarımında 290 Watt’ lık 34482 adet panel ve 72 kW’ lık 148 adet invertör kullanılmıştır. Paneller 21 adet seri ve 1642 adet paralel olacak şekilde bağlanmıştır. Modüllerin toplam alanı 56440 m2 dir. Polikristal sistem tasarımında 290 Watt’ lık 34480 adet panel ve 72 kW’ lık 148 adet invertör kullanılmıştır. Paneller 20 adet seri ve 1724 adet paralel olacak şekilde bağlanmıştır. Modüllerin toplam alanı 66161 m2 dir. Sistem tasarımı için Trina Solar markasının monokristal panelleri ve Canadian Solar firmasının polikristal panelleri seçilmiş, invertör için ise Kaco New Energy markasının invertörleri seçilmiştir. Seçilen monokristal modüllerin verimi %19,2 ve polikristal modüllerin verimi %15,9 dur. Santraller şebekeye bağlı olarak tasarlanmıştır. Güneş enerjisi santrallerinin tasarımı ve analizi için PVsyst programı kullanılmıştır. Sivas ili bulunduğu konum itibariyle toplam küresel ışınım değeri ve güneşlenme süresi ülkemiz normallerindedir. Yapılan çalışmaların sonucunda yıllık üretilen elektrik enerjisi en fazla Gürün ilçesinde (monokristal için 16167 MWh, polikristal için 16023 MWh) en az Zara ilçesinde (monokristal için 15199 MWh, polikristal için 15075 MWh) olmaktadır. Bu çalışmadan elde edilen bulguların Sivas ili ve ilçelerinde kurulacak güneş enerjisi santralleri için faydalı olacağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Yenilenebilir Enerji
• Güneş Enerjisi
• PVsyst
• Fotovoltaik Sistemler

Kaynakça

1. Şen, Z. (2009). Temiz Enerji Kaynakları ve Modelleme İlkeleri. Su Vakfı Yayınları, İstanbul, 236s.
2. Traube, K. (2004). Renewable Energy and Nature Conservation. Energy & Environment, 15(4), 625-631.
3. Rio Declaration on Environment and Development, (1992). https://legal.un.org/avl/pdf/ha/dunche/rio_ph_e.pdf Erişim Tarihi: 19.09.2020
4. Erkınay, P. U. (2012). Yenilenebilir Enerji Kaynaklarından Rüzgâr Enerjisinin Türkiye’de Binalarda Kullanımı Üzerine Bir İnceleme. Yüksek Lisans Tezi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 101s, Adana.
5. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Türkiye Günlük Güneşlenme Süreleri, https://www.mgm.gov.tr/FILES/resmi-istatistikler/parametreAnalizi/Turkiye-Gunluk-Guneslenme-Suresi.pdf Erişim Tarihi: 19.09.2020
6. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Türkiye Global Güneş Radyasyonu Uzun Yıllar Ortalaması (2004-2018) Heliosat Model Ürünleri, https://www.mgm.gov.tr/kurumici/radyasyon_iller.aspx Erişim Tarihi: 19.09.2020
7. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Aylık Ortalama Güneşlenme Süresi, https://www.mgm.gov.tr/kurumici/turkiye-guneslenme-suresi.aspx Erişim Tarihi: 19.09.2020
8. Huld, T. Global Irradiation and Solar Electricity Potential, http://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_download/map_pdfs/G_hor_TR.png Erişim Tarihi: 19.09.2020

