Evlere güneş enerjisi kurulumu yapabileceğimiz sistemlerden Off-Grid PV sistemlerde gün boyunca güneş panellerinin üzerine düşen güneş ışığı, ışınım kuvveti ile orantılı olarak güneş paneli kablo uçlarında doğru akım elektrik enerjisi üretir. Bu enerji solar şarj kontrol cihazı aracılığıyla akü grubuna depo edilerek gündüz ya da gece saatlerinde kullanıma hazır tutulmaktadır. Ayrıca sisteme invertör de eklenerek şebeke gerilimi ile çalışan cihazlar beslenebilir. Sistemin kurulum amacı, enerjinin bulunmadığı yerlerde kullanıcılara enerji sağlamaktır. Bu nedenle sistem tasarımında

• günlük talep edilen enerji (kWh)
• kullanım sezonu
• kullanım sezonunda bulunulan coğrafi koordinatlardaki mevcut olan güneş ışımımı
• kullanım sezonunda ortaya çıkan min. ve max. ortam sıcaklıkları
• istenen otonomi süresi (güneş hiç çıkmasa dahi ihtiyaç olan enerjinin sağlanacağı gün sayısına otonomi süresi denir)
• talep edilen max. anlık güç (kW)
• kurulum yerindeki doğal koşullar (dağ tepesi, deniz kenarı, yüksek rutubet vb.)

gibi etkenler göz önünde bulundurulmaktadır. Ayrıca montaj yerinde önceden bir keşif yapılması faydalı olacaktır. Çalışacak cihazların toplam güçleri (kW) ise öncelikle sadece invertör seçimi için ek bir bilgidir. Nispeten yüksek maliyetle enerji üretimi yapıldığı için panellerin gündüz saatlerinde gölgelenmesine izin verilmemelidir.

Güneş Enerjisi Sistemi Projelendirme

Güneş enerjisi sistemi projelendirme yapılırken uygun bilgisayar programlarından da faydalanılmalıdır. Özellikle gölgeleme analizi ve üretilen kullanılabilir enerji çıktıları bu şekilde oldukça kesinleşmektedir. Böylece sistemin gerektiğinden büyük (yüksek maliyet) veya küçük (yetersiz enerji) tasarlanmasının yüksek oranda önüne geçilebilir. Böyle bir yazılım yardımıyla panel yerleşimi ve panellerde gölgelenmeden dolayı oluşan yıllık yüzdesel kayıplar hesaplanabilmektedir.

Ekipmanlar arasındaki kablo mesafeleri kayıpları düşük tutmak amacıyla kısa olmalıdır. Ayrıca direk güneş ışınımına maruz kalan yerlerde mutlaka UV ışınımına dayanıklı solar kablo kullanılmalıdır.
Ekipmanların aralarına uygun DC ve AC akım büyüklüklerinde sigortalar bağlanır. Oluşabilecek olası yüksek gerilimlere karşı da DC ve AC parafudrlar bağlanır.
Panel çerçeveleri kesintisiz iletken bir hat ile ve kullanılan diğer ekipmanların varsa metal aksamları topraklanmalıdır.
Kullanılacak ekipmanı ve dolayısıyla maliyeti düşürmek için sistemin besleyeceği yüklerin A sınıfı enerji harcayan cihazlar olması önerilmektedir (tasarruflu ampul vb.). Kapalı havalar ve düşük ortamı sıcaklıkları da dikkate alınarak akü grubu otonomi süresi 2 gün ve üzeri seçilir. Bu şekilde akünün ömrü de uzar.

Yıl boyunca kesintisiz enerji sağlayacak sistemlerde ilk yatırım maliyetini düşürmek için sisteme rüzgâr türbini eklemek mantıklı olur. Bu şekilde yazın güneş panelleri, kışın ise güneş panelleri + rüzgar türbini gerekli günlük enerjiyi sağlar. Bu tip sistemlere hibrit sistemler de denir.

Enerji kesintisinin kesinlikle olmaması gereken yerlerde ise sisteme rüzgar türbininin yanında, dizel jeneratör eklenerek ve / veya mevcutsa şebeke bağlantısı da yapılarak kesinti olasılığı en aza indirilmektedir. Bu sistemler nispeten yüksek güçlü sistemlerdir ve ortak bir AC-bus hattına bağlanırlar.

Son kullanıcının, projenin başında verdiği kullanım şartları ve kriterlerinin dışına çıkmaması şartıyla iyi tasarımlı bir sistemin arıza olasılığı ve bakıma ihtiyaç duyması oldukça güçtür.

