Bir Fotovoltaik Güneş Enerjisi Santralinin Fizibilitesi, Karaman Bölgesinde 5 Mw’lık Güneş Enerjisi Santrali İçin Enerji Üretim Değerlendirmesi Ve Ekonomik Analizi

Abstract

Sanayi devrimi ile birlikte günden güne artan enerji talebi, dünya üzerindeki fosil kaynakların hızla tükenmesine neden olmaktadır. Konvansiyonel enerji kaynaklarına ulaşım sorunları, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını öne çıkarmış ve çevresel sorunlar da bu enerji kaynaklarının kullanımının tercihinde rol oynamıştır. Ancak, günümüzde, çevresel zorunluluktan öte, ülkelerin kendi enerji taleplerini karşılamak için geliştirdikleri stratejiler bağlamında, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Dolayısıyla, son yıllarda tüm dünya ülkeleri enerji bağımsızlıklarını sağlayabilmek için enerji üretim oranları arasında yenilenebilir enerjinin payını arttırmaya çalışmaktadır. Güneş enerjisi santralleri temiz, yerel ve yenilenebilir özellikleriyle günümüzde giderek önem kazanan enerji üretim tesislerinden biri durumundadır. Bu bağlamda, ileri bir güneş enerjisi üretim tesisi fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışan panelleri içeren tesisler olmaktadır. Bu yüksek lisans tezi kapsamında, Karaman bölgesinde kurulması planlanan 5 MW gücünde 36 farklı fotovoltaik sistemin enerji üretim değerlendirmesi ve ekonomik analizi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, günümüzde uygulamada kullanılan altı farklı fotovoltaik panel çeşidi, üç montaj yapısı tipi ve iki farklı evirici modeli için enerji üretimi incelemesi gerçeklenmiştir. Enerji üretimi incelemesi için PVsyst programı modelleme amaçlı olarak kullanılmış olup meteorolojik veriler için 4 farklı meteorolojik kaynak verisinden yararlanılmışır. Bununla birlikte, bu yüksek lisans tezi kapsamında, bir güneş enerjisi santralinde kullanılan tüm donanımlar ve güneş enerjisi santralinin kurulacağı bölgenin yapısı ayrıntılı olarak irdelenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, enerji üretimi analizi gerçekleştirilen sistemler için YEK yasa tasarısına göre ekonomik analiz senaryoları gerçekleştirilmiş olup bu senaryolar için Geri Ödeme Süresi hesabı ve İç Karlılık Oranı yöntemleri kullanılmıştır. 36 farklı sistem için yapılan hesaplamalar sonucu, en uygun sistem seçilmiş ve bu sisteme ait tüm finansal değerler gösterilmiştir. Sonuç olarak, enerji ve ekonomik analizleri gerçekleştirilen sistemler karşılaştırılmış ve bu analizlerin birbirleriyle bağlantısı belirlenmiştir. Böylelikle, mühendislik ve ekonomik açıdan fotovoltaik panelli güneş enerji sistemlerinin birbirlerine göre durumları varyasyonel olarak değerlendirilmiştir

In this thesis, building up the thermal model of base station, verifying thermal model with experimental analysis and testing the different solutions for energy efficiency with the help of the experimentally corrected model have been realized to improve the energy efficiency of GSM base stations. Technical information have been gathered by the interviews and the field work done with Turkcell. Special paints and insulation materials have been studied and fundamental information is gathered on solar spectrum, solar radiation and heat transfer. With the knowledge of the coordinates, date and time of the base station and the position of the sun, the angles between the solar rays and the different surfaces of the station and the solar radiation coming on the surface of the container are theoretically calculated. With the help of material and structure of the container wall, geometrical measurements of the container, the incoming solar radiation depending on the absorption coefficient of the surface, inside temperature of the container and atmospherical outside temperature information, heat transfer on the container surface have been theoretically calculated. Cooling load of the air conditioner with the sum of the heating input from the outside surface to inside of the container and radio frequency equipments have been calculated. Electric power consumption of the air conditioner values have been calculated due to variable COP depending on different inside and outside air temperatures and cooling load conditions of the air conditioner and constant COP. By assembling all these theoretical calculations, the thermal modelling of the base station have been developed depending on the time and the location of the station. In the experimental part of the research, Turkcell established two containers according to the layout in the ITU Institute of Energy. One of the matching containers was painted with a special paint that reflects the infrared radiation. Pt100?s were placed inside and outside surfaces of the containers and their surface temperatures were recorded by the datalogger. Heaters are placed inside the containers to simulate heat dissipation of radio frequency equipments. Clock requlated power sockets have been used to switch on the heaters. Lead-acid batteries have been used as heat capacitors. These arrangements have been organized to reach a realistic model of the containers. Electric power consumption of air conditioners are measured by electric power meters. With RS485 connection, computer and electric power meters communicate with each other to obtain data by software that has been developed at the Institute of Energy. For four different situations tests have been made. These tests are S1: air conditioners off ? heaters off, S2: air conditioners off ? heaters on, S3: air conditioners on ? heaters on, S4: air conditioners blackout ? heaters on. According to measured temperature values of the surfaces of the containers, heat transfer calculations have been done to compare the containers. Excess temperature exposure concept has been created for the batteries. Experimental implementation and thermal model have been compared. To reduce energy consumption and operating cost, possible approaches and solution proposals have been provided. In the discussion part, one of the most important parameter is the air conditioner due to its operating cost and energy efficiency. Heat dissipation of radio frequency equipments is theoretically and experimentally verified as the greatest source in the cooling loads. Against excess temperature exposure of batteries at air conditioner blackouts, to obtain low inside air temperature of container is the emphasized solution proposal. With the help of the experimentally verified model, containers that placed besides Istanbul in different cities from Turkey and other countries can be analyzed for both summer and winter conditions. In this work up to date, theoretical model, experimental design and application have been done. In future to reduce operating costs, optimization and feasibility studies are more significant to gain energy efficient solutions.