Şebekeden Bağımsız (Off Grid) Solar Sistem Tasarımı

Sizlere bu yazıda şebekeden bağımsız off-grid solar sistemlerin çalışma prensibinden başlayarak en doğru sistem dizaynını nasıl yapacağınızı anlatmaya çalışacağım. Anlatacağım sistem dizaynı sizleri teknik detaylara boğmayacak şekilde sade ve anlaşılabilir bir dilde derlenmiştir. İlk başta sistem elemanlarını hesaplarken dikkate almanız gereken parametrelere değineceğiz. Ardından da bir örnek ile bunları nasıl uygulayacağınızı göreceksiniz.

Off-Grid Solar Sistem Nedir?

Şebekeden bağımsız off-grid solar sistemler, elektrik şebekesine bağlanmadan güneş panelleriyle üretilen elektriğin akülerde depolanması ve depolanan bu elektriğin de solar invertörler ile AC enerjiye dönüştürülüp kullanıldığı bir sistemdir.

Off-grid sistemler 4 temel elemandan oluşur. Bunlar; Güneş paneli, şarj kontrol cihazı, batarya ve solar inverterlerdir. Bu sistem elemanlarından genel olarak diğer yazıda bahsetmiştim Zaten bu elemanların çalışma mantığını bildiğinizi varsayarak sizlere sistem dizaynını anlatıyorum. O yüzden bunların çalışma prensiplerini bilmiyorsanız Fotovoltaik (PV) Sistem Nedir? adlı yazıyı okumalısınız.

Şebekeden Bağımsız (Off Grid) Solar Sistem Bileşenleri

1) Güneş Paneli Dizaynı

Güneş paneli kapasitesi hesaplanması aşağıda belirtilen parametrelere göre değişiklik gösterir.

• Günlük toplam enerji tüketimi
• Solar sistemin kurulacağı bölgede kış aylarına göre ortalama günlük güneşlenme süresi (Hesabı her zaman en düşük güneşlenme süresine göre yapın.)
• Batarya grubunun çıkış voltajı
• Kullanılacak inverter gücü ve çalışma voltajı

Bu parametreler güneş panelinin gücünü ve adedini belirlemede önemlidir. Bu da şebekeden bağımsız solar sistem tasarımında hayati bir rol oynamaktadır.

2) Şarj Kontrol Cihazı Dizaynı

Şebekeden bağımsız şarj kontrol cihazları önceki yazıda da belirttiğim gibi panelden gelen elektriği düzenleyip akülerin kontrollü şarjı için kullanılır. Ayrıca panelleri ters akımdan, aküleri ise aşırı şarjdan korur. Şarj kontrol cihazı kapasitesini belirlemede aşağıdaki parametreler önemlidir.

• Güneş panel grubunun toplam voltaj ve akım değeri,
• Batarya grubunun toplam voltaj değeri

Bu parametreler şarj kontrol cihazının kapasitesini belirlemekte kullanılır.

3) Batarya Grubu Dizaynı

Batarya, şebekeden bağımsız sistemlerin kalbidir ve kalitesi sistem için çok önemlidir. Ayrıca kapasitesinin de çok iyi belirlenmesi gerekmektedir. Bataryalar kesinlikle uzun ömürlü, yüksek sıcaklığa dayanıklı, yüksek çevrim verimliliğine sahip ve gaz sızıntısı minimum olmalıdır. Batarya adedi ve kapasitesinin belirlenmesinde aşağıdaki parametreler önemlidir.

• Günlük enerji tüketiminin ortalama bulutlu gün sayısına bağlı olarak en az 2 katı seçilmelidir. Sıcaklıktan meydana gelen verim kaybı, akü verimliliği ve dc/ac dönüşüm kayıpları da hesaba katılarak kapasite belirlenmelidir.
• Seçilen inverterin çalışma voltajı da batarya adedinin net olarak belirlenmesinde önemlidir.
• Bulutluluk faktörü dikkate alınmalıdır. Karadeniz bölgesi gibi yerlerde batarya kapasitesi bulutluluk derecesine göre arttırılmalıdır.

