Nuri ERDEM, Hüseyin İNCE, F. Engin TOMBUŞ

Fotovoltaiklerin ve Güneş Kollektörlerinin Özel Aletler ve Yöntem ile Konumlandırılması ve Gölge Faktörünün Jeodezik Yöntemle Araştırılması

Fotovoltaik panel / kolektörü kullanabilmek için, yatay düzlemde belirli bir eğim açısına sahip olacak şekilde yaklaşık olarak güney yönünde döndürülmeleri gerekir. Bu konumlandırma, yaz aylarında gün boyunca maksimum elektrik üretimi / sıcak su temini için yeterli olabilir. Güneş ışınları, Kasım, Aralık, Ocak, Şubat ve Mart aylarında yaza göre daha eğik bir açıyla Dünya'ya gelir. Bu durumda, yaz mevsimine göre konumlandırılmış fotovoltaik panel / kollektörden maksimum verimlilik elde etmek zorlaşır. Güneş FV panelleri / kollektörleri, belirtilen aylarda güneşten yararlanmak için nasıl konumlandırılmalıdır? Bu sorunun çözümleri araştırılmıştır. Yapılan araştırmalarda ülkemizde Trakya bölgesi, Doğu Akdeniz Bölgesi ve İç Anadolu Bölgesi'nde güneşten faydalanabilmek için bina cephelerinin güneşAzimut açısının $150^{g} 250^{g} veya (or 135^{o} ile 225^{o} $) arasında konumlandırılması gerektiği belirlenmiştir. Buna göre, bir binanın çatısına yerleştirilecek fotovoltaik panellerin / kollektörlerin güneş Azimut açılarının belirtilen değerlerine göre konumlandırılması incelenmiştir. Binanın çatısını örtmek için yerleştirilen fotovoltaik panellerde kısmi gölgeleme, önemli üretim kayıplarına neden olmaktadır. Panelin yerleştirileceği binanın yakınındaki uzun bir ağacın gölgesinin paneli etkileyip etkilemediği (gölge analizi) teorik olarak araştırılmaktadır. Buna ek olarak, bir panel, sahada birbirine paralel yerleştirilecek birden fazla panelde diğerini gölgede bırakmamalıdır. Bu durumda, aralarında olması gereken mesafeler önceden belirlenmelidir. Forester pusulası icat edilene kadar, Güney yönü basit bir pusula ile uygulanmıştır. Bu çalışmada, forester pusulası tanıtılmış ve panel konumlandırmada bu pusula ile gerekli yönlerin nasıl uygulanacağı açıklanmıştır. Konuyla ilgili sayısal uygulama yapılmış, elde edilen bulgular belirtilmiş ve önerilerde bulunulmuştur.

Positioning of Photovoltaics and Solar Collectors with Special Instruments and Methods and Investigation of Shadow Factor by Geodesic Method

In order to be able to use the PV panel / collector, they must be turned approximately to south direction so that a certain angle of inclination with the horizontal plane. Such positioning may be sufficient for maximum electricity generation / hot water supply throughout the day during summer. The sun's rays come to the earth at a more oblique angle in November, December, January, February and March compared to summer. In this case, it becomes difficult to obtain maximum efficiency from the PV panel / collector positioned according to the summer season. How should solar FV panels/collectors be positioned to take advantage of the sun in the specified months? Solutions to the question have been investigated. In the researches, it was determined that building facades should be positioned between $150^{g} and 250^{g} (or 135^{o} to 225^{o} $) of the sun azimuth angle in order to benefit from the sun in the Thrace region, eastern Mediterranean region and central Anatolia region in our country. Accordingly, the positioning of the PV panels / collectors to be placed on the roof of a building in accordance with the specified values of the sun azimuth angles was investigated. Partial shadowing on PV panels placed to cover the building roof causes significant production losses. Whether the shadow of a tall tree near the building where the panel will be placed affects the panel (shade analysis) is theoretically investigated. In addition, one panel should not overshadow the other in multiple panels to be placed parallel to each other in the field. In this case, the distances that should be between them must be determined in advance. Until the forester compass was invented, the south direction was appliqued with a simple compass. In this study, the forester compass was introduced and it was explained how to apply the necessary directions with this tool and compass in panel positioning. Numerical application was made on the subject, the findings obtained were stated and recommendations were made.

