Güneş paneli, en önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisinden elektrik üretmek için kullanılan temel bileşendir. Literatürde güneş pili, solar panel, fotovoltaik (PV) panel vb gibi isimlerle de geçmektedir. Güneş ışınlarını absorbe ederek doğru akım (DC) elektrik enerjisi üretir. Piyasada farklı model ve ölçülerde çok sayıda güneş paneli vardır.
İnverter, evirici ya da solar invertör olarak da bilinen bu ekipman güneş panellerinden (bazı sistemlerde akülerden) doğru akımı alternatif akıma (AC) dönüştürür. Güneş enerjisi sistemlerinin (GES) en temel komponentlerinden biridir. Günümüzde evlerde, ofislerde veya başka birçok meskende kullanılan elektrikli cihazlar alternatif akım ile çalışmaktadır. İnvertör sayesinde GES ile üretilen enerji pratikte kullanılabilir ve miktarı ölçülebilir enerjiye dönüştürülür. Bugünkü GES pazarında şebekeye bağlı (on-grid) ve şebekeden bağımsız (off-grid) modelleri mevcuttur.
Şarj kontrol cihazı olarak da bilinen bu cihaz, fotovoltaik panellerde üretilen doğru akımın akülere kontrollü bir şekilde iletilmesini sağlar. Şarj regülatörü ile akülere sürekli olarak sabit voltajda elektrik akımı gönderilir ve bu da akünün güvenli bir şekilde şarj edilmesini sağlar. Günümüzde kullanılan solar invertörlerin büyük bir kısmı içerisinde şarj regülatörü entegre edilmiş olarak üretilmekte ve piyasaya sunulmaktadır.
On-grid yani şebekeye bağlı sistemlerde üretilen enerji aküler ile depolanmadan doğrudan ana elektrik şebekesine aktarılır. Bu sistemin sahipleri kendi elektrik ihtiyacını karşıladıktan sonra kalırsa fazla enerjiyi sistemin işleticisine satabilir. Off-grid yani şebekeden bağımsız sistemlerde ise üretilen enerji anlık olarak kullanılabilmekte veya yaygın olan şekliyle aküler ile depolanabilmektedir. Ana elektrik hattının olmadığı, şehir merkezinden uzak bölgelerde; konteyner ve prefabrik meskenlerde vs kullanımı yaygındır.
Bir GES’in çalışma prensibini şu adımlarda özetleyebiliriz:
- Güneş panelleri, üzerine gelen güneş ışınlarından DC elektrik enerjisi üretir.
- Bu enerji solar invertör ile AC akıma dönüştürülür. Güneş enerjisi artık evlerde doğrudan kullanılabilecek formdadır.
- Öz tüketim ihtiyacı karşılandıktan sonra fazla enerji şebekeye aktarılır. Eğer mevcut GES öz tüketimi karşılamıyorsa bu sefer ana şebekeden gerekli enerji alınır ve kullanılır.
- Sistem off-grid olarak çalışıyorsa üretilen enerji invertör ve şarj regülatörü ile akülere gönderilir ve depolanır. İhtiyaç olması durumunda akülerden alınır ve evdeki cihazlara aktarılır.
Türkiye’deki çatılar, yapının inşa edildiği şehir ya da bölgelere göre ve yürürlükte olan yapı yönetmeliklerine uygun şekilde tasarlanmaktadır. Bu yönetmelikler zaman zaman revize edilebilmektedir. Fakat genel olarak baktığımızda çatıların metrekare başına 100 – 120 kg taşıyacak şekilde inşa edildiğini söyleyebiliriz. Yapılan hesaplarda çatıların yağmur ve kar gibi yağış yükleri ve rüzgar yükleri dikkate alınmakta ve belirli bir emniyet katsayısı kullanılmaktadır. Çatının kendi malzemesi ise metrekare başına 10 – 15 kg civarında bir yük oluşturmaktadır.
Çatı üzerine kurulacak bir GES; solar paneller, taşıyıcı konstrüksiyon ve diğer ekipmanlar çatıya ortalama 15 kg/m2 civarında bir yük getirecektir. Bu durumda yağış ve rüzgar yükleri için yaklaşık 70 – 90 kg/m2’lik bir taşıma kapasitesi kalmaktadır. Karın yoğunluğunun ortalama 0,125 kg/m3 olduğunu varsayarsak mevcut çatı ortalama 60 – 70 cm kalınlığında bir kar tabakasını taşıyabilecektir. Fakat şu konuyu göz önünde bulundurmakta fayda var: Üzerinde güneş paneli bulunan çatılarda biriken kar tabakaları, elektrik akımı ve görece yüksek ısıdan dolayı daha hızlı erimekte ve çatının sürekli yüke maruz kalmasını engellemektedir.
