Fotovoltaik güneş enerjisi sistemleri, güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren cihazlardan oluşur. Bu sistemler, çeşitli komponentlerin bir araya gelmesiyle çalışır.
FOTOVOLTAİK NEDİR?
Fotovoltaik (PV) kelimesi, Yunanca “ışık” anlamına gelen “photo-” ve “voltaj” anlamına gelen “voltaic” kelimelerinin birleşimidir. İlk kez Fransız fizikçi Alexandre Edmond Becquerel tarafından keşfedilmiştir. Fotovoltaikler (genellikle PV olarak kısaltılır), adını fotovoltaik etki olarak adlandırılan ışığın (fotonların) elektriğe (voltaj) dönüştürülmesi sürecinden alır.
FOTOVOLTAİK SİSTEM BİLEŞENLERİ
Fotovoltaik güneş enerji sistemleri genel olarak 8 temel unsurdan oluşur:
Fotovoltaik (PV) Paneller
- PV hücreler bir araya getirilerek modüller, modüller de bir araya getirilerek paneller oluşturulur Bir güneş modülü, yarı iletken özelliklere sahip birkaç güneş hücresinden oluşur ve bu hücreler, dış etkenlerden korumak için bir malzeme içine yerleştirilmiştir.
- Dünyada üretilen güneş panellerinin büyük çoğunluğu, güneşin enerjisini elektriğe dönüştürmede teorik olarak %33 verimlilik sınırına sahip kristal silikondan yapılmıştır. Daha yüksek verimlilikle çalışan birçok ek yarı iletken malzeme ve güneş hücresi teknolojisi keşfedilmiştir, ancak bunların üretimi daha pahalıdır.
Taşıyıcı Sistem:
- Sisteminin temelini oluşturan konstrüksiyon montajının türü ve malzemesi çatı tipine göre çeşitlilik gösterir.
- Montaj yapılacak zeminin rüzgâr yüküne ve panel ağırlıklarına direnç gösterebilecek sağlamlıkta olması gerekir.
- Malzeme kalitesine göre taşıyıcı sistemlerde fiyat farkları görülmektedir.
- Taşıyıcı sistemlerde malzeme kalitesi kadar montaj deneyimi de önemlidir.
İnverter (Evirici)
- Güneş enerjisi inverteri, herhangi bir fotovoltaik sisteminin önemli bir parçasıdır, çünkü elektriği doğru akımdan (DC) alternatif akıma (AC) dönüştürür. Evler de ve işletmelerde aletlerimizin enerji temini için AC güce ihtiyacınız vardır.
- Merkezi inverterler, mikro inverterler, dizi inverterler, güç optimizatörü, hibrit inverterler, offgrid ve ongrid inverter gibi farklı çeşitleri bulunur.
Bağlantı Kutusu (Birleştirici Kutusu)
- Elektrik Bağlantıları: Solar birleştirici kutusu, birden fazla güneş paneli dizisini birleştiren önemli bir cihazdır. Ayrıca, elektrik çarpmaları gibi güvenlik tehlikelerine karşı evinizi veya iş yerinizi korumak için önemli güvenlik önlemleri sunar.
Kablolar ve Konektörler
- DC ve AC Kabloları: Yüksek sıcaklık, uv dayanımı, ozon ve nem dayanımı, esneklik, düşük duman ve halojen içermeyen, düşük kayıp gibi özellikleri içeren özel kablolardır.
- Konektörler: Su geçirmezlik, uv dayanıklılığı, kolay montaj ve demontaj, yüksek akım ve voltaj kapasitesi, düşük direnç özelliklerine sahip olmalıdır.
Yaygın kullanılan konnektör çeşitleri:
- MC4 Konnektörler
- MC3 Konnektörler
- T Konektörler
- Y Konektörler
Şebeke Bağlantısı
- Enerji Yönetimi: Sistemde üretilen elektrik enerjisinin kamu elektrik şebekesine entegre edilmesini sağlar. Üretilen elektrik öncelikle öz tüketim odaklı olmalıdır. Şebeke bağlantılı sistemlerde, fazla enerji şebekeye satılabilir. Bu durum yenilenebilir enerji kullanımını teşvik eden ve enerji verimliliğini artıran önemli bir bileşendir.