1,58 kWp Evlere Güneş Enerjisi Kurulumu Örneği

Yazlık ev / Balıkhova-İzmir

Evlere Güneş Enerjisi Kurulumu için Elektrik Tüketimi ve Ortam Şartları

Elektrik şebekesinin ulaşmadığı bir konumda bulunan yazlık ev için kurulacak sistemin aşağıdaki şartlar ve elektrikli cihazlara enerji sağlaması beklenmektedir:

• 2 adet A sınıfı enerji harcamalı ev tipi buzdolabı / gün boyu
• 1 adet A sınıfı enerji harcamalı çamaşır makinesi / haftada 3 kez farklı günlerde
• 1 adet 0,5 Hp hidrofor / günde toplam 2 saat
• 1 adet tasarruflu ampul / günde 12 saat
• 4 adet tasarruflu ampul / günde 6’şar saat
• 1 adet LED projektör / günde 12 saat
• I adet fırın / haftada 1 kez 1 saat
• 1 adet LCD TV / günde 6 saat
• 1 adet uydu alıcısı / günde 6 saat

Yukarıdaki elektrikli cihazlardan buzdolapları, hidrofor, ampuller, LED projektör, TV ve uydu alıcısı kritik yüklerdir. Bunun yanında kritik yükler dışında kalan çamaşır makinesi ve fırından sadece birini kritik yüklerle beraber çalıştırmak mümkündür. Çamaşır makinesi ve fırın beraber aynı anda kritik yüklerle kesinlikle çalıştırılmayacaktır.

Çamaşır makinesi için önerilen çalışma günleri örneğin haftanın 1. 3. ve 5. günleri, fırın için ise haftanın 7. günüdür.

• İşletme sezonu; mayıs başı – eylül sonu arası.
• Montaj yeri denize yakındır.
• Montaj yerinde ortaya çıkacak ortam sıcaklıkları min. 10°C, max. 35°C
• Otonomi süresi 1+1 gün.

Güneş Enerjisi Proje Tasarımı ve Hesaplama

Böylelikle bu çalışma durumuna göre talep edilen günlük min. max. ve ortalama enerji ihtiyaçları sırasıyla 4,7kWh: 6.7kWh ve 5,8kWh hesaplanmaktadır.

Bir Evin İhtiyacını Karşılayacak Güneş Paneli Seçimi

Solar Şarj Kontrol Cihazı Seçimi

Nispeten yüksek günlük enerji talebinden dolayı panel gücünü mümkün olduğunda düşük tutup bu şekilde maliyeti de azaltmak için MPPT teknolojili 60A şarj akımı verebilen bir solar şarj kontrol cihazı seçilmiştir. (Seçilen akülere göre cihazın şarj fazı gerilim seviyeleri ve sıcaklık kompanze gerilimleri montaj esnasında ayarlanmıştır.)

Diğer Ekipmanların Seçimi ve Montajı

Yüksek günlük enerji taleplerinden dolayı ve iletken kesitlerini düşürüp bu şekilde kablo kayıplarını ve maliyeti azaltmak için sistem DC bus gerilimi 48V seçilmiştir.

Keşif esnasında paneller ve diğer ekipmanlar (solar şarj kontrol cihazı, aküler, invertör, sigorta panosu) mecburen birbirlerinden uzağa montaj edilmiştir. Güneş panelleri ile DC sigorta panosu arasına çekilen kablo kesiti hesaplanarak 2x16mm² seçilmiştir. Kablo toprak altından zırhlı spiral boru içinden çekilmiştir.

Panel çerçeveleri, montaj konstrüksiyonları ve diğer ekipmanların metal aksamları ana topraklama kablosu kesit hesabı yapılarak evin mevcut topraklamasına bağlanmıştır. DC ve AC parafudrlar ayrıca tesis edilmiştir. Panellerin ve akülerin kendi aralarındaki bağlantıları, her dizinin kaynağa ya da yüke elektriksel olarak aynı mesafede olmaları için Tichelmann bağlantı metodu kullanılarak yapılmıştır.

Tüm ekipmanlar arasındaki kablo kesitleri ve sigorta akım değerleri hesaplanmıştır. Kablo kesit ve sigorta seçimleri buna göre yapılmıştır. Bu değerler aşağıda görülmektedir:

• Paneller-Solar şarj kontrol cihazı; 2x16mm², 2x25A
• Solar şarj kontrol cihazı-aküler; 10mm², 2x80A
• Aküler-invertör, 70mm², 2x200A
• Aküler arası bağlantılar; 35mm²

Akü kapasitesi; 48V, 1+1 gün otonomi süresi, min. 10°C ortam sıcaklığı ve max. günlük enerji talebi için 490Ah simüle edilmiştir. 170Ah (@20h) kapasiteli 8V gerilimli toplam 18 adet sulu akü seçilmiştir. 6 adet seri bağlanarak oluşturulan 3 grup birbirine paralel bağlanarak toplam 48V 510Ah elde edilmiştir.

İnvertör Seçimi

Verilen kullanım şartlarına göre max. anlık güç talebi 3,5 kW olarak hesaplanmıştır. Bu sebeple bu gücü max. 35°C ortam sıcaklığında deniz kenarı koşullarında verebilecek tek fazlı tam sinüs invertör 4,5kW’lik seçilmiştir. İnvertörün kalkınma gücü dayanım 10kW’tır. Bu şekilde buzdolapları ve hidroforun kalkınma gücü talepleri de karşılanır.

Diğer ekipmanlar direkt güneş ışınımına maruz kalmayacak bir bölgeye yerleştirilmiştir. İnvertör çıkış direkt evin ana sigorta panosuna bağlanarak (ana sigorta ve kaçak akım rölesi üzerinden) enerjinin evin tim prizlerine ve lambalarına ulaştırılmıştır.

Sonuç olarak şebekeden bağımsız off grid olarak evlere güneş enerjisi kurulumu konusunu ele alarak örnek bir projeyi anlattığımız bu yazı umarım faydalı olur.