Determination of rooftop photovoltaic panel installation potential in public buildings and consideration of architectural design for energy production increase: a case study of Yalova

Abstract

Today, the increase in technological and economic developments has increased the living standards and the increase in the population has revealed the need for high energy. Considering that the majority of the energy we need is produced from fossil fuels, it is not possible to meet the increasing energy demand by fossil fuels due to both economically and environmentally because the fossil fuels are running out and harmful to the environment. Therefore, the trend towards cleaner and sustainable energy sources is increasing rapidly. The direct or indirect energy source of all renewable energy sources is the sun, and it has a production potential far above the world's energy needs. Due to its geographical location, our country has a significant potential to benefit from solar energy compared to other countries, and its energy production capacity is large enough to meet all needs. In this study, it has been studied how much of the energy production potential with such a high capacity can be met by solar power plants that can be installed on the roofs of public buildings in Yalova province, and it is shown how architectural plans can be changed to increase the existing potential during the design stage and how much energy production can be increased with architectural optimization. This study will show that solar energy potential has not been taken into account in architectural drawings until now, but with up to 592% increase rates shown in the study from now on, solar architecture should be taken into account in public or private building architecture plans throughout the country from Yalova province and on this occasion how high the amount of energy that can be brought to our country is.

Keywords

• Photovoltaic
• Solar Energy
• Solar Architecture
• Green Energy

Kamu binalarında çatı üzeri fotovoltaik panel kurulum potansiyelinin belirlenmesi ve enerji üretim artışı için mimari tasarımın ele alınması: Yalova ili örneği

Abstract

Günümüzde, teknolojik ve ekonomik gelişmelerin artması beraberinde yaşam standartlarını arttırmış ve nüfusun da her geçen gün artmaya devam etmesi yüksek enerji ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. İhtiyacımız olan enerjinin büyük kısmının fosil yakıtlardan üretildiği düşünüldüğünde artan enerji talebinin tükenmekte ve çevreye zararlı olan fosil yakıtlarla karşılanması hem ekonomik hem de çevresel açıdan mümkün değildir. Bundan dolayı daha temiz ve tükenmeyen enerji kaynaklarına yönelim hızla artmaktadır. Tüm yenilenebilir enerji kaynaklarının direkt veya dolaylı enerji kaynağı güneş olup dünyanın enerji ihtiyacının çok üzerinde bir üretim potansiyeline sahiptir. Ülkemiz coğrafi konumu itibariyle güneş enerjisinden yararlanma konusunda diğer ülkelere nazaran önemli bir potansiyele sahip olup enerji üretim kapasitesi tüm ihtiyaçları karşılayabilecek büyüklüktedir. Bu çalışmada, bu denli yüksek kapasiteye sahip enerji üretim potansiyelinin Yalova ili genelindeki kamu binalarının çatılarında kurulabilecek güneş enerji santralleri ile ne kadarının karşılanabileceği incelenmiş olup mevcut potansiyelin arttırılması için mimari planların tasarım aşamasında nasıl değiştirilebileceği ve mimari optimizasyon ile enerji üretim miktarlarının ne oranda artabileceği gösterilmiştir. Bu çalışma bugüne kadar mimari çizimlerde güneş enerji potansiyelinin göz önüne alınmadığını ancak bundan sonra, çalışmada gösterilen %592’ye kadar artış oranlarıyla birlikte Yalova ili genelinden tüm ülkedeki kamu veya özel bina mimari çizimlerinde solar enerjisinin dikkate alınması gerektiğini ve bu vesileyle ülkemize kazandırılabilecek enerji miktarının ne kadar yüksek olduğunu gösterecektir.

