Çift taraflı fotovoltaik güç santrallerinin Edirne ili iklim şartları için simülasyonu ve ekonomik analizi

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında gelen güneş enerjisi uzun yıllardan beri geliştirilen ve çeşitlilik bakımından oldukça geniş kullanım imkânları sunan bir kaynaktır. Son yıllarda fotovoltaik modül teknolojisinde yaşanan gelişmeler neticesinde kristal silikon yapının izin verdiği teorik verim sınırına yaklaşıldığı için bilim insanları geçmişte keşfedilen fakat uzun yıllar üzerinde durulmayan çift taraflı panel teknolojisini maliyetlerin de azalması ile birlikte yeniden gündeme getirmiştir. Çift taraflı panellerden sağlanan arka yüzey kazancının üretilen enerji miktarını tek taraflı modüllere göre % 1050 oranında arttırması bu teknolojinin yaygınlaşmasını ve 2020 yılında pazar payının %

30’unun

çift taraflı modüllerden oluşmasını sağlamıştır. Bu tezde Edirne ili Keşan ilçesinde belirlenen bir konum için 1 MW DC kurulu güçteki bir sistem tek taraflı modül 33° eğime sahip, çift taraflı modül 33° eğime sahip, çift taraflı modül dikey kuruluma ve sırasıyla 6,25 ve 10 m dizi aralığına sahip olacak şekilde simüle edilmiştir. System Advisor Model ve Retscreen4 yazılımı ile performans ve ekonomik analizler yapılmıştır. Çift taraflı modüle sahip eğimli kurulumun yıllık enerji üretiminin tek taraflı modüle sahip eğimli kurulumdan % 5 oranında daha fazla olduğu; çift taraflı modüle, 6,25 ve 10 m dizi aralığına sahip dikey kurulumların enerji üretiminin tek taraflı modüle sahip eğimli kurulumun gerisinde kaldığı görülmüştür. Zemin albedo değerinin 0,5’e yükselmesi ile çift taraflı modüle sahip kurulumlardan eğimli, 6,25 m dizi aralığına sahip dikey ve 10 m dizi aralığına sahip dikey kurulumların enerji üretiminin sırasıyla % 8,15, % 20,11, % 22,46 oranında arttığı görülmüştür. Dizi aralığının 20 metreye arttırılması çift taraflı modül bulunan dikey ve eğimli kurulumun enerji üretimini sırasıyla % 9 ve % 3 oranında

arttırmıştır. Modül yüksekliğinin arttırılması eğimli kurulumda kayda değer bir etki yaratmazken dikey kurulumda % 0,14 oranında artış görülmüştür. Bu artışlar ile özellikle enerji üretiminin büyük kısmını arka yüzey kazancından sağlayan çift taraflı modüle sahip dikey kurulumların eğimli tek taraflı modüle sahip kurulum ile rekabet edebilir seviyeye geldiği görülmüştür. Yapılan ekonomik analizler neticesinde geri ödeme süresi 5,2 yıl, iç verimlilik oranı % 24,7 ve seviyelendirilmiş elektrik maliyeti 0,70 TL/kWh olan tek taraflı modüle sahip eğimli kurulum yatırım açısından en cazip kurulum olmuştur. Duyarlılık analizleri ile kurulumların net bugünkü değer ve öz sermaye geri ödeme süreleri farklı senaryolar açsından değerlendirilmiştir. Mevcut çalışmada tek taraflı modüle sahip eğimli kurulum ekonomik açıdan üstün gözükse de albedo değerinin yükseltilmesi, modül yüksekliğinin ve dizi aralığının arttırılması gibi verim arttırıcı uygulamalar ile performans gelişimine açık olması ve gelecekte panel maliyetinin azalma potansiyeli nedeniyle çift taraflı modüle sahip eğimli kurulumun performans ve ekonomik açıdan üstün geleceği öngörülmektedir.

Solar energy, which is leading renewable energy source, is a source that has been developed for many years and offers a wide range of usages in terms of diversity. As a result of the developments in photovoltaic module technology in recent years, since the theoretical efficiency limit allowed by the crystalline silicon structure has been approached, the bifacial panel technology has been come to the fore by scientists due to the decrease in costs, which was discovered in the past but not emphasized for many years. The increase in the amount of energy produced by the bifacial gain from bifacial panels by 10-50% compared to monofacial modules has enabled this technology to become widespread and 30% of the market share to be made up of bifacial modules in 2020. In this thesis, for a location determined in Keşan district of Edirne province, a system with an installed power of 1 MW DC which has monofacial modules with 33° tilt angle, bifacial modules with 33° tilt angle, and bifacial modules with vertical installations which have 6,25 and 10 meters row to row distance, respectively have been simulated. Performance and economic analyzes were made with System Advisor Model and Retscreen4 software tools. The annual energy yield of the inclined bifacial configuration was 5% more than the inclined monofacial configuration, vertical configurations lagged behind the inclined monofacial configuration in energy production. It was observed that when the albedo value increased to 0,5 energy productions of inclined bifacial, vertical bifacial with 6,25 and 10 meters configurations increased by 8.15%, 20.11% and 22.46%, respectively. Enhancing the row to row distance to 20 meters increased the energy productions of vertical and inclined bifacial configurations by 9% and 3%, respectively.

Increasing the height of the module did not have a significant effect on the tilted installation, while an increase of 0.14% was observed in the vertical installation. With these increases, it has been observed that vertical bifacial configuration, which provides most of the energy production from bifacial gain, can compete with the tilted monofacial configuration. As a result of the economic analysis the M33 configuration has been the most attractive configuration with equity payback is 5,2 years, internal rate of return is 24.7% and, levelized cost of electricity is 0.7 TL/kWh. Different net present value and equity payback of the configurations were evaluated by using sensitivity analysis. In the current study the monofacial inclined configuration economically better, but bifacial inclined configuration performance can be enhanced by efficiency-enhancing applications such as increasing the albedo value, increasing the module height and array sapacing. Due to its compatibilty with performance improvement and the potential to reduce panel cost in the future, it is predicted that the bifacial inclined configuration will outperform in terms of performance and economy.