Güneş enerjisi kullanarak elektrik üretimi, bugünlerde sıkça konuşulan yenilenebilir enerji kaynağı uygulamalarının oldukça popüler olan bir çeşididir. Bol olması, bedava olması, işletme maliyetinin düşük olması ve çevre kirliliğine yol açmaması gibi birçok iyi nedenden dolayı yatırımcıların dikkatini çekmektedir. Bu çalışmada fotovoltaik hücreler ile elektrik enerjisi üreten sistemlerin maliyeti üzerinde durulmuştur.
 

Güneş enerjisinden elektrik üretmek için kurulacak bir sistemde akü grubu, akü şarj regülatörü, evirici ve yardımcı elektronik devreler bulunabilir. Tabi ki uygulamaya göre bu bileşenler değişiklik gösterebilir. İstenen enerji miktarına göre güneş paneli ve sayısı belirlenir. Güneş olmadığı zamanlarda enerjisiz kalmamak için akü grubu sisteme dahil edilir. Akünün aşırı şarj ve deşarj olarak zarar görmesini engellemek için akü şarj regülatörü kullanılır. Şarj regülatörü akünün durumuna göre, güneş pillerinden gelen akımı keser ya da yükün çektiği akımı keser. Evirici, alternatif akım istenen uygulamalarda panelde elde edilen doğru akım elektriğini alternatif akım elektriğine dönüştürmek için kullanılır. İstenirse sisteme bir de maksimum güç noktası izleyicisi (MPPT) eklenebilir.

 

Güneş ışınlarını elektrik enerjisine çeviren cihazdır. Verimleri panel tipine göre değişmekle birlikte % 15-20 arasındadır. Laboratuar çalışmaları devam etmekte olup verim değerlerinin yükseltilmesi hedeflenmektedir. Türkiye şartlarında güneşlenme süresi; kışın 5 saat, sonbaharda 7 saat ve yazın 11 saattir.

Paneller, ortam koşullarının elverişli olması durumunda nominal güçlerini üretebilirler. Panel camının kirli olması, güneş ışınlarının geliş açısının dik olmaması, havanın çok sıcak veya çok soğuk olması panel verimini düşürecektir. Bu yüzden hesaplanan güç değerinin biraz yukarısında bir değerde panel kullanmak uygun olacaktır.
 

 

Aküler elektrik enerjisinin depolanmasında kullanılır. Güneş olmadığı zamanlarda enerjisiz kalmamak için elektrik enerjisinin depolanması mantıklıdır. Ayrıca güneşsiz günler de olabilmektedir. Bu yüzden enerjinin depolanması oldukça önemlidir. Akü kapasitesinin belirlenmesinde en önemli faktör sistemin güneş göremeyeceği gün sayısını ya da saatini hesaplamaktır. Biz bunu 2 gün olarak kabul edersek; günlük tüketimi 5 kW-saat olan bir ev için 10 kW-saatlik enerjiyi depolayabilecek bir akü grubu gereklidir. Sistem gerilimini 12 V seçersek, 12 V 1200 Ah' lik akü grubu bir sistem için yeterli olacaktır. Ancak şuu unutmamak gerekir akü sistemi otonom (stand alone) sistemler için gereklidir. Akü sistemi otonom sistemelerin maliyet tarafının önemli bir kısmını oluştururlar.
 

 

Güneş panelinden gelen akımı ayarlayarak akünün tam dolmasını veya tamamen boşalmasını engeller. Tüketici için gerekli akım değerine göre sistemde uyumlu çalışabilecek tipte seçilmesi gereklidir. Ayrıca akü şarj regülatörünün, akü gerilimine uyumlu olması gerekmektedir. Şarj regülatöründen direkt doğru akım çıkışı alınabilir. Çoğu regülatörde şarj durumuna ait sayısal bilgileri gösteren ekran bulunmaktadır. Bir çok regülatör üreticisi firma panel gücüne göre seçilmesi gereken regülatörü saptamış ve tablolar halinde kataloglarına koymuşlardır.
 

Doğru akım enerjisini alternatif akım enerjisine çevrilmesine yarayan cihazlardır. Genel olarak tam sinüs çıkışı veren ve vermeyen olmak üzere iki çeşit evirici bulunmaktadır. Hassas yüklerin bulunduğu sistemlerde tam sinüs çıkışı verebilen eviricilerin kullanılması gereklidir. Evirici gücü, sistemde aynı anda çalışabilecek yüklerin güç değerleri toplanarak elde edilir. Aylık faturası 80 TL gelen bir tüketici 2000 Watt'lık bir evirici seçebilir.

Sistemde kullanılması gereken diğer elemanlar kablolar ve sigortalardır. Ayrıca sistemi izleyebilmek için çeşitli elektronik devreler de kullanılabilir. Sigorta ve kablo seçimi sistemin düzgün çalışabilmesi için son derece önemlidir. Kablo seçiminde gerilim düşümü de dikkate alınmalıdır.

Burada hesaplayacağımız sistem şebekeye bağlı bir sistem için olacaktır. Bu sistemler otonom sistemlere göre daha ucuz sistemlerdir. Şimdi elektrik faturası ayda 80 TL gelen bir evi düşünelim. Bu evin aylık tüketimi 270 kw olurken yıllık tüketimide 3240 kw olsun. Sistemi ülkemizin güneş enerjisi bakımından en şanslı illerinden olan Muğla'da yapıyoruz.  PVsyst simülasyonu kullanarak sistemi oluşturup, sonuçlara bakalım.
 

► Gördüğünüz üzere 2 kw'lık bir güneş paneli kurmamız gerekiyor.
► Toplam maliyetimiz 7300 Euro
► Kullandığımız teknoloji polikristal modül.
 

►Sistemimizin aylara göre toplam enerji üretimini görebilirsiniz. Beklenildiği gibi yaz aylarında maksimum üretim gerçekleşiyor.
 

►Bu hesaplamardan sonra asıl ulaşmak istediğimize geliyoruz. Elektriğin kw maliyet fiyatı. Gördüğünüz üzere 0.24 Euro/kw. Burada şuan dikkat çekmek isterim fiyata hem bakım maliyetleri hem de  20 yıl vadeli %5 faizli kredinizin geri ödemeside mevcut. (Aylık:586 Euro).

►Görüldüğü üzere sistem 20 yıl vadede elektriğinizin fiyatını 0.24 Euro=0.56 TL ile sınırlıyor. Ülkemizde artan elektrik fiyatları düşünüldüğünde muhtemelen devletin sattığı elektrik 0.56 kuruşu önümüzdeki 5-7 yıl içinde geçecektir. Böylece sistem kar etmeye başlayacaktır. 

 

Bir elektrik makinesinin girişine elektrik enerjisi uygulayıp çıkışından mekanik enerji elde ediyorsak bu çalışma şekline motor çalışma denir. Senkron devirle dönen motorlara senkron motorlar adı verilir. Senkron motorlar, içinde dönen manyetik alan hızında yani senkron hızda dönerler.

Bir elektrik motorunun dönmesi için döner manyetik alan oluşması gerekir. Makine içinde oluşan döner manyetik alan senkron devirde döner. Senkron devir, 3 faz alternatif manyetik döner alanın devir sayısıdır. Asenkron motorlarda rotor, döner alan devrinden bir miktar (kayma oranı kadar) yavaş döner.
 

Senkron devir, makinenin frekansına ve kutup çifti sayısına bağlıdır.
 

 

Senkron Makinenin Dakikadaki Senkron Devir Sayısı Formülü   


► İlginizi Çekebilir: Senkron Generatörler

 
 

Senkron motorlar yükü değiştiği halde devir sayısı sabit kalan motorlardır. Yani manyetik döner alanın hızı ne ise rotor mili de o hızla döner. Yapı olarak senkron generatörlerle aralarında hiçbir fark yoktur. Sadece senkron generatörlerin rotoru yani uyarması DC akımla beslenirken, senkron motorların rotoru DC akımla beslenirken, statoru alternatif akımla beslenir.
 

Üç fazlı stator sargılarına uygulanan alternatif akımın oluşturduğu döner manyetik alan ile rotora verilen DC akım ile enerjilenen rotor sargıları kutupların (N-S) durumuna göre Biot-Savart Yasası gereği rotor iletkenlerine bir kuvvet etkir. Statorun oluşturduğu manyetik döner alan yarı zamanı tamamladığında stator kutuplarının polaritesi değişeceğinden aşağıdaki şekilden de görüldüğü gibi rotora uygulanan momentin yönü saat ibresinin ters yönünde iken stator döner alanı halen saat ibresi yönünde dönmeye devam eder. Sonuç olarak bir tur tamamlandığında rotora etki eden ortalama moment sıfır olur.  Bundan dolayı rotor ilk yarı periyotta saat ibresi yönünde, ikinci yarı periyotta ise saat ibresinin tersi yönünde dönmeye çalışır.
 

Bu yüzden senkron motorların asenkron veya doğru akım motorları gibi doğrudan yol alması mümkün değildir. Bunun için senkron motorlara özel yol verme yöntemleri vardır.  Rotor senkron hızda döndüğünden (asenkron motorlarda meydana gelen senkron hız ile rotor hızı arasında meydana gelen kayma olmadığından) manyetik döner alan tarafından kesilmemektedir ve dolayısıyla da rotorda gerilim indüklenmez.
 

Senkron motorlara doğrudan yol verilemeyeceğini nedenleriyle anlattık. Makineyi ilk başta senkron hıza veya ona yakın bir değere ulaştırmak gerekir.  Bunu gerçekleştirmek için en çok kullanılan yöntemleri anlatalım:
 
► Yardımcı motor kullanarak yol verme: Yardımcı motor kullanılarak, senkron motorun mili yardımcı motor tarafından döndürülür. Yardımcı motor bir DC motor veya asenkron motor olabilir. Senkron motorun hızı istenilen seviyeye ulaştığında sistemden yardımcı motor çıkartılır.
 
► Senkron motorlara asenkron yol verme: Senkron makinelerde söndürüm sargıları mevcuttur. Bu sargılar makinenin asenkron olarak yol almasını sağlar. Söndürüm sargılarının uçları kısa devre edilmiştir. Senkron motorlarda söndürüm sargıları yerine makineye yol aldırmak için rotorun kutup ağızlarına sincap kafes yerleştirilip de bu işlem gerçekleştirilebilir. Stator sargılarına gerilim uygulandığında aynen rotor sincap kafesli bir asenkron motormuş gibi dönmeye başlar ve senkron hıza yaklaşır.

Eğer makinede söndürüm sargısı varsa yol alma akımı söndürüm sargılarından geçer. Bu akım etkisiyle rotor dönmeye başlar ve hızlanır. Hızlanma yöntemi asenkron makinedeki gibi olduğundan bu yönteme asenkron yol verme denir. Bu yöntemle yapılan yol verme işleminde uyarma sargılarının kesinlikle kısa devre edilmemesi veya büyük bir direnç ile seri bağlanarak endüklenmesi beklenen akıma sınırlama yapılması gerekir. Yoksa uyarma sargıları yol verme akımına dayanamaz.
 

► Frekans değiştirerek yol verme: Senkron motora yol vermede kullanılan bir yöntemde endüvi sargısını besleyen gerilim frekansının değiştirilmesidir. Makineye uygulanacak gerilim bağımsız bir senkron generatör tarafından yapılır. Generatörün frekansı yavaş yavaş artırıldığında, devresine bağlı senkron motorun döner alan hızı da  sıfırdan başlayarak artar ve makine senkron hıza çıkarılır.

► Sabit hızın gerekli olduğu tüm endüstriyel uygulamalarda,
► Elektrik sistemlerinde kompansatör olarak güç katsayının düzeltilmesinde,
► Yüksek kararlılık gerektiren konumlama makineleri bulunduran düşük güç uygulamalarında ve robot işleticilerde
► Hava kompresörlerde, santrifüj pompalarda, kırma makinelerinde vs. gibi alanlarda kullanılır.

 

Kaynak:

► hbogm.meb.gov.tr
► Prof. Dr. A. Faik Mergen, Elektrik Makineleri III