Gölgeleme Bileşeni Olarak Kullanılan Fotovoltaik Panellerin Enerji Etkinliğinin Değerlendirilmesi

Abstract

Toplumlar yaşamlarını sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Hızla artan nüfustan doğan enerji ihtiyacını karşılayabilmek için büyük ölçüde fosil yakıtlar kullanılmaktadır. Fosil yakıtların neden olduğu hava kirliliği, küresel ısınma, canlı türlerinin zarar görmesi gibi çevresel etkiler, günümüzde alternatif enerji kaynaklarına yönelmeyi zorunlu hale getirmiştir. Güneş tükenmeyen, çevre dostu yenilenebilir enerji kaynaklarından birisidir ve Türkiye güneş potansiyeli açısından dünyadaki en şanslı ülkelerden birisidir. Güneş enerjisinden faydalanmakta kullanılan teknolojilerden birisi olan fotovoltaik sistemler ise dünyada günden güne yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmanın amacı, fotovoltaik sistemlerin binalarda gölgeleme bileşeni olarak kullanımına yönelik kullanıcı ve tasarımcılara yol gösterebilecek bir rehber oluşturmaktır. Bu doğrultuda çalışmanın hazırlanmasında kaynak taraması ve bilgisayar ile benzetim yöntemleri birlikte kullanılmıştır. Çalışma beş bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde; çalışmanın amaç, kapsam ve yöntemine dair bilgilerin verildiği giriş kısmı yer almaktadır. İkinci bölümde; güneşin yenilenebilir enerji kaynakları içindeki önemi, Türkiye ve dünyadaki güneş enerjisi potansiyeli ve bu potansiyeli değerlendirebilmek amacıyla kullanılan sistemler anlatılmış, bunlardan birisi olan fotovoltaik sistemlerin ülkemizde ve diğer ülkelerde kullanım miktarlarına değinilmiştir. Üçüncü bölümde; fotovoltaik sistemlerin tarihçesi, yapısı ve çalışması, bileşenleri, üretim yöntemleri ve sistem türleri incelenmiş, binalarda kullanım şekilleri üzerinde durularak, sistem performansına etki eden parametreler ele alınmıştır. Dördüncü bölümde; benzetim yolu ile yapılan uygulama çalışması yer almaktadır. Öncelikle benzetimde kullanılacak bina modeli tasarlanarak bu model için sabit ve değişken veriler belirlenmiştir. Daha sonra değişken veriler doğrultusunda seçenekler oluşturulmuştur. Seçenekler için benzetim yoluyla elde edilen sonuçlar değerlendirilerek grafikler yardımıyla sonuçlar arasında karşılaştırmalar yapılmıştır. Beşinci ve son bölümde ise; uygulama bölümünde elde edilen sonuçlar doğrultusunda, fotovoltaik sistemlerin yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisini kullanarak enerji ihtiyacını karşılamada önemli çözümler sağlayabileceği ortaya koyulmuştur. Dünyada birçok örneğine rastlanmasına rağmen ülkemizde henüz yeterince yaygınlaşmamış olan fotovoltaik sistemlerin enerji ihtiyacına sağladığı faydalar göz önünde bulundurularak kullanımının yaygınlaşması doğrultusunda teşvik edilmelidir.

Modern societies need energy to satisfy needs such as protection, security, and housing. Fossil fuels are used to meet this energy demand created by a soaring population. But as we all know, fossil fuels are limited and will be extinct in the near future. Also, using fossil fuels causes emission of greenhouse gases such as carbon dioxide, sulfur dioxide, and nitrous oxide. The rapid increase of fossil fuel consumption creates dust and soot which in turn cause environmental pollution that results in deaths; and emission of carbon dioxide and greenhouse gases ruin the ecosystem, causing climate changes that are threatening life itself on the entire planet. Therefore, heading towards alternative energy sources is almost obligatory. Our country has fossil fuel resources like hard coal, lignite, asphaltite, crude oil, natural gas, uranium, and thorium; and potential renewable sources like hydraulic energy, geothermal energy, solar energy, sea wave energy, and biomass energy. The sun is an endless, eco-friendly renewable energy source, and when it comes to solar energy, Turkey is one of the luckiest countries in the world. One of the technologies for benefiting from solar energy is a photovoltaic system, and it's becoming widespread day by day. The purpose of this study is to create a guide for both consumers and designers, referring to the usage of photovoltaic systems as shading components on buildings. For preparation of this study, literature review and computer simulation methods are used accordingly. This study consists of five sections. First section contains the introduction part, where the purpose, extent and the method of the study are presented. In the second section, the importance of the sun as a renewable energy source, solar energy potential in Turkey and in the world, and the systems being used for realizing this potential are explained; and as one of these systems, amount of usage of photovoltaic systems in our country and other countries are mentioned. In the third section, history, structure and working, components, production methods and types of photovoltaic systems were examined, and by emphasizing how these systems were used on buildings, the parameters affecting the system performance were discussed. Fourth section contains the application study by simulation method. Steps of this study are as follows:  Fixed and variable data are determined for the building model to be used in the simulation. - Fixed data: The modeled building is assumed to be used as an open office. It's square shaped with the dimensions of 24x24 meters, and consists of 10 floors. Each floor has a height of three meters. Total construction area is 5.760 square meters. A total of 290 people work in the building and working hours are between 08.00 and 17.00 on weekdays. An air conditioning system is used for heating and cooling the building, and the air is ventilated naturally. Heating system is activated if indoor temperature drops below 220, and cooling system is activated if indoor temperature rises above 260. The photovoltaic panels are made of polycrystalline silicon cells and 130 panels with 260Wp power are used. The installed power of the system is 33,8kWp. - Variable data: Five provinces are selected for the building location. These provinces are İzmir, İstanbul, Ankara, Van, and Erzurum. For the facade, directions of north, south, east and west are examined. Preferred inclination angles of photovoltaic panel are 00 and 300.  45 different alternatives are created using variable data.  Computer programs are selected to be used in the simulation. - Climate data of the provinces are gathered by Meteonorm; energy loads needed for the alternatives are calculated by Ecotect; and energy levels obtained by the photovoltaic panels are measured by Pvsol.  Simulation results for the created alternative are evaluated. - Evaluation of the results are explained by charts and comparisons under three major topics: necessary heating and cooling loads, PV system performance, and determining the benefit ratio of the PV system to the heating and cooling loads. After these evaluations, it can be argued that the location variable for the highest ratio is İzmir, the direction variable is south, and the inclination angle is 300. The fifth and the final section argues that based on the simulation and the results of the simulation, photovoltaic systems can be an important solution for meeting the energy demand by using solar energy, one of the renewable energy sources. Although photovoltaic systems have lots of applications in the world, they failed to gain enough popularity in our country, and considering their benefits of fulfilling the energy demands their use should be more encouraged.