Uzun ömürlü bir şebekeden bağımsız sistem batarya grubunun iyi bir şekilde tasarlanmasına ve kaliteli aküler kullanılmasına bağlıdır.

4) Şebekeden Bağımsız İnverter Seçimi

Şebekeden bağımsız off grid inverter seçimi aynı anda kullanılacak cihazların toplam olarak anlık çektiği güce göre belirlenir. Anlık çekilen gücün 1.5 katına sahip inverter kullanılmalıdır. Şebekeden bağımsız inverter seçiminde tam sinüs veya modifiye inverter seçimi de önemlidir. Büyük buzdolabı, çamaşır makinesi, su motoru gibi cihazlarda tam sinüs modelleri kullanmanız cihazlarınız için daha sağlıklı olacaktır. Akıllı tip inverterlerin bünyesinde şarj kontrol cihazı bulunur. Bu şarj kontrol cihazlarının kapasiteleri 12V/24V 50A veya 48V/50A’dir.

Not: Şebekeden bağımsız inverter hesabı yaparken motorlu cihazların demiraj akımları (motorlu cihazların ilk çalışma sırasında çektiği yüksek akımlardır) göz önünde bulundurulmalıdır. Bu yüzden kullanıcı zorunlu değilse tüm motorlu cihazları aynı  anda kullanmamalıdır.  Eğer aynı anda kullanmak istiyorsa demiraj akımlar göz önüne alınarak inverter seçimi yapılmalıdır. Örneğin 1 hp (0,75kW) su motorunun anlık güç çekimi başlangıçta etiket değerinin 3-3.5 katına çıkar. Bu faktör şebekeden bağımsız sistem tasarımında göz önünde bulundurulmalıdır.

Örnek Şebekeden Bağımsız Solar Sistem Tasarımı 

Adana şartlarında bir evin günlük enerji tüketimi verilmiştir. Adana’da kış mevsiminde en düşük güneşlenme süresi aralık ayına aittir ve bu değerde 3 saattir. Burada müşteri belirtilen cihazların hepsini aynı anda çalıştırmayacak ve güneşin olmadığı günlerde yüksek güç çeken motorlu cihazları kullanmayacaktır.

Evin Cihazlara Göre Günlük Enerji Tüketimi

Toplam: Günlük  8,04 kWh biz bu değeri daha konforlu bir sistem olması açısından 9 kWh/gün olarak seçiyoruz.

Güneş Paneli Kapasitesi ve Adedi Belirleme

Adana şartlarında en düşük güneşlenme süresi ve güneş radyasyon değeri aralık ayına aittir. Bu değer de 3 saattir. (Kaynak: YEGM)

Panel Kapasitesi: 9 kWh/3h=3 kW yani panel kapasitesi saatte 3 kW  üretecek şekildedir. 

Bulutluluk faktöründen dolayı akü kapasitesi yüksek olacağından ve güneş panellerinin de gerek verim kaybı, gerekse gün içerisinde güneş ışınımının değiştiği göz önüne alındığında panel gücünü bir düzeltme faktörüne bölüp panel adedini belirlemek daha sağlıklı olacaktır. Yani sisteme bir miktar emniyet payı koymuş oluyoruz.

Böyle bir düzeltme faktörü kullanmamızın en önemli sebebi güneş panellerinin aküleri, gün içerisinde daha hızlı ve kısa bir zamanda şarj etmesi gerekliliğidir. Bu sayede aküler fazla zorlanmaz ve ömrü kısalmaz. Sistem de bu sayede daha sağlıklı bir şekilde çalışır. Koyduğumuz düzeltme faktörü ile aslında panel kapasitesini de artırmış oluyoruz.