- Sayaçlar
- Hem şebekeden gelen hem de şebekeye verilen enerjiyi ölçer.
- GES sistemlerinde en yaygın kullanılan sayaç türüdür.
- Net ölçüm (net metering) için uygundur.
Enerji Depolama (Akü) (Tercihen)
- Bataryalar: Güneş ışığının olmadığı zamanlarda veya enerji talebinin yoğun olduğu dönemlerde sistemin enerji ihtiyacını karşılar.
- Batarya Yönetim Sistemleri (BMS): Bataryaların yüksek performanslı ve güvenli bir şekilde çalışmasını sağlar.
Enerji Yönetim ve İzleme Sistemleri
Temiz enerji kaynaklarının tamamında kullanılan enerji yönetim yazılımları süreç içerisinde yaşanabilecek aksaklıkların takibinde önemli rol oynamaktadır. Sistemin verimliliğini ve performansını artırın, enerji üretimini maksimize eden kullanıcı dostu arayüze sahip birçok enerji üretim yazılımı mevcuttur.
FOTOVOLTAİK SİSTEM ÇEŞİTLERİ
ŞEBEKEYE BAĞLI FOTOVOLTAİK SİSTEMLER
- Ongrid yani şebekeye bağlı PV sistemleri elektrik üretir ve fazla enerjiyi şebekeye geri verir.
- Çift taraflı sayaç şebekeye verilen enerjiyi ve tüketilen enerjiyi kayıt altına alır. Faturalandırma döneminde üretim ve tüketim kayıt altına alınır. Kullanılan ve üretilen elektrik mahsuplaşıp üretim tüketimden fazlaysa tüketiciye ödeme yapılır.
- Ev için şebekeye bağlı güneş enerjisi sistemi, kendi elektriğini üretmek ve tasarruf etmek isteyenler için popüler bir seçimdir. Bu sistemlerin kurulumu ve bakımı kolaydır. Güneş ışığını, bir invertörün AC elektriğe dönüştürdüğü DC elektriğe dönüştürürler.
- Ev elektroniği ve aletleri AC elektriğine ihtiyaç duyar. Bir işletme, şebekeye bağlı güneş enerjisi sistemiyle enerji giderlerini azaltabilir ve çevresel hedeflere ulaşabilir. Evler ve işletmeler için elektrik masraflarını ve karbon ayak izini azaltır.
- Genellikle ev ve sanayi sistemlerinin çatılarına monte edilir.
ŞEBEKEDEN BAĞIMSIZ FOTOVOLTAİK SİSTEMLER
- Şebekeden bağımsız güneş sistemi otonom olarak çalışarak herhangi bir şebeke bağlantısı ihtiyacını ortadan kaldırır. Bununla birlikte, bu sistemin kesintisiz işleyişi, gündüz saatlerinde üretilen güneş enerjisini depolamak için batarya dahil edilmesini zorunlu kılmaktadır.
- Şebekeden bağımsız güneş enerjisi sisteminin temel bileşenleri, güneş paneli şarj kontrol cihazı, batarya, montaj sistemleri ve invertörü kapsar.
- Elektrik şebekesine erişimin olmadığı yerlerde yaygın olarak kullanılır.
- Özellikle kırsal alanlarda veya izole bölgelerde tercih edilir.
- Sanayi tesislerinde öz tüketimlerini karşılamak için kullanılabilir.
ARAZİ TİPİ FOTOVOLTAİK GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ (SOLAR FARMS)
Güneş enerjisi tarlaları güneşten gelen enerjiyi absorbe ederek, elektriğe dönüştüren ve bu elektriği abonelerin dağıtımı ve tüketimi için elektrik şebekesine gönderen geniş bir fotovoltaik (PV) güneş paneli topluluğudur. Bazen güneş parkları veya fotovoltaik enerji santralleri olarak da isimlendirilmektedir. Bu arazi güneş enerjisi santralleri genellikle çatılar yerine arazi üzerine monte edilir ve değişken büyüklüklere sahiptir. Arazi tipi güneş enerji santrallerinin kurulumunun profesyonel EPC FİRMALARI tarafından gerçekleştirilmesi çok önemlidir.
