Çift Yüzlü Fotovoltaik Panellerin Farklı Zemin Koşullarında Performansının İncelenmesi

Abstract

Fotovoltaik paneller genellikle arka yüzey kaplama malzemelerinden dolayı tek yüzlü olarak kullanılmakta olup, kaplama malzemesi şeffaf olarak kullanıldığında çift yüzlü panel olarak tanımlanmaktadır. Bu çalışmada, Konya bölgesinde çift yüzlü panellerin farklı zemin koşullarında oluşan albedo etkilerinde incelenerek sonuçlar aynı koşullardaki tek yüzlü fotovoltaik paneller ile karşılaştırılmıştır. Çift yüzlü paneller beyaz, kum ve asfalt zemin koşullarında incelenmiştir. Simülasyonlar PVsyst programı ile yapılarak yüzeye gelen ışınım değeri, performans oranı ve üretilen elektrik değerleri karşılaştırılmıştır. Çalışmada 54,6 kWp kapasite için yatayla açısı 35° azimut 0° ve 6m aralıklı olarak Konya bölgesinde çatı kurulumu için değerlendirilmiştir. Tek yüzlü panele gelen yıllık toplam 1969 kWh/m² olan ışınım değerinin beyaz zemin için %6,4, kum zemin için %2,4 ve asfalt zeminin için %0,8 fazla olduğu görülmüştür. Konya bölgesinin yıllık şebekeye aktarılan enerji değerleri karşılaştırıldığında tek yüzlü panellerde 91,197 MWh iken asfalt, kum ve beyaz zemin koşullarında sırasıyla 94,404 MWh, 97,730 ve 105,690 MWh olduğu görülmüştür. Performans oranı ışınımın en fazla olduğu aylardan olan haziran ayında, beyaz zemin koşullarındaki sistemin kum zemine göre %7,0 asfalt zemine göre %10,4 tek yüzlü panel sistemine göre ise %14,5 fazla olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada çift yüzlü panellerin farklı zemin koşullarının panel verimine ve performans oranına önemli katkı sağladığı ve proje toplam maliyetine göre az bir yatırımla uygulanabilir olduğu değerlendirilmiştir.

Keywords

• Albedo
• Çift yüzlü fotovoltaik panel
• Fotovoltaik panel
• PVsyst
• Performans oranı

PERFORMANCE INVESTIGATION OF BIFACIAL PHOTOVOLTAIC PANELS AT DIFFERENT GROUND CONDITIONS

Abstract

Photovoltaic (PV) panels are generally used for monofacial applications due to the back surface coating materials. When the coating material is transparent, it is defined as bi-facial PV. In this study, the variable albedo effects on bi-facial PVs in different ground conditions were examined. The results were compared with monofacial PV panels in the same conditions for the Konya region. Bifacial PV panels were analyzed under white, sand, and asphalt ground conditions. Simulations were made by the PVsyst program, and the results were compared by global radiation value, the performance ratio (PR), and the produced energy results. An installed capacity of 54,6 kWp bifacial and monofacial PV panels with a horizontal angle of 35°, azimuth angle of 0°, and 6m intervals for roof installation is considered. It has been observed that the yearly total solar radiation value of 1969 kWh/m² occurs on the monofacial PV, which is higher as 6,4% for the white ground, 2,4% for the sand ground, and 0,8% for the asphalt ground conditions. The annual energy generated in the Konya region is calculated as 91,197 MWh, 94,404 MWh, and 97,730 MWh for asphalt, sand, and white ground conditions. It was only 105,690 MWh for monofacial PV panels. It has been determined that the performance ratio of the system in June, which is one of the months of the highest radiation occurred, 7,0% higher than the sand ground conditions, 10,4% compared to the asphalt ground, and 14,5% higher than the monofacial photovoltaic system. It was evaluated that the ground conditions of the bi-facial panels contributed significantly to the panel efficiency and performance ratio and could be applied with a small investment cost compared to the project's total cost.

