Off-Grid solar sistemi veya şebekeden bağımsız solar güneş enerjisi sistemi, şebeke elektriğinin kullanılamadığı veya mevcut olmadığı alanlarda, güneş enerjisinden faydalanılarak elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasını sağlar. Bu blog yazımız, bir Off-Grid solar sistemin ne olduğu, bir Off-Grid solar sistemi oluşturan temel bileşenleri ve Off-Grid sistemlerin nasıl tasarlanabileceği hakkında temel ve pratik bilgiler sağlayacaktır.
Off-Grid Sistem Nedir?
Off-Grid yani şebekeden bağımsız güneş enerjisi sistemi, adından da anlaşılacağı üzere, şebeke elektriğinden bağımsız olarak çalışan bir güç sistemini ifade eder. Geleneksel bir off-grid sistemi; solar güneş paneli, akü şarj kontrol cihazı, akü veya akü sistemi ile bir inverterden oluşur. Solar paneller aracılığı ile güneş enerjisinden üretilen enerji, daha sonra kullanılmak ve elektrik üretmek üzere akülerde depolanır.
Güneş enerjisi veriminin düşük olduğunu dönemlerde, şebeke elektriğini kullanarak destek sağlayabilen on-grid sistemlerin aksine, off-grid sistemler daha çok tamamen kendi kendine yetecek şekilde tasarlanır.
Bir Off-Grid Sistemi Nelerden Oluşur?
Off-grid solar sistemlerinin temel bileşenlerini aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:
Solar Panel: Solar güneş panelleri (fotovoltaik modüller), bir off-grid güneş enerjisi sisteminin en görünür bileşenidir. Güneş ışığını DC (doğru akım) elektriğe dönüştürerek birincil enerji üretim kaynağı olarak hizmet görürler.
Şarj Kontrol Cihazı (Şarj Regülatörü): Şarj kontrol cihazları solar panellerden akü veya akü sistemine olan elektrik akışını yönetirler. Birincil fonksiyonu, zaman içerisinde akülerin ömrüne zarar verebilecek aşırı şarjı önlerken akülerin güvenli ve sorunsuz bir şekilde şarj edilmesini sağlamaktır. Bunun yanında, güneş ışığının olmadığı gece gibi zaman dilimlerinde, akü veya akü sisteminden solar panellere doğru ters akım akışını önlerler.
İnverter: İnverterler, solar panellerden gelen veya akülerde depolanan DC elektriği (bazen her ikisini senkronize ederek), ev veya ofis aletlerinin tüketebileceği AC elektriğe dönüştürür. Kaliteli inverterler, hassas elektronik cihazlara potansiyel olarak zarar verebilecek voltaj veya akım dalgalanmalarına yol açmadan istikrarlı ve kesintisiz bir elektrik tedariği sağlarlar.
Mullinix MLX Serisi Tam Sinüs Power İnverter
Mullinix tam sinüs inverterler, tıbbi ekipman ve hassas elektroniğe sahip cihazlar ile birlikte kullanım için en iyisidir. DC’nin 110V veya 220V AC devresinden tamamen izole edildiği MLX serisi yüksek güvenlik sunar. Yüksek sıcaklıklarda bile performansını korur.
Akü: Aküler, gün boyunca solar paneller tarafından üretilen enerjinin fazlasını depolamaktan sorumludur. Depoladıkları bu enerji, ihtiyaç durumunda inverter yardımı ile AC elektriğe dönüştürülerek tüketilir. En yaygın akü tipleri kurşun asit bazlı olan aküler ile teknolojik olarak hızla gelişim gösteren lityum bazlı akü veya bataryalardır.
Bir Off-Grid Solar Sistemi Nasıl Tasarlanır?
Herhangi bir off-grid solar sistem komponenti veya bileşeni satın almadan önce bir off-grid sisteminin temel olarak nasıl tasarlanması ve ölçeklendirilmesi gerektiğini anlamak çok önemlidir. Bu yüzden, mümkün olduğunca basit bir örnek üzerinden bir off-grid sistem tasarım ve ölçeklendirmesinin nasıl yapılabileceğini 4 adım ile özetlemeye çalışalım. Öncesinde bu 4 adım nedir?
1.Enerji İhtiyacının Belirlenmesi (Yük veya Tüketim Planı)
2.Akü Sisteminin Ölçeklendirilmesi
3.Solar Panel Dizisinin Ölçeklendirilmesi
4.İnverter Seçimi
Örneğimiz için, Ankara’nın Pursaklar ilçesinde şehir gürültüsünden kaçmak için inşa ettiğimiz 8 metre eninde ve 8 metre boyunda çift yönlü 30 derece eğimli bir çatıya sahip küçük ama şirin bir eviniz olsun. Şebeke elektriğiniz olmadığından dolayı evinizde kullanmak istediğiniz aşağıdaki cihazlar için enerjiye ihtiyacınız var:
→ Nofrost 420 Litre A+ Sınıfı Buzdolabı
→ 55’’ Full HD LED TV
→ 2 adet enerji tasarruflu spiral lamba
→ 1 adet 0.8 Litre Kahve makinesi veya Kettle
→ 1 adet 23 Litre Mikro dalga fırın
→ 1 adet mini tost makinesi
1. Enerji İhtiyacının Belirlenmesi
İhtiyacınız olacak cihazların nominal güç değerlerini tanımlayıp (genellikle ürün etiketleri üzerinde Watt biriminden belirtilir) ortalama bir gün içerisinde hangi saat aralıklarında ne kadar kullanacağımızın planını aşağıdaki gibi yapmış olalım:
→ Buzdolabımız 24 saat boyunca çalışırken televizyonumuzu gündüz saatlerinde 2 saat, 18.00-23.00 arasında ise 2 saat çalıştırmayı planlıyoruz.
→ Bunun yanında gün batımından sonra lambalarımız her gün yaklaşık 6 saat çalışmalı.
→ Sabahları kahvaltı ve arkasından bir kahve keyfi için tost cihazının 1 saat, mikro dalga fırınının 30 dakika, kahve makinesinin de 1 saat çalışmasına ihtiyacımız var.
→ Akşamları hızlı bir atıştırma için ise yine mikro dalga fırını 30 dakika çalışmalı.
Cihazlarımız için tasarladığımız bu planı aşağıdaki gibi basit bir yük hesaplama tablosuna işlediğimizde yaklaşık olarak günlük 7 kWh enerjiye, 4 kW'lık ise nominal güce ihtiyacımız olduğunu görüyoruz. Bu iki veriyi sonraki adımlarda kullanıyor olacağız.
Off Grid Solar Sistem Tasarımı için Tüketim Hesaplama Tablosu
2. Akü Sisteminin Ölçeklendirilmesi
Akü sistemini tasarlamadan önce ilk belirlememiz gereken sistem voltajının ne olması gerektiğidir. Off-grid solar sistemlerde sistem voltajı genellikle 12, 24 veya 48 Volt'tur. Genel geçer bir kural olarak sistem voltajı toplam yük miktarına bağlı olarak belirlenir. Yol göstermesi açısından aşağıdaki tabloyu kullanabilirsiniz:
Sistem Voltajı için Kılavuz
Kısaca; günlük enerji ihtiyacımız 1 kWh’i geçmiyor ise 12 Voltluk, 1 kWh ile 4 kWh arasında ise 24 Voltluk, 4 kWh’in üzerinde ise 48 Voltluk sistemler tasarlamak daha sağlıklı olacaktır. Bizim günlük enerji ihtiyacımız yaklaşık 7 kWh olduğundan dolayı sistem voltajımızı 48 Volt olarak belirliyoruz. Bu akü depolama sistemimizin 48 Volt'luk bir voltaj değerine sahip olacağı anlamına geliyor.
Peki ne kadarlık bir depolama yapmalıyız? Burada genel geçer kural asgari 1 günlük enerji ihtiyacımızı depolamamız gerektiğidir; bu da bizim örneğimiz için minimum 7 kWh'lik depolama demek.
Sistemimizin voltaj değeri 48 Volt, depolamamız gereken enerji miktarı minimum 7 kWh. Peki ne tür bir akü seçmeliyiz? Bu noktada birçok seçenek mevcut; AGM, Derin Döngülü Jel, Lityum (LifePO4) veya benzerleri. Sistem voltajına ve bütçenize uygun olarak seçtiğiniz herhangi bir akü olabilir ancak farklı akü kimyalarının farklı performans ve çalışma koşullarına sahip olduğunu unutmamalıyız.
Örneğimiz için 12V 200Ah Jel Akü seçmiş olalım. Sistem voltajımız 48 Volt olması gerektiğinden 4 Adet aküyü seri bağlayarak bunu gerçekleştirmiş oluruz. 4 Adet akü ile de (4x12Vx200Ah) / 1000 = 9.6 kWh enerji depolayarak minimum 7 kWh'lik depolama hedefimizi gerçekleştirmiş oluyoruz.
3. Solar Panel Dizisinin Ölçeklendirilmesi
Birinci adımda günlük enerji ihtiyacımızın 7 kWh olduğunu belirtmiştik. Bu tasarlayacağımız solar panel dizisinin günlük minimum 7 kWh enerji üretmesi anlamına gelir.
Bir güneş panelinden veya panel dizisinden ne kadar enerji elde edeceğimiz temelde güneş panelinin özelliklerine (verimlilik gibi) ve paneli kuracağımız coğrafik lokasyonun karakteristiklerine (ışınlama miktarı, yakın gölgeleme faktörleri, ortalama hava sıcaklığı değerleri, meteorolojik değerler vs.) göre değişiklik gösterir. Bu yüzden, en doğru üretim hesaplama yöntemi istatistiksel meteorolojik verilere göre simülasyon yapmayı sağlayan solar sistem dizayn programları kullanmaktır. Biz bu örneğimiz için Pvsyst’den faydalanacağız ancak yaklaşık olarak bir güneş panelinin veya panel dizisinin ne üretebileceğini manuel olarak da hesaplayabiliriz:
Herhangi bir solar sistem tasarım programı kullanma imkanınız bulunmasa da basit bir matematik formülü ile tasarladığınız solar panel dizisinin ne kadar enerji ürettiğini hesaplayabilirsiniz.
Pvsyst, solar sistem tasarımı yapabilmeye olanak sağlayan İsviçre merkezli aynı adı taşıyan bir yazılım şirketinin geliştirdiği programlardan biridir. Pvsyst ile ilgili daha fazla bilgiye aşağıdaki blog yazımız aracılığı ile ulaşabilirsiniz:
PVsyst İsviçre merkezli bir yazılım firması tarafından güneş enerjisi endüstrisi için geliştirilmiş solar tasarım yazılımıdır. PVsyst ile her türlü güneş enerjisi sistemi oluşturulabilir, simüle ve analiz edilebilir.
Örneğimize dönecek olursak, Ankara Pursaklar’da seçtiğimiz lokasyon ile günlük ihtiyacımız olan enerji ile birlikte depolamak istediğimiz enerji miktarını PVsyst’e işlediğimizde önerdiği solar panel gücü yaklaşık 2.8 kW olarak karşımıza çıkıyor. Buradan yola çıkarak, günümüzde artık kolay ulaşılabilmesi dolayısıyla 450 Watt Monokristal 30V güneş panelinden 3 Seri x 2 Paralel yöntemi ile 2.7 kW'lık bir dizi oluşturuyoruz.
4. İnverter Seçimi
Doğru inverter seçimi için ilk 3 adım sonrası elde ettiğimiz sonuçları aşağıdaki gibi bir özetleyelim:
→ Sistem Voltajı: 48V
→ Günlük ihtiyaç duyulan ortalama nominal güç: 4 kW
→ Solar Panel Dizisi: 3 Seri x 2 Paralel 450 Watt; yani (panel teknik verileri üzerinden):
Voc = 138V (3 Seri)
Nominal Güç = 2.7 kW
Buradan yola çıkarak belirleyeceğimiz inverterin kritik özellikleri:
→ 48 Voltluk bir akü depolama sistemi ile uyumlu olması
→ 138 Volt DC voltaj girişine uygun olması
→ 2.7 kW solar panel girişine uygun olması
→ 4 kW'lık nominal güç tüketimini sağlayabilmesi
Elimizdeki seçenekleri inceleyerek Sorotec Revo VM 5 KW modelinin tasarladığımız bu sistem için uygun olan inverterlerden biri olduğunu görebiliriz.
Off-Grid Solar Sistem Hesaplama Programı: Pvsyst
Yukarıda hem tasarlayım hem de seçimini gerçekleştirdiğimiz örnek off-grid solar sistemimizi, PVsyst ile simüle ettiğimizde, Pursaklar-Ankara lokasyonunu ve paylaştığımız elektrik tüketimimizi baz alarak, yıllık ortalama 2,419 kWh'lik bir elektrik ihtiyacını güneş enerjisinden karşılayabileceğimizi görebiliriz.
PVsyst Simülasyonu Yıllık Üretim Sonuçları
PVsyst Simülasyonu İzo Gölgeleme Diyagramı
Ufox Plus Off Grid Enerji Depolama Sistemi
Dahili ve birbirine entegre LifePO4 akü sistemi, Off-grid inverter ve BMS ile yüksek dijital teknolojili Ufox Plus; elektrik faturalarını azaltma, acil durumlar için yedek güç veya uzak lokasyonlara güç sağlamak gibi farklı ihtiyaçlar için birçok çalışma modu sunar.
Sonuç Olarak
Şebeke elektriğinin mevcut olmadığı veya kullanılamadığı durumlarda, elektrik ihtiyacınızı tasarlayacağınız bir off-grid solar sistemi sayesinde karşılayabilirsiniz. Doğru sistemi tasarlamak, hem yatırımınızın boşa gitmemesi hem de yetersiz elektrik enerjisi üretiminden dolayı enerji kesintilerine maruz kalmamak için kritik bir öneme sahiptir.