450 W half-cut monokristal bir güneş panelinin seçildiğini düşünürsek;

Panel Adedi: 3000W/0,6 = 5.000 W / 450 W = 11,11 bu değeri de 12’ye yuvarlıyoruz yani bu sistemin elektrik ihtiyacını karşılamak için 12 adet 450 W güneş paneli kullanılmalıdır. Sistem hesabı yaparken toplam güneş panel sayısının çift sayı olmasına dikkat edin. Çünkü belirli bir sistem büyüklüğünden sonra panelleri iki sıra halinde birbirlerine bağlamak gereklidir.

Şarj Kontrol Cihazı Kapasitesi Belirleme

Şarj Kontrol Kapasitesi: Güneş panelleri 6’şardan iki sıra şeklinde bağlanacağı tam güçte için toplam panel çıkışı yaklaşık olarak 80V/66A olacaktır. Yani şarj kontrol cihazı kapasitesi minimum 48V/80A olmalıdır.Tabi akıllı invertörün içerisinde bulunan şarj kontrol cihazı kapasitesi genellikle maksimum 48V/50A ile sınırlıdır. Bundan dolayı da bu sistemimiz için 30A şarj kontrol cihazı da harici olarak kullanılmalıdır.

Batarya Kapasitesi ve Adedi Belirleme

Batarya Kapasitesi: Günlük enerji tüketimi 9 kW olduğundan bu değer bulutluluk faktörü yani üst üste bulutlu gün sayısı ile çarpılıp, akü şarj verimliliği ve sıcaklıktan dolayı oluşabilecek verim kaybını önlemek için sıcaklık düzeltme faktörüne bölünerek bulunur. Sistemimizde seçilen akünün verimini %80 ve sıcaklık düzeltme faktörünü de 0.8 olarak alıyoruz. Bulutluluk faktörü de Adana için 2 gündür.

9 kW * 2 gün / 0.8*0.8 = 28,125 kW kurulması gerek akü gücü

Batarya: Bu sistem için 12V 200 Ah jel akü seçelim. Lityum-iyon akü jel akülere göre daha hafif, daha verimli ve daha az yer kaplamaktadır. Bütçe sıkıntısı yoksa lityum-iyon akü tercih edilmelidir.

Akü gücü=12*200=2400Wh

Batarya Adedi: 28,125 kWh / 2,4 kWh=11,25 bu değeri de bir üste yuvarlarsak 12 adet 12V 200Ah akü kullanılmalıdır.

İnverter Kapasitesinin Belirlenmesi

İnverter Kapasitesi: Bu kapasite belirlenirken müşterimizin tüm cihazları aynı anda kullanmayacağı da göz önüne alınmalıdır. Biz TV+Uydu Alıcısı, Buzdolabı, Çamaşır Makinesi, bulaşık makinesi ve aydınlatmanın aynı anda çalıştığını düşünelim. Tüm bu cihazların aynı anda çalıştırılması 2900 W anlık yani güç tüketimi oluşturur. Bu değer ise 1.5 ile çarpılarak inverter kapasitesi bulunur.

2900*1.5= 4350W bulunur yani 4000W/5000VA inverter  bu sistem için uygundur.

Şebekeden Bağımsız Sistem Solar Sistem Maliyeti

Toplam: 7.825 $

Böyle bir sistem piyasada anahtar teslim 7.000 $ ile 8.500 $ arası işçilik ve ürün kalitesine göre değişmektedir. Şunu da unutmayalım ki şebekeden bağımsız off grid solar sistemlerde montaj ve işçilikte en az sistem tasarımı ve ürün kalitesi kadar önemlidir. Alanında yetişmiş teknisyen ve mühendisler tarafından yapılmalıdır.

Technicall_TR Youtube kanalı da Kerem Çilli’nin sunumu ile aşağıdaki videoda Ankara’da yer alan örnek bir uygulama ile şebekeden bağımsız bir güneş enerji santralinin tasarımından kurulumuna, maliyetinden elektrik üretimine kadar tüm bilinmesi gerekenleri bulabilirsiniz.

Soruların veya eklemek istediğiniz bilgiler varsa yorum olarak belirtiniz.

Sonraki yazı: Şebeke Bağlantılı Solar Sistem Tasarımı