Rüzgar-Güneş Hibrid Güç Sistemi Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi

6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey
Rüzgar-Güneş Hibrid Güç Sistemi
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi
Uygulama Örneği
B. Yanıktepe1, C. Özalp1, M. M. Savrun1,
T. Köroğlu2 ve Ç. Cebeci2
1
Department of Energy Systems Engineering, Osmaniye Korkut Ata University, Osmaniye/Turkey
[email protected]
2
Department of Electrical and Electronics Engineering, Osmaniye Korkut Ata University, Osmaniye/Turkey
[email protected],[email protected], [email protected],
[email protected]
da gösterilmiştir. 2009 yılı verilerine göre elektrik üretiminin
%80‘i fosil kaynaklı yakıtlardan, %18.4‘ü hidrolik güçten geri
kalan %1.2‘lik kısım rüzgâr başta olmak üzere jeotermal ve
biokütleden elde edilmiştir. Ülkemizin elektrik enerjisi üretimi
2005 yılında 161956 GWh olup 2009 yılında %20 artışla
194812 GWh‘e yükselmiştir. Grafik 1-b de 2005 ve 2009
yılları arası enerji kaynaklarına göre kurulu güç dağılımı
verilmiştir. Burada görüldüğü üzere 2009 yılı verilerine göre
kurulu gücün %65.6‘sı fosil kaynaklı yakıtlardan, %32.5‘i
hidrolik güçten geri kalan %1.9‘luk kısım rüzgâr başta olmak
üzere jeotermal ve biokütleden oluşmaktadır[2].
Wind-Solar Hybrid Power System Osmaniye
Korkut Ata University Application Example
Abstract—Today, hybrid system, to increase the use of
renewable energy sources has become one of the most
important applications. This system is composed of a
combination of wind and sun was established and has been
started up in Karacaoglan campus of the University of
Osmaniye Korkut Ata. In this study, the system
components are introduced and for the future of the new
hybrid system applications created an infrastructure.
Keywords-I. GİRİŞ
Gelişmekte olan ülkeler statüsünde olan ülkemizde
sanayileşme giderek artmakta, bunun beraberinde gelişmişliğin
de bir ölçüsü olan kişi başına enerji tüketim miktarının da
artması enerjinin önemini ortaya koymaktadır. Türkiye‘nin
mevcut enerji tablosuna bakıldığında enerji talebinin yaklaşık
%72‘sini ithal kaynaklardan karşıladığı, enerji talebini yerli
kaynaklardan ise az miktarda sağladığı görülmektedir. Bu
durum ülkemizde yenilenebilir enerji kaynaklarının etkin ve
verimli bir şekilde kullanılması önemini ortaya çıkarmaktadır.
Ülkemizde enerji potansiyeli incelendiğinde yenilenebilir
enerji kaynaklarının kömürden sonra geldiği görülmektedir.
Bu kapsamda yenilenebilir enerji kaynakları açısından
ülkemiz, önemli ölçüde hidrolik, rüzgâr, güneş, jeotermal ve
biokütle enerjisine sahiptir. Ülkemizde yenilenebilir enerji
üretiminde en önemli pay hidroelektrik ve biokütleye ait
olmasına karşın rüzgâr ve güneş enerjisinden yeterli oranda
faydalanılamamaktadır. Yenilenebilir enerji kaynağı olarak
rüzgâr; çevreyi kirletmemesi, temiz ve sürekli bir enerji
kaynağı olması, ülkemizde çok yüksek potansiyele sahip
olması sebebiyle önem kazanmıştır [1].