Keywords

• Fotovoltaik
• Solar Enerji
• Solar Mimarisi
• Yeşil Enerji

References

1. Kefif N, Melzi B, Hashemian M, Assad MEH, Hoseinzadeh S (2022) Feasibility and optimal operation of micro energy hybrid system (hydro/wind) in the rural valley region. International Journal of Low-Carbon Technologies 17: 58-68.
2. Dikmen Ç, Gültekin A (2011) Usage of renewable energy resources in buildings in the context of sustainability. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi 1(3):96-100.
3. Kalogirou SA (2015) Building integration of solar renewable energy systems towards zero or nearly zero energy buildings. International Journal of Low-Carbon Technologies 10(4):379-385.
4. Kılıç MY, Dönmez T, Adalı S (2021) Bursa ve Karaman illerinde konutlarda güneş enerji potansiyelinin uygulanabilirliğinin araştırılması. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 26(2):421-432.
5. Kaynar NK (2020) Yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinin Amasya ilindeki potansiyeli. Bilge International Journal of Science and Technology Research 4(2):48-54.
6. International Energy Agency, Assessing the effects of economic recoveries on global energy demand and CO2 emissions in 2021, Paris: International Energy, 2021.
7. TEİAŞ, 2022 yılı aylık elektrik üretim tüketim raporları, istanbul: TEİAŞ, 2022.
8. Kadırgan P (2010) Binalarda güneş enerjisi uygulamaları p. 19

9. Wall M, Probst MCM, Roecker C, Dubois MC, Horvat M, Jørgensen OB, Kappel K (2012) Achieving solar energy in architecture-IEA SHC Task 41. Energy Procedia 30:1250-1260.
10. Baldwin E (2021) Solar design: how architecture and energy come together. ArchDaily.
11. Aksungur KM, Kurban M, Filik ÜB (2013) Türkiye’nin farklı bölgelerindeki güneş ışınım verilerinin analizi ve değerlendirilmesi. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu, Eskişehir, 3-6.
12. Türe PE (2008) Çatı malzemesi olararak güneş enerjisi sistemleri, 4. Ulusal Çatı ve Cephe Kaplamalrı Çağdaş Malzeme Ve Teknolojiler , İstanbul, 2008.
13. ÇİFCİ A, ALTUNDAĞ E (2017) Burdur bölgesi güneş enerjisi potansiyelinin elektrik üretiminde kullanılabilirliği. Mesleki Bilimler Dergisi (MBD) 6(2):111-120.
14. Konu: Resmi İstatistikler, https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx? Erişim Tarihi: 10.02.2021.: T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü,, 2021.
15. Kanters J, Wall M, Dubois MC (2014) Typical values for active solar energy in urban planning. Energy Procedia 48:1607-1616.
16. Kim SY, Choi HS, Eum JH (2018) Energy-independent architectural models for residential complex plans through solar energy in Daegu Metropolitan City, South Korea. Sustainability, 10(2): 482.
17. Tzivanidis C, Bellos E (2018) Solar energy utilization in buildings. Recent Advances in Renewable Energy 3:119-165.
18. Chel A, Kaushik G (2018) Renewable energy technologies for sustainable development of energy efficient building. Alexandria engineering journal, 57:655-669.
19. Sayın S, İlhan KOÇ (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.
20. Yılmaz Z (2006) Akıllı binalar ve yenilenebilir enerji. Tesisat Mühendisliği Dergisi 91(7):15.
21. Satpathy PR, Sharma R, Panda S (2021) January. Optimal Sizing, Placement and Shading Analysis of a 19.2 kW Grid-Tied Residential Roof-Top PV System. In 2021 1st Odisha International Conference on Electrical Power Engineering, Communication and Computing Technology (ODICON) (pp. 1-6). IEEE.
22. W.Paul: NASA surface meteorology and solar energy database, 2011.
23. Ayadi O, Al-Dahidi S (2019) Comparison of solar thermal and solar electric space heating and cooling systems for buildings in different climatic regions. Solar Energy 188:545-560.
24. Urcelay AD, Estimation of the photovoltaic potential integrated in buildings in the facilities of the Naval Military School, University Defense Center at the Naval Military School, Spain, 2015-2016.