Burada anlatılanlar konuyla ilgili genel bilgiler olup her bir GES projesinden önce çatıyla ilgili teknik analizlerin yapılması, yerinde keşif gerçekleştirilmesi ve çatıya en uygun sistemin ve komponentlerin seçilmesinde fayda vardır.
Çatı üzerine kurulan solar enerji sistemleri, açık araziye kurulan sistemlere göre daha az bir alan gerektirmektedir. Tipik bir çatı GES projesinde 1 MWp (Megawatt peak[1]) güç için 6 – 7 bin metrekarelik alana ihtiyaç duyulurken açık arazi sistemlerinde bu ihtiyaç 15 bin metrekareyi bulmaktadır. Buradaki büyük farkın en temel nedeni açık arazi sistemlerinde panellerin maksimum enerjiyi elde etmek ve gölgelemeyi en aza indirmek için belirli aralıklarla (3 – 4 metre kadar) yerleştirilmesidir. Bu sistemlerde solar paneller genellikle %25’lik bir eğimle konumlandırılmaktadır. Çatı üzeri GES’lerde ise çatının eğiminden faydalanılmaktadır. (Türkiye’de ortalama çatı eğitimi %6 – 10 civarındadır.) Arazilerle kıyaslandığında çatılarda gölgelenme söz konusu olmadığından paneller çok daha küçük aralıklarla yerleştirilebilmektedir (Bu boşluklar bakım, onarım, tamir prosedürleri için ve kedi, köpek gibi hayvanların dolaşabilmesi için gereklidir.) Bu da ihtiyaç duyulan toplam alanı azaltmaktadır.
[1] Bir güneş panelinin standart koşullarda üretebileceği maksimum güç miktarıdır.
Bu konuyla ilgili 12 Mayıs 2019’da çıkarılan yönetmelik uyarınca GES projelerinde üretilen elektrik için aylık mahsuplaşma tarifesi uygulanmaktadır. Yönetmeliğe göre üretilen fazla enerji sisteme satılabilmektedir. Proje sahiplerinin yönetmeliği değerlendirirken ve GES projesi planlarken yönetmeliğin öz tüketim modeline göre hazırlandığına dikkat etmesi gerekmektedir. Yani üretilen enerji aynı konumda aynı anda tüketilmelidir.
Bu modele göre bir konutun ya da endüstriyel tesisin öz tüketimden daha büyük kapasitede bir çatı GES kurması mümkün olsa da mevcut tarife dağıtım bedeli ve fonları içermediğinden projenin geri dönüş süresi uzayabilmektedir. Pratikte fazla enerjisin sisteme satılması mümkün olmakla beraber daha ekonomik olması açısından öz tüketim ihtiyaçlarını karşılayacak kapasiteye eş değer bir GES kurulumu daha tutarlı ve hesaplı olmaktadır.
Güneş enerjisi sistemi ekipmanları ve kurulumunun maliyetleri günümüzde eskiye nazaran çok daha uygun seviyelerdedir. Bu bağlamda bir çatı GES projesinin maliyetini amorti etme süresi önemli ölçüde kısalmıştır. Projenin yapıldığı bölge, çatının konumu ve yapısı, güneşlenme süresi, bölgenin elektrik tarifesi vb gibi parametreler bu süre üzerinde doğrudan etkilidir. Fakat geri ödeme süresinin 3 ila 6 yıl arasında değiştiğini söylemek mümkündür. Bu süre ABD doları bazında olup proje sahibine veya işletmecisine yine dolar olarak %10 – 30 arasında bir kazanım sağlamaktadır. Tipik bir çatı tipi GES’in ortalama ömrünün 25 yıl olduğunu düşünürsek, ilk yatırım maliyeti karşılandıktan sonra yaklaşık 20 sene boyunca neredeyse ücretsiz elektrik enerjisi kullanmak mümkündür.
VERTA Enerji olarak önümüzdeki 3 – 5 yıl süresinde Türkiye’deki birçok sanayi kuruluşunun ve ticarethanelerin elektrik maliyetlerini düşürmek için çatı tipi GES projelerini yoğun olarak kullanmaya başlayacağını öngörmekteyiz.