2005-2009 yılları arasında kullanılan elektrik enerjisi
üretiminin enerji kaynaklarına göre sınıflandırılması Grafik 1-a
Grafik 1: Kurulu Güç ve Üretimin Yıllar İtibariyle Gelişimi [2]
89
B. Yanıktepe, C Özalp, M.M. Savrun, T.Koroglu and Ç.Cebeci
II. RÜZGAR-GÜNEŞ HİBRİD UYGULAMASI
Ülkemiz ise, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş
enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı
durumdadır. Güneşten dünyaya saniyede yaklaşık olarak 170
milyar MW enerji gelmektedir. Türkiye'nin yıllık enerji
üretiminin 100 milyon MW olduğu düşünülürse bir saniyede
dünyaya gelen güneş enerjisi, Türkiye'nin enerji üretiminin
1.700 katıdır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde
(DİMM) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen
güneşlenme süresi ve ısınım şiddeti verilerinden yararlanarak
EİE tarafından yapılan çalışmaya göre, Türkiye'nin ortalama
yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2
saat), ortalama toplam ısınım şiddeti 1.311 kWh/m²-yıl
(günlük toplam 3,6 kWh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Türkiye,
110 gün gibi yüksek bir güneş enerjisi potansiyeline sahiptir ve
gerekli yatırımların yapılması halinde Türkiye yılda birim
metre karesinden ortalama olarak 1.100 kWh‘ lik güneş
enerjisi üretebilir [4]. Grafik 2‘de Türkiye‘nin günlük ortalama
ışınım ve güneşlenme değerleri de sunulmuştur.
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanıldığı
en yaygın sistem su, dalga, jeotermal, güneş ve rüzgârın
beraber kullanıldığı hibrid sistemlerdir. Hibrid uygulamalarda
en fazla tercih edilen enerji kaynakları rüzgâr ve güneş
enerjisidir. Her ikisi de yenilenebilir bir enerji kaynağı
olmasına karşın, etkin çalışma saatleri genellikle farklı olan
rüzgâr ve güneş enerjilerinin birlikte kullanılması ile enerjinin
daha etkin üretimi sağlanabilmektedir.
Rüzgâr ve güneş enerjisi sistemlerinde verimli enerjinin
üretimi, günün farklı zamanlarında farklılık göstermektedir.
Diğer bir deyişle rüzgâr hızının yetersiz veya verimsiz olduğu
günlerde alternatif olarak güneş enerjisinden, güneşlenme
süresinin yetersiz veya verimsiz olduğu zaman dilimlerinde ise
alternatif olarak rüzgâr enerjisinden faydalanılabilmektedir.
Böylece sistemde enerjinin üretiminin de sürekliliği sağlanmış
olabilmektedir.
A. Güneş Enerjisi
Tablo 1: Türkiye‘nin yıllık toplam güneş enerjisi potansiyelinin
bölgelere göre dağılımı
En büyük enerji kaynağı olan güneş'in merkeziyle dünya'nın
merkezi arasındaki uzaklık 149,6 milyon km‘dir. Güneş‘in
yaydığı enerji, Güneş‘in çekirdeğinde meydana gelen füzyon
süreci ile açığa çıkan çok büyük bir enerjidir. Güneş‘ten
Dünya‘ya saniyede yaklaşık 170 milyar MW enerji
gelmektedir. Bu değeri m² başına hesaplayacak olursak birim
alana ulaşan güneş ışınları, güneşe dik bir yüzey üzerinde
ölçüldükleri zaman 1.366 W/m² olduğu görülmektedir [3].
Top. Ort.
güneş enerjisi
En çok güneş
enerjisi (Haz.)
En az
güneş enerjisi
(Ara.)
kWh/m2-yıl
kWh/m2
kWh/m2
Güneydoğu
Anadolu
1.460
1.980
729
Akdeniz
1.390
1.869
476
Doğu
Anadolu
İç Anadolu
1.365
1.863
431
1.314
1.855
412
Ege
1.304
1.723
420
Marmara
1.168
1.529
345
Karadeniz
1.120
1.315
409
Bölge
Tablo 2: Türkiye‘nin yıllık güneşlenme süresinin bölgelere göre
dağılımı
Ortalama
güneşlenme
süresi
En çok
güneşlenme
süresi
(Haziran)
En az
güneşlenme
süresi (Aralık)
Saat/yıl
saat
saat
Güneydoğu
Anadolu
2.993
407
126
Akdeniz
2.956
360
101
Doğu
Anadolu
İç Anadolu
2.664
371
96
2.628
381
98
Ege
2.738
373
165
Marmara
2.409
351
87
Karadeniz
1.971
273
82
Bölge
Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güneydoğu
Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir.
Tablo 1' ve Tablo 2 de Türkiye güneş enerjisi potansiyeli ve
Grafik 2: Türkiye‘nin günlük ışınım ve güneşlenme değerleri [5]
90
Rüzgar-Güneş Hibrid Güç Sistemi Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Uygulama Örneği
güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı
verilmiştir [4].
