Fotovoltaik (PV) Sistemlerde Eğim ve Azimut Açısı

Fotovoltaik(PV) güneş sistemleri, hayatımızdaki konumu bakımından büyük önem arz eden, yenilenebilir ve halen geliştirilmekte olan önemli bir teknolojik üründür. Bütün yenilenebilir sistemler gibi PV sistemlerin de en temelinde verimlilik unsuru yer alıyor. Bu hususta verimliliğin en önemli unsuru da güneşin ve gezegenlerin doğasını anlamaktır. Eğer bahsettiğimiz bir PV Güneş sistemi, verimli çalışmıyorsa talebimizi karşılayamaz ve bu durumda sorunları da beraberinde getirir. Sistem verimliliğini arttırmamızda da birçok yöntem söz konusudur. Bu unsurlardan bir tanesi de güneş açılarının belirlenmesi. Azimut açısı ve eğim açısı gibi Güneş açıları, PV sistemlerle adeta yek bir vücut gibi hareket ettiği ölçüde gerçek verimi de elde etmemiz mümkün.

Sabit PV panellerin,güneş radyasyonundan en yüksek verimi alabilmesi için panel yüzleri Dünya’nın ekvator çizgisi üzerine bakmalıdır.Bu durumdan ötürü güney yarım küredeki bir panel kuzeye,kuzey yarım küredeki bir panel de güneye bakacak şekilde konumlandırılmalıdır.

Aynı zamanda Güneş ışınlarının panele 90⁰ bir açıyla gelmesi,sistemin en yüksek verim noktasına ulaşmasını sağlar.Güneş’in açısının sisteme uygun bir şekilde uyum sağlaması için temelde uygulanan iki parametre var;Birincisi azimut açısı ve ikincisi de eğim açısı. Bu iki önemli açı tipi PV sistemin veriminde büyük rol oynar.

Azimut Açısı

Azimut açısı, Arapça kökenli bir kelime olmakla birlikte “yön” anlamına gelmektedir. Bir cismin, güney referansından olan açısal uzaklığının bir ölçüsü olan azimut açısı, güney konumunda 0⁰,batı konumunda ise 90 derece’ye tekabül eder. Sistemin güneyle olan referansı önemlidir çünkü,eğer azimut 0⁰ ise bir sistem en yüksek verimi elde diyor diyebiliriz. Bazı istisnai durumlarda paneller,bulundukları konumdan dolayı kısıtlı bir oryantasyon açısına maruz kalabilirler(Örn;Çatı PV sistemleri).Bu durumlarda bir alternatif olarak paneller; Güneybatı,güneydoğu,batı ve doğu yönlerine kayabilmektedir.Bu tarz yönelimlerde genel olarak bazı performans  düşüşleri gözlenebilir;

Güneybatı ve güneydoğu yönelimleri için; %5 civarı performans düşüşü

Batı ve doğu yönelimleri için; %10-%20 civarı performans düşüşü

Eğim Açısı

PV sistemlerde verim analizindeki bir diğer faktör ise eğim açısıdır. PV sistem modülünün bulunduğu zemin itibarıyla oluşturulan eğim açısı, zemin ile panel arasındaki açıyı ifade eder. Emilen radyasyon miktarı bakımından büyük önem arz eden bu faktörde, 90⁰’lik bir açıyla modüle çarpan bir Güneş ışını en yüksek verimi sağlar. Ayrıca,bir PV paneldeki en uygun eğim açısı o bölgenin enlem açısına göre belirlenir. Eğer eğim açısı enlem açısına çok yakınsa o kadar da verim alınabilir.

Tabi ki eğim açısında mevsimsel faktörleri de dikkate almak gerekecektir. Örneğin yaz aylarında güneş ışınları Dünyamıza daha fazla dik açıda geleceğinden eğim açısını az tutmak, buna mukabil kış aylarında da daha eğik bir biçimde gelen güneş ışınlarından daha iyi verim alabilmek için panellerin eğim açıları daha fazla tutulur. Fakat enlem açısı bu artış ve azalışa göre referans olarak alınır. Aynı zamanda eğim faktörü, yağmur ve kar gibi mevsimsel unsurların yükünden kurtulmayı bu sayede de verim elde etmeyi sağlar.

Panel Açısı = (Enlem açısı – 10 Derece)[Yaz ayları için]

Panel Açısı = (Enlem açısı + 10 Derece)[Kış Ayları için]

Azimut Açısı ve Eğim Açılarının PV Sistemler Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

Her bölgeye göre değişen enlem farklılıkları ve buna bağlı olarak farklılık gösteren Güneş’ten gelen ışınların gelme açısının verimi etkilediğinden bahsetmiştik. Eğim ve azimut açısının Güneş panelleri üzerindeki etkisini daha iyi anlamak açısından 2017’de Şanlıurfa ilimizde gerçekleştirilen bir etki çalışmasını inceleyelim;

Bu çalışmada, 37,1° Kuzey ve 38,9° Doğu koordinatları arasında yer alan Şanlıurfa’da gerçekleştirilen bu çalışmada PV sistemlere doğrudan etki eden azimut ve eğim açısındaki değişikliklerle elde edilen verim farklılıklarının tespiti ve buna bağlı olarak da optimum verim noktalarının analizi amaçlanmıştır. [1]

Yukarıdaki grafikte Şanlıurfa’da yapılan bu çalışmadan elde edilen bir testin sonuçları gözükmektedir. Farklı renklerdeki eğriler farklı tipteki azimut açılarını ve bununla birlikte eğim faktörünün değişmesiyle elde edilen sonuçları göstermektedir. Bu grafik, Ocak ayı verilerine aittir. Sırasıyla değerlendirecek olursak;

Yeşil eğri, panelin azimut açısının 0⁰ yani tam güneye bakacak şekilde konumlandırıldığını ve eğiminin de parabolik bir biçimde arttırıldığını fakat bu artışın 60⁰’de optimum noktaya geldiğini, sonrasındaki eğim artışının ise elde edilen ışınımı azaltacak yönde etkilediğini görmekteyiz.

Ayrıca bu grafikte önemli olan bir diğer nokta ise, panelin doğu veya batıya yönlendirilmesi durumunda, panelin eğim açısı değiştirildiği zaman, panelin daha az güneş ışınımına maruz kaldığını ve bunun sonucunda da elde edilen günlük güneş ışınımının da azaldığını görmekteyiz.

Güneybatı ve güneydoğuya doğru çevrilen panellerin ise güney yönündeki gibi paralel bir eğri izlediğini görülüyor. Fakat paneller,daha az güney yönüne baktığından ışınım değerlerinde de belirgin bir azalma görülüyor.

Aşağıdaki tabloda ise temmuz ayında tanımlanan bütün yönlerde,eğim artışının artmasıyla beraber elde edilen ışınım değerinin de gitgide azaldığı açıkça görülmektedir.

Grafiklerden elde edilen sonuca göre kış aylarında genel olarak elde edilecek en yüksek verimin 62⁰derece ve buna karşılık yaz aylarında ise en yüksek verimin 2.3⁰ olarak belirlendiği görülmüştür.

Elbette elde edilen güneş ışınımları ne kadar fazla olursa,sistemin üreteceği elektrik kapasitesi de o kadar artacaktır.

Aşağıdaki tablo ise daha geniş bir yelpazeyi ele alarak elde edilen ışınım değerinin yüzdesel değerini tamamiyle  yatay bir paneli baz alarak karşılaştırıyor;

Sonuç

Görüldüğü gibi,bütün bir sene boyunca panelin 30⁰de ve Güney yönüne konumlandırılmış bir şekilde güneşten en yüksek derecede ışınım elde edileceğini ve bunun sonucunda da verimi yüksek derecede etkileyeceği anlaşılmaktadır.

Bölgeden bölgeye değişen bu enlem ve boylam farklılıkları tabi ki de panel için yeni şartlar doğurur. Verilen analizler,ışınım oranının en yüksek olduğu Güneydoğu Anadolu Bölgesinde gerçekleştirilmiştir. Türkiye’nin yıllık güneşlenme süresi ve 42-36 kuzey paralelinde olması dikkate alınırsa iyi bir güneş enerjisi potansiyeline sahip olduğu görülebilir. Ayrıca güneşten elde edilen verimi daha da artırabilmek adına güneş izleyici sistemler de geliştirilmektedir. Bu sistemler güneşi 90⁰ yakalamaya programlanmıştır.

Kaynakça