Çatı tipi GES kurulumu için yasal izinlerin alınması yaklaşık 3 ay sürmektedir. 1 MWp kapasitede bir sistemin imalatı ve kurulması için gereken süre ise yaklaşık 2 aydır.
Bir GES projesinin amortisman süresi sistemin kapasitesine, kullanılan ekipmanların (solar panel, invertör, şarj regülatörü vs) özelliklerine, projenin yapıldığı bölgenin iklim koşullarına, kalite ve güvenlik düzeyine vs bağlıdır. Türkiye’deki birçok bölgenin güneşlenme süresi dünyadaki birçok ülkeye göre çok daha fazla olduğundan, tarife fiyatları düşük olsa bile, bir GES projesi kendisini en fazla 10 – 15 yıl gib bir sürede amorti edebilmektedir.
GES projeleri için herhangi bir elektrik kapasite sınırı bulunmamaktadır. Yani birkaç kilowatt’lık kapasitelerden megawatt mertebelerinde proje yapılması mümkündür. Bu noktada panel kurulumu yapılacak alanın büyüklüğü ve proje sahibinin / yatırımcının bütçesi belirleyici olmaktadır.
Evin iskan planında otopark çatısı mevcut ise GES kurulabilir.
GES uygulamalarında kullanılan kollektör ve modüller çok dayanıklı camlar kullanılarak imal edilmektedir. Bu nedenle mukavemetleri oldukça yüksektir. Fakat yine de montaj sırasında doğru eğim ile yerleştirilmelidir; zira panel üzerinde biriken kar, ısı ve elektrik enerjisini azaltacaktır. Toplam verimliliği düşürmemesi için bu konuya dikkat edilmelidir.
Güneş panelleri çok yüksek basınçlara dayanıklı olacak şekilde imal edilmektedir. Üzerine çok sert cisimler isabet etmediği sürece kırılma ve dağılma gibi durumlarla karşılaşma ihtimali düşüktür. Kurulum sırasında kullanılan bağlantı elemanları da yine yapılan statik analizler doğrultusunda seçilmektedir. Bağlantı şekli de taşıyıcı hesaplamalar ile belirlenmekte ve uygulanmaktadır. Tasarımın tüm aşamalarında sistemin maruz kalacağı rüzgar ve olası fırtına yükleri de hesaba katılmaktadır. Bu nedenle çok yüksek hızlarda esen rüzgarlarda dahi paneller yerinden çıkmamaktadır.
Sistemden maksimum enerjiyi sağlamak için panellerin yönü ve eğim açısı çok önemlidir. Ülkemizde GES’lerden yüksek miktarda enerji elde etmek için paneller güney yönüne doğru monte edilmektedir. Yaz ayları için uygun eğim açısı genellikle 300 derece iken bahar dönemlerinde 450 derece olacak şekilde uygulama yapılmalıdır.
Güneş panelleri içerisinde solar kollektörler bulunmaktadır. Bu sayede havanın kapalı / bulutlu olduğu zamanlarda da yüksek miktarda enerji üretmektedir. Fakat panelin imal edildiği teknoloji ve teknik özelliklerine göre farklı senaryolar söz konusu olabilmektedir.
Kurulan GES, meskenin elektrik ihtiyacını birebir (veya daha fazla) karşıladığı durumda elektrik faturası ödemeye gerek kalmayacaktır.
Güneş enerjisis sisteminin kapasitesinden bağımsız olarak sisteme üretim ve tüketim miktarlarını sürekli olarak ölçen sayaçlar takılmaktadır. Dağıtım şirketleri bu sayaçlar üzerinden konutun ya da tesisin enerji üretim ve kullanım değerlerini incelemektedir. Günümüzde cep telefonuna veya bilgisayarlara yüklenen uygulamalar aracılığıyla da değerler anlık olarak takip edilebilmektedir.
Günümüzdeki birçok güneş enerjisi sisteminin ortalama ömrü 25 – 30 yıl olarak belirlenmektedir. Bu süreden sonra sistemin verimliliği düşmeye başlamaktadır.
Sözleşme gücü, bir projede belirtilen kurulu güç ile kullanım faktörünün çarpılmasıyla elde edilir. Bu değer, enerjinin üretildiği yerde mevcut olan elektronik cihazların çalıştırılabilmesi için gerekli toplam güç değerine göre belirlenir.