Buna göre genel olarak Türkiye‘nin en çok ve en az güneş
enerjisi üretilecek ayları sırası ile Haziran ve Aralık
olmaktadır. Bölgeler arasında ise öncelikle Güneydoğu
Anadolu ve Akdeniz sahilleri gelmektedir. Güneş enerjisi
üretiminin yok denecek kadar az olduğu Karadeniz bölgesi
dışında yılda birim metre kareden 1.100 kWh‘ lik enerji
üretilebilir ve toplam güneşli saat miktarı ise 2.640 saattir.
Buna göre Türkiye‘de toplam olarak yıllık alınan enerji miktarı
ise yaklaşık 1015 kW saat kadardır [4].
Türkiye'deki güneş enerjisi potansiyeli aşağıda Şekil l' de
gösterilmiştir [5].
B. Rüzgar Enerjisi
Rüzgâr, çevreyi kirletmeyen, temiz, doğada var olan ve
gelecek vadeden bir enerji kaynağı olmasından dolayı
ülkemizin enerji ihtiyacının karşılanmasında önemli bir enerji
kaynağı olarak yer almaktadır.
Türkiye rüzgâr bakımından zengin yöreleri olan bir ülkedir.
10 m yükseklikteki yıllık ortalama rüzgâr hızı ve güç
yoğunluğu açısından en yüksek değer 3.29 m/sn ve 51.91
W/m² ile Marmara Bölgesi 'nde saptanmıştır. En düşük değer
ise, 2.12 m/sn hız ve 13.19 W/m² güç yoğunluğu ile Doğu
Anadolu Bölgesi'ndedir. Türkiye'nin % 64,5‘inde rüzgâr
enerjisi güç yoğunluğu 20 W/m²‘'yi aşmazken, % 16.11'inde
30-40 W/m2 arasında, % 5,9‘unda 50 W/m²'nin ve % 0.08'inde
de 100 W/m²'nin üzerindedir [7].
Türkiye'deki rüzgâr enerjisi potansiyeli Şekil 2'de
görülmektedir [8].
Şekil 1: Türkiye‘deki güneş enerjisi potansiyeli
Güneş enerjisinden doğrudan elektrik enerjisi üretmek için
fotovoltaik (PV) olarak adlandırılan güneş panelleri
kullanılmaktadır.
Yarı
iletken
levhalardan
oluşan
fotovoltaikler, güneş ışığındaki elektromanyetik dalgalar,
elektronları yarı iletken plakanın bir katmanından bir diğer
katmanına hareket ettirerek elektrik akımı oluşturma
prensibine dayanır. Küçük hücre olarak elde edilen fotovoltaik
hücreler istenilen güç ve voltaj aralığında birbirine paralel ya
da seri bağlanarak farklı gerilim ve kapasitede fotovoltaik
paneller elde edilir. Fotovoltaik hücre üretiminde, yarıiletken
özellik gösteren silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi
maddeler farklı kaplama teknikleriyle üretilmektedir. Değişen
iklim koşullarının etkisiyle güneş panellerinde güç çıktısı farklı
miktarlarda olmaktadır. Bu panel yüzeyine gelen enerji, panel
yapısına bağlı olarak %10 ile %30 arasında bir verimle
elektrik enerjisine çevrilebilir. Ticari olarak piyasaya sürülen
PV panellerde nominal çalışma verimi yaklaşık olarak %15
civarındadır. Bir fotovoltaik panel tarafından üretilen elektrik
enerjisinin hesabında eşitlik (1) kullanılmaktadır.
  V  IRS  
P  IV  I L  I O exp 
  1V
  A  
Şekil 2: Türkiye‘deki 10m yükseklikteki yıllık ortalama rüzgâr
enerjisi potansiyeli
Türkiye‘ nin rüzgâr potansiyeli tam olarak belirlenmemiş
olsa da brüt potansiyelinin yılda 400 milyon MWh, teknik
potansiyelinin ise 120 milyon MWh olduğu düşünülmektedir.
Söz konusu teknik potansiyel yıllık elektrik üretiminin 1,2
katıdır. Ancak, Türkiye genelinde 10 m. yükseklikteki rüzgâr
yoğunluğunun alansal ve zamansal dağılımı ile teknolojik
kısıtlamalar göz önünde tutulduğunda, güvenilir rüzgâr enerjisi
potansiyeli 12 milyar kWh/yıl olarak hesaplanmaktadır [7].
