Amasya Univ. Project

1. T.C.
AMASYA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
HİBRİT ENERJİ SİSTEMLERİ VE UYGULAMALARI
(RÜZGAR VE GÜNEŞ)
TEZSİZ YÜKSEK LİSANS PROJESİ
ÖZGÜN BAĞCAN DOĞAN
OCAK 2020

2. HİBRİT ENERJİ SİSTEMLERİ VE UYGULAMALARI
(RÜZGAR VE GÜNEŞ)
Özgün Bağcan DOĞAN
TEZSİZ YÜKSEK LİSANS PROJESİ
YENİLENEBİLİR ENERJİ VE UYGULAMLARI ANABİLİM DALI
Danışman
Doç. Dr. Levent UĞUR
AMASYA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
OCAK 2020

3. Özgün Bağcan DOĞAN tarafından hazırlanan “Hibrit Enerji Sistemleri ve Uygulamaları (Rüzgar
ve Güneş)” adlı çalışma aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ/OY ÇOKLUĞU ile Amasya
Üniversitesi Yenilenebilir Enerji ve Uygulamaları Anabilim Dalında PROJE olarak kabul
edilmiştir.
Danışman: Doç. Dr. Levent UĞUR
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Amasya Üniversitesi
Bu çalışmanın, kapsam ve kalite olarak Proje olduğunu onaylıyorum/onaylamıyorum …………………
Üye: Dr. Öğr. Üyesi Erhan BERGİL
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Amasya Üniversitesi
Bu çalışmanın, kapsam ve kalite olarak Proje olduğunu onaylıyorum/onaylamıyorum …………………
Üye: Dr. Öğr. Üyesi Engin Ufuk ERGÜL
Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Amasya Üniversitesi
Bu çalışmanın, kapsam ve kalite olarak Proje olduğunu onaylıyorum/onaylamıyorum …………………
Proje Teslim Tarihi: 23/01/2020
Jüri tarafından kabul edilen bu çalışmanın proje olması için gerekli şartları yerine getirdiğini
onaylıyorum.
……………………………
Doç. Dr. Meryem EVECEN
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

4. Temiz bir dünya ve gelecek için…

5. ETİK BEYAN
Amasya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak
hazırladığım bu tez çalışmasında;
• Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar
çerçevesinde elde ettiğimi,
• Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlâk kurallarına
uygun olarak sunduğumu,
• Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak
gösterdiğimi,
• Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,
• Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu
bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan
ederim.
Özgün Bağcan DOĞAN
23/01/2020

6. HİBRİT ENERJİ SİSTEMLERİ VE UYGULAMALARI (RÜZGAR VE GÜNEŞ)
Tezsiz Yüksek Lisans Projesi
Özgün Bağcan DOĞAN
AMASYA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Ocak 2020
ÖZET
Bu proje çalışmasında; küresel ısınma sebebiyle temiz enerjinin önemi anlatılmış, Türkiye ve
Dünya elektrik enerjisi üretim çeşitlerinden bahsedilmiş, fosil yakıtların doğaya verdiği zarar
üzerinde durularak sürdürülebilir enerji üretimi ve tedariği için yenilenebilir enerji kaynaklarından
olan güneş ve rüzgar enerjisinden faydalanılan hibrit enerji üretim sistemleri ve kullanım alanları
hakkında bilgi verilmiştir. Sonrasında ise hibrit enerji sisteminde kullanılan ekipmanlar ve
özelliklerinden bahsedilmiştir. Ayrıca bu kaynaklar hakkında kapsamlı bir karşılaştırma yapılmış
olup, farklı uygulama alanlarına göre üretilen küçük ve büyük ölçekli hibrit enerji sistemleri
üzerinde durulmuştur. Son olarak hibrit enerji sistemlerinin amacı ve faydalarından bahsedilmiş,
sürdürülebilir enerji tedariği için yenilenebilir enerji kaynaklarından hibrit enerji sistemleri ile
faydalanmanın önemi vurgulanıp, sonuç ve öneriler verilerek proje tamamlanmıştır.
Sayfa Adedi : 63
Anahtar Kelimeler : Hibrit Enerji, Yenilenebilir Enerji, Rüzgar ve Güneş Enerjisi
Danışman : Doç. Dr. Levent UĞUR

