Yüzer güneş enerji sistemlerinde yapısal analiz

Abstract

Artan enerji ihtiyacını karşılamak ve temiz bir enerji için güneş enerji panellerinin önemi günden güne artmaktadır. Özellikle son 15 yılda fotovoltaik panel fiyatlarının % 95 oranında ki düşüşü bu alanda ki yatırımları teşvik edici olmuştur. Fakat geniş alanlara ihtiyaç duyan güneş enerji panelleri aynı enerji miktarını üreten bir doğal gaz çevrim santraline nispeten 150 kat fazla alan işgal etmektedir. Özellikle geniş alanlara ihtiyaç duyan ülkeler ve arsa fiyatlarının yüksek olduğu yerler için maliyetin büyük bir kısmı alan maliyetine gitmektedir. Bu maliyetten kurtulmanın bir yolu olarak su üstü kurulumlar denenmiştir. Bu kurulumlarda güneş panellerinin sıcaklık sebebiyle daha verimli çalışabileceği bir ortam oluştuğu farkedilmiştir. Sistem kurulu olduğu rezevuarda ki buharlaşma sebebi ile doğal bir soğutma etkisi oluşturmakta bunun sayesinde de daha yüksek verimlilikte çalışabilmekte ve aynı zamanda su kütlesinin güneş ışınlarından büyük oranda korunması ile buharlaşma etkisini ciddi şekilde düşürmektedir. Verimlilik oranın soğutma etkisi ile panelde ki her bir derece için % 0,40 ile 0,65 toplamda % 10 – 25 arasında değişen miktarlarda arttırdığı gözlemlenmiştir. Doğa üzerine etkileri için yapılan araştırmalarda ise farklı görüşler olsa da çevreye fiziksel olarak faydalı kimyasal olarak zararlı olduğu fikri benimsenmiştir. YGES bileşenleri incelendiğinde temelde 5 bileşenin olduğu görülüyor. Bu bileşenler güneş enerjisi paneli, taşıyıcı dubalar, bağlama sistemi, kablolama ile sahil bağlantısı ve ankraj sistemidir. Yüzer sisteme etkiyen kuvvetler incelendiğinde; sistemin kendi ağırlığı, rüzgâr yükü ve hidrodinamik yükleri içermektedir. Tezde bu yüklerden ağırlık kısmı hesaplanmış diğerleri başka çalışmalardan alınmıştır. Tasarlanan duba konfigürasyonunda üç panel birbirine köşebentlerle bağlı ve 35°'lik ve 10°'lik ayarlanabilir açılarla dubalara rüzgâr yükü etkimektedir. Hesaplanan ve alınan yüklere göre dubalar üzerinde ANSYS programı ile sonlu elemanlar analizi yapılmış. Dubaların üzerinde ki düz yüzeyler farklı desenlerle değiştirilerek analizler tekrarlanmıştır. Seçilen desenler artı, çarpı ve yuvarlak şekildedirler. Yük ve yüzey alanı aynı olmasına rağmen oluşan gerilim değerleri farklı oluşmuştur. Düz yüzeyde 18,3 MPa, çapraz desende 16,9 MPa, artı desende 16,1 MPa ve yuvarlak desende 8,2 MPa değeri analiz edilmiştir. Elde edilen analiz sonuçlarına göre yuvarlak desenli dubanın çok daha mukavim bir yapıya sahip olduğu ortaya çıkmıştır. Yapılan bir diğer analizde ise Türkiye çevresindeki denizlerden elde edilen dalga yüksekliği ve sıklığı değerlerinden yola çıkarak yapılan yükleme koşullarında malzeme değişken gerilmelere maruz kalmıştır. Kulakçıklarda oluşan değişken gerilme yorulması hesapları sonucu güvenlik katsayısı olmamasına rağmen 3,09 yıllık ömür bulunmuştur. Fakat yüzer güneş enerji sistemlerinin her bir bileşeni için 20 – 25 yıllık ömür biçilmiştir ve hesaplanan ömür bunun çok altındadır. Bu sebeple açık denizlerde yüzer sistemlerin kullanımı yapısal anlamda kısa ömürlü olacağı sonucu elde edilmiş olur. Hidroelektrik santralinin kurulu olduğu barajlarda yüzer sistemleri kullanmak, invertör ve iletim hattı kablo maliyetlerini düşürecektir. Fakat hidroelektrik santralinin elektrik ürettiği süreçte ciddi su seviyesi değişimleri gözlemlenmektedir. Değişken su seviyesine ayak uydurabilen bir bağlama elemanı tipi henüz bulunmamıştır. Bu konuda tezde önerilen bağlama türü kazıklama tiptedir. Diğer kazıklama tiplerinden farklı olarak teleskopik boru sistemli bağlama ile yukarı aşağı yönlü hareket sağlanabilecek ve rulmanlar ile platform güneşin olduğu yöne kolayca döndürülerek enerji verimliliği arttırılacaktır.