Estimation of Diffuse solar Irradiation and Its Effects on PV Power plant Production at METU NCC
Yayılı Güneş Işınımı Tahmini ve Fotovoltaik Enerji Santrali Üretimine Olan Etkileri
- Tez No: 638476
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR TAYLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: ODTÜ Kuzey Kıbrıs Kampüsü-Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sürdürülebilir Çevre ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Sera gazı salınımı, küresel ısınmanın başlıca sebeplerinden birisi ve bu salınımı azaltma yollarından birisi de güneş enerjisi gibi temiz enerji kaynaklarının kullanımının arttırılmasıdır. Güneş enerjisi ile üretim yapmanın bazı olası problemleri var ve bunların başında enerji üretim miktarının gün içindeki dalgalanmaları geliyor. Bunlar göz önünde bulundurularak enerji üretimi daha önceden tahmin edilerek enerji tüketim ihtiyacının karşılanıp karşılanamayacağının bilinmesi önemlidir. Tüm bunları sağlamanın başında fotovoltaik (PV) modüllerinin üzerine düşen toplan enerji miktarının bilinmesi geliyor. Eğimli modül üzerine ulaşacak olan toplam güneş enerji miktarını hesaplamaya yardımcı olan birçok modeller literatürde mevcut fakat bunların hepsi her lokasyon için doğru sonuçları veremiyor. Bu tez kapsamında literatürdeki modeller incelenip Kıbrıs için uygun olabilecek modeller belirlendi ve bu modeller ODTÜ KKK güneş istasyonundan toplanan verilerle karşılaştırıldı. Ayrıca güneşten gelen toplam ışınımın 2 şeklinden biri olan yayılı gelen ışığın (DHI) doğru tahmini bu tezin amaçlarından birisidir. Güneş ışığı doğrudan ve yayılı ile gelen olmak üzere ikiye ayrılır ve yayılı gelen güneş enerjisinin ölçümü, ölçüm işleminin zor ve çok pahalı cihazlar gerektirmesi nedeni ile Dünya'nın birçok yeri için mevcut değildir. DHI değerinin doğru tahmini için de birçok model mevcuttur ve bu tezde ayrıca mevcut modelleri incelenip Kıbrıs için uygun olabilecek modeller belirlendikten sonra bu modeller toplanmış olan DHI ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonuçlarına göre Kıbrıs için en uygun DHI tahmin modeli, Bailek'in 23. Modeli olarak belirlenmiştir. Eğimli yüzey üzerindeki toplam güneş enerjisi miktarını tahmin etmek için Liu-Jordan, Perez, Munner, Skartveit-Olseth, Hay and Davies, Reindl, HDKR ve Badescu modelleri kullanıldı. Bu modellerin vermiş olduğu değer ODTÜ KKK'den toplanan 30°'lik eğime sahip piranometre yardımı ile toplanan verilerle karşılaştırıldı. Eğimli yüzey üzerindeki toplam güneş enerjisi 3 farklı şekilde hesaplandı; (i) ölçülmüş DHI ile, (ii) Bailek'in 23. modeli ile hesaplanan DHI ile ve (iii) ODTÜ KKK'de toplanan DHI ölçümleri yardımıyla çıkarılan 2 denklemi kullanarak. Sırasıyla bu yöntemlerin vermiş olduğu %RMSE değerleri %18, 70% ve %74 civarlarındadır. Bu değerler 8 farklı model için dörder kez hesaplandı ve bu sonuçlara göre Liu-Jordan ve Badescu modelleri izotopik ve basit modeller olmalarına rağmen, anizotrop olan gelişmiş modellerden gerçeğe daha yakın tahmin sonuçları verdiler. Bu sonuçlara göre, Kıbrıs şartları için, izotropic modeller kullanarak eğimli yüzey üzerine düşen toplam güneş enerjisi tahmini yapmak en iyisi olacaktır. Ayrıca tüm bu modeller ve sonuçlar kullanılarak enerji üretim tahmini üzerinde karşılaştırmalar yapıldı. Tahmini üretim değerleri ODTÜ KKK da bulunan 1 MW kurulu gücündeki güneş enerji santralinin gerçek üretimiyle kıyaslandı ve her bir yöntemde çıkan %RMSE değerinin enerji üretimindeki %RMSE değerlerinden düşük çıktığı görüldü. Tüm bunlar yorumlandığında sonuç olarak Bailek'in 23. modellinin DHI tahmini için en iyi model olduğu, Badescu modelinin eğimli yüzeyde ki toplam güneş enerjisi tahmini için en iyi model olduğu söylenebilir. Ayrıca, bu değerler kullanarak enerji üretimi kontrol edildiğinde güneş enerjisi tahmininde ki farkların enerji üretiminde daha da azaldı görülmekte. Belirtilen 2 model kullanarak DHI ölçümü olmayan lokasyonlar için sadece GHI ölçümü kullanarak enerji üretim tahmini başarılı bir şekilde yapılabilir.
Özet (Çeviri)
Excess amount of greenhouse gas (GHG) emission is the main reason of global warming. Renewable energy systems are one possible way to decrease GHG emission and solar energy is one of options; however, fluctuations on solar energy production is one of the main drawbacks. Accurate estimation of energy production from a solar power plant, such as PV-based plant is important to satisfy energy demand successfully. To be able to estimate energy production in advance, solar energy incident on PV modules should be known first. For this thesis, the most accurate model is sought to estimate solar energy on a tilted surface in Cyprus. To be able to estimate total solar energy on a tilted surface GHI, DNI and DHI values should be known; however, DHI measurement is available for some parts of the World for a limited period. There are some models to estimate DHI and as a first step the most accurate model is found to estimate DHI for Cyprus. Different models from the literature have been checked and models which give accurate results in the locations which are close Cyprus are determined and these models are checked for Cyprus. According to this comparison Bailek's 23rd model is selected as the most accurate model to estimate for Cyprus. For the second part of this thesis, different models to estimate total solar energy on a tilted surface are checked. Estimation results were compared with measurements collected with a 30° tilted pyranometer in METU NCC. Liu-Jordan, Perez, Muneer, Skartveit-Olseth- Hay and Davies- Reindl, HDKR and Badescu models were checked and according to comparison results simple, isotropic models like Liu-Jordan and Badescu gave more accurate results than most sophisticated model Perez. %RMSE between tilted measurement and isotropic models (Badescu and LiuJordan) were 17%. Same steps were repeated with DHI estimated with Bailek's 23rd model and some equations are suggested according to DHI measurements collected in METU NCC. %RMSE between measured tilted irradiation and tilted irradiation calculated with DHI estimated with Bailek's 23rd model was 68%. Additionally, %RMSE for total tilted energy calculated with equation created for this study was 72%. Energy production from a PV power plant with this tilted estimation was compared with actual production of METU NCC PV power plant. %RMSE between actual production and estimation with measured DHI was about 20% for all the models, but Badescu model gave the most accurate estimation with 18%. %RMSE calculated for the same models, but instead of measured DHI, DHI estimated with Bailek's 23 model was used and results were within 24%, Badescu model gave the most accurate estimation with 22%. %RMSE calculated energy production from tilted measurement which has the same tilt angle with PV modules of METU NCC PV power plant. %RMSE was 20.3% and this showed that energy production estimation with measured or estimated DHI was very close to energy estimation amount with measured titled irradiation. These results showed that DHI can be estimated with Bailek's 23 model accurately, simple isotropic models such as Badescu or Liu-Jordan can be used to estimate total irradiation on a tilted surface accurately. When these estimations are used to estimate energy production of PV power plant, they would work with a high accuracy.
Benzer Tezler
- Analysis of meteorological data by artificial intelligence techniques and estimation of global solar radiation
Yapay zekâ teknikleri ile meteorolojik verilerin analizi ve global güneş işinim tahmini
ÖZGE KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAdana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATİH KILIÇ
DOÇ. DR. İBRAHİM HALİL YILMAZ
- Long-term energy yield estimation of a solar photovoltaic power plant in METU NCC
ODTÜ KKK'deki güneş fotovoltaik santralinin uzun vadeli enerji verimi tahmini
DENİZ GÖREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSürdürülebilir Çevre ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT FAHRİOĞLU
DOÇ. DR. ONUR TAYLAN
- Küresel ve yaygın güneş radyasyonunun tahmini için farklı modellerin karşılaştırılması
Comparison of different models for estimation of global and diffuse solar radiation
AYCAN BAYRAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
EnerjiKaramanoğlu Mehmetbey Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİN ENER RÜŞEN
- Açık ve bulutlu atmosfer koşullarında saatlik toplam ışınım öngörüsü için bir model
Hourly total solar radiation model for clear and cloudy atmospheres
SEMA TOPÇU
- Enerji korunumlu yapıların yönlendirilmesi ve biçimlendirilmesi için yeni bir metod
A New method for the orientation and design of a building of minimal energy consumption
AYŞE ELAGÖZ