Determination of optimum tilt angle for solar panels: case study for Eastern Anatolia Region of Turkey

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 93 - 104, 15.03.2025

Rahim Aytuğ Özer , Merve Demirci

Öz

The increase in energy demand has led to an increase in the tendency towards alternative sources to fossil fuels. Solar energy stands out as an alternative energy source. This study was conducted to increase the energy production efficiency in solar energy system investments to be made in the Eastern Anatolia region. For this purpose, Erzurum, Kars, Iğdır, Ağrı and Muş provinces were taken into consideration. The effects of monthly, seasonal, six month and annual changes in panel tilt angle on panel performance were investigated. When determining the monthly optimum tilt angle, PVGIS and HW methods were first used. For other cases, the PVGIS method was used. As a result of the calculations, it was seen that the maximum angle difference between the PVGIS method and the HW method was seen in the summer months and its maximum value was 13.45° in June in Ağrı province. The minimum angle difference was calculated as 0.01° for September in Kars province. In addition, compared to the tilt angle being 0°, an increase of 17.16%, 16.32%, 16.03% and 12.26% in energy production was achieved when the optimum tilt angle was changed monthly, seasonally, six month and annually, respectively. As a result of this study, it was determined that maximum energy production was achieved by changing the panel angle monthly, and it was concluded that the most efficient angle change period in solar panel installation is monthly.

Anahtar Kelimeler

Energy production, PV system, Renewable Enegy, Solar irradiation, Tilt angle

Güneş panelleri için optimum eğim açısının belirlenmesi: Türkiye'nin Doğu Anadolu Bölgesi örneği

Öz

Enerji talebindeki artış beraberinde fosil yakıtlara alternatif olabilecek kaynaklara yönelimin artmasına neden olmuştur. Güneş enerjisi, alternatif enerji kaynağı olarak ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada, Doğu Anadolu bölgesinde yapılacak güneş enerjisi sistem yatırımlarında enerji üretim verimini artırmak amacıyla yapılmıştır. Bu amaçla Erzurum, Kars, Iğdır, Ağrı ve Muş illeri değerlendirmeye alınmıştır. Panel tilt açısının aylık, mevsimlik, altı aylık ve yıllık değişimlerinin panel performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Aylık optimum tilt açısını belirlerken ilk olarak PVGIS ve HW metodu kullanılmıştır. Diğer durumlar için ise PVGIS metodu kullanılmıştır. Hesaplamalar sonucunda, PVGIS metodu ile HW metodu arasındaki maksimum açı farkının yaz aylarında görüldüğü ve maksimum değerini Haziran ayında 13.45o olarak Ağrı ilinde aldığı görülmüştür. Minimum açı farkı ise, Kars ilinde 0.01o olarak Eylül ayı için hesaplanmıştır. Ayrıca, eğim açısının 0o olması durumuna göre, optimum tilt açısının aylık, mevsimlik, altı aylık ve yıllık değiştirilmesi durumlarında enerji üretiminde sırasıyla 17.16%, 16.32%, 16.03% ve 12.26% artış elde edilmiştir. Bu çalışma sonucunda, panel açısının aylık olarak değiştirilmesi ile maksimum enerji üretimi sağlandığı belirlenmiş, güneş paneli kurulumunda en verimli açı değişim periyodunun aylık olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Eğim açısı, Enerji üretimi, Güneş ışınımı, PV system, Yenilenebilir enerji

Kaynakça

• Al-Sayyab, A. K. S., Al Tmari, Z. Y., & Taher, M. K. (2019). Theoretical and experimental investigation of photovoltaic cell performance, with optimum tilted angle: Basra city case study. Case Studies in Thermal Engineering, 14, 100421. https://doi.org/10.1016/J.CSITE.2019.100421
• Attia, O. H., Mousa, N. A., Mahmood, H. A., & Adam, N. M. (2024). Experimental evaluation the effect of tilt angle on solar panel performance in Baghdad. In AIP Conference Proceedings, 3002(1). https://doi.org/10.1063/5.0205993
• Bakirci, K. (2012). General models for optimum tilt angles of solar panels: Turkey case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(8), 6149-6159. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2012.07.009
• Cooper, P. I. (1969). The absorption of radiation in solar stills. Solar energy, 12(3), 333-346. https://doi.org/10.1016/0038-092X(69)90047-4
• Çağlar, A. (2018). Farklı derece-gün bölgelerindeki şehirler için optimum eğim açısının belirlenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2), 849-854. https://doi.org/10.19113/SDUFBED.94899
• Dal, A. R. (2021). Güneş enerji panellerindeki optimum eğim açısının verime etkisinin incelenmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8(1), 241-250. https://doi.org/10.35193/BSEUFBD.878795
• Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı: Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı. (2024, July 1) https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-gunes
• European Commission (EU): Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS). (2024, June 20). https://joint-research-centre.ec.europa.eu/photovoltaic-geographical-information-system-pvgis_en
• Huld, T., Friesen, G., Skoczek, A., Kenny, R. P., Sample, T., Field, M., & Dunlop, E. D. (2011). A power-rating model for crystalline silicon PV modules. Solar Energy Materials and Solar Cells, 95(12), 3359-3369. https://doi.org/10.1016/J.SOLMAT.2011.07.026
• Jacobson, M. Z., & Jadhav, V. (2018). World estimates of PV optimal tilt angles and ratios of sunlight incident upon tilted and tracked PV panels relative to horizontal panels. Solar energy, 169, 55-66. https://doi.org/10.1016/J.SOLENER.2018.04.030
• Karagözoğlu, L., & Duranay, Z. B. (2023). Yapay sinir ağları kullanılarak fotovoltaik sistemin maksimum güç noktası takibi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 13(3), 733-749. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1217821
• Koçer, A., Şevik, S., & Güngör, A. (2016). Ankara ve ilçeleri için güneş kolektörü optimum eğim açisinin belirlenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 21(1), 63-78. https://doi.org/10.17482/UUJFE.80088
• Lu, N., & Qin, J. (2024). Optimization of tilt angle for PV in China with long-term hourly surface solar radiation. Renewable Energy, 120741. https://doi.org/10.1016/J.RENENE.2024.120741
• Öztürk, Ö., Akyazı, Ö., & Çavdar, B. (2023). Fotovoltaik sistemlerde gri kurt optimizasyon (gko) algoritması ve artımlı iletkenlik (ai) yönteminin maksimumum güç noktası takibi (mgnt) için karşılaştırılması. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 13(4), 962-978. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1220816
• Stanciu, C., & Stanciu, D. (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. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2014.02.016
• Yıldırım, E., & Aktacir, M. A. (2018). Binaya entegre fotovoltaik sistemlerde azimut ve eğim açısı etkilerinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(2), 609-620. https://doi.org/10.17341/GAZIMMFD.416413