EnerjiSolar EnerjiYenilenebilir Enerji Kaynakları

Şebekeden Bağımsız (Off Grid) Solar Sistem Tasarımı

5
Off-Grid Solar Sistem

Mühendistan Aylık Ücretsiz Bülten Aboneliği

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.

Şebekeden bağımsız off grid solar sistemler; elektrik şebekesinden bağımsız olarak fotovoltaik (PV) panellerde üretilen elektrik, şarj kontrol cihazlarında düzenlenerek akülerde depolanır. Akülerde depolanan DC (Doğru Akım) enerjisi inverterler ile AC  (Alternatif Akım) haline getirilerek kullanımımıza sunulur. Off-grid sistemler 4 temel elemandan oluşur. Bunlar; Güneş paneli, şarj kontrol cihazı, batarya ve 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 Sistem Şeması
Şebekeden Bağımsız Off-Grid Sistem Şeması

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 tasarımı için önemlidir.

Şebekeden Bağımsız Off-Grid Sistem
Şebekeden Bağımsız Off-Grid Sistem

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.

Şebekeden Bağımsız Sistem Batarya Grubu
Şebekeden Bağımsız Sistem Batarya Grubu

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.

Şebekeden Bağımsız Sistem İnverteri
Şebekeden Bağımsız Sistem İnverteri

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

CihazlarAnlık
veya 24 Saatlik
Güç Değeri
Günlük Çalışma SüresiGünlük Toplam Enerji Tüketimi
LED TV+Uydu Alıcısı150W/h12h/gün1800W/gün
A+ Standart Buzdolabı1200W/24h24h/gün1200W/gün
A+ Çamaşır Makinesi1200W/h2h/gün2400W/gün
A+ Bulaşık Makinesi1200W/h1h/gün1200W/gün
Aydınlatma (10Adet 12W LED Lamba)120W/h12h/gün1440W/gün

Toplam:        8040W/gün biz bu değeri daha konforlu bir sistem olması açısından 9 kW/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: 9kW/3h=3 kW/h  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 alınarak. Panel gücünü bir düzeltme faktörüyle çarpıp panel adedini belirlemek daha sağlıklı olacaktır. Bu düzeltme faktörünü de 0,8 olarak ele alıyoruz.

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.

260W polikristal bir güneş panelinin seçildiğini düşünürsek;

Panel Adedi: 3000W/260W*0,8= 14,42 bu değeri de 16’ya yuvarlıyoruz yani 16 adet 260W güneş paneli kullanılmalıdır.

Şarj Kontrol Cihazı Kapasitesi Belirleme

Şarj Kontrol Kapasitesi: Güneş panelleri 6’şardan iki sıra şeklinde bağlanacağı tam güçte için toplam panel çıkışı 60V/68A olacaktır. Yani 48V/50A şarj kontrol cihazından iki adet kullanılması sistem için uygundur. Bu kapasitede şarj kontrol cihazı da zaten 4000VA yada 5000VA inverterlerinin bünyesinde mevcuttur. İkinci şarj kontrol cihazı da harici olarak sisteme adapte edilmelidir.

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 200Ah Kore üretimi jel akü seçelim.

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

Ürün Adet Adet Fiyatı Toplam Fiyat
260 W Güneş Paneli16650 TL10400 TL
12V 200Ah yüksek verimli jel akü121400 TL16800 TL
4000W/5000VA Tam Sinüs Akıllı İnverter + 48V 50A Şarj Kontrol Cihazı13000 TL3000 TL
Harici 48V/50A PWM Şarj Kontrol Cihazı1400 TL400 TL
İskele, kablo konnektör2000 TL
Montaj ve Nakliye7000 TL

Toplam: 39.600 TL

Böyle bir sistem piyasada anahtar teslim 35.000 TL ile 40.000 TL 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.

Soruların veya eklemek istediğiniz bilgiler varsa yorum olarak belirtiniz.

Sonraki yazı: Şebeke Bağlantılı Solar Sistem Tasarımı

Emre LEBLEBİCİOĞLU
Emre LEBLEBİCİOĞLU, 1993 yılının Ekim ayında Adana'nın Seyhan ilçesinde doğdu. İlk,orta ve lise öğrenimini burada tamamladı. 2011 yılında Karabük Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği bölümünü kazandı. 2012 yılında ise yine aynı üniversite de Mekatronik Mühendisliğinde çift anadal programına başladı. 2014 yılının ilk döneminde Erasmus programı kapsamında Bükreş Politeknik Üniversitesi'nde eğitim aldı. 2015 yılında haziran ayında Enerji Sistemleri Mühendisliğinden, ağustos ayı sonunda ise Mekatronik Mühendisliğinden mezun oldu. Mezuniyetten sonra ise yaklaşık 2 yıl solar enerji sektöründe faaliyet gösterdi. Askerlik vazifesini de yedek subay olarak tamamladı. Şuan da ise Marmara Üniversitesi İngilizce Makine Mühendisliği bölümünde tezli yüksek lisans yapmaktadır. İleri seviyede İngilizce ve başlangıç düzeyinde Almanca bilmektedir.

Hava Kirliliği ve Filtreleme

Önceki Yazı

Şebeke Bağlantılı (On Grid) Solar Sistem Tasarımı

Sonraki Yazı

5 Yorum

  1. Merhaba Emre Bey, öncelikle bu aydınlatıcı bilgileri, sadelik ve samimiyetle paylaştığınız için elinize, emeğinize sağlık.
    Benim size bi sorum olacak daha doğrusu sizden öneri, fikir ricam olacak. Ben Bitlis’te ticari amaçlı Ges düşünüyorum fakat konuya açıkçası pek hakim değilim bu noktada sizce böyle bir coğrafyada bu tarz bir girişim mantıklı mıdır veya nasıl hareket etmem gerek. Eğer dönüş sağlarsanız müteşekkir olurum. İyi çalışmalar.

  2. Oldukça bilgilendirici bir yazı olmuş. Off grid fotovoltaik solar sistem tasarımı konusunu bu kadar güzel anlatan başka bir yazı bulamadım. Emeğinize sağlık.

  3. Bu konularla ilgilenenler için bir fikir vermesi açısından faydalı bir anlatım olmuş… çok teşekkür ederim Emre bey’e…

  4. Bulutluluk faktörünün hesabı, tablosu vs için kaynak bilgiye nereden ulaşırız?

  5. Merhaba Emre Bey, ‘hane ihtiyacının büyük bir kısmını güneş enerjisinden karşılayacak olan ancak en fazla 50 saatlik tüketimin şebekeden karşılanmasına müsade edilen bir güneş paneli sistemi boyutlandırması ve boyutlandırılması beklenen sistemde bataryalar birincil enerji kaynağı olarak yer alacaktır ve bataryalarda enerji olmaması durumunda sistemin şebekeden veya başka bir enerji kaynağından besleneceği varsayılacaktır.’ bunu bana açıklayabilir misiniz? konuyla alakalı hiç bir bilgim yok maalesef.

Cevap Yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bunları da beğenebilirsiniz

Bu konuda daha fazla Enerji