Fotovoltaik (PV) sistemler, güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılan sistemlerdir. Bu dönüşüm, yarı iletken malzemelerin kullanıldığı güneş panellerinde gerçekleşir. Fotovoltaik sistemler, evlerden büyük ölçekli enerji üretim tesislerine kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir.

Çalışma Prensibi

PV sistemler, güneş hücrelerinde gerçekleşen fotovoltaik etki prensibine dayanır. Güneş ışığı, hücrelerdeki yarı iletken malzemelere çarptığında elektronlar serbest kalır ve bir elektrik akımı oluşturur.

Fotovoltaik Sistemlerin Bileşenleri

1. Güneş Panelleri (Solar Modüller):
• Güneş ışığını toplayarak doğru akım (DC) elektrik üretir.
• Çoğunlukla silikon tabanlıdır.
• Tipleri:
• Monokristal Paneller: Daha verimlidir, ancak maliyeti yüksektir.
• Polikristal Paneller: Daha uygun maliyetlidir, ancak biraz daha düşük verimlidir.
• İnce Film Paneller: Esnektir ve hafif uygulamalar için uygundur.
2. İnvertör:
• Güneş panellerinin ürettiği DC elektriği, şebekede ve cihazlarda kullanılan alternatif akıma (AC) dönüştürür.
• Türleri:
• On-Grid invertörler
• Off-Grid invertörler
• Hibrit invertörler
3. Batarya (Opsiyonel):
• Gündüz üretilen fazla enerjiyi depolar ve geceleri kullanılmasını sağlar.
• Lityum içeren ve kurşun-asit gibi farklı türleri vardır.
4. Montaj Sistemi:
• Güneş panellerini uygun bir açıyla sabitlemek için kullanılır.
• Çatıya, zemine veya diğer yüzeylere monte edilebilir.
5. Kablolar ve Diğer Aksamlar:
• Sistemin tüm bileşenlerini birbirine bağlar ve enerjinin güvenli şekilde taşınmasını sağlar.

Fotovoltaik Sistem Türleri

1. Şebekeye Bağlı Sistemler (On-Grid):
• Elektrik şebekesine bağlanır ve üretilen fazla enerjiyi şebekeye iletebilir.
• Şebekeden enerji çekilmesi gerektiğinde destek sağlar.
2. Şebekeden Bağımsız Sistemler (Off-Grid):
• Tamamen bağımsız çalışır ve genellikle batarya depolama sistemleri ile kullanılır.
• Uzak bölgelerde ve elektrik şebekesine erişimin olmadığı yerlerde tercih edilir.
3. Hibrit Sistemler:
• Şebekeye bağlıdır ancak aynı zamanda bataryalara sahiptir.
• Şebeke bağlantısı kesilse bile enerji ihtiyacını karşılayabilir.
• Fazla enerjiyi doğrudan şebekeye verebilir veya bataryada depolayabilir.

Fotovoltaik Sistemlerin Avantajları

• Yenilenebilir enerji: Güneş enerjisi sınırsızdır.
• Düşük işletme maliyetleri: Bakımı kolaydır ve enerji faturalarını düşürür.
• Çevre dostu: Karbon salınımını azaltır.
• Modüler yapı: İhtiyaca göre ölçeklendirilebilir.

Fotovoltaik Sistemlerin Dezavantajları

• Başlangıç maliyeti: Kurulum maliyetleri yüksek olabilir.
• Hava koşullarına bağımlılık: Güneş ışığının az olduğu bölgelerde veya günlerde verim azalır.
• Depolama maliyeti: Batarya kullanımı gerekiyorsa maliyet artabilir.

Fotovoltaik (PV) sistemlerin tasarımı, hesaplaması ve kurulumu, enerji ihtiyacının doğru belirlenmesi ve uygun ekipman seçimiyle başlar. İşte detaylı bir rehber:

1. İhtiyaç Analizi ve Enerji Tüketiminin Belirlenmesi

Kurulacak sistemin büyüklüğünü belirlemek için, öncelikle günlük enerji tüketimini hesaplamak gerekir:

• Adımlar:
1. Günlük tüketilen toplam enerji (kWh) hesaplanır.
• Örnek: Bir evde kullanılan cihazların günlük enerji tüketimi:
• Televizyon: 100W × 4 saat = 0.4 kWh
• Aydınlatma: 50W × 5 lamba × 6 saat = 1.5 kWh
• Buzdolabı: 150W × 24 saat = 3.6 kWh
• Toplam: 5.5 kWh/gün
2. Aylık enerji faturası bilgileri de referans alınabilir.

