Çatılarda Güneş Enerjisi ile Elektrik üretimi
Güneşin yaklaşık yüzde 90‘ını oluşturan hidrojen gazının çekirdekleri füzyon ile helyum çekirdekleri oluşturmakta ve bu sırada çok büyük bir enerji açığa çıkmaktadır. Güneşte meydana gelen tepkimeler sonucunda oluşan bu enerjinin bir kısmı dünyaya ulaşan ışınım enerjisidir. Bu ışınımın panellerle elektrik enerjisine çevrilmesi işlemi sistemi tanımlamaktadır.
Güneş enerjisinden elektrik enerjisi elde etme yöntemine solar panel sistemi ya da güneş paneli sistemi adı verilir. Güneş enerjisinin temeli, güneşten dünyaya gelen fotonların güneş panelleri sayesinde toplanması ile, fotonların taşıdığı enerjinin elektrik ve ısı enerjisine çevrilmesine dayanır. Fotonların güneş piline çarpması ile, elektronlar panel yüzeyine çekilir. Bu şekil, güneş panelinin üst ve alt katmanları arasında voltaj oluşmasını sağlar. Panelin üstü ve alt kısmı boyunca oluşan elektrik devresi, elektrik teçhizatına güç akışını sağlar. Bir binaya veya eve güç sağlamak için, enerji ihtiyacına göre belirlenen oranda güneş paneli gereklidir.
Çatı güneş enerji santralleri, meskenlerde güneş paneli kurulacak alanın sınırlı olmasından dolayı ortalama olarak üretilen elektrik gücü 10 kW seviyesindeyken daha büyük tesis çatılarında 100 kW seviyelerine kadar çıkabilmektedir.
Güneş enerjisinden elektrik üretimi; güneş panelleri (PV panel-photo voltaic), panellerden üretilen DC elektriğin depolandığı akü, şarj kontrol cihazı ve akülerde depolanan DC elektrik enerjisini, AC şebeke elektriğine çeviren DC-AC çevirici, uygun kablolama ve sistem güvenliğinin sağlanması için gerekli ekipmanların kullanımı yeterlidir.
Ayrıca bina şebeke elektriği ile güneş panellerinden üretilip çevirici ile kullanıma hazır hale gelen elektrik enerjisinin ayrıştırılması amacıyla farklı sigorta bağlantıları üzerinden elektrik yükleri beslenmelidir. İki besleme arası geçişler otomatik olarak bir izleyici terminal üzerinden gerçekleştirilebilmektedir. Öncelikle kurulacak sistemin fizibilite, maliyet-analiz çalışması yapılır. Çatı üzerinde kurulum yapılacak alanın boyutları ölçülerek alana yerleştirilebilecek maksimum panel sayısı ve toplam güç hesaplanır.
Örnek olarak çatı için seçilen 320 W maksimum üretim gücüne sahip, güneş ışığını %18.7 verimle elektrik enerjisine çeviren, monokristal bir güneş paneli 1.7m x 1m x 40mm boyutlarına ve 19 kg ağırlığa sahiptir. Ortalama olarak 25 yıl süre sonunda panellerin üretebileceği maksimum güç %15 kadar düşmektedir. 50 m2 bir çatı üzerine belirtilen panellerden 29 adet yerleştirilerek maksimum 9 kW elektrik üretimi mümkündür.
Ardından üretilecek elektrik gücüne uygun akü, çevirici ve şarj kontrol-izleme seçimi yapılır. Genellikle solar sistemlerde çevresel koşullardan daha az etkilenen, derin deşarja dayanıklı, şarj-deşarj ömrü uzun olan jel aküler kullanılmaktadır.
Bulutlu havalarda veya kışın güneşlenme süresinin azalmasından dolayı akü kapasitesinin, sistemi minimum 2-3 gün boyunca yetersiz şarjla besleyebilecek kapasitede olması gerekmektedir. Akü grubu 12V, 24V, 48V, 72V gibi birbirine paralel veya seri akülerin birleşimiyle oluşturulur.