(1)
Denklenmedeki IL (A) yüzeye ışınım düştüğünde üretilen
akımı, I0 (A) karanlık devre akımı, Rs (Ω ohm) seri direnci, A
termal voltajı (V), I ve V sırasıyla çalışma akımını ve voltajını
göstermektedir [6].
Grafik 3: Türkiye‘nin son 8 yılda Rüzgar enerjisi kurulu gücü[1]
Grafik 3‘den de anlaşılacağı üzere Türkiye‘de yakın
zamanda rüzgâr enerjisi yatırımlarına ciddi bir eğilim
91
B. Yanıktepe, C Özalp, M.M. Savrun, T.Koroglu and Ç.Cebeci
başlamıştır. RES yatırımlarının Avrupa baz alındığında çok
düşük olduğu görünse de 2006‘dan sonra bu yatırımların ciddi
bir şekilde ivmelenerek hız kazandığını söyleyebiliriz. 2008
yılında 286 MW‘lık yeni rüzgâr enerji kapasitesi eklenmiştir
ve Tablo 3‘de de görüldüğü gibi toplamda 433,35 MW
seviyesine gelinmiştir[1]. 2009 yılı itibariyle Türkiye‘de
faaliyette olan (*) ve yapım aşamasında olan rüzgar enerji
santralleri harita üzerinde gösterilerek şekil 3‘te verilmiştir.
Şekil 3‘ten de anlaşıldığı gibi rüzgar potansiyelinin yüksek
olduğu Doğu Akdeniz , Marmara, Ege gibi kıyı şeridi yerlerde
rüzgar santrali kurulumu yoğunlaşmıştır.
Yıllar
Ortalama
rüzgar
elektriği
üretimi
(milyon kWh)
Türkiye
elektrik
enerjisi
tüketimi
(milyar kWh)
Tüm
elektrik
enerjisi
tüketimi
ndeki
payı (%)
2000
2005
2010
2015
2020
2023
2025
300
1359
2979
5142
7849
9733
11200
675
3058
6703
11570
17660
21900
25200
135
200
290
398
547
639
710
0,5
1,53
2,31
2,91
3,23
3,43
3,55
Q  AV
1
(4)
AV 3
2
bağıntısına ulaşılır. Bu bağıntıya göre; sistem tasarımında en
önemli parametre rüzgar hızı olduğundan, rüzgâr enerjisi
üretiminde yer seçimi, iklim ve jeolojik yapı oldukça
önemlidir [6].
E
III.
* İstanbul-Hadımköy/1,2 MW
* Balıkesir-Bandırma/30 MW
+ Balıkesir-Bandırma/15 MW
+ Balıkesir-Şamlı/90 MW
* İzmir-Çeşme/1,5 MW
* İzmir-Çeşme/7,2 MW
* İzmir-Çeşme/39,2 MW
+ İzmir-Aliağa/42,5 MW
+ İzmir-Kemalpaşa/66,66 MW
OSMANİYE KORKUT ATA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK
FAKÜLTESİ HİBRİD UYGULAMASI
Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgâr ve güneşin
yıl içinde ki yoğunluklarının farklı olmasından dolayı
birbirlerinin alternatifi olarak kullanıldığı sistemler hibrid
sistemlerdir. Hibrid sistemlerde enerjinin sürekliliği
amaçlanmaktadır.
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi‘nde kurduğumuz hibrid
sistem Türkiye şebekesinden bağımsız ve tamamen
yenilenebilir enerji kaynakları ile tasarlanmış bir sistem olup
300W rüzgâr türbini ve 100W‘lık 3 adet güneş paneli olmak
üzere toplam kurulu gücü 600W değerindedir. Bina çatısına
kurulmuş bu sistem ile Üniversite içerisindeki bazı sınıfların
aydınlatılması sağlanmaktadır. Kurulu sistemin akış şeması
Şekil 4‘te verilmiştir.
+ Çanakkale-Gelibolu/15,2 MW
* Çanakkale-İntepe/30,4 MW
+ Çanakkale/30 MW
(3)
Eşitlik (2) yeniden düzenlendiğinde, rüzgâr enerjisi ile
rüzgar hızının küpü arasındaki
* İstanbul-Silivri/0,85 MW
+ İstanbul-Gaziosmanpaşa/24 MW
+ İstanbul-Çatalca/60 MW
* Çanakkale-Bozcaada/10,2 MW
(2)
Eşitlikte Q ve V (m/s) sırasıyla rüzgârın kütlesel debisini ve
hızını göstermektedir. Rüzgâr debisi, Q (kg/s) ise; ρ (kg/m3)
havanın yoğunluğunu ve A (m2) ise hız doğrultusuna dik
yüzeyi göstermek kaydıyla, süreklilik denklemi kullanılarak
eşitlik (3) ile hesaplanır.
Tablo 3: Türkiye‘de rüzgâr enerjisi kullanımı ve geleceği ile ilgili
tahmini değerler
Kurulu
rüzgar
enerjisi
gücü
(MW)
1
QV 2
2
E
TURKEY
+ Osmaniye-Bahçe/130 MW
+ Aydın-Çine/19,5 MW
* Manisa-Akhisar/10,8 MW
+ Manisa-Akhisar/30,4 MW
+ Hatay-Samandağ/22,5 MW
+ Hatay-Samandağ/30 MW
+ Hatay-Türbe/35,1 MW
Şekil 3: Türkiye‘deki rüzgar santralleri(*: Faaliyet veren, +: İnşaat
halinde) [9]
Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde rüzgâr
türbinleri kullanılmaktadır. Rüzgâr türbini kanadı ile aldığı
enerjiyi, jeneratörde
doğrudan alternatif akım (AC) olarak
Türkiye’deki rüzgar santralleri (*: Faaliyet veren, +: İnşaat halinde)
elektrik enerjisine dönüştürür. AC olarak üretilen enerji doğru
akıma (DC) kontrol cihazında düzenlenerek dönüştürülür. Elde
edilen enerji bataryada depo edilir. Bu yolla DC yükü
doğrudan kullanılabildiği gibi invertör ile AC ‘ye
(220V/50Hz‘lik veya 110V/60Hz‘lik AC) dönüştürülerek de
kullanılabilir. Rüzgar türbini ile elde edilebilecek enerji
miktarı (E) eşitlik (2) ile hesaplanmaktadır.
Şekil 4: Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Hibrid Sistem Akış
Şeması
92
Rüzgar-Güneş Hibrid Güç Sistemi Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Uygulama Örneği
Rüzgâr jeneratörü çıkışından elde edilen AC akım/gerilim
doğrultucu yardımıyla DC akım/gerilime çevrilerek akü şarj
kontrol ünitelerine gelir ve buradan da akülere gönderilir ve
aküler doldurulur. Güneş panelleri çıkışından elde edilen DC
akım/gerilim akü şarj kontrol ünitelerine gelir ve buradan
akülere gönderilerek aküler doldurulur. DC yükler için akü
çıkışları doğrudan kullanılabildiği gibi AC yükler için akü
çıkışları
invertör
yardımı
ile
AC
akım/gerilime
dönüştürülebilir.
Genel olarak hibrid sistemin ekipmanları aşağıda
belirtilmiştir.
durmaktadır. Türbinin fazla hızlanması halinde sistemi
durduracak birçok kontrol bulunmaktadır. En genel sistem fren
sistemidir. Pervane 20 metre/saniye hızına ulaştığında dönme
işlemini durdurur [10] .
Tipik büyük bir rüzgâr türbini yıllık 5,2 milyon KWh
elektrik enerjisi üretir. Yaklaşık 600 hanenin elektrik ihtiyacını
karşılayabilir. Günümüzde kömür ve nükleer santraller, rüzgâr
santrallerinden daha ucuza enerji üretebilmektedirler. O halde
neden rüzgâr enerjisini kullanalım? Bunun iki önemli nedeni
var. üzgâr enerjisinin ―Temiz‖ ve ―Yenilenebilir‖ özelliklerde
olmasıdır. Atmosfere zararlı karbondikosit ve nitrojen gazları
salınımı yoktur ve rüzgârın bitmesi gibi bir durum söz konusu
değildir. Rüzgâr enerjisi her ülkede üretilebilir. Başka
ülkelerden enerji transfer etmeye gerek duyulmaz. Ayrıca
rüzgâr santralleri uzak bölgelere inşaa edilip, üretilen enerjinin
merkezi yerlere iletilmesi daha kolaydır [10].
Rüzgâr santrallerinin bu yararlarının yanında olumsuz
yönleri de vardır. Diğer enerji santralleri gibi her zaman
yüksek verimle çalışamazlar. Çünkü rüzgâr hızı değişkenlik
göstermektedir. Rüzgâr türbinleri şehirlere yakın bölgelerde
oluşturdukları ses kirliliği sebebiyle insanlara, hayvanlara ve
doğal yaşama rahatsızlık vermektedir [10].
Osmaniye
Korkut
Ata
Üniversitesi
Karacaoğlan
yerleşkesinde kurduğumuz sistemimizin temel bileşenlerinden
olan rüzgar jeneratörünün nominal gücü 300W ve nominal
çıkış gerilim değeri de 24 V‘dur. Mini rüzgar jeneratörümüzün
dönüşe başlama hızı 2.5 m/s‘dir. Kanat sayısı 3 olan ve kanat
merkezinin yerden yüksekliği 15m olan rüzgâr jeneratörümüz
12m/s‘lik rüzgâr hızında 450 rpm dönüş hızına sahiptir.
Bu rüzgâr türbini ile enerji üretip bu enerji ile yükün
ihtiyaçlarını karşılamak ve ihtiyaçlar karşılandıktan sonra
ortaya çıkan fazla enerji ile de sistemde bulunan batarya
grubunu doldurmak amaçlanmaktadır. Yükün enerji ihtiyacını
karşılamada rüzgârın yeterli olmadığı durumda bataryalar bu
işlevi görecektir.
A. Ekipmanlar
1. Rüzgâr Jeneratörü
En basit anlamda bir rüzgâr türbini pervane kanatları, şaft ve
jeneratör olmak üzere 3 bölümden oluşur.
Elektromanyetik indüksiyon ile elektrik enerjisi üretilmiş
olur. Küçük oyuncak arabalardaki elektrik motoruna benzer bir
sistemdir. İçinde mıknatıslar bulunur. Bu mıknatısların
ortasında da ince tellerle sarılmış bir bölüm bulunur. Pervane
şaftı döndürdüğü zaman motor içindeki bu sarım bölgesi,
etrafındaki mıknatısların ortasında dönmeye başlar. Bunun
sonucunda da alternatif akım (AC) oluşur [10].
Bir rüzgâr türbininin ürettiği enerjinin hesaplanması için
rüzgârın hızına ve pervane çapına ihtiyaç vardır. Çoğunlukla
büyük rüzgâr türbinleri saniyede 15 metre hızla dönmektedir.
Teorik olarak, Tablo 4‘te de görüldüğü gibi üretilen enerjinin
artması için pervane çapının artması gerekmektedir. Bu da
rüzgâr türbininin yüksekliğinin de artması anlamına gelir. Bu
sayede daha fazla rüzgâr alıp daha hızlı bir dönme hareketi
sağlanır [10].
Tablo 4: Tablo Boyu ve Maksimum Güç Çıkışı [10]
Pervane Boyu ve Maksimum Güç Çıkışı
Pervane Çapı (metre)
Güç Çıkışı (kW)
10
25
17
100
27
225
33
300
40
500
44
600
48
750
54
1000
64
1500
72
2000
80
2500
2. Fotovoltaik (Güneş) Paneller
Güneş ışınlarını elektrik enerjisine çeviren ve sistemin ana
elemanı olan ekipmandır. 1950'ler de %4 olan verimleri
günümüzde %15 civarına gelmiştir. Verimleri güneşin 1000
W/m² enerji yaydığı bölgeye göre hesaplanmaktadır fakat
Türkiye'de bu değer 1300 W/m² olduğundan verimleri daha iyi
değerler almaktadır. 1 m2 alanda kayıplar ihmal edilirse 195
Watt elektrik üretilebilir [11].
Güneş enerjisi genellikle silikon esaslı malzemelerden
yapılan Fotovoltaik hücreler yardımı ile üzerine düşen güneş
ışığını doğrudan elektrik enerjisine çevirme yöntemini esas
alınarak elektrik enerjisi sağlanır. Silikon hücreye eklenen bor
ve fosfor katmanlar sayesinde (+) ve (-) kutuplar oluşarak
devre üzerinden bir elektrik akımı geçmesi sağlanır.
Fotovoltaik panellerden elde edilen gerilim DC gerilimdir.
Dolayısıyla evlerde veya üretim tesislerinde kullanılmaları için
bir inverter yardımıyla AC gerilime dönüştürülmeleri
gerekmektedir. Ancak DC ile çalışan ürünler için herhangi bir
invertere gerek duyulmaksızın kullanılabilirler [11].
Kaynaklar: Danish Wind Industry
Association, American Wind Energy Association
Genellikle rüzgâr türbinleri saatte 14,6 metre/saniye hızla
öndüklerinde tam kapasite olarak çalışmaktadırlar. Saatte 20
metre/saniye hızına çıktıklarında ise otomatik olarak sistem
93
B. Yanıktepe, C Özalp, M.M. Savrun, T.Koroglu and Ç.Cebeci
Üniversite Karacaoğlan yerleşkesinde kurduğumuz hibrid
sisteme, rüzgâr enerjisinin yetersiz olduğu durumlarda sistemin
enerji üretiminin devamını sağlamak amacıyla fotovoltaik
güneş panelleri ilave edilmiştir. Hibrid sistemimizin bir diğer
temel bileşeni olan güneş paneli RS-100 model olup birim
nominal gücü 100W‘tır. Sistemde 3 adet RS-100 modeli panel
bulunmaktadır ve toplamda 300W nominal güç değerine
sahiptirler. Güneş panellerinin ebatları 1244x802 olup 11.8 kg
ağırlığındadırlar.
günümüzde çok daha yaygın uygulama alanları olduğunu
görmek, hatta zaruri gereksinim olduğunu söylemek
mümkündür [12].
Üniversite
Karacaoğlan
yerleşkesinde
kurduğumuz
sistemimizdeki inverter 12/24V DC giriş gerilimine ve 230V
AC çıkış gerilimine sahiptir. İnverter‘in gücü ise 1000W
değerindedir.
IV.
3. Akü Grubu
SONUÇ
Bu çalışmada Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi
Karacaoğlan yerleşkesinde bir Rüzgar-Güneş Hibrid sistemi
uygulanmış ve sistemi oluşturan ekipmanlar tanıtılmıştır.
Çalışmanın en önemli sonucu bölgede bu tip sistemlerin
uygulanabilirliği hakkında farkındalık yaratmak olmuştur.
Ayrıca Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü için uygulamalı
deneysel bir çalışma ortaya konmuştur ve yeni teknolojiler
üniversite öğrencileri ile paylaşılmıştır.
Üniversitede kurulu Rüzgar-Güneş Hibrid Sistemin
ilerleyen dönemlerde verimlilik analizlerini yapmak amacıyla
bir prototip oluşturulmuştur. Böylece yapılacak olan araştırmageliştirme faaliyetleri için altyapı sağlanmıştır.
Aküler üretilen elektrik enerjisini depolamaya yararlar.
Genel olarak üç tiptir: Kuru (Flooded Lead Acid), AGM
(Absorbed Glass Mat Sealed Lead Acid) ve GEL (Gelled
Electrolyte Sealed Lead Acid). Ancak kuru tip aküler
Fotovoltaik sistemlerde daha çok tercih edilmektedir. Akülerin
kapasiteleri amp saat (Ah) olarak ifade edilir. Ömürlerini uzun
tutmak için kapasitesi %50'nin altında iken şarj edilmelidir.
Verimleri %90 civarındadır [11].
PARALEL VE SERİ BAĞLANMIŞ AKÜ GRUBU
+
-
KAYNAKLAR
0
+
-
+
12 V
0
0
-
-
0
+
-
+
12 V
12 V
12 V
12 V
12 V
+
+
+
+
-
-
12 V
Bülent Yanıktepe ve Yusuf Alper Kaplan ―Rüzgar Enerjisi: Türkiye ve
AB‘nin Politik Karşılaştırılması ve Önemi‖ RÜGES 2009 2. Rüzgar
Sempozyumu, 4-5 Haziran 2009, Samsun
[2] Türkiye Elektrik İletim A.Ş. Genel Müdürlüğü Araştırma Planlama ve
Koordinasyon Dairesi İstatistik Müdürlüğü
http://www.teias.gov.tr/istatistik2009/index.htm
[3] F.Salmanoğlu , N.S. Çetin ―Rüzgâr – Fotovoltaik Otonom Hibrid Güç
Sistemlerinin Optimum Maliyetle Boyutlandırılması Üzerine Paket Bir
Yazılım‖ Ege Bölgesi Enerji Forumu 12-13 Ekim 2009, Denizli
[4] Kamil B. Varınca ve M. Talha Gönüllü ―Türkiye‘de Güneş Enerjisi
Potansiyeli ve Bu Potansiyelin Kullanım Derecesi, Yöntemi ve
Yaygınlığı Üzerine Bir Araştırma‖ 1. Ulusal Güneş ve Hidrojen
EnerjisiKongresi 21-23 Haziran 2006, ESOGÜ, Eskişehir
[5] Türkiye ‗nin Güneş Enerjisi Potansiyeli
http://www.solartek.com.tr/tr/index.asp?ID=34
[6] Mehmet Azmi Aktacir, Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker ―FotovoltaikRüzgâr Hibrid Güç Sistemi Uygulaması‖ Yeni Enerji Yenilenebilir
Enerji Teknolojileri, sayı 3, sayfa 56-62, Mart-Nisan 2008
[7] Mehmet Caner Çakar, Ümmühan Başaran Filik, Mehmet Kurban
―Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Ulaşım Sistemlerinde Kullanım
Uygulaması‖ V. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu 2009 –
Diyarbakır
[8] Türkiye ‗nin Rüzgar Enerjisi Potansiyeli
http://www.soleaenerji.com/ruzgar_enerjisi.asp
[9] Beşir Şahin and Mehmet Bilgili ; Wind Characteristics and Energy
Potential in Belen-Hatay, Turkey; International Journal of Green
Energy, 2009.
[10] http://ilginchersey.blogcu.com/ruzgar-enerjisi-nedir-ruzgar-turbinlerinasil-çalisir/8685889
[11] Tahsin Köroğlu, Ahmet Teke, K. Çağatay Bayındır, Mehmet Tümay;
Güneş Paneli SistemlerininTasarımı, Elektrik Mühendisliği Dergisi,
Sayı: 439, Sayfa: 98-104, Temmuz 2010.
[12] http://www.mekatronic.org
+
[1]
24 V
12 V
-
Şekil 5: Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Hibrid Sistem Akü Grubu
Tasarlanan sistemde 4 adet 12 V 250 Ah akü bulunmaktadır. Bu aküler ikili gruplar halinde önce seri bağlanmış, daha sonra seri
Üniversite
Karacaoğlan
yerleşkesinde
kurduğumuz
bağlanan
gruplar paralel bağlanmıştır.
Bağlantı şeması yukarıda gösterilmiş
olup çıkışta elde edilen değerler
24 V 500 Ah
olacaktır. Bu sistemde hem paralel
de seriAH‘lık
bağlantı kullanılmış
yüksekgrubunu,
kapasiteli bir akü grubu
elde edilmiştir.
sistemimizdeki
24bağlantı
V hem
500
birolup
akü
4 adet
12 V
250 Ah‘lık akülerin paralel ve seri bağlanarak oluşturulması ile
mümkün kıldık. Paralel bağlama sözcüğüyle ifade edilen bu
işlemde hücrelerin (+) kutupları birbirine, (-) kutupları da
birbirine bağlanır. Seri bağlantıda ise (+) kutuplar ile (-)
kutuplar birbirine bağlanmasıdır. Yapılan iş aslında hücrelerin
aynı cins plakalarını harici olarak birbirine bağlamaktır. Şekil
5‘de 12 V 250 Ah olan 4 hücrenin bu şekilde bağlanarak 24 V
500 AH kapasiteli bir akü grubunun nasıl oluşturulduğu
görülmektedir [11].
4. İnvertör
Rüzgâr jeneratöründe üretilen AC enerjiyi ve Panellerin
ürettiği DC enerjiyi akülerde depolayarak evlerde kullanılmak
üzere AC enerjiye (220V-50 Hz) çeviren cihazdır. İnvertörler,
bilgisayarlar içindeki güç kaynaklarından, metallerin yüzey
sertleştirmelerine kadar pek çok alanda kullanılmaktadır.
İnvertör‘ ün ters fonksiyonuna redresör veya doğrultucu denir.
Güncel ihtiyaçlar ile teknolojik gelişmeler sayesinde,
94