Keywords

• Albedo
• Bifacial photovoltaic panel
• Photovoltaic panel
• PVsyst
• Performance ratio

References

1. Abagy, A., Emeara, M., AbdelGawad, A. 2021. "Orientation-Optimization Simulation for Solar Photovoltaic Plant of Cairo International Airport" The Egyptian International Journal of Engineering Sciences and Technology, 33, 45-68.
2. 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.
3. Aksoy, M. H., 2011, “Güneş ve rüzgâr enerjisi ile çalışan su pompalama sisteminin deneysel incelenmesi”, The Graduate School of Natural and Applied Science of Selçuk University The Master's thesis In mechanical Engineering.
4. Allouhi, A., Buker, M. S., El-Houari, H., Boharb, A., Amine, M. B., Kousksou, T., Jamil, A. 2019, "PV water pumping systems for domestic uses in remote areas: Sizing process, simulation and economic evaluation" Renewable Energy, 132, 798-812.
5. Anonymous, 2022a, Solar resource map Solargis. Solar resource maps of Europe. Available: https:// solargis.com [20.06.2022].
6. Anonymous, 2022b, Available: http://climatechange.boun.edu.tr/albedo-nedir/ [20.06.2022].
7. Anonymous, 2022c,Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyeli Haritası. https:// www.enerjiatlasi.com/gunes-enerjisiharitasi/turkiye. Available: 2021-03-28
8. Anonymous, 2022d, Available: https://www.pv-magazine.com/2020/06/11/french-bifacial-standards-measure-up/