BİNAYA ENTEGRE FOTOVOLTAİK SİSTEMLER (BIPV BUİLDİNG INTEGRATED PHOTOVOLTAİCS)
- Binaya entegre fotovoltaik sistemler iki amaçlıdır: hem bir yapının dış katmanı olarak (çatı kaplama, duvar kaplama, cam yüzeyler) hizmet ederler hem de yerinde kullanım veya şebekeye aktarım için elektrik üretirler.
- BIPV sistemleri malzeme ve elektrik maliyetlerinde tasarruf sağlayabilir, kirliliği azaltabilir ve bir binanın estetik ve mimari değerini artırabilir.
TAŞINABİLİR FOTOVOLTAİK (GÜNEŞ) SİSTEMLERİ:
- Portatif taşınabilen güneş panelleridir. Yaygın olarak kamp, karavan veya geçici enerji ihtiyacı olan yerlerde kullanılır.
YÜZER FOTOVOLTAİK GÜNEŞ SİSTEMLERİ
- Fotovoltaik veya yüzen PV sistemleri olarak da bilenen yüzen güneş enerjisi sistemleri, bir su kütlesinin üzerine konumlandırılmış bir güneş paneli dizisini ifade eder.
- Güneş panelleri özelleştirilmiş montaj sistemleri ile güvenli bir şekilde su yüzeyine monte edilir. Genel olarak bu yüzen güneş enerji sistemleri okyanuslara kıyasla nispeten sakin koşulları nedeniyle göller ve barajlar üzerine kurulur.
- Yüzen güneş enerjisi, deniz ve yenilenebilir enerji teknolojilerini bir araya getirerek elektrik üretiminin çevreye zarar vermeyen bir yöntemini sunar. Bu yüzer dizilerden elde edilen elektrik, su altı kabloları aracılığıyla belirlenmiş bir iletim şebekesine iletilir.
FOTOVOLTAİK SİSTEM NASIL ÇALIŞIR
- Işığın Emme ve Elektron Hareketi
Güneş ışığı, PV hücrelerine çarptığında, yarı iletken malzemedeki elektronları uyarır ve serbest bırakır.
- Elektrik Alanı:
PV hücrelerdeki elektrik alan, serbest elektronları belirli bir yöne doğru hareket ettirir, bu da elektrik akımını oluşturur.
- Elektrik Akımı Üretimi:
Oluşan elektrik akımı, hücrelerin bağlantıları aracılığıyla dış devrelere taşınır.
- Enerji Dönüşümü ve Kullanımı:
Panellerde üretilen doğru akım (DC), inverter adı verilen cihazlar tarafından alternatif akıma (AC) dönüştürülür. AC, evlerde ve işyerlerinde kullanılan Elektrik türüdür.
FOTOVOLTAİK GÜNEŞ SİSTEMİ KURULUMU (MONTAJI) NASIL YAPILIR?
Genel olarak PV güneş enerjisi sistemi kurulumu adımları şu şekildedir:
- Güneş Enerji Sistemi Proje Planlaması
- Arazinin veya Çatının Güneş Enerjisine Uyumluluğun Belirlenmesi
- Enerji İhtiyaçlarının Değerlendirilmesi
- Güneş Enerji Sistemlerinde Gerekli Uygulama İzinlerinin Alınması
- Montaj
- Elektrik Sistemi Entegrasyonu
- Test ve Devreye Alma
- Bakım ve İzleme
FOTOVOLTAİK GÜNEŞ PANELİ SİSTEMİ MALİYETİ
Ortalama Maliyetler
- Küçük ölçekli bir ev sistemi için (örneğin 5 kW) Türkiye’de genel olarak 2023 itibarıyla toplam maliyet, montaj dahil 10.000- 20.000 USD aralığında olabilir.
- Orta ölçekli ticari bir sistem (örneğin 100 kW) için bu maliyet, 100.000- 200.000 USD aralığında olabilir.
- Büyük ölçekli santrallerde ise (örneğin 1 MW ve üzeri), toplam maliyet milyon dolarlar seviyesine ulaşabilir.
Bu maliyetler, piyasa koşullarına, döviz kurlarına ve teknolojik gelişmelere bağlı olarak değişiklik gösterebilir. GES kurulum maliyetlerini net olarak belirlemek için, detaylı bir fizibilite çalışması ve uzman görüşü almak önemlidir.