Güneş panelleri içerisindeki hücre tiplerine göre farklılaşmaktadır. Temelde monokristal ve polikristal olmak üzere iki farklı solar panelin piyasada yaygın olarak kullanıldığını söyleyebiliriz. Monokristal paneller polikristallere göre daha verimli çalışmaktadır. Havanın kapalı olduğu ve/veya çok sıcak olduğu günlerde daha yüksek verim elde etmek mümkündür. Özellikle güneşle süresinin kısa olduğu yerler için monokristal panel kullanmak mantıklı bir seçim olmaktadır. Monokristal panellerin en önemli dezavantajı ise diğerlerine göre pahalı olmalarıdır. Ayrıca, panelin bir bölümü gölge, kar, toz vb gibi sebeplerle kapanırsa panelin toplam üretim performansı önemli ölçüde azalmaktadır.
Polikristal paneller ise nispeden daha ucuzdur ve özellikle serin havalarda daha iyi performans sergiler. Gölgelenme miktarı ve süresindeki dalgalanmalardan daha az etkilenirler. Bu nedenle panelin bir bölümü çeşitli sebeplerden ötürü kapansa dahi performansında ciddi bir düşüş olmamaktadır. En büyük dezavantajı ise toplam verimliliği monokristal hücrelere göre daha düşüktür.
İki panel arasında doğru seçimi yapabilmek için projenin tüm detaylarının bilinmesi gerekmektedir. Bölgenin iklim koşulları, eğer bir çatı projesiyse çatının pozisyonu, eğimi ve statik durumu, rüzgar ve yağış bilgisi, güneşlenme açısı ve süresi gibi faktörlere göre doğru bir seçim yapılabilir.
Günümüz GES sektöründe yaygın olarak kullanılan iki farklı invertör modeli vardır. Şebekeye bağlı (on-grid) invertörler şebekeye entegre edilerek kullanılabilir. Bu invertörlerin seçimi kurulacak sistemin gücüne göre yapılmalıdır. Şebekeden bağımsız (off-grid) invertörlerin ise şebeke ile herhangi bir bağlantısı bulunmamaktadır. Bu modellerin seçimi ise GES kapasitesi ve sistemle birlikte kullanılan solar akülerin kapasiteleri dikkate alınarak yapılmalıdır. Üçüncü bir model olarak hibrit invertörlerden bahsetmekte fayda var. Bunlardan on-grid ve off-grid sistemlerle birlikte kullanılabilir.
İnvertör seçimi, tıpkı güneş paneli ve diğer ekipmanların seçimi gibi uzmanlık isteyen bir konudur. Sistemin gücü, panel sayısı, kullanım karakteristiği vb gibi birçok parametre invertör seçimine doğrudan etki etmektedir.
Güneş panelleri doğrudan güneş ışığıyla çalıştığından güneşlenme miktarı ve süresi ile beraber güneş açısı da panel verimini etkilemektedir. Ayrıca çok sıcak ve çok soğuk havalarda panel performansının düştüğünü söyleyebiliriz. Bu bağlamda panellerin genellikle 25oC sıcaklıkta maksimum performansı sergilediğini söyleyebiliriz.
Güneş panelleri her ne kadar güneşli havalarda maksimum performansı sergilese de kapalı havalarda da düşük miktarda da olsa sürekli olarak enerji üretmeye devam ederler.
Konuyla ilgili güncel bilgilere; yasa ve yönetmeliklere ve resmi açıklamalara Resmi Gazete’den ve Enerji Piyasası Düzenleme Kurulunun (EPDK) internet sitesinden ulaşmak mümkündür.
GES başka bir yere taşınması teknik olarak mümkündür; fakat konuyla ilgili yönetmelikler uyarınca birtakım sınırlamalar olabilir.
Güneş enerjisi sistemlerinde, sistemin ürettiği elektrik miktarını ve kullanıcı (konut, iş yeri, tesis vs) tarafından tüketilen elektrik miktarını ölçen sayaçlar mevcuttur. Enerji dağıtım şirketleri bu sayaçlarda ölçülen değerleri aylık periyotlarla kayıt altına almaktadır. Üretim miktarı tüketilen miktardan fazla ise mahsuplaşma yapılarak fazla üretilen enerji için proje sahibine tarife üzerinden ödeme yapılır. Eğer tüketim miktarı fazla ise dağıtım şirketi aradaki fark kadar elektrik faturası düzenler.
Sözleşmede belirtilen güç değerini aşmamak şartıyla kapasite artırım talebi ile sistemin mevcut gücü artırılabilir.