PDF

___

Abood AA. A Comprehensive solar angles simulation and calculation using Matlab. International Journal of Energy and Environment (IJEE) 2015; 6(4): 367-376.
Anderson JM., Mikhail EM. Surveying theory and practice. 7th ed. Boston, MA: Mc Graw Hill, 1998.
Bannister A., Raymond S., Baker R. Surveying. 7th ed. Harlow, UK: Addison Wesley Longman Limited Edinburg Gate, 81–82, 1982.
Duffie JA., Beckman WA., Blair N. Solar engineering of thermal processes, photovoltaics and wind (5th ed). New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2020.
Erdem N., İnce H. The proposal of the building application for more benefiting from solar light. Selçuk International Scientific Conference on Applied Sciences Conference, 27-30 September, Antalya, 2016.
Erdenedavaa P., Rosato A., Adiyabat A., Akisawa A., Sibilio S., Ciervo A. Model analysis of solar thermal system with the effect of dust deposition on the collectors. Energies 2018; 11(1795): 1-14.
Gunerhan H., Hepbasli A. Determination of the optimum tilt angle of solar collectors for building applications. Building and Environment 2007; 42: 779-783.
Haberlin H. Photovoltaics system design and practice, John Wiley & Sons, Chichester, West Sussex, United Kingdom. ISBN 978-1-119-99285, 2012.
İnce H., Erdem N. Positioning buildings on a zoning island to provide maximum shading: A case study. International Journal of Engineering and Geosciences 2019; 4(3): 129-140.
Karimov KS., Saqibb MA., Akhterc P., Ahmedd MM., Chatthad JA., Yousafzaid SA. A simple photovoltaic tracking system, Solar Energy Materials & Solar Cells 2005; 87: 49-59.
Ko JS., Chung DH. Control of a novel pv tracking system considering the shadow influence. Journal of Electrical Engineering & Technology 2012; 7(4): 524-529.
Koçer A., Şevik S., Güngör A. Determination of solar collector optimum tilt angle for Ankara and districts. Journal of Uludağ University Engineering Faculty 2016; 21(1): 63-78.
Li DHW., Cheung GHW., Lam JC. Analysis of the operational performance and efficiency characteristic for photovoltaic system in Hong Kong. Energy Conversion and Management 2005; 46: 1107-1118.
Lobaccaro G., Lisowska MM., Saretta E., Bonomo P., Frontini F. A methodological analysis approach to assess solar energy potential at the neighborhood scale. Energies 2019; 12: 3554.
MEB. Yenilenebilir Enerji Teknolojileri Yapılarda Güneş Panel Sisteminin Kurulması, Ankara, 2013.
Muntasser MA., Bara MF., Quadri HA., El-Tarabelsi R., I. Laazebi F. Photovoltaic marketing in developing countries. Applied Energy 2000; 65(1-4): 67-72.
Qiu G., Rıffat SB. Optimum tilt angle of solar collectors and its impact on performance. International Journal of Ambient Energy 2003; 24: 13-20.
Ramaprabha R., Mathur BL. Impact of partial shading on solar PV module containing series connected cells. International Journal of Recent Trends in Engineering 2009; 2(7): 56-60.
Som T., Pathak R. Maximum solar power generation through optimization of tilt solar angles of solar panels by heuristic technique. International Journal of Innovative Research in Electrical, Electronics, Instrumentation and Control Engineering 2015; 3(4): 1-7.
Šúri M., Huld TA., Dunlop ED., Ossenbrink HA. Potential of solar electricity generation in the European Union ssEnergy 2007; 81(10):1295-1305.
Türkeş M., Sümer UM., Çetiner G. Küresel iklim değişikliği ve olası etkileri. Çevre Bakanlığı, Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi Seminer Notları. 2000; 7-24.
Ünlü M., Çamur S., Beşer E., Arifoğlu B. Fotovoltaik enerji dönüşüm sistemlerinde parçalı gölgelenme durum analizi. Kaynak Elektrik Enerji, Elektrik, Aydınlatma, Elektronik ve Otomasyon Mühendisliği Dergisi 2015; 314: 83-87.
Urbano JA., Matsumoto Y., Asomoza R., Aceves FJ., Sotelo A., Jacome A. 5Wp PV module-based standalone solar tracking system, 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion 2003.
URL_1: http://www.eie.gov.tr/index.html, (Date of Access: 10 May 2016).
URL_2: http://www.enerjibes.com/gunes-panelleri-ve-golge-analizi/, (Date of Access: 12 Jun 2017).
URL_3: https://www.baytekin.com.tr/urun/diger-orman-urunleri/harbin-dql-12z-ormanci-pusulasi, (Date of Access: 18 May 2016).
Wang YJ., Hsu PC. Analysis of partially shaded pv modules using piecewise linear parallel branches model. World Academy of Science, Engineering and Technology 2009; 60: 783-789.