7. HYBRID ENERGY SYSTEMS AND IMPLEMENTATIONS (WIND AND SUN)
Non-thesis Master’s Project
Özgün Bağcan DOĞAN
AMASYA UNIVERSITY
INSTITUTE OF SCIENCE
January 2020
ABSTRACT
In this project work; it described the importance of clean energy because of global warming,
Turkey and mentioned one of the world electricity production kinds of fossil fuels, with emphasis
on the damage caused to the environment and sustainable energy production and electricity from
renewable sources for the supply of sun and was given information utilized hybrid energy
production systems and usage of wind energy. Then, the equipment used in the hybrid energy
system and its features are mentioned. In addition, a comprehensive comparison of these resources
has been made and small and large scale hybrid energy systems produced according to different
application areas have been emphasized. Finally, the purpose and benefits of hybrid energy systems
have been mentioned, the importance of using renewable energy sources with hybrid energy
systems for sustainable energy supply has been emphasized and the project has been completed by
giving results and suggestions.
Page Number : 63
Key Words : Hybrid Energy Systems, Renewable Energy, Wind and Sun Energy
Supervisor : Assoc. Prof. Levent UĞUR

8. TEŞEKKÜR
Bu projenin konu seçiminde benimle hemfikirde olan, çalışmalarım boyunca beni
destekleyen, yönlendiren ve proje yazımı sırasında bana zamanını ayırarak yardımlarını
esirgemeyen değerli danışmanım Doç. Dr. Levent UĞUR hocama teşekkürü bir borç
bilirim. Ayrıca proje kapsamında sonsuz destekleri ve yardımlarını esirgemeyen aileme
teşekkür ederim.
Özgün Bağcan DOĞAN
23/01/2020

9. İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ..............................................................................................................................vi
ABSTRACT....................................................................................................................vii
TEŞEKKÜR....................................................................................................................viii
İÇİNDEKİLER ...............................................................................................................ix
ÇİZELGELER DİZİNİ...................................................................................................xi
ŞEKİLLER DİZİNİ ........................................................................................................xii
RESİMLER DİZİNİ........................................................................................................xiii
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ...................................................................xiv
1. GİRİŞ........................................................................................................................1
2. ENERJİ KAYNAKLARININ ÇEŞİTLERİ VE TARİHÇESİ ...............................4
2.1. Türkiye’de Elektrik Enerjisi Tüketim, Üretim Çeşitleri ve Enerji
Verimliliği Politikaları........................................................................................9
2.2. Güneş Enerjisi....................................................................................................11
2.2.1. Fotovoltaik Güneş Paneli Teknolojileri..................................................13
Monokristal ve Polikristal Güneş Panelleri ............................................14
İnce Film Güneş Panelleri.......................................................................15
Güneş Paneli Tiplerine Göre Güç, Verimlilik ve Maliyet
Karşılaştırması ........................................................................................16
2.2.2. Türkiye’nin Güneş Enerjisinden Yararlanma Potansiyeli ......................18
2.3.Rüzgâr Enerjisi....................................................................................................20
2.3.1. Rüzgar Türbini Teknolojileri..................................................................22
Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri ............................................................23
Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri............................................................25
2.3.2. Türkiye’nin Rüzgar Enerjisinden Yararlanma Potansiyeli ve Mevcut
Durum Analizi ........................................................................................26
3. HİBRİT ENERJİ SİSTEMLERİ...............................................................................31
3.1. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistem Uygulamaları .................................32
3.2. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemlerin Şebeke Bağlantı
Durumuna Göre Sınıflandırılması.......................................................................33
3.2.1. Şebekeye Bağlı (on-grid) Rüzgar-Fotovoltaik Hibrit Sistemlerinde
Optimizasyon, Kontrol ve Güç Kalitesi..................................................33

10. Sayfa
3.2.2. Şebekeden Bağımsız (stand-alone) Rüzgar-Fotovoltaik Hibrit
Sistemlerinde Optimizasyon, Kontrol ve Güç Kalitesi...........................36
3.3. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemleri Uygulama Alanları ve
Örnekler ..............................................................................................................38
3.4. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemi Avantajları ve Dezavantajları .......44
3.4.1. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemi Avantajları .........................44
3.4.2. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemi Dezavantajları....................44
4. RÜZGAR VE GÜNEŞ ENERJİSİ İÇİN MALİYET VE PERFORMANS
ANALİZİ ..................................................................................................................46
4.1. Rüzgar ve Güneş Enerjisinden Elde Edilen Teorik Gücün Hesaplanması ........46
4.2. Yakıt Tiplerine Göre Enerji Üretim Santrallerinin Maliyet Analizi..................47
5. SONUÇ VE ÖNERİLER..........................................................................................56
6. KAYNAKÇA............................................................................................................58
7. ÖZGEÇMİŞ..............................................................................................................63

11. ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 2.1. 2018 Yılı Türkiye Elektrik Enerjisi Üretiminin Kaynaklara Göre
Dağılımı (TEİAŞ)......................................................................................9
Çizelge 2.2. Güneş panel tipine göre avantajlar ve dezavantajlar .................................18
Çizelge 2.3. Türkiye güneş ışınımı ve güneşlenme süreleri (YEGM)...........................19
Çizelge 2.4. Bölgelere göre ortalama rüzgar gücü yoğunlukları ...................................27
Çizelge 4.1. 2015 Yılı Ülkelere Göre Rüzgar Türbini (onshore) Net Kapasite,
Kapasite Faktörü, Gecelik Maliyet ve Yatırım Maliyet Değerleri
(IEA, NEA)................................................................................................50
Çizelge 4.2. 2018 Yılı Yenilenebilir Enerji Global Elektrik Maliyetleri (UAYE)........51
Çizelge 4.3. Şebeke Ölçeğinde Yenilenebilir Enerji Üretim Teknolojilerinin
Küresel Seviye Elektrik Maliyeti, 2010-2018 Yılları (UAYE).................52
Çizelge 4.4. Kıyı/kara (Onshore) Rüzgar Kaynaklı Elektrik Üretim Teknolojileri
İçin 2010-2018 Yılı Aralığında global ağırlıklı ortalama kurulum
maliyetleri, kapasite faktörleri, yükseltilmiş elektrik maliyetleri
analizi (UAYE)..........................................................................................53
Çizelge 4.5. Fotovoltaik Güneş Paneli Kaynaklı Elektrik Üretim Teknolojileri
İçin 2010-2018 Yılı Aralığında global ağırlıklı ortalama kurulum
maliyetleri, kapasite faktörleri, yükseltilmiş elektrik maliyetleri
analizi (UAYE)..........................................................................................54
Çizelge 4.6. Enerji Santrallerinin Maliyet Analizi (Lazard 8.0)....................................55

12. ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil Sayfa
Şekil 2.1. 2018 Yılı Türkiye Elektrik Enerjisi Üretiminin Yenilenebilir Enerji
Kaynaklarına Göre Dağılımı (TEİAŞ)............................................................10
Şekil 2.2. Güneş enerjisi teknolojilerinin sınıflandırılması ............................................13
Şekil 2.3. Mono (Tek) ve Poli (Çok) Kristal Güneş Hücre Tipleri.................................14
Şekil 2.4. Siyah Hücreli Monokristal Güneş Paneli ve Hücresi .....................................15
Şekil 2.5. Mavi Hücreli Polikristal Güneş Paneli ve Hücresi.........................................15
Şekil 2.6. İnce Film Güneş Hücre Tipleri.......................................................................16
Şekil 2.7. İnce Film Güneş Paneli...................................................................................16
Şekil 2.8. Güneş Paneli Tiplerine Verimlilik ve Maliyet Karşılaştırması ......................18
Şekil 2.9. Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA).........................................19
Şekil 2.10. Rüzgar Türbin Çeşitleri ................................................................................23
Şekil 2.11. Yatay eksenli rüzgâr türbini parçaları...........................................................24
Şekil 2.12. Düşey eksenli rüzgâr türbini parçaları..........................................................26
Şekil 2.13. Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası (REPA)......................................27
Şekil 2.14. Türkiye’deki rüzgar enerji santralleri için kümülatif kurulum tablosu ........28
Şekil 2.15. Türkiye’de işletmede bulunan rüzgar enerji santrallerinin kurulu güce
göre türbin markaları dağılımı........................................................................29
Şekil 2.16. Türkiye’de işletmede bulunan rüzgar enerji santrallerinin bölgesel
dağılımı...........................................................................................................30
Şekil 3.1. Şebekeye bağlı (on-grid) doğru akım (DC-bus) hibrit enerji (Rüzgar-
Fotovoltaik) üretim sistem şeması..................................................................34
Şekil 3.2. Şebekeye bağlı (on-grid) alternatif akım (AC-bus) hibrit enerji (Rüzgar-
Fotovoltaik) üretim sistem şeması..................................................................34
Şekil 3.3. Şebekeden bağımsız (stand-alone) doğru akım (DC-bus) hibrit enerji
(Rüzgar-Fotovoltaik) üretim sistem şeması ...................................................38
Şekil 3.4. Şebekeden bağımsız (stand-alone) alternatif akım (AC-bus) hibrit enerji
(Rüzgar-Fotovoltaik) üretim sistem şeması ...................................................38

13. RESİMLER DİZİNİ
Resim Sayfa
Resim 1.1. Kuzey Buz Denizi Buzulu 1979 ve 2011 Yılları NASA Uydu
Fotoğrafları.....................................................................................................3
Resim 2.1. Thomas Newcomen’in atmosferik motorunun bir çizimi.............................5
Resim 2.2. Heron'a ait ilk rüzgarla çalışan su pompası aleti şeması...............................6
Resim 2.3. Fransız bilim adamı Alexandre Edmond Becquerel.....................................7
Resim 2.4. Rudolph Diesel tarafından tasarlanan ilk dizel motoru ................................8
Resim 3.1. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Santrali..................................................31
Resim 3.2. Jamaika’nın Kingston kentinde bulunan rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji
sistemi.............................................................................................................39
Resim 3.3. Aselsan Guru Kompakt model, rüzgar-fotovoltaik hibrit güç ünitesi ..........41
Resim 3.4. Aselsan Guru Mobil model, rüzgar-fotovoltaik hibrit güç ünitesi ...............42
Resim 3.5. Villa-Konut tipi hibrit (rüzgar-fotovoltaik) enerji üretim sistemi ................43

14. SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile aşağıda
sunulmuştur.
Simgeler Açıklama
kW Kilowatt
MW Megawatt
GW Gigawatt
P Toplanabilecek azami güç
CP Güç katsayısı-türbin verimliliği
ηe Elektriksel verim
ηm Mekanik verim
ηa Aerodinamik verim
𝜂 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑖𝑙 Profil verimi
CL Kaldırma katsayısı
L Kaldırma kuvveti
CD Sürüklenme Katsayısı
D Sürüklenme kuvveti
s Kaldırma/sürüklenme katsayısı oranı
CM Yunuslama momenti katsayısı
M Yunuslama momenti
ρ Hava yoğunluğu
A Türbin rotorunun süpürme alanı
Ab Kanatların toplam kapladığı alan
V Rüzgâr hızı
Vr Bölgesel rüzgâr hızı
Vwd Tasarım rüzgâr hızı
Vç Çizgisel hız
Vbr Bölgesel bileşke rüzgar hızı
w Açısal hız
λ Uç hız oranı
λL Bölgesel uç hız oranı
p Hava basıncı
p0 Deniz seviyesi standart atmosfer basıncı
Ma Kuru hava molar kütlesi
Z Deniz seviyesinden yükseklik
R İdeal gaz sabiti
t Hava sıcaklığı
t0 Deniz seviyesi standart sıcaklık
xv Su buharı mol kesri
Mv Suyun molar kütlesi
Lg Düşey sıcaklık gradyanı
g Yerçekimi ivmesi
Re Reynolds sayısı
v Akışkanın viskozitesi

15. r Rotor yarıçapı
rL Bölgesel yarıçap
n Kanat sayısı
m Kütle
T Sıcaklık
µ Dinamik viskozite
ν Kinematik viskozite
Kısaltmalar Açıklama
A.B.D. Amerika Birleşik Devletleri
AC Alternatif akım
EBR-I Deneysel Damızlık Reaktörü-1
DC Doğru akım
GEPA Türkiye Güneş Enerji Potansiyel Atlası
IPCC Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli
LCOE Yükseltilmiş Elektrik Maliyeti
MPPT Maksimum Güç Noktası Takibi
REPA Türkiye Rüzgar Enerji Potansiyel Atlası
TEİAŞ Türkiye Elektrik İletim A.Ş.
UAYE Uluslar Arası Yenilenebilir Enerji Ajansı
YEGM Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü

16. 1
1. GİRİŞ
Enerji, yaşamın devamı için tüm canlılara gereken temel unsurdur. Günümüzde enerjiye
olan talep gittikçe artmaktadır. Bunun başlıca nedeni artan nüfus ve buna paralel olarak
ülkelerin enerjiye olan ciddi bağımlılığıdır. Mevcut durumda, enerji ihtiyacının çok büyük
bir bölümü kömür, doğalgaz ve petrol gibi yenilenemeyen fosil enerji kaynaklarından
karşılanmaktadır. Fosil yakıtlar, hidrokarbon ve karbon seviyeleri çok yüksek olup, yanma
sonucunda nikel, kurşun ve kadmiyum gibi zehirli maddeler açığa çıkarmakta, açığa çıkan
SO2, CO2 ve NOx gibi gazlar sera etkisi yaratmakta, bunun sonucunda da çevreye ve
doğaya ciddi zararlar vermektedir. Fosil yakıtların yakın gelecekte tükenecek olması,
gelişen ve gelişmekte olan ülkelerin küresel ısınmayla mücadele kapsamında atmosfere
karbon salınımının azaltılması üzerine yaptıkları anlaşmalar, yenilenebilir enerji
kaynaklarının önemini ortaya çıkarmıştır.
Birleşmiş Milletler Çevre Programı ve Dünya Meteoroloji Örgütü tarafından insan
kaynaklı küresel ısınmanın sonuçlarını değerlendirmek ve çözüm aramak için 1988 yılında
Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) kurulmuştur. Son olarak 5 Ekim 2019’da
Güney Kore’de, Hükümetler arası İklim Değişikliği Paneli tarafından ‘’1,5ºC Küresel
Isınma Özel Raporu’’ yayınlanmıştır. Raporun son şekli düzenlenmiş hali ise 8 Ekim
2019’da basın toplantısı ile tüm Dünya’ya duyurulmuştur. Rapora göre Dünyamız, sanayi
öncesi ortalamalara göre mevcut durumda 1,0°C’lik küresel ısınmanın sonuçlarını
şimdiden yaşamaktadır. Bu durum şu an kutup deniz buzullarının erimesi, deniz
seviyesinin yükselmesi ve normalden aşırı meteorolojik olaylar ile kendini belli
etmektedir. Rapora göre, küresel ısınma sanayi öncesi döneme göre sadece 1,5°C daha
sıcak olursa, insanlık ve dünyamız için sonuçları çok kötü olacaktır. Rapor, küresel ısınma
değerini 1,5°C’de tutmak için gerekli yol haritasını ortaya koymaktadır [1].
Hazırlanan raporda öne çıkan önemli başlıklar şu şekilde özetlenebilir:
• Mevcut durumda, sanayi öncesi döneme göre insan kaynaklı küresel ısınma 1,0°C
seviyesindedir. (Madde A1, Politikacılar Özeti, Sayfa 4) [1].
• Artış trendi bu seviyede devam edecek olursa, 2030-2052 yılları arasında küresel
ısınma seviyesi 1,5°C olacaktır. ( Madde A1, Politikacılar Özeti, Sayfa 4) [1].

17. 2
• Yapılan iklim modellemeleri sonucunda küresel ısınma seviyesinin 1,5-2,0 °C
aralığında gerçekleşmesi durumunda, karasal sıcaklık artışı, kentsel ve kırsal yaşam
alanlarında sıcaklık artışı, yağışların azalmasına bağlı olarak kuraklıkların oluşumu
gibi meteorolojik değişiklikler ortaya çıkacaktır. (Madde B.1, Politikacılar Özeti,
Sayfa 8) [1].
• Küresel ısınma seviyesini 1,5°C sınırında tutabilmek için, 2010 yılına ait insan
kaynaklı CO2 emisyon değerinin 2030 yılına geldiğimizde % 45 azaltılması, 2050
yılına geldiğimizde ise net sıfır emisyon değerine düşürülmesi gerekmektedir.
(Madde C.1, Politikacılar Özeti, Sayfa 15) [1].
Rapora göre, Türkiye’nin bulunduğu bölge, iklim değişikliğine karşı en riskli ve hassas
bölgeler arasındadır. Mevcut durumda, sanayi öncesi döneme göre Dünya genelinde
ortalama küresel ısınma sıcaklık değerleri, 1°C sınırını geçmiştir. Bu değer şu anda,
Türkiye’de ise 1,5°C seviyesindedir [1].
Ülkemizde sıcaklıklar gün geçtikçe artmaktadır, 2017 yılında, Türkiye’nin ortalama
sıcaklık değerleri, 1970 yılına göre 1,5 °C artış göstermiş ve 14,2°C olarak gerçekleşmiştir.
Türkiye coğrafyasının yer aldığı Akdeniz Havzası, yapılan araştırmaya göre son 900 yılın
en ciddi kuraklığını geçirmektedir. NASA’nın iklim trendleri üzerinden yaptığı bölgesel
çalışmaya göre Türkiye’nin de içerisinde bulunduğu Kıbrıs, İsrail, Ürdün, Filistin ve Suriye
bölgesinde yaşanan kuraklık, son 900 yılın en kötü mevsimsel dönemi geçirdiği sonucunu
çıkarmaktadır [1].
Küresel ısınmanın sonuçlarının geldiği dramatik ve üzücü durumu Kuzey Buz
Denizi’ndeki buzul erimesi örneğinde kolaylıkla gözlemleyebilmekteyiz (Resim 1.1).
A.B.D. Ulusal Kar ve Buzul Verileri Merkezi, Kuzey Buz Denizi’ndeki buzulların, 1979
yılından bu yana en düşük seviyeye gerilediğini bildirmektedir. Elde edilen verilere göre,
16 Eylül 2012 tarihi itibariyle 3,41 km2
’lik bir alanı kaplayan buzullarda 1979 yılından bu
yana % 45’lik bir küçülme görülmüştür [2].

18. 3
Resim 1.1. Kuzey Buz Denizi Buzulu 1979 ve 2011 Yılları NASA Uydu Fotoğrafları [2]

19. 4
2. ENERJİ KAYNAKLARININ ÇEŞİTLERİ VE TARİHÇESİ
Yenilenebilir veya diğer bir adıyla sürdürülebilir enerji, kendini yenileyen ve sürekliliği
olan anlamına gelmektedir. Bir diğer tanımda da kaynağın tüketilemez olması veya
tüketiminden daha hızlı bir şekilde kendini yenileyebilmesi şeklinde de ifade edilebilir [3].
Enerji, tüm canlılar için yaşamın devamı ve sürekliliği için gereken temel unsurdur. Son
zamanlarda, artan insan faaliyetleri nedeniyle küresel enerji ihtiyacı artmıştır. Bununla
birlikte, dünyanın enerji kaynakları sonsuz değildir. Bu nedenle insanlar ve devlet
kurumları daha fazla ve güvenilir enerji üretmek için yeni teknolojiler geliştirmeye
başlamıştır. Doğal olarak, yenilenebilir enerji kaynakları dışındaki tüm geleneksel
(konvansiyonel) enerji kaynakları sınırlıdır. Sonuç olarak, yeni teknolojik gelişmeler
yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklanmaktadır. Bu bölüm, fosil ve yenilenebilir enerji
kaynaklarının kullanımındaki gelişmeleri ve enerji tüketimini kısıtlayan yöntemleri
özetlemektedir.
Ateşin icadından itibaren, tarih öncesi ilk çağlardan bu yana kullanılan ahşap malzemesini
yaktıktan sonra çıkan ısı, hane halkını ısıtmak, malzemeleri eritmek, yemek yapmak ve
insanların barınma ihtiyaçlarını karşılamak için kullanılmıştır. Kömür madenciliğinin
gelişmesi ile birlikte ahşabın önemi azalmıştır. 1712 yılında Thomas Newcomen, su
pompalamak için ilk buhar makinesini icat etmiştir (Resim 2.1). Bu buluş, dünyadaki
sanayi devriminin başlangıcını hızlandırmıştır [4].
Petrol, yaklaşık olarak günümüzden itibaren 4000 yıldır kullanımda olup, ilk kullanımı
Babil'in duvarlarını ve kulelerini inşa etmek için asfalt üretimi şeklindeydi. Modern petrol
tarihi, 1846'da Abraham Gesner tarafından kömürden gazyağı rafine etme işleminin keşfi
ile başlamıştır.
Bilinen ilk doğal gaz kuyusu, M.Ö. 211 yılında Çinliler tarafından açılmıştır. Çin, sonraki
yüzyıllarda, kaynar su, ısıtma ve aydınlatma için yakıt sağlamak amacıyla doğal gazı
taşımak üzere bambu boru hatlarını inşa etmiştir [4]. Doğal gaz endüstriyel kullanım için
ilk kez 1825 yılında, Fredonia, New York, ABD'de çıkarılmıştır. Doğal gazdan elektrik
üretimi 19. yüzyılın sonuna doğru başlamıştır [5].

20. 5
Resim 2.1. Thomas Newcomen’in atmosferik motorunun bir çizimi [4]
Rüzgar, eski zamanlardan beri bir güç kaynağı olarak kabul edilmiştir. Rüzgar enerjisi
tarihte ilk olarak yel değirmenleri ile yelkenli gemilerde kullanılmıştır. Rüzgarın kinetik
enerjisi, gemileri hareket ettirmek için yelkenli gemilerde kullanılmıştır. Rüzgarın kinetik
enerjisi, buğday gibi tahılların öğütülmesi amacı ile yel değirmenlerinde kullanılmıştır.
Yelkenli gemileri hareket ettirmek için rüzgârın gücünden insanlık tarihinin başlangıcından
bu yana faydalanıldığı bilenmektedir. Yel değirmeni ise çok daha sonra ortaya çıkmıştır.
M.S. 1. yy’da Yunan mühendis Heron, tarihte ilk kez rüzgar enerjisinin kullanımı
tanımlamış ve tarif etmiştir (Resim 2.2). Sonrasında ise bu sistem İran'da geliştirilmiş ve
yel değirmenleri ortaya çıkmıştır. Kamusal kullanım için elektrik üreten ilk rüzgar
değirmeni Danimarkalı bir bilim adamı olan Poul La Cour tarafından 1891'de icat
edilmiştir [6]. İlk rüzgar çiftliği Aralık 1980’de Hampshire, İngiltere’de inşa edilmiştir.

21. 6
Resim 2.2. Heron'a ait ilk rüzgarla çalışan su pompası aleti şeması [6]
Dikey ve yatay eksenli hidrolik makineleri tanımlayan ‘’Mimarlık Hidroliği’’ kitabı, 18.
yüzyılda Bernard Forest de Belidor tarafından yayımlanmıştır. Hidrolik ve elektrikle
çalışan jeneratör, 19. yüzyılın sonlarında, jeneratörler üzerindeki gelişmeler ile birlikte
birleştirilmiştir. İlk enerji santrallerinin geliştirilmesinde, elektrik santrallerinin ve
türbinlerin bir araya getirilmesiyle bu gelişme tamamlanmış oldu. 1878 yılında İngiltere’de
gerçekleştirilen dünyanın ilk hidroelektrik enerji projesi, o dönemde tek bir ampule ışık
vermek üzere tasarlanmıştı. Birden fazla müşteriye elektrik sağlayan ilk hidroelektrik
santral projesi ise 1882 yılında A.B.D.’de devreye girmiştir. [7].
Güneş dünyadaki temel enerji kaynağıdır. M.Ö. 212 yılında, Arşimet, "Arşimet ölüm ışını"
olarak adlandırılan aynaları Roma gemilerine karşı kullanmış ve güneş ışığını düşman
gemilerine odaklamak için kullanarak ateş açılmasını sağlamıştır. 1839'da Fransız bilim
adamı Edmond Becquerel, (Resim 2.3) ilk fotovoltaik hücreyi keşfeden bilim adamı olarak
tarihe adını yazdırmıştır [8]. Bu olay, Güneş'i doğrudan elektrik üretmek için bir kaynak
olarak kullanan ilk adım olmuştur [9]. Tarihte ilk güneş hücresi 1883 yılında Charless
Fritts tarafından üretilmiştir. Altın tabakaların yarı iletken selenyumla kaplanması ile

