Güneş Enerjisi Sistemlerinde Gölgelenme Analizi

06 Ocak 2010

Güneş enerjisi solar fotovoltaik sisteminin konumundan kaynaklanan gölgelenmesinin değerlendirilebilmesi için bir gölgelenme analizinin yapılması gerekir. Bunun için çevredeki gölge kaynaklarının gölge krokisinin ve kontörünün solar sistemin bir noktası baz alınarak oluşturulması gerekir. Büyük ölçekli güneş elektrik sistemlerinde ve yüksek doğrululuk analizlerin yapılması gereken küçük – orta çaplı sistemlerde gölgelenme analizi sistemin birkaç noktası için yapılmalıdır. Gölgelenme krokisinin ortaya çıkarılmasında şunlara gerek duyulur;

• Kurulum noktası yerleşim planı ve güneş yörüngesi diyagramı
• Güneş yörüngesinin asetat üzerine çizimi 
• Gölgelenme analizörü (dijital kamera ve yazılım ya da Solar Pathfinder)

Kurulum noktası vaziyet planının ve güneş yörüngesinin kullanımı

Güneş enerjisi solar fotovoltaik sistemin kurulacağı mahalin vaziyet planını ve güneş yörüngesini kullanırken gölgelenme kaynağı nesnelerin uzaklıkları ve boyutları hesaplanır. Bu veriler kullanılarak azimut ve eğim açıları hesaplanır.

Şekil1 Gölgelenme kaynağının eğim açısı ve azimut açısının hesaplanması

Eğim açısı, PV sistemin yüksekliği h_x ile gölgelenme kaynağının h₂ yüksekliğinin farkından bulunur:

Solar elektrik sisteminin kurulacağı alan çevresindeki bütün nesneler için eğim açısı hesaplanmalıdır. Bunun için nesnelerin yüksekliklerinin ve gözlem noktasından uzaklıklarının bilinmesi gerekir. Gölge kaynağı engel nesnelerin azimutu vaziyet planından ya da çizimden direkt olarak bulunabilir.

Asetat üzerindeki güneş yörüngesi çiziminin kullanılması

Yükseklik ekseninde trigonometrik bölümlere sahip bir güneş yörünge diyagramı da güneş enerjisi solar PV sistemlerin gölgelenme analizinde kullanılabilir. Bu diyagram asetat üzerine yarım daire olarak çizilir. Gözlemci sistem perspektifinden diyagram üzerinden gölgeleme ihtimali olan nesnelere bakabilir ve doğrudan eğim ve azimut açılarını belirleyip not alabilir. Daha geniş bir açıdan gözlem yapabilmek için kapı deliklerinde kullanılanlara benzer geniş açı lensleri kullanılabilir. Şekil 2 ve şekil 3’te bu basit gölge analizörünün kullanımı gösterilmektedir.

Şekil2 Gölge kaynağı nesnenin eğim ve azimut açılarının asetat üzerine çizilmiş güneş yörüngesi diyagramı sayesinde hesaplanması

Ağaçlardan kaynaklanan gölgelenmelerde bir geçirim katsayısı uygulanır.

• İğne yapraklı ağaçlar için: T = 0.30;
• Kışları yapraklarını döken ağaçlarda kış mevsimi için: T = 0.64, yaz mevsimi için: T = 0.23

Geçirim faktörü ağaçların yaprakları ve dalları arasından ne kadar güneş ışınımının geçtiğini belirtir. Bazı simülasyon programlarında yapılan hesaplamalarda bu oran hesaba katılır.

Şekil3 Açısal kareli kağıt üzerinden etraftaki nesneler ve şekiller

Gölgelenme analizi sonucunda elde edilen veriler güneş yörünge diyagramında çevredeki nesnelerin sebep olduğu gölgelenmelerin siluetleridir.

Şekil4 Berlin’in gölge ana hatlarının da üzerinde bulunduğu güneş yörünge diyagramı

Şekil 4’ten belirli bir ayda meydana gelmesi muhtemel gölgelenmenin muhtemel seviyesini okumak mümkündür. Örnek gösterilen kurulum noktasında 21 Aralıkta sistem %50 oranında gölgelenecektir. Sabahleyin ve öğlen – öğleden sonra saatlerinde güneş ışınları sadece birkaç saatliğine güneş elektrik sistemindeki solar panellere ulaşacaktır. 21 Şubattan sonra Ekim ayın kadar solar sistemde gölgelenmeye rastlanmaz.

Güneş enerjisi solar PV sistemlerinde gölgelenme değerlendirmesini daha detaylı yapmak için grafiklerden ya da simülasyon programlarından yararlanılır ( SUNDI, PV – Sol, PVS ve SolEm gibi simülasyon programları piyasada en sık kullanılanlardandır).

Yazılım kullanmadan analiz yapılması gerekirse kurulum noktası için her bir aya ait güneş ışınımı değerlerinin kullanılması gerekir. Bu da güneş yörüngesi diyagramından hesaplanan gölgelenme yüzdesinden perspektif ayı için ışınım kaybının bulunmasını gerektirir.