9. Çekirdek, M. (2017). Fotovoltaik Güç Santrallerinin Tekno-Ekonomik Analizi: Türkiye Örneği. Yüksek Lisans Tezi. Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 89s, İzmir.
10. Tekkale, G. (2018). Türkiye’ nin Çeşitli İllerinde Yapılacak Arazi Tipi Lisanssız Güneş Enerjisi Santrali Yatırımlarının Teknik ve Finansal Analizi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, 137s, İstanbul.
11. Koçak, M. E. (2018). Büyükçekmece İlçesindeki Güneş Enerji Santralinin Tasarımı ve Ekonomik Analizi. Yüksek Lisans Tezi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 129s, Sakarya.
12. Kahraman, M. Ü. (2018). Kütahya Bölgesi Güneş ve Rüzgâr Enerji Potansiyellerinin Tekno-Ekonomik Analizi. Yüksek Lisans Tezi. Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 135s, Kütahya.
13. Aldudak, M. (2018). Economic Analysis and Efficiency Evaluation of PV Systems in Different Cities of Turkey. Yüksek Lisans Tezi. Bahçeşehir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 94s, İstanbul.
14. Girgin, M. H. (2011). Bir Fotovoltaik Güneş Enerjisi Santralinin Fizibilitesi, Karaman Bölgesinde 5 MW’lık Güneş Enerjisi Santrali için Enerji Üretim Değerlendirmesi ve Ekonomik Analizi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, 223s, İstanbul.
15. Keskin, E. (2012). Türkiye İklim Koşullarında Fotovoltaik Güç Sistemlerinin Tasarımı ve Maliyet Analizi. Yüksek Lisans Tezi. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 114s, Ankara.
16. Eyigün, S. (2010). Türkiye’ nin Farklı Bölgelerinde Kurulacak Fotovoltaik Santrallerin Teknik ve Ekonomik Açıdan İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, 125s, İstanbul.
17. Akcan, E., Kuncan, M., & Minaz, M.R. (2020). Pvsyst Yazılımı ile 30 kW Şebekeye Bağlı Fotovoltaik Sistemin Modellenmesi ve Simülasyonu. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (18), 248-261.
18. Akyazı, Ö., Şahin, E. & Kahveci, D. C. (2019). Fotovoltaik Panel ve Şebeke Entegrasyonlu Akıllı Sokak Lambası Tasarımı ve Uygulaması. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (Özel Sayı), 356-360.
19. Güner, S. & Muharremoğlu, A. (2020). Bir Havalimanı Otoparkına Kurulabilecek Fotovoltaik Üretim Sisteminin Tasarımı ve Enerji Analizi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (19), 182-188.
20. Dandıl, E. & Gürgen, E. (2019). Yapay Sinir Ağları Kullanılarak Fotovoltaik Panel Güç Çıkışlarının Tahmini ve Sezgisel Algoritmalar ile Karşılaştırılması. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (16), 146-158.
21. Türkdoğan, S., Mercan, M.T.& Çatal, T. (2020). Şebekeden Bağımsız Hibrit Enerji Sistemleri Kullanılarak 40 Hanelik Bir Topluluğun Elektrik ve Termal Yük İhtiyacının Karşılanması: Teknik ve Ekonomik Analizleri. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (18), 476-485.
22. Akboy, E. (2019). Yüksek Güç Faktörlü Şebeke Bağlı Bir PV Sistemin Modellenmesi ve Farklı Işınımlar Altında Kontrolü. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (17), 794-802.
23. Yağlı, H. & Koç, Y. (2020). Gaziantep Bölgesi İçin Güneş Enerjisinden Elektrik Üretiminde Kurulacak Panellerin Optimum Eğim Açılarının Belirlenmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (19), 475-483.
24. Sarı, V. & Özyiğit, F. Y. (2020). Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Yerleşkesinde Güneş Enerjisi Santralinin Ekonomik Analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 22(65), 517-526.
25. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Resmi İstatistikler, https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?k=A&m=SIVAS Erişim Tarihi: 19.09.2020
26. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Enerji İşleri Genel Müdürlüğü, Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA), http://www.yegm.gov.tr/MyCalculator/pages/58.aspx Erişim Tarihi: 19.09.2020
27. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Enerji İşleri Genel Müdürlüğü. Güneş Enerjisi ve Teknolojileri, http://www.yegm.gov.tr/yenilenebilir/g_enj_tekno.aspx Erişim Tarihi: 19.09.2020
28. Cebeci, S. (2017). Türkiye’de Güneş Enerjisinden Elektrik Üretim Potansiyelinin Değerlendirilmesi. T.C. Kalkınma Bakanlığı, Uzmanlık Tezi, Yayın No: 2977, Ankara.
29. Start Solar, System Types, http://startsolar.co.in/system-types/#on-grid Erişim Tarihi: 19.09.2020