2. Güneş Enerjisi Potansiyelinin Belirlenmesi

Kurulum bölgesindeki güneş ışınımı miktarı, sistemin verimliliğini etkiler.

• Adımlar:
• Bölgenin günlük ortalama güneş ışınımı (kWh/m²) bilgisi alınır.
• Türkiye için genelde 3-6 kWh/m² arasında değişir.
• Elde edilecek enerji (kWh): Gunes PaneliGucu×Guneslenme Suresi×SistemVerimi

3. Sistem Büyüklüğünün Belirlenmesi

Hedeflenen enerji üretimini karşılayacak güneş paneli sayısını ve diğer bileşenleri belirlemek için:

1. Gerekli Güneş Paneli Gücü:
• Günlük enerji ihtiyacı (kWh) / Bölgedeki güneşlenme süresi (saat).
• Örnek: 5.5 kWh/gün ihtiyacı ve 5 saat güneşlenme süresi varsa: 5.5/5=1.1 kW (1100 W)5.5 / 5 = 1.1 \, kW \, (1100 \, W)5.5/5=1.1kW(1100W)
2. Güneş Paneli Sayısı:
• Panel Gücü (W) / Gerekli Toplam Güç (W).
• Örnek: 300W’lık paneller kullanılıyorsa: 1100/300≈4 panel.

4. Batarya Kapasitesinin Hesaplanması (Opsiyonel)

Eğer batarya kullanılacaksa, enerji ihtiyacını karşılayacak depolama kapasitesi hesaplanır:

1. Günlük Enerji Depolama İhtiyacı: Gunluk Tuketim(kWh)×Yedekleme GunSayısı Günlük Tüketim (kWh)
• Örnek: 2 günlük yedekleme için: 5.5 kWh×2=11 kWh
2. Batarya Kapasitesi (Ah): Enerji ihtiyacı(Wh)/Batarya Voltajı(V)
• Örnek: 48V batarya sistemi: 11000/48≈229 Ah

5. İnvertör Seçimi

İnvertör, sistemin enerji ihtiyacını karşılayacak şekilde seçilmelidir:

• Güç Kapasitesi: Anlık maksimum yük gereksinimi.
• Örnek: Toplam yük 3 kW ise, invertör gücü genelde %20-30 fazla seçilir (ör. 4 kW).

6. Montaj ve Kurulum Adımları

1. Panel Yerleşimi:
• Açı ve Yön: Türkiye’de optimum açı genelde 30-40°’dir ve güneye bakan paneller tercih edilir.
• Gölgelenme: Panellerin gölgelenmesinden kaçınılmalıdır.
2. Kablo Seçimi ve Bağlantılar:
• Kablo kesiti enerji kaybını minimuma indirmek için hesaplanır.
• Tüm bağlantılar suya ve toza dayanıklı şekilde yapılır (IP65 kutular).
3. Topraklama ve Güvenlik:
• Panellerin ve invertörün topraklama sistemine bağlanması zorunludur.
4. Test ve Devreye Alma:
• Tüm bağlantılar kontrol edilir ve sistem test edilerek devreye alınır.

Örnek Bir Sistem Tasarımı

• Günlük enerji ihtiyacı: 5.5 kWh
• Güneşlenme süresi: 5 saat
• Panel gücü: 300 W

Sonuç:

• Gerekli toplam güç: 1.1 kW
• Panel sayısı: 4 adet (300 W)
• İnvertör: 2 kW (minimum)
• Batarya (opsiyonel): 48V, 229 Ah

Kurulum Maliyetleri

Maliyet hesaplamasında şu unsurlar göz önüne alınır:

1. Ekipman Maliyeti:
• Güneş panelleri, invertör, bataryalar, montaj ekipmanları.
2. Kurulum Maliyeti:
• İşçilik ve montaj maliyetleri.
3. Yedek Parçalar ve Bakım:
• Ömrü boyunca bakım ve yedek parça maliyetleri.