FOTOVOLTAİK GÜNEŞ PANELLERİN KULLANIM ALANLARI
1.Fotovolatik Güneş Panelleri Konut Uygulamaları:
- Çatı Üstü Sistemler:
- Ev Tipi Enerji Sistemleri
- Müstakil evler
2. Fotovoltaik Güneş Panelleri Ticari ve Endüstriyel Tesisler Uygulamaları:
Fotovoltaik Güneş Panelleri Çatı Üstü ve Arazi Sistemleri:
- Fabrikalar,
- Depolar,
- Ofis binaları
- Alışveriş merkezleri,
- Oteller,
- Hastaneler gibi enerji tüketimi yüksek olan işletmelerde kullanılır.
3. Fotovoltaik Güneş Panelleri Tarım ve Kırsal Alan Uygulamaları:
- Sulama Sistemleri:
- Elektrik şebekesine erişimin sınırlı olduğu kırsal alanlarda kullanılır.
4. Fotovoltaik Güneş Panelleri Kamu ve Eğitim Kurumları Uygulamaları:
- Okullar ve üniversiteler
- Belediye binaları
- Kamu bina ve tesisleri
5. Fotovoltaik Güneş Panelleri Taşınabilir ve Mobil Uygulamalar:
- Karavanlar
- Taşınabilir evler (Tiny House)
6. Fotovoltaik Güneş Panelleri Yenilenebilir Enerji Santralleri:
- Büyük ölçekli güneş enerji santralleri
- Şebeke bağlantılı sistemler
7. Fotovoltaik Güneş Panelleri Denizcilik ve Ulaşım:
- Tekneler ve yatlar
- Elektrikli araç şarj istasyonları
8. Fotovoltaik Güneş Panelleri Uzay ve Uçak Teknolojileri:
- Uzay araçları
- Uydular
- Güneş enerjili uçaklar
9. Fotovoltaik Güneş Panelleri Ticari Ürünler ve Tüketici Elektroniği:
- Güneş enerjili şarj cihazları
- Bahçe aydınlatması,
- Sokak lambaları
10. Fotovoltaik Güneş Panelleri Acil Durum ve Yardım Çalışmaları:
- Doğal afetler ve acil durumlarda
- Mülteci kampları
- Geçici barınma alanları
FOTOVOLTAİK (PV) SİSTEMİN AVANTAJLARI
- Güneş enerjisi sınırsız ve yenilenebilir bir enerji kaynağıdır
- Güneş enerjisi fosil yakıtlar gibi elektrik üretirken hava kirliliği yaratmaz. Doğa dostu ve sürdürülebilir bir dünya için iyi bir alternatif enerji kaynağıdır.
- İlk kurulum masrafı dışında düşük işletme ve bakım masrafına sahiptir.
- Enerji depolama imkânı ile şebekeden bağımsız olarak ihtiyaç duyulan bulutlu ve gece saatlerinde bile enerji kullanılabilir.
- Hızlı Teknolojik İlerleme sayesinde daha verimli ve uzun ömürlü sistemler geliştirilmektedir.
- Devlet teşvikleri sayesinde başlangıç maliyetleri düşürerek güneş enerjisi yatırımları daha çekici hale gelmiştir
FOTOVOLTAİK SİSTEMİN ÖMRÜ
Fotovoltaiklerin (PV) kullanım ömrü, güneş panelleri ve diğer tüm bileşenlerin kullanım ömrünün tamamlanması durumunda meydana gelen süreçleri ifade eder. Çoğu PV sistemi Türkiye ‘de henüz yaşam ömrünü tamamlamamıştır. Mevcut güneş enerjisi sistemlerinin yaklaşık %70’i 2013’ten bu yana kurulmuştur. Bir PV modülünün tahmini çalışma ömrü yaklaşık 20-25 yıldır, ancak bazı sistemler düzenli bakım ve doğru kurulumla çok daha uzun süre çalışabilmektedir. Şu anda çok az sistem atık yönetimi süreçlerine giriyor olsa da, önümüzdeki on yılda daha fazla sistem kullanım ömrünün sonuna gelecektir.