Çevirici veriminin yüksek ve elektriksel koruyucu donanımlara sahip olması gerekmektedir. Şarj izleme ve kontrol amacıyla Bluetooth gibi kablosuz ara birimlerle kişisel olarak kontrole imkân sağlayabilen MPPT solar şarj regülatörlerinin sistem gücüne uygun ürün seçimi yapılır. Ön çalışmalar tamamlandıktan sonra kurulum aşamasına geçilebilir. Çatı üzerinde yerleştirilen panelleri verimli kullanabilmek amacıyla çatı zemini üzerine Şekilde belirtilen eğimin konum enlemine göre belirlenmesi gerekir.
Çatı zeminine yerleştirilen sabit güneş panelleri Eşitlik 1, 2 ve 3 kullanılarak optimum eğimle yerleştirilmelidir.
Örnek olarak 40˚ enleme sahip olan bir konumun güneşin en fazla açısal değişime sahip olduğu günlerin ortalamasının alınması yeterlidir.Eşitlik 1’de yer alan 81 sayısı yılın 81. günü yani ekinoks tarihini belirtirken n ise yılın hangi günü olduğudur.
21 Haziran (n=173) için uygun olan güneş panelinin sabitlendiği yüzeye olan açısı eşitlikler kullanılarak 16.55˚ olarak bulunur. 21 Aralık (n=356) için ise 63,45˚ bulunur.
Yıl boyunca sabit kalacak şekilde yerleştirilecek güneş panellerinin optimum açısı maksimum ve minimum açıların ortalaması olarak alındığında 40˚ olarak belirlenir. Güneş panellerinin çatıya montajında hesaplanan bu ortalama eğim açısı kullanılabilir.
Güneşin, gün içindeki hareketi esnasında güneş panelleri üzerine başka cisimlerin gölgesinin düşmesi panellerden alınabilecek gücün azalmasına sebep olmaktadır. Bu yüzden çatı üzerinde gölge oluşturabilecek nesneler dikkate alınmalıdır.
Eğer hareketli olan yani çatı üzerinde mikro kontrolcüye bağlı motorların kontrol ettiği stantlara bağlı panellerin kurulumları yapılacaksa ortalama sabit bir açı yerine her gün için hesaplanan açı değeri ile otomatik olarak paneller uygun eğime getirilerek daha verimli kullanılabilir.
Güneş panelleri üzerinde oluşan kar birikmesi, tozlanma, vb. güneş ışığının tam olarak alınmasını önleyeceğinden dolayı verimin düşmesine sebep olur. Belirli aralıklarla panellerin temizlenmesi gerekmektedir.
Güneş Enerjisi Kullanım Alanları
- Fabrika, endüstriyel alanlar ve soğuk hava depolarının çatıları güneş enerjisi sistemleri kurulum alanları olarak işletmeler tarafından tercih edilmektedir.
- Çatı üzeri GES projeleri OSB’ler, tarım, hayvancılık, depolama alanlarında, AVM, oteller, hastaneler, akaryakıt istasyonları gibi çok geniş bir kullanım alanına sahiptir.
- Evlerin elektrik ihtiyacını karşılamada da çatı tipi güneş enerjisi santralleri tercih edilmektedir.
- Elektrik olmayan veya elektrik enerjisinin ulaşamadığı yerleşim yerleri için kullanılmaktadır.
- Tarımsal sulamada alanlarında da güneş enerjisi sistemleri kullanılır. Uygun maliyetli bir enerji alternatifi olması nedeni ile güneş enerjisi, sıcak su üretiminde de sık tercih edilen bir enerji türüdür.
- Solar paneller kullanılarak elektrik üretip, seralarda sebze ve meyveleri ısıtmakta kullanılır. Bu nedenle kırsal kesimler ve tarım alanları da güneş enerjisi kullanım alanları olarak tercih edilmektedir.
- Trafik lambaları, işaret lambaları ve sokak lambaları da güneş enerjisinin kullanım alanları arasında yer almaktadır. Bu sistem genelde akülü güneş enerjisi sistemleridir. Ve elektrikler kesildiği zaman akü devreye girerek trafikte karmaşaya engel olur.