MühendislikÖzgün İçerikYenilenebilir Enerji

Yüzen Güneş Enerji Santralleri

Yazan: Burak Çankaya             Düzenleyen: Ümit Sözbilir & Çağla Ayaz

Hollanda’da Santiye Şefliğini yaptığım yüzen GES’in bitmiş halinin videosu

Öncelikle şunu belirteyim: Yazıda herkesin anlaması için basite indirgenmiş bir dil kullanmaya çalıştım ve tahminî 3 bölümden oluşan kurulum süreci videolarını Youtube kanalıma yükleyeceğim. Burada konudan genel hatlarıyla bahsettim.

Ben ve Yüzen Güneş Enerji Santrali ( Öndeki Ben :O )

Küresel ısınma dünyamızın geleceğini tehdit eden en önemli sorunların başında geliyor. Bunun başlıca sebebiyse karbon salınımı. Karbon salınımlarında en büyük paylardan biri de enerji sektörü ve geleneksel enerji üretiminde kullanılan fosil yakıtlar. Son yıllarda bilim insanları enerjinin fosil yakıtlara ihtiyaç duymadan ve karbon salınımı yapmayacak şekilde üretilmesi için çalışıyorlar. Yenilenebilir enerji dediğimiz şey tam da bu! Güneş enerjisi yenilenebilir enerjinin en önemli örneklerinden biri. Peki sizlere güneş enerji santrallerinin yüzdüğünü söylesek ne derdiniz?

Aslında İngilizce “floating solar power plant” olarak geçen bu sistemler tahmin edebileceğiniz üzere yüzmüyor, suyun üzerinde sabit olarak duruyorlar. Sistemin mekanizması aslında ne çok karmaşık ne de çok basit. İsterseniz gelin birlikte temel mekanizmayı inceleyelim ve yüzen güneş enerji santrallerinin kurulumunu anlamaya çalışalım.

Blokların Oluşturulması

Hollanda’daki Şantiye Şefi olduğum 2,5 MW Şebekeye Bağlı Yüzen GES santrali projemiz

Evet standart görünüm dedim çünkü çevre şartlarına ve tasarımcıya bağlı olmak üzere sistemimizde bazı değişiklikler olabilir. Mesela su seviyemiz derin olabilir, su dalgalı olabilir, göl veya deniz gibi farklı su kaynakları olabilir. Ama şunu unutmayalım ki genel mantık birbirine çok benzer. İsterseniz sistem mekanizmalarını sırayla inceleyelim.

Yüzen Plastik Parçalar

Aşağıda gördüğünüz 3 farklı parça projemizde kullandığımız yüzen parçalardır. Bu parçalar yüksek kaliteli olup oldukça dayanıklı malzemeden üretilmiştir. Bununla birlikte suya ve sudaki hayata zarar vermez.

Çapa

Sistemi sabit tutmak için kullanılan bir çapa modeli

İngilizcede anchor olarak geçen ve gemilerde de geminin su üzerinde sabit kalabilmesi için kullanılan basit bir mekanizmadır. Burada yüzen GES’in (Güneş Enerjisi Santrali) hareket edip sağa sola çarpmasını önlemek için mutlaka sistemin sabitlenmesi gerekmektedir. Elbette dalga olacağı için dikey ve yatay yönlü esneme payını göz önüne almak gerekecektir. Bu yüzden ağırlığı 1-2 tonu bulan beton bloklar öncelikle belirlenen noktalara yerleştirilir. Bu noktaları belirlerken hesaplamalar yapılır ve harita üzerinde koordinatları belirlenir.

Hollanda’da kurulumunu yaptığımız 2,5 MW Yüzen GES santrali. Beton bloklar suyun altına yerleştirilirken çektiğim bir fotoğraf.

Ana Gövde ve İskele

Örnek yüzen GES tasarımı

Daha sonra yüzen sistemimizin ana gövdesini oluşturmaya başlıyoruz. Burada yine şirketten şirkete, tasarımcıdan tasarımcıya değişen kurulumlar olabilir. Kara GES sistemlerinden daha kolay kurulumu olan gövdelerimizi adeta yapboz parçaları gibi birleştiriyoruz ve montajı çok daha kolay. Üstelik ne kanal kazısı var ne çelik konstrüksiyon!