9. Asgharzadeh, A., Marion, B., Deline, C., Hansen, C., Stein, J. S., & Toor, F. 2018, "A sensitivity study of the impact of installation parameters and system configuration on the performance of bifacial PV arrays", IEEE Journal of Photovoltaics, 8(3), 798-805.
10. Bilčík, M., Božiková, M., Kotoulek, P., Kišev, M., Csillag, J., Petrović, A. 2020, "Comparison of the annual power balance of photovoltaic modules" Journal on Processing and Energy in Agriculture, 24(1), 18-21.
11. Bolat, M., Arifoğlu, U., Demiryürek, H. K. 2020, “Lebit enerji güneş santralinin PVsyst programı ile analizi” Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(3), 1351-1363.
12. Bükün, N., 2017, “Siirt yöresi için tek eksenli güneş takip sistemli güneş panellerinin enerji verimliliğinin incelenmesi” Master's thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences.
13. Bulut N., Kuncan M., Horoz S., “Türkiye’de güneş enerjisinin kullanım alanları ve Siirt güneş enerji potansiyeli” Ahtamara 1st International Multidisciplinary Studies Congress Proceedings Book, Gevaş, Van-Türkiye, 2018.
14. Çetinkaya, N., 2017, “Improving of renewable energy support policy and a performance analysis of a grid-connected 1 MWP PV power plant in Konya” Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(3), 251-261.
15. Chabane, F., Moummi, N., & Brima, A. 2021, "A New Approach to Estimate the Distribution of Solar Radiation Using Linke Turbidity Factor and Tilt Angle" Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 45(2), 523-534.
16. Chen, M., Zhang, W., Xie, L., He, B., Wang, W., Li, J., Li, Z., 2021, "Improvement of the electricity performance of bifacial PV module applied on the building envelope", Energy and Buildings, 238, 110849.
17. Çiftçi, S., Solak, M., Kuncan, M., 2020, "Powered by the sun: designing and analyzing technical and economic aspects of a school sustained by photovoltaics" Journal of Mechatronics and Artificial Intelligence in Engineering, 1(1), 21-32.
18. Çikla, R. ,2020, “Samsun ilinde kurulu şebekeye bağlı bir güneş enerji santralinin performansına gölgelenme etkisinin incelenmesi” Master's thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences.
19. Çınaroğlu. M. S., 2021, “Şebekeye Bağlı Üç Adet Fotovoltaik Enerji Santralinin PVsyst Programı ile Analizi; Kilis Örneği” El-Cezeri, 8 (2), 675-687.
20. Dağtekin, M., 2012, “Etlik Piliç Kümeslerinin Serinletilmesinde Güneş Enerjisi Kullanımının Tekno-Ekonomik Analizi” Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 27(2), 11-20.
21. El-houari, H., Allouhi, A., Buker, M. S., Kousksou, T., Jamil, A., El Amrani, B. 2021, "Off-Grid PV-Based Hybrid Renewable Energy Systems for Electricity Generation in Remote Areas" In Advanced Technologies for Solar Photovoltaics Energy Systems pp. 483-513, Springer, Cham.
22. Eremkere, M. Aktaş. T. 2020, “Tekirdağ Bağcılık Araştırma Enstitüsü Üzüm Suyu İşleme Tesis Çatısına Uygulanabilecek Fotovoltaik Tasarımların Teknik. Ekonomik ve Çevresel Açılardan Analizi” El-Cezeri, 7 (1) 275-294 .
23. Güven, A. F. Mete, M. 2021, “Balikesir İli Erdek İlçesi İçin Bağimsiz Hibrit Enerji Sisteminin Fizibilite Çalişmasi Ve Ekonomik Analizi” Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi , 9 (4) , 1063-1076 .
24. Haon, P., Öztürk, A., Hajun, P., Khan, M. U., 2019, “Utilization of robotics for solar panel cleaning and maintenance” Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(4), 768-775.
25. Jinkosolar, 2022, available: https://www.jinkosolar.com/uploads/5f0ed852/Swan%20Brochure.pdf [20.12.2021].
26. Kaya, M. N., Aksoy, M. H., Kose, F., 2017, "Renewable energy in Turkey: potential, current status and future aspects" Annals of the Faculty of Engineering Hunedoara, 15(1), 65.
27. Kose, F., Aksoy, M. H., Ozgoren, M., 2019, "Experimental investigation of solar/wind hybrid system for irrigation in Konya, Turkey" Thermal Science, 23(6 Part B), 4129-4139.
28. Lopez-Garcia, J., Casado, A., Sample, T., 2019, "Electrical performance of bifacial silicon PV modules under different indoor mounting configurations affecting the rear reflected irradiance" Solar Energy, 177, 471-482.
29. Mamizadeh, S., Aslan, Z. 2019, “Yapay sinir ağları ile yüzey sıcaklık ve albedo modellemesi” AURUM Journal of Engineering Systems and Architecture, 3(2), 227-241.
30. PVsyst, 2020. https://www.pvsyst.com/help/:
31. Sadıkoğlu, F. 2018, “1 MWp şebekeye bağlı güneş enerjisi santrali performans analizi” Doctoral Thesis, Necmettin Erbakan University Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Energy Engineering.
32. Sancar, M. R., Altınkaynak, M. 2021, “Isparta İli İçin Farklı Çatı Tiplerinde Tasarlanan Fotovoltaik Sistemlerin Karşılaştırılması” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (32), 1024-1028.
33. Solmaz, O., Ozgoren, M., Aksoy, M. H. 2014, "Hourly cooling load prediction of a vehicle in the southern region of Turkey by Artificial Neural Network" Energy Conversion and Management, 82, 177-187.
34. Vekil, S., Özyiğit, F. Y. 2020, “Sivas ilinin farklı ilçelerinde şebeke bağlantılı güneş enerji santrallerinin tasarımı ve analizi” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (20), 425-437.
35. Wang, L., Liu, F., Yu, S., Quan, P., Zhang, Z., 2019, "The Study on Micromismatch Losses of the Bifacial PV Modules Due to the Irradiance Nonuniformity on Its Backside Surface" IEEE Journal of Photovoltaics, 10(1), 135-143.
36. Yaniktepe, B., Kara, O., Ozalp, C., 2017, "The global solar radiation estimation and analysis of solar energy: case study for Osmaniye, Turkey" International Journal of Green Energy, 14(9), 765-773.
37. Yilmaz, M., Kayabasi, E., Akbaba, M. 2019, “Determination of the effects of operating conditions on the output power of the inverter and the power quality using an artificial neural network” Engineering Science and Technology, an International Journal, 22(4), 1068-1076.