Off-Grid Solar Sistemleri

Herhangi bir off-grid solar sistem komponenti satın almadan önce bir enerji depolama sisteminin temel olarak nasıl tasarlanması ve ölçülendirilmesi 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?

Enerji İhtiyacının Belirlenmesi (Yük veya Tüketim Planı)
Akü Sisteminin Ölçeklendirilmesi
Solar Panel Dizisinin Ölçeklendirilmesi
İnverter Seçimi

ÖRNEK UYGULAMA

Ankara’nın Pursaklar ilçesinde şehir gürültüsünden kaçmak için inşa ettiğimiz 8 metre eninde ve 8 metre boyunda çift yönlü 30 derece eğimli 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.

Yük hesaplama tablosuna buradan ulaşabilirsiniz.

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:

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; nasıl sorusunun cevabına buradan ulaşabilirsiniz.

Pvsyst, solar sistem tasarımı yapabilmeye olanak sağlayan İsviçre merkezli aynı adı taşıyan bir yazılım şirketinin geliştirdiği programlardan biridir. Pvsyst ile ilgili daha fazla bilgiyi gelecek yazılarımızda paylaşıyor olacağız.

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 özetleyelim:

Sistem Voltajı: 48V
Günlük ihtiyaç duyulan ortalama nominal voltaj: 4 kW
Solar Panel Dizisi: 3 Seri x 2 Paralel 450 Watt 30V; yani (panel datasheet üzerinden):
- Voc = 138V (3 Seri)
- Nominal Güç = 2.7 kW

Buradan yola çıkarak belirleyeceğimiz inverterin kritik özellikleri: