Deniz Suyu Kaynaklı Isı Pompası ile Sıhhi Sıcak Su Temini Uygulamasında Solar Fotovoltaik Desteğinin İncelenmesi / Sayfalar: 13-20

Deniz Suyu Kaynaklı Isı Pompası ile Sıhhi Sıcak Su Temini Uygulamasında Solar Fotovoltaik Desteğinin İncelenmesi Investigation of Solar Photovoltaic Support in Sanitary Hot Water Supply Application with Sea Water Source Heat Pump

Makale Türü: YEKSEM 2019 Özel Sayı Makalesi Gönderim Tarihi: 22.05.2020 Kabul Tarihi: 28.09.2020

Deniz Suyu Kaynaklı Isı Pompası ile Sıhhi Sıcak Su Temini Uygulamasında Solar Fotovoltaik Desteğinin İncelenmesi

Investigation of Solar Photovoltaic Support in Sanitary Hot Water Supply Application with Sea Water Source Heat Pump

Gülsüm Çengel1, Adile Şenel1, Sezgi Koçak Soylu2, İbrahim Atmaca1

1Makine Mühendisliği Bölümü, Akdeniz Üniversitesi, Antalya, Türkiye 2Makine Mühendisliği Bölümü, Antalya Bilim Üniversitesi, Antalya, Türkiye

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Öz

Bu çalışmada ilk olarak Antalya ili Belek ilçesine inşa edilmesi düşünülen otelin, sıcak kullanım suyu ihtiyacının karşılanması için bir ısı pompası tasarlanmıştır. İkinci olarak ise tasarlanan ısı pompasının elektrik tüketimi için solar fotovoltaik desteği incelenmiştir. Otelin sıcak su ihtiyacı 27.930 L/gün, boyler kapasitesi ise 9 m3 olarak belirlenmiştir.

Solar fotovoltaik desteği incelenirken, güneş panellerinin 36 ̊ eğimli ve yatay olarak yerleştirildiği iki farklı durum için fotovoltaik sistem tasarımı yapılmıştır. Güneş ışınımı, pik saat ve sistem kayıpları hesaplanmıştır. Otel çatısına 36 ̊ eğim ile yerleştirilen tasarımda, 950 adet fotovoltaik panel yerleşimi yapılarak yıllık elektrik üretiminin yaklaşık 394.865,9 kWh/yıl olabileceği ve otelin ısı pompası elektrik tüketiminin %92,8’ini karşılayabileceği tespit edilmiştir. Diğer tasarımda ise 1805 adet fotovoltaik panel yerleşimi yapılarak yıllık elektrik üretiminin yaklaşık 696.912,7 kWh/yıl olabileceği ve bu sefer elektrik tüketiminin tamamını karşılayabileceği tespit edilmiştir. Her iki sistem için de amortisman süresi yaklaşık 8 yıl olarak hesaplanmıştır.

Anahtar kelimeler: Isı pompası, boyler, pompa, güneş enerjisi, fotovoltaik.

Abstract

In this study, a heat pump was designed to meet the hot water needs of the hotel, which was originally intended to be built in Belek district of Antalya province. Secondly, solar photovoltaic support for electricity consumption of the designed heat pump was examined. Hot water requirement of the hotel is calculated as 27.930 L/day and the capacity of the boiler is determined as 9 m3.

While examining solar photovoltaic support, photovoltaic system design was made for two different situations in which solar panels were placed horizontally and inclined to 36°. Solar radiation, peak time and system losses were calculated. With the design placed on the roof of the hotel with a slope of 36°, it was determined that annual electricity generation could be approximately 394,865.9 kWh/year by installing 950 photovoltaic panels and this production could cover 92.8% of the hotel's heat pump electricity consumption. In the other design, it was determined that the annual electricity production could be approximately 696.912.7 kWh/year and this time it could meet the full electricity consumption by 1805 photovoltaic panels. The depreciation period for both systems is calculated as approximately 8 years.

Key Words: Heat pump, boiler, pump, solar energy, photovoltaic.

1. Giriş

Isı pompası sistemleri hem çeşitli endüstriyel ve ticari uygulamalar hem de konutlarda farklı kaynaklardan ısı geri kazanımı için ekonomik alternatifler sunar. Enerji maliyeti yükselmeye devam ettikçe, enerji tasarrufu sağlamak ve genel enerji verimliliğini artırmak zorunlu hale gelmektedir. Bu doğrultuda, ısı pompası, enerji tasarrufu için büyük potansiyeli olan bir enerji geri kazanım sisteminde kilit bir bileşendir [1]. Isı pompaları elektrikli ısıtmaya nazaran, ısı alınan kaynak tipine bağlı olarak 2 ile 6 kat daha avantajlı olmaları, çevre kirliliğine neden olmamaları, ihtiyaca bağlı olarak istenildiğinde hem ısıtma hem de soğutma amaçlı kullanılabilmeleri sayesinde ilgi çekmektedir. Isı pompaları ilk yatırım maliyetleri açısından diğer ısıtma sistemlerinden daha pahalı olsa da uzun vadeli kullanımlarda daha avantajlıdır [2]. Isı pompaları bir mahalin ısıtılması ve soğutulmasında, sıcak su ihtiyacının karşılanmasında, yerden ısıtma sistemlerinde, havuz ısıtılmasında kullanılabilmektedir. Endüstriyel uygulamalarda ise çeşitli kurutma, buharlaştırma, damıtma işlemlerinde ve gıda endüstrisinde tercih edilebilmektedir. Isı pompası sistemlerinde evaporatörün ısı çektiği ortam kaynak olarak adlandırılır. Isı pompaları hava, su, toprak ve güneş enerjisi olmak üzere faydalandıkları kaynağa göre 4 gruba ayrılabilirler [3]. Bu çalışmada söz konusu otelin sıcak su ihtiyacının karşılanması için su kaynaklı ısı pompası kullanılmıştır.

Diğer yandan enerji kaynaklarının tükenmesi, fosil yakıtlarının çevreyi kirletmesi ve elektrik fiyatlarındaki artış nedeniyle, ilgili araştırmalar çevreye zararı olmayan yeni enerji kaynaklarının kullanılması üzerine yoğunlaşmıştır. Güneş, diğer alternatif enerji kaynakları arasından bir adım öne çıkmaktadır. Bunun nedeni, güneşin yapısı itibariyle sınırsız ve kullanımı ile çevreye zarar vermeyen bir enerji kaynağı olmasıdır [4]. Ülkemizin coğrafi konumu sayesinde sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli, Türkiye’nin birçok ülkeye göre çok daha avantajlı olmasını sağlar. Ancak, Türkiye’nin güneş kuşağı içinde yer almasına rağmen, güneş enerjisi eldesi ve kullanımı öngörülenden çok daha azdır. Bu nedenle, yakın gelecekte enerji gereksinimlerinin karşılanmasında, yenilenebilir enerjiler bünyesinde yer alan güneş enerjisinin de önemli bir çözüm alternatifi olarak etkili ve sürdürülebilir bir şekilde hayata geçirilmesi gerekmektedir [5].

Türkiye’de güneş enerjisinin en yaygın kullanımı güneş kolektörü vasıtasıyla sıcak su eldesi olsa da elektrik üretimi, mahal ısıtma ve hatta sebze, meyvelerin kurutulmasında dahi güneş enerjisi kullanılmaktadır. Güneş enerjisinden temel olarak ısı ve elektrik enerjisi elde edilebilmektedir. İlk olarak güneş enerjisi güneş kolektörleri vasıtasıyla ısı enerjisine dönüştürülür ve bu enerji ile binalarda, endüstriyel işletmelerde, seralarda ısıtma ve sıcak su eldesi uygulamaları gerçekleştirilir. Fotovoltaik sistemlerde ise güneş enerjisi fotovoltaik paneller vasıtasıyla elektrik enerjisine dönüştürülür ve bir yandan elektrik ihtiyacı karşılanırken bir yandan da küresel olarak iklim değişikliğine sebep olunmaz, doğaya zarar verilmesi önlenir.

2. Isı Pompası Sistem Tasarımı

Çalışmanın bu kısmında Antalya Belek’e inşa edileceği düşünülen bir otelin sıcak su ihtiyacını karşılamaya yönelik su kaynaklı ısı pompası sistem tasarımı yapılmıştır. İnşa edilecek otel için sistemde istenen su sıcaklığı 45℃’dir. Otelin sıcak su ihtiyacının bulunması için armatür sayıları bulunmuş, her bir armatür çeşidine karşılık harcanan su miktarları ve toplam su ihtiyacı Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1. Otelin günlük su ihtiyacı

Armatürler

Duş Ortak Duş Lavabo Ortak Lavabo Büyük Bulaşık M. Bulaşık Makinesi Tek Gözlü Eviye Çift Gözlü Eviye Çamaşır Makinesi

Armatür Sayısı

400 15 400 50 3 3 6 10 5

Harcanan Su (L/gün)

50 50 5 15 850 60 50 100 80

Toplam (L/gün)

20000 750 2000 750 2550 180 300 1000 400

Otelin günlük su ihtiyacı toplam 27930 L/gün olarak tespit edilmiştir. Fakat ihtiyaç duyulan suyun hepsi bir anda kullanılamayacağından kullanım faktörü 0,75 ile çarpılırsa;

27930 x 0,75 = 20947 L/gün = 20,947 m3/gün

olarak su ihtiyacı belirlenmiştir. Isı pompası sistem tasarımı hesabında kullanılan eşitlikler ise Tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 2. Isı pompası sistem tasarımı hesabında kullanılan eşitlikler [6]

Gerekli Olan Su Debisi Depolanan Su Debisi Isı Pompası Kapasitesi Kompresör Gücü Pompa Debisi

???????????? = ????????????1 + ????????????2

????????????2

???????????????????????????????????????????????????????????? ????????????

???????????????????????????????????? = ????????????. ????????????. ????????????. ∆????????????

???????????? = ????????????. ????????????. ????????????. ∆????????????

Dalgıç Pompa Debisi

????????????. ????????????. ????????????. ∆????????????

Deniz Suyu Kaynaklı Isı Pompası ile Sıhhi Sıcak Su Temini Uygulamasında Solar Fotovoltaik Desteğinin İncelenmesi Investigation of Solar Photovoltaic Support in Sanitary Hot Water Supply Application with Sea Water Source Heat Pump

1.1 Isı Pompası ve Boyler Hesabı

Otelin mekanik odasındaki yer göz önünde bulundurmuş ve ihtiyaç duyulan suyun yaklaşık yarısının depolanması uygun görüldüğünden her biri 5 kW güçte ısıtıcılı 3 m3’lük 3 adet boyler öngörülmüştür. Depo hacmi ???????????????????????????????????????????????????????????? = 9 m3 olarak belirlenmiştir.

Günlük ihtiyaç duyulan su miktarının 3 saatte ısıtılması beklenmektedir. Dolayısıyla gerekli olan su debisi yaklaşık m = 7 m3/h ve depolanan su miktarı m2 = 3 m3/h olarak hesaplanmıştır. Buna göre;

m = m1 + m2

7 = m1 + 3

Saatte ısıtılması gereken su debisi m1 = 4 m3/h olarak hesaplanmıştır. Isı pompası kapasitesi hesabında sıcaklık farkı alınırken sistemde istenilen sıcaklık ve en düşük şebeke suyu sıcaklığı göz önünde bulundurulmuştur.

????????????3 ℎ

.

1ℎ 3600

. 1000

???????????????????????? ????????????3

. 4,18

???????????????????????? ????????????????????????. ????????????

. (45 − 15)

???????????????????????????????????? ≅ 140 kW olarak bulunmuş ve her biri 36 kW kapasitede COP’si 5 olan 4 adet ısı pompası uygun görülmüştür. Isı pompasının kompresör gücü;

???????????????????????????????????? ????????????????????????????????????

36 × 4 5

???????????????????????????????????? = 28,8 kW ≅ 29 kW olarak hesaplanmıştır.

2.2. Diğer Pompa Hesapları

Diğer pompa debi ve güçleri Tablo 2’de verilen eşitlikler ile hesaplanmış ve sonuçlar Tablo 3’te sunulmuştur.

Tablo 3. Pompaların debi, basma yüksekliği ve güçleri

Diğer Pompalar

Debi (m3/h)

Dalgıç Pompa

Pompa

(eşanjörden

ısı pompasına basan)

Pompa (ısı pompasından boylere 25 basan)

Basma Yüksekliği (mSS) 34

Güç (kW) 6 2

3. Fotovoltaik Sistem Tasarımı

Fotovoltaik sistem Antalya Belek’e inşa edileceği düşünülen otel çatısına kurulacaktır. Kuzey yarım kürede güneş panelleri belirli bir eğim açısı ile tam güneye bakacak şekilde yerleştirilmektedir.

Seçilen eğim açısı güneş panellerinin performansını oldukça etkilemektedir. Kış aylarında kolektörün optimum eğim açısı yaklaşık olarak enlem +15° iken, yaz aylarında ise güneş ışınlarının daha dik gelişinden dolayı enlem -15° olarak alınabilir. Eğer sistem tüm yıl boyunca kullanılacaksa eğim açısı o yerin enlemi olarak alınmalıdır. Bu çalışmada otel çatısının en verimli şekilde kullanılması ve ısı pompası elektrik tüketiminin en iyi şekilde karşılanabilmesi için iki farklı fotovoltaik sistem tasarımı yapılmıştır. Tüm yıl elektrik tüketimi istendiği için eğim açısı 36 ̊ olarak alınmalıdır. Ancak 36 ̊ eğim açısında yatay yerleşime göre gölgelemeden kaynaklı olarak iki panel arasına oldukça fazla boşluk bırakılması gerekmektedir. Bu nedenle ilk sistemde optimum açı olarak belirtilen 36 ̊ , ikinci sistemde ise gölgeleme etkilerini en aza indirmek adına 0 ̊ ile güneş paneli yerleşimi yapılarak sonuçlar incelenmiştir [7].

3.1 Fotovoltaik Sistem için Güneş Işınımı Hesabı

Belek için rakım ve enlem değerleri sırasıyla 9 m ve 36,51 ̊ dir. Otel üzerine iki farklı fotovoltaik sistem tasarlandığı için ışınım değerleri atmosfer dışından başlanarak yatay yüzeye gelen (0 ̊ ) ve 36 ̊ eğimli yüzeye gelen aylık ortalama günlük toplam olarak hesaplanmıştır. Işınım hesabında kullanılan eşitlikler ve açıklamaları Tablo 4’te verilmiştir. Fotovoltaik sistem için hesaplanan ışınım değerleri tüm yıl için Tablo 5’te verilmiştir.

Tablo 4. Güneş ışınımı hesabında kullanılan temel eşitlikler [8]

Atmosfer Dışında Yatay Düzleme Gelen Günlük Güneş Işınımı (H0)

????????????0

24????????????3600???????????????????????????????????? ????????????

[1

+ 0.033 cos (336605????????????)] ???????????? [????????????????????????∅????????????????????????????????????????????????????????????????????????

2???????????????????????????????????? 360

????????????∅????????????]

Yatay Düzleme Düşen Güneş Işınımı Hesabı

H H0

(a

b

Nn)

a= 0.103 + 0.000017Z + 0.198cos(∅ − )

b= 0.533-0.165cos(∅ − )

Eğik Düzleme Düşen Aylık Ortalama Günlük Toplam Işınım (????????????????????????)

???????????????????????? ????????????

)

Tablo 5. Antalya Belek için aylık ortalama günlük toplam güneş ışınımı

H (Wh/m2)

2111 2880 3885 5098 6292 6959 6973 6415 5171 3722 2694 1994

HT (36°) (Wh/m2)

3105 3761 4447 5110 5694 5977 6118 6192 5773 4857 4056 3068

???????????? = ???????????????????????? /????????????

1,47 1,30 1,14 1,00 0,90 0,85 0,87 0,96 1,11 1,30 1,50 1,53

???????????? = ???????????????????????? /???????????? ; Eğik düzleme (36°) düşen aylık ortalama günlük toplam ışınımın, yatay düzleme düşen aylık ortalama günlük toplam ışınıma oranını göstermektedir. Seçilen 36° lik eğim açısında ocak, şubat, mart, eylül, ekim, kasım, aralık aylarında güneş panelleri yatay düzleme gelen ışınımdan daha çok ışınım almaktadır.

3.2 Aylara Göre Elektrik Tüketimi Hesabı

Otel ısı pompası ekipmanları; bir adet 29 kW kompresör, üç adet 5 kW elektrik ısıtıcılı boyler, bir adet 6 kW dalgıç pompa, bir adet 2 kW pompa (eşanjörden ısı pompasına basan), bir adet 2 kW pompa (ısı pompasından boylere basan) olarak sıralanabilir. Isı pompası ekipmanlarının günlük çalışma saati, gücü ve aydaki çalıştığı gün sayısından yararlanılarak elektrik tüketimi hesaplanmış, mayıs ayı için Tablo 6 ve tüm yıl için Tablo 7’de verilmiştir.

3.3 Güneş Paneli Seçimi

Günümüzde panel verimi ve fiyatı açısından en yaygın olarak kullanılan panel gücü aralığı 300-315 W dır. Panel gücü artıkça verimdeki artışa karşılık panelin fiyatı da artmaktadır. Bu nedenle panel gücü ve fiyatlar karşılaştırılarak 310 W güce , %18,94 verime ve 1,6368 m2 alana sahip monokristal güneş panelleri tercih edilmiştir.

Bu çalışmada iki farklı fotovoltaik sistem tasarımı yapılmıştır. İki tasarımda da aynı özelliklere sahip güneş panelleri ve inverterler kullanılmıştır.

1. Tasarım; Güneş panelleri 36 ̊ eğimli yerleştirilmiştir.

2. Tasarım; Güneş panelleri yatay olarak yerleştirilmiştir.

Tablo 6. Mayıs ayı için elektrik tüketimi

Cihazlar

Kompresör Elektrik ısıtıcılı boyler Dalgıç pompa Pompa (Eşanjörden ısı pompasına basan) Pompa (Isı pompasından boylere basan)

Güç (kW)

29 15 6 2

Günlük çalışma saati (h)

22 22 22

Aydaki çalıştığı gün sayısı (gün)

31 31 31

19778 10230 4092 1364

Toplam tüketim (kWh/ay) 36828

Tablo 7. Aylara göre toplam elektrik tüketimi

36828 33264 36828 35640 36828 35640 36828 36828 35640 36828 35640 36828

3.3.1. Güneş Panellerinin 36 ̊ Eğimli Yerleştirildiği Sistemle Üretilecek Elektrik Enerjisi

Otel çatı alanı 5000 m2 dir. Bu sistemde güneş panelleri 36 ̊ eğimle güneye bakacak şekilde yerleştirilmiştir. 36 ̊ eğim açısında iki sıra arasında 3,62 m mesafe bırakılması gerektiği 1 ve 2 numaralı eşitliklerle hesaplanmıştır. b panel boyu seçilen panel için 1,65 m dir. Her iki panel arasına montaj için 2 cm ve her iki sıra arasına 3,62 m gölgeleme için boşluk bırakıldığında otel üzerine 950 adet panel yerleştirilebileceği bulunmuştur. Bu paneller çatı üzerinde toplam 1258 m2 yer kaplamaktadır.

???????????? = ????????????/????????????

(1)

???????????? = ???????????? + ???????????? ???????????? cos ∝

(2)

Deniz Suyu Kaynaklı Isı Pompası ile Sıhhi Sıcak Su Temini Uygulamasında Solar Fotovoltaik Desteğinin İncelenmesi Investigation of Solar Photovoltaic Support in Sanitary Hot Water Supply Application with Sea Water Source Heat Pump

Pik Saat

Panel üzerine düşen aylık ortalama günlük toplam güneş ışınımına göre pik saat aşağıdaki eşitlik ile hesaplanmaktadır;

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? (????????????2????????????????????????üℎ) 1 ????????????/????????????2

(3)

36° eğimli yüzey için aylık pik saat değerleri hesaplanarak Tablo 8’de verilmiştir.

Tablo 8. Aylara göre pik saat değerleri

3,105 3,761 4,447 5,110 5,694 5,977 6,118 6,192 5,773 4,857 4,056 3,068

Bir panelin alanı = 1,650 × 0,992 = 1,6368 m2 dir. Otel üzerine yerleştirilen 950 adet güneş panelinin toplam alanı yaklaşık 1555 m2 dir. Bu fotovoltaik sistem için doğru akım çıkış gücü 295 kW olarak 4 numaralı eşitlikten hesaplanmıştır.

Pdc = Güneş radyasyonu x Toplam PV Alanı x PV Verim (4)

Pdc = 295 kW

Fotovoltaik sistem için %99 verime, 10 kW güce sahip toplam 32 adet inverter seçimi yapılmıştır. Fotovoltaik sistemin ürettiği enerji birçok faktöre bağlıdır. Bunlar; sistemin coğrafi konumu, fotovoltaik sistem etrafındaki yapılar, uyumsuzluk, spektrum, inverter, kablo kayıpları olarak sıralanabilir. Ancak her sistemde bu kayıplar aynı olmayacaktır. Bu sistem için toplam kayıp %23,8 , inverter verimi %99 ve Pdc yardımıyla Pac = 223 kW olarak bulunmuştur. [9]

Pac = Pdc x İnverter verimi x (1- kayıplar)

(5)

Tasarlanan fotovoltaik sistem yardımıyla aylık üretilecek olan elektrik enerjisi tüm yıl için hesaplanarak Tablo 9’da verilmiştir.

Yıllık toplam 394865,9 kWh/yıl elektrik enerjisi üretimi yapılabileceği bulunmuştur.

Tablo 9. Aylara göre aylık toplam elektrik enerjisi üretimi kWh/ay

21464,87 23483,68 30742,11 34185,9 39362,62 39986,13 42293,73 42805,3 38621,37 33576,44 27134,64 21209,08

394865,9 (kWh/yıl)

Amortisman süresi aşapıda verilen formül yardımıyla hesaplanabilir;

???????????????????????? ????????????ü???????????? =

???????????????????????????????????? ???????????? ???????????? − ????????????

(6)

Otel yıllık 394865,9 kWh elektriği şebekeden almayıp kendi üreteceği için yıllık 394865,9 x 0,715 = 282329 TL gelir elde edilmesi beklenmektedir.

Fotovoltaik sistem ekipmanları ve fiyatları Tablo 10’da verilmiştir. Böyle bir sistemin toplam maliyeti 1.982.670 TL dir.

Tablo 10. Fotovoltaik sistem maliyeti

Fotovoltaik panel

İnverter

Diğer (kablo, konstrüksiyon, kurulum, işçilik)

TOPLAM

Toplam Fiyat (TL)

1.074.450 550.720

357.500

1.982.670

Amortisman süresi = (1.982.670 TL)/(282.329 − 20.000) Amortisman süresi = 7,56 yıl ≈ 8 yıl olarak hesaplanmıştır.

Bu sistem için öngörülemeyen giderler 20.000 TL olarak alınarak fotovoltaik sistem amortisman süresi yaklaşık 8 yıl olarak bulunmuştur. Otel ısı pompası elektrik tüketimi yıllık 433.620 kWh, fotovoltaik sistem tarafından üretilmesi beklenen elektrik ise yıllık 394.865,9 kWh olduğu için fotovoltaik sistemin ısı pompası elektrik tüketiminin %91.06’sını karşılayabileceği bulunmuştur.

3.3.2. Güneş Panellerinin Yatay Olarak Yerleştirildiği Sistemle Üretilecek Elektrik Enerjisi

Bu sistemde de birinci sistemle aynı güneş panelleri tercih edilmiştir. Birinci sistemden farkı güneş panellerinin yatay olarak konumlandırılmış olmasıdır. İlk olarak güneş panellerin yerleşimi yapılarak panel sayısı ve toplam panel alanı hesaplanmıştır. Yatay şekilde yerleşimi yapılan güneş panellerinin aralarına montaj için 2 cm boşluk bırakılmıştır. Her sıradan sonra panellere kolay ulaşabilmek için 80 cm boşluk bırakılmıştır. Bir panelin alanı = 1,650 × 0,992 = 1,6368 m2’ dir. Otel üzerine 1805 adet panel yerleştirilmiştir.

Yatay yüzey için aylık pik saat hesabı 3 numaralı eşitlik ile hesaplanıp Tablo 11’de verilmiştir.

Bir güneş panelinin alanının 1,6368 m2 olduğu bilinmektedir. Otel üzerine yerleştirilen 1805 adet güneş panelinin toplam alanı 2954 m2 dir. Toplam panel alanı, panel verimi ve güneş radyasyonu ile fotovoltaik sistem için Pdc = 560 kW olarak 4 numaralı eşitlikten hesaplanmıştır.

Fotovoltaik sistem için %99 verime, 10 kW güce sahip toplam 58 adet inverter seçimi yapılmıştır. Fotovoltaik sistem için toplam kayıp %23,8, inverter verimi %99 ve Pdc yardımıyla 5 numaralı eşitlikten Pac = 422 kW olarak bulunmuştur.

Tablo 11. Aylara göre pik saat

2,111 2,880 3,885 5,098 6,292 6,959 6,973 6,415 5,171 3,722 2,694 1,994

Tasarlanan fotovoltaik sistem yardımıyla aylık üretilecek olan elektrik enerjisi tüm yıl için hesaplanarak Tablo 12’de verilmiştir. Yıllık toplam 696912,7 kWh/yıl elektrik enerjisi üretimi yapılabileceği bulunmuştur.

Tablo 12. Aylara göre aylık toplam elektrik üretimi kWh/ay

27616,1 34030,08 50823,57 64540,68 82311,94 88100,94 91220,79 83921,03 65464,86 48691,2 34106,04 26085,51

696912,7 (kWh/yıl)

Tasarlanan fotovoltaik sistemle yapılması beklenen elektrik üretimi tüm yıl için hesaplanmıştır. Otel yıllık 696912,7 kWh elektriği şebekenden almayıp kendi üreteceği için yıllık 696912,7 x 0,715 = 498292,6 TL gelir elde edilmesi beklenmektedir.

Fotovoltaik sistem ekipmanları ve fiyatları Tablo 13’ de verilmiştir. Fotovoltaik sistemin toplam maliyeti 3.709.635 TLdir.

Tablo 13. Fotovoltaik sistem maliyeti

Fotovoltaik panel İnverter Diğer (kablo, kontstrüksiyon, kurulum, işçilik) TOPLAM

1805 58

Toplam Fiyat (TL) 2.041.455 998.180

670.000

3.709.635

Amortisman süresi = (3.709.635 TL)/(498.292,6 − 30000) Amortisman süresi = 7,92 yıl ≈ 8 yıl olarak hesaplanmıştır.

Deniz Suyu Kaynaklı Isı Pompası ile Sıhhi Sıcak Su Temini Uygulamasında Solar Fotovoltaik Desteğinin İncelenmesi Investigation of Solar Photovoltaic Support in Sanitary Hot Water Supply Application with Sea Water Source Heat Pump

Fotovoltaik sistem amortisman süresi yaklaşık 8 yıl olarak bulunmuştur. Otel ısı pompası elektrik tüketimi yıllık 433.620 kWh, fotovoltaik sistem tarafından üretilmesi beklenen elektrik ise yıllık 696912,7 kWh/yıl dir. Fotovoltaikler yatay olarak yerleştirildiğinde otel ısı pompası elektrik tüketiminin tamamı fotovoltaik sistem tarafından karşılanabileceği bulunmuştur. Üretilen fazla elektrik otelin diğer elektrik tüketim kalemlerinde kullanılabilecektir.

4. Sonuç

Bu çalışmada Antalya ili Belek ilçesine inşa edilmesi düşünülen otelin sıcak kullanım suyu ısı pompası ile karşılanması için bir ısı pompası tasarımı yapılmıştır ve tasarlanan ısı pompası elektrik tüketimini karşılayacak şekilde güneş panellerinin 36 ̊ eğimli ve yatay olarak yerleştirildiği iki farklı fotovoltaik sistem tasarımı yapılmıştır.

Çalışmanın ilk kısmında ısı pompası tasarımında otel sıcak su ihtiyacı hesaplanmıştır. Ayrıca ihtiyaç olan suyun depolanması gereken boyler kapasitesi, dalgıç pompa ve gerekli diğer pompaların basma yüksekliği debisi hesaplanıp seçilmiştir. Ve tüm ısı pompası ekipmanlarının güçleri belirtilmiştir.

Çalışmanın ikinci aşamasında ise Antalya Belek için güneş ışınımı, pik saat ve sistem kayıpları hesaplanmıştır. Her iki fotovoltaik sistem için de kullanılan paneller 310 W gücündedir. Otel çatısına 36 ̊ eğim ile yerleştirilen fotovoltaik sistem tasarımında yılık elektrik üretiminin yaklaşık 394.865,9 kWh/yıl olabileceği ve otelin ısı pompası elektrik tüketiminin %92,8’ini karşılayabileceği tespit edilmiştir. Otel çatısına yatay yerleştirilen fotovoltaik sistem tasarımında yıllık elektrik üretiminin yaklaşık 696.912,7 kWh/yıl olabileceği ve otelin ısı pompası elektrik tüketiminin tamamını karşılayabileceği tespit edilmiştir. Her iki sistem için de amortisman süresi yaklaşık 8 yıl olarak hesaplanmıştır.

Kaynaklar

[1] Chua, K.J., Chou, S.K. and Yang, W.M., “Advances in heat pump systems: A review”, Applied Energy, 87: 3611-3624, 2010.

[2] Bakırcı, K. ve Yüksel, B., “Güneş kaynaklı ısı pompaları” Tesisat Mühendisliği Dergisi, 75, 2003.

[3] Koçak S., “Hacim Isıtma Amaçlı Güneş Enerjisi Destekli Su Kaynaklı Isı Pompası Çevriminin Teorik Analizi”, Yüksek Lisans Tezi, Akdeniz Üniversitesi, 2012.

[4] Yaşar A. T., Orhan B., Güngör A., “Aile Tipi Bir Güneş Enerjisi Destekli Isı Pompalı Su Isıtıcısı Sisteminin Tasarımı”, 9. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 06-09 Mayıs 2009.

[5] Kılıç, F. Ç., “Güneş Enerjisi, Türkiye’deki Son Durumu ve Üretim Teknolojileri”, Mühendis ve Makina, cilt 56, sayı 671, s. 28-40, 2015.

[6] Doğan, V., “Isıtma”, Kahraman Neşriyat Ofset San, 2010.

[7] İbrahim, D., “Güneş Enerjisi Uygulamaları”, Bilişim Yayıncılık, 2006.

[8] Yiğit, A. ve Atmaca, İ., “Güneş Enerjisi Mühendislik Uygulamaları”, Dora, 2018.

[9] Deniz, E. “Güneş Enerjisi Santrallerinde Kayıplar”, 3. Elektrik Tesisat Ulusal Kongre ve Sergisi, 1-3, 2013.

Semboller

m m1 m2 Vdepo d

QIP QKOMP. V ???????????? cp ∆???????????? H

Hd

Ho

HT

Gsc n n/N Z ρ ϕ ωs δ β ????????????

F, D Pac

Gerekli su debisi [m3/h] Isıtılması gereken su debisi [m3/h] Depolanması gereken su debisi [m3/h] Depo hacmi [m3] Gerekli sıcak suyun hazırlanması için gereken zaman

[h] Isı pompası kapasitesi [kW]

Kompresör gücü [kW] Pompa debisi [m3/h] Yoğunluk [kg/m3] Sabit basınçta özgül ısı [kJ/kg.K] Sıcaklık farkı Yatay düzleme düşen aylık ortalama günlük toplam ışınım [W/m2] Yatay düzleme düşen aylık ortalama günlük toplam difüz ışınım [W/m2] Atmosfer dışında yatay düzleme gelen günlük toplam güneş ışınımı [W/m2] Eğik düzleme düşen aylık ortalama günlük toplam güneş ışınımı [W/m2] Güneş sabiti [=1367 W/m2] Ocak’ dan itibaren gün sayısı İzafi güneşlenme süresi [h] Rakım [m] Yerin yansıtma oranı Enlem açısı Güneş batış saat açısı Deklinasyon açısı Eğim açısı

Eğik düzleme düşen aylık ortalama günlük toplam ışınımın, yatay düzleme düşen aylık ortalama günlük toplam ışınıma oranı Güneş paneli yerleşiminde geometrik büyüklükler Alternatif akım çıkış gücü

Sezgi KOÇAK SOYLU

1985 yılında Ankara’da doğmuştur. 2009 yılında Akdeniz Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünden Lisans, aynı üniversitenin Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı’ndan ise 2012 ve 2018 yıllarında sırasıyla yüksek lisans ve doktora derecelerini almıştır. 2019 yılından beri Antalya Bilim Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nde Dr. Öğr. Üyesi olarak görev yapmaktadır. Nanoakışkanların ısı transfer uygulamaları, ısı pompaları, güneş enerjisi, ısıl konfor ve enerji verimliliği konularında çalışmalar yapmaktadır.

İbrahim ATMACA

1999 yılında Uludağ Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünden Lisans, 2002 yılında Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalından yüksek lisans ve 2006 yılında aynı Enstitüden Doktora derecelerini aldı. 2007 yılında Akdeniz Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik Anabilim dalına Yardımcı Doçent olarak atandı, 2014 yılında Doçent, 2020 yılında Profesör oldu. Güneş enerjisi destekli absorpsiyonlu soğutma sistemleri, güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemleri, iklimlendirilen ortamlarda ısıl konfor ve iç hava kalitesi, nanoakışkanların çeşitli ısıl uygulama alanları, binalarda ısı yalıtımı ve enerji verimliliği, termoelektrik soğutuculu damıtma sistemleri, evaporatif soğutma ile iklimlendirme sistem verimlerinin iyileştirilmesi konularında çalışmalar yapmaktadır. Halen Akdeniz Üniversitesinde Termodinamik Anabilim Dalı Başkanı olarak görevini sürdürmekte ve Makine Mühendisleri Odası Antalya Şube Yönetim Kurulu Başkanlığını yürütmektedir.

Gülsüm ÇENGEL

2018 yılında Akdeniz Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nden mezun olmuştur. Akdeniz Üniversitesi Makine Mühendisliği Termodinamik Anabilim Dalı Yüksek Lisans öğrencisidir.

Adile ŞENEL

1995 yılında Burdur’da doğdu. 2017 yılında Akdeniz Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği bölümünden mezun oldu. Akdeniz Üniversitesi Makine Mühendisliği Termodinamik Anabilim Dalı Yüksek Lisans öğrencisidir. İlgi alanları soğutma tekniği ve güneş enerjisiyle elektrik üretimidir.