22. 7
üretilen güneş hücresi o dönemde % 1 verim değerine ulaşabilmiştir. 1946’da Russell Ohl,
modern güneş hücresinin patentini almıştır. Bell Laboratuvarı’nda 1954 yılında yarı-iletken
malzemeler ile yapılan deney esnasında, silisyum malzemesinin güneş hücreleri için iyi bir
malzeme olduğu kazara bulunmuştur. Bu olay, modern güneş enerjisi teknolojisine geçişi
hızlandırmıştır [10].
Resim 2.3. Fransız bilim adamı Alexandre Edmond Becquerel [8]
Jeotermal enerji eski zamanlardan beri yemek pişirmek, banyo yapmak ve ısınmak için
kullanılan bir enerji kaynağıdır. Jeotermal enerjinin elektrik üretimi için ilk kullanımı
1904-1905 yıllarında İtalya'da gerçekleşmiştir [11].
Rudolph Diesel, 1893 yılında dizel motor adını verdiği bir motor yapmıştır. Rudolph
Diesel, 1894'te buluşun bir patentini tescil ettirmiştir (Resim 2.4). Motorunun teorik
verimliliğini % 75 olarak hesaplamıştır, ancak yalnızca % 26,2 oranına ulaşabilmiştir.
Biyo-yakıt, motorlarda petrol kullanımına en büyük alternatif yakıt tipidir. Biyo-yakıt ilk
olarak 1898'de A.B.D.’de yer fıstığı yağı ile çalışan bir motorda yine Rudolph Diesel
tarafından kullanılmıştır [12].

23. 8
Resim 2.4. Rudolph Diesel tarafından tasarlanan ilk dizel motoru [12]
Nükleer enerji, dünyada diğer yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılaştırıldığında
nispeten daha yeni bir enerji kaynağıdır. İlk kontrollü nükleer zincir tepkime İtalyan fizikçi
Enrico Fermi ve Chicago Üniversitesi'ndeki ekibi ile birlikte “Manhattan Projesi” olarak
1942 yılında denenmiştir. Deneysel Damızlık Reaktörü-I (EBR-I) olarak anılan proje, 1951
yılında tasarlanan ilk hızlı nötron reaktörüdür [13].
Fosil (konvansiyonel) yakıt kaynakları gelecekte tamamen tükeneceğinden, yenilenebilir
enerji sistemleri gelecekte konvansiyonel sistemlerin yerini alacaktır. Rüzgar ve güneş
enerjilerinin sürdürülebilirliği nedeniyle, dünyada rüzgar santrallerinin sayısı ve kapasitesi
sürekli artmaktadır. Güneş ve rüzgar enerjisi sistemleri, devlet kurumları için
güvenilirlikleri nedeniyle diğer yenilenebilir enerji kaynaklarından daha çok tercih

24. 9
edilmektedir. Hidroelektrik, yenilenebilir enerji kaynakları portföyündeki en verimli
kaynak olmakla beraber sadece hidroelektrik santralleri, fosil yakıt kaynakları kadar
elektrik üretebilmektedir.
2.1. Türkiye’de Elektrik Enerjisi Tüketim, Üretim Çeşitleri ve Enerji Verimliliği
Politikaları
Türkiye Elektrik İletim A.Ş. (TEİAŞ) verilerine göre, Türkiye elektrik enerjisi tüketimi
2018 yılında 304,8 TWh olarak gerçekleşmiştir [14]. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar
Bakanlığı verilerine göre ise Türkiye elektrik tüketiminin 2023 yılında baz senaryoya göre
375,8 TWh'e ulaşması beklenmektedir [15]. TEİAŞ verilerine göre elektrik üretimi
kaynaklarına baktığımızda ise; 2018 yılında elektrik üretimimizin, % 37,16'sı kömürden, %
30,34'ü doğal gazdan, % 19,66'sı hidrolik enerjiden, % 6,54'ü rüzgârdan, % 2,56’sı
güneşten, % 2,44'ü jeotermal enerjiden, ve % 1,3’ü diğer kaynaklardan elde edilmiştir
(Çizelge 2.1).
Çizelge 2.1. 2018 Yılı Türkiye Elektrik Enerjisi Üretiminin Kaynaklara Göre