El yapımı kurduğumuz 40 derecelik iskele sistemi

Montaj için Taşıyıcı Masa

Burada gövdeyi kurmak ve üstlerine panellerimizi monte etmek için el yapımı bir iskele sistemi kurduk. Burada yaklaşık 40 derecelik açı vardı. Açı dar olsaydı ve su seviyesine yakın olsaydı montaj çalışması daha kolay olacaktı. Mesela sistemi tekerlekli bir sistem kurarak kolayca suya kaydırabilirdik. Fakat burada bizim için en zorlu süreçlerden biri blokları parça parça güvenli bir şekilde suya indirmek oldu. Bu yüzden halatlar ile sistemi güvenli bir şekilde sabitledik.

Taşıma kapasitesinin azlığından dolayı blokları da kendi içinde böldük ve suya yarım bloklar olarak gönderdik. Daha sonra suyun içinde birleştirme yapıldı.

Yukarıdaki videoda gördüğünüz gibi sistemimiz güvenli bir şekilde sabitlendi. Her bir bloku kendi içinde iki satıra ayırarak panel montajını yaptık. Daha sonra biraz halatları gevşeterek suya doğru indirdik. Burada masamızın ağırlığı taşıyabilmesi çok önemli, aksi takdirde kazalar yaşanabilir. Kişisel tavsiyem; çift yönlü, motorlu çelik halatlar kullanılması. Burada basit bir hesapla sistem ağırlığını halatın taşıyabildiği kapasiteye bölerek kaç tane halat gerekeceğini hesaplayabiliriz.

Blokların Güvenliğinin Sağlanması

Halatlar ile blokların kaymaması sağlandı.

Peki yüzen GES gövdesi genel olarak nasıldır? Bu da üretici firma ve tasarımcıya bağlı olarak değişkenlik gösterebilir. Fakat panellerimizin taşınması için bir taşıyıcı, DC kabloların taşınması ve olası bakım gerektiren işlerde teknisyen ekibin yürüyebilmesi için bir yürüyüş yolu bırakılmalıdır. Aşağıda 10 derecelik açıyla panellerin yerleştirildiği, UV korumalı ve yüksek çözünürlüklü Polietilen (HDPE) malzemeden yapılmış genel bir tasarım görüyorsunuz. Sistemimizin suyun üzerinde durması ve dalga oluşması durumu göz önüne alınarak esneme payının olması lazım.

Genel Yüzen Gövde Mekanizması

Mesela burada neden masalar kullandık ve eğimli bir şekilde suya indirdik? Çünkü göl yer seviyesinin 1,5 m altında ve yaklaşık 40 derecelik açıya sahipti. Şayet aynı seviyede olsa hem daha hızlı panel montajı yapılabilirdi hem de kurulum kolay olabilirdi. Hızımızı sınırlandıran kurulum yaptığımız alan ve bu masaların taşıyabileceği maksimum panel sayısı oldu. Aşağıdaki fotoğrafta ağırlığı kaldıramadığı için hasar gören bir masa göreceksiniz.

Bloklar ağır geldiği için taşıyıcı sistem taşıyamadı. Bu yüzden sistemin blokları kendi içinde bölünüp suya indirildi.
Fotoğrafta kurulum sehpalarımızı ve blokların suya indirilme öncesini görüyorsunuz.

Peki bu süreçte şantiye şefleri ne yapar? Ofiste oturup çayını, kahvesini içerek çalışanları mı izler? Tabii ki hayır. Planlama, raporlama ve sahanın her şeyinden sorumludurlar. Aşağıdaki fotoğrafta suya indirilme sırasının planlaması yapılırken blokların yerleşimlerini göreceksiniz.

