Fotovoltaik Piller Kullanılarak Güneş Işınım Şiddetinin Beş Farklı Doğrultuda Ölçülmesi

Abstract

Bu çalışmada, farklı yönlerden gelen güneş radyasyonunu ölçmek için bir tane yatay (“ÜST”) ve dört tane farklı dikey (“DOĞU”, “BATI”, “GÜNEY” ve “KUZEY”) yüzeye yerleştirilmiş bir fotovoltaik sistem kurulmuştur. Volt biriminde dakikalık olarak ölçülen tüm veriler bir yıl boyunca (Nisan 2020 - Mart 2021) toplanmıştır. Fotovoltaik veriler eş zamanlı olarak 8-48 Model B&W piranometre ile ölçülen veriler kullanılarak W/m2 biriminde kalibre edilmiştir. R2 ve RMSE istatistiksel yöntemleri kullanılarak “ÜST” FV pilden ve piranometreden alınan güneş enerjisi verileri karşılaştırılmış ve R2 = % 95 ve RMSE = 40.10 W/m2 olduğu görülmüştür. ÜST”, “DOĞU”, “BATI”, “GÜNEY” ve “KUZEY” yönlerinde aylık olarak yıllık toplam (ortalama) güneş enerjileri sırasıyla 4210.98 W/m2 (ortalama 350.92 W/m2), 1345.79 W/m2 (ortalama 192.26 W/m2), 2780.92W/m2 (ortalama 231.74 W/m2), 3577.94 W/m2 (ortalama 298.16 W/m2) ve 1200.93 W/m2 (ortalama 100.08 W/m2) olarak ölçülmüştür.

Keywords

• Piranometreler
• Güneş radyasyonu
• Güneş pili
• Yayılı güneş radyasyonu
• Direkt düneş radyasyonu

Measurements of Solar Radiation Intensity in Five Different Orientations Using Photovoltaics

Abstract

In this study, a photovoltaic system located in on one horizontal (“UPPER”) and four different vertical surfaces (“EAST”, “WEST”, “SOUTH”, and “NORTH”) surfaces has been established to measure the solar radiation coming from different directions. All data measured in unit of volt were collected minutely during one year (April 2020 to March 2021). Photovoltaic data were calibrated in unit of W/m2 with using the data measured simultaneously from 8-48 Model B&W Pyranometer. Using the R2 and RMSE statistical methods, the solar energy data from the “UPPER” photovoltaic and the pyranometer were compared with each other and it was found that R2=95 % and RMSE=40.10 W/m2. The monthly annual total (mean) solar radiation components in the “UPPER”, “EAST”, “WEST”, “SOUTH”, and “NORTH” orientations were measured to be 4210.98 W/m2 (mean 350.92 W/m2), 1345.79 W/m2 (mean 192.26 W/m2), 2780.92 W/m2 (mean 231.74 W/m2), 3577.94 W/m2 (mean 298.16W/m2) ve 1200.93W/m2 (mean 100.08W/m2), respectively.

Keywords

• Pyranometers
• Solar radiation
• Photovoltaic
• Diffuse solar radiation
• Direct solar radiation

References

1. [1] J. A. Duffie and W. A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, (4th ed.), John Wiley and Sons, Inc., New York, 2013.
2. [2] M. Iqbal, An Introduction to Solar Radiation. London: Academic Press, 1983.
3. [3] Q. Schiermeier, J. Tollefson, T. Scully, A. Witze, and O. Morton, “Energy alternatives: electricity without carbon,” Nature, 454, 816–23, 2008.
4. [4] S. Thotakura, S. C. Kondamudi, J. F. Xavier, M. Quanjin, G. R. Reddy, P. Gangwar, and S. L. Davuluri, “Operational performance of megawatt-scale grid integrated rooftop solar PV system in tropical wet and dry climates of India,” Case Stud. Therm. Eng., 18, 100602, 2020.
5. [5] E. M. Salilih and Y. T. Birhane, “Modeling and analysis of photo-voltaic solar panel under constant electric load,” J. Renew. Energy, 1-10, 2019.
6. [6] A. A. W. Sayigh, “Renewable energy: Gobal progress and examples”, Renew. Energ., WREN, 15-17, 2001.
7. [7] M. Şahan, “Toplam ve ultraviole (UV) güneş enerjisi verilerinin ölçülmesi değerlendirilmesi ve değişiminin incelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 67, 1996.
8. [8] K. Mahmoud, I. Alfaleh, and J. K. Yoo, “New facility for primary calibration of differential spectral responsivity of solar cells using LDLS-based monochromatic source,” Journal of Physics: Conference Series, 2149 (2022) 012003, NEWRAD 2021

9. [9] A. Le Donne, A. Scaccabarozzi, S. Tombolato, S. Binetti, M. Acciarri, and A. Abbotto, “Solar photovoltaics: A review”, Rev. Adv. Sci. Eng., 2, 1–9, 2013.
10. [10] M. Şahan, “Measurement of daily solar radiation with Eppley Black and White pyranometer in Osmaniye Region, Turkey”, AIP Conference Proceedings, Turkish Physical Society 34th International Physics Congress – TPS34, Bodrum / Muğla, 2018, 2042, pp. 020005–1–0200054.
11. [11] M. Şahan, H. Şahan ve İ. Yegingil, “Yıllık toplam ve ultraviole (UV) güneş enerjisi verilerinin ölçülmesi,” SDÜ Fen Bil. Enst. Der., 14 (1), 10–16, 2010.
12. [12] M. Şahan, Ö. Tokat ve Y. Okur, “Osmaniye’de günlük toplam güneş ışınım ölçümleri”, SDÜ. Fen-Edebiyat Fakültesi - Fen Dergisi, 10 (2), 97–105, 2015.
13. [13] M. Şahan ve N. Emrahoğlu, “Osmaniye'de yedi yıllık dönemde yatay yüzeydeki global güneş radyasyonu ölçümleri ve yeni ampirik modeller kullanılarak global güneş radyasyonunun tahmini,” SDÜ. Fen-Edebiyat Fakültesi - Fen Dergisi,16 (2), 349–367, 2021.
14. [14] N. Emrahoğlu and İ. Yeğingil, “Çukurova Üniversitesi’nde ölçülen güneş ışınım verileri analizi,” Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(2), 87–96, 2019.
15. [15] A. Angström, “Solar and terrestrial radiation,” Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 50 (210), 121–126, 1924.
16. [16] J. A. Prescott, “Evaporation from a water surface in relation to solar radiation,” Trans. R. Soc. S. Aust., 64, 114–148, 1940.
17. [17] E.A. Ahmed and M. El-Nouby Adam, “Estimate of global solar radiation by using artificial neural network in Qena, upper Egypt,” J. Clean Energy, 1, 2, 2013.
18. [18] M. A. AbdulAzeez, “Artificial neural network estimation of global solar radiation using meteorological parameters in Gusau, Nigeria,” Arch. Appl. Sci. Res, 3 (2), 586–595, 2011.
19. [19] M. Şahan ve Y. Okur, “Akdeniz bölgesine ait meteorolojik veriler kullanılarak yapay sinir ağları yardımıyla güneş enerjisinin tahmini,” SDÜ. Fen-Edebiyat Fakültesi - Fen Dergisi, 11 (1), 361–71, 2016.
20. [20] M. Şahan, “Yapay sinir ağları ve Angström-Prescott denklemleri kullanılarak Gaziantep, Antakya ve Kahramanmaraş için global güneş radyasyonu tahmini,” SDÜ. Fen-Edebiyat Fakültesi - Fen Dergisi, 16 (2), 368–384, 2021.
21. [21] I. H. Altas and A. M. Sharaf, “A novel maximum power fuzzy logic controller for photovoltaic solar energy systems,” Renew. Energ., 33, 388–399, 2008.
22. [22] T. P. Chang, “Output energy of a photovoltaic module mounted on a single-axis tracking system,” Appl. Energy, 86, 2071–2078, 2009.
23. [23] S. B. Skretas and D. P. Papadopoulos, “Efficient design and simulation of an expandable hybrid (wind– photovoltaic) power system with MPPT and inverter input voltage regulation features in compliance with electric grid requirements,” Electr. Power Syst. Res., 79, 1271–1285, 2009.
24. [24] E. L. Maxwell, T. L. Stoffel, and R. E. Bird, “Measuring and modeling solar ırradiance on vertical surfaces,” Solar Energy Research Inst., Golden, CO (USA), 1986.
25. [25] M. A. Budiyantoa and T. Shinodab, “The effect of solar radiation on the energy consumption of refrigerated container,” Case Stud. Therm. Eng., 12, 687–695, 2018.
26. [26] D. P. N. Nguyen and J. Lauwaer, “Calculating the energy yield of Si-based solar cells for Belgium and Vietnam regions at arbitrary tilt and orientation under actual weather conditions,” Energies, 13, 3180 (17 pages), 2020.
27. [27] M. Despotovic, V. Nedic, D. Despotovic, and S. Cvetanovic, “Review and statistical analysis of different global solar radiation sunshine models,” Renew. Sustain. Energy Rev., 52, 1869–1880, 2015.