Planlama yapılırken

Mantıken en öndeki blokların en önce suya indirilmesi gerekiyor. Bu yüzden en ön taraftaki bloklardan başlıyoruz. Suya indirilen bloklar tekne ile ileri çekilip daha önceden GPS ile belirlediğimiz ve işaretlediğimiz yerlere sabitleniyor. Sistemi sabitlemek için beton blok ile ana gövde arasında çelik halatlar kullanılıyor. Bu halatlar çok sağlam olmak zorunda ve dolayısıyla üretimi çok zor. Bana göre en değerli malzeme C-Flex halatlardı.

Kablolar Nasıl Gidiyor?

Kablolarımızı kablo tavasının içinden gönderdik. DC kablolar öncelikle panelden panele bir nevi pil gibi bağlandı. Daha sonra diziler (Buna string diyoruz, projede belirleniyor.) üzerinden DC kablolar geldi. Yürüyüş yolumuzun yan kısımlarına montajı yapılan tavalarımızın içinden kablolarımızı geçirdik.

Kablo tavamızın kapağı kapatılmadan önceki görüntüsü

İnvertör (Evirici) Kurulumları

Peki, panellerimiz ve dolayısıyla her bir dizi ve her bir bloktan üretilen enerjimiz doğru akım olacak. Bizim bu enerjiyi, şayet şebekeyi besleyeceksek alternatif akıma dönüştürmemiz gerekir. Burada devreye inventör dediğimiz cihazlar giriyor. DC gelen kablolar invertörlere giriyor ve AC olarak çıkıyorlar. 2 farklı invertörün çıkışlarındaki AC kablolarımız 1 AC panoya bağlanacak şekilde hazırlıyoruz. Haliyle AC kablo kullanıyoruz ve trafonun LV girişine bağlıyoruz. Gerisi dağıtım firmasının yapacağı iş. Sonra trafoda yükseltme işlemi yapılıp dağıtım merkezine gönderiliyor.

2 invertör 1 AC Box sırasıyla asıldı

İletişim Kutusu (Communication Box)

Kablo tipleri güneş enerji projelerinde genelde alternatif akım kablosu, doğru akım kablosu ve iletişim kablosu olarak ayrılır. Peki invertörler bize üretilen enerjiyi ve diğer teknik bilgileri verseler güzel olmaz mıydı? Elbette olurdu! İşte burada devreye iletişim kutusu giriyor ve invertörlerden çıkan data kabloları üretilen enerji ve diğer teknik bilgilerin izlenmesini ve kayıt edilmesini sağlıyor. Kısaca iletişim kutusu verilerin toplanması, işlenmesi ve aktarılmasına dair her türlü işlemimizin yapıldığı yer.

İletişim kutusunun açık görünümü

AC Pano Kurulumu

Aşağıda fotoğrafını da paylaştığımız AC panomuz gördüğünüz gibi sigorta sisteminden oluşuyor. 2 invertörden gelen AC kablolar panomuza girdikten sonra 3 faz AC olarak çıkış sağlanır. Panolardaki amaç aslında güvenlik tedbiridir. Panolar üzerinden yüksek akım geçtiği için mutlaka iyi bir şekilde topraklanmalıdır.

İnvertör Bank Kurulumu

İnvertör Bank ve Çatısı

İnvertörlerimizi yerleştirirken genelde güneşten etkilenmemeleri için gölgeye koyarız. Bu yüzden invertörlerimizi asmak için invertör bank kurup, üzerine de 20 derece eğimli çatı ekleyerek mümkün olduğunca üzün süre gölgede kalmalarını sağlarız. Aşağıdaki fotoğrafta kurmuş olduğumuz invertör bankı görebilirsiniz.

Blokların Birleştirilmesi

Birleşmiş haldeki 6 blok

Projede iki tane su kaynağımız vardı. Bu yüzden birinci ve küçük olan su kaynağımızda 6 tane blok kullandık. Büyük olan su kaynağımızda 12 tane blok kullandık. Bu da tamamen tasarımcıya bağlı olarak değişebilir. Stringleri ve ağırlıkları en uygun şekilde parçalara bölmesi gerek. Mesela bir stringe 100 panel diğerine 10 panel bağlanmaz. Veya bir blokta 3000 diğer blokta 100 panel bulunması da doğru olmaz. Toplamda 6480 adet Jinko Cheetah 385 w panel kullandık. Toplamda 18 adet bloktan oluşuyor sistemimiz. Bu bloklar suya indirildikten sonra birbirine bağlanıp son aşamada beton bloklara sabitleniyor. Beton bloklara sabitlenen ağırlık merkezi seçimleri de yine tasarımcıya ait.

Kurulum Sonrası Test Aşaması

Topraklama Testi

Topraklama testi sistemimizin güvenliği açısından çok önemli. Belirli noktalarda topraklama şeritlerimiz var ve bunların topraklamayı iyi yapıp yapmadığını ölçüyoruz. Şayet topraklamada sorun varsa ve GES sahamızda gezen birisi sisteme dokunduğunda yük toprağa akmaz ve kişinin üzerinden geçip ölümlere veya ciddi yaralanmalara yol açabilir. Bu yüzden topraklama olmadan bir santral kurmak imkânsızdır. Ek olarak yıldırım koruma da yapılması santralin güvenliğini artırır.

Akım-Gerilim Eğrisi Testi

Akım gerilim eğrisi testi için sarı cihazın sağındaki ısı ölçen cihazla birlikte panelin altından ve gölgedeki sıcaklık sensöründen ve stringlerden aldığımız verileri kullanıyoruz. Üretim sonrası modüller test edildikten sonra arka kısmında datasheet dediğimiz Isc, Voc gibi ölçüm değerleri verilmektedir. Ayrıca test sırasında da I-V eğrisi çizilir. Bu testi yaparak bizim akım gerilim eğrimiz ve değerlerimizin fabrika ölçümünden gelen değerlere yakın olup olmadığına bakarız.


Yalıtım Testi

Yalıtım testinin amacı kablolarda göndereceğimiz enerjinin karşı tarafa sağ salim ulaşıp ulaşmayacağını kontrol etmektir. Çünkü bazı kablolarda üretim sırasında veya sonrasında oluşan hasarlardan dolayı izolasyon sorunu olabilir. Bu testi yaparken siyah uç 1×400’lük AC kablomuzun dış kısmına, kırmızı uç da kablomuzun kendisine tutturulur. Yeşil uç da topraklama amacıyla direğe tutturuldu. Cihaz teste başladığında 1 dakika boyunca 1500 V üretir. Eğer kablonun yalıtımında sorun yoksa 300 MΩ değerine yakın bir değer görmemiz gerekiyor ki testimizde bu değerlere ulaştık. Yani bu test sonucu anladık ki kablomuzun dış kısmındaki koruyucu plastik kablodan taşınan akımın dışarı çıkmasına ve kayıp/kaçak olmasına izin vermiyor.

Sonuç

Sonuç olarak yüzen GES çeşitli sebeplerden ötürü gitgide daha çok tercih edilmektedir. Başlıca 3 sebep vardır tercih edilmesinde. Birinci sebebi karasal sistemlere göre daha çok verimli olması. Bildiğiniz üzere panellerin aşırı sıcaklarda verimi düşer fakat bu sistemleri suya kurduğumuz için su doğal soğutma sağlar ve verimi artırır. İkinci sebep ise su kaynağındaki gölgeli alan arttığı için buharlaşma azalır ve su kaybını önler. Üçüncü sebep ise yüzey alanı küçük olan Hollanda gibi ülkelerde kurulumu çok daha kolaydır ve su kaynaklarındaki alg oluşumunu önledikleri için suyun daha temiz olmasını sağlarlar. [1]

Kaynak
[1] Nikhil, P. G., & Premalatha, M. (2012). Performance enhancement of solar module by cooling: An experimental investigation. Int J Energy Environ, 3(1), 73-82.

Burak Çankaya

MSc #ElectricalEngineer |#SolarEnergy | #AI | #ScienceCommunicator | Co-Founder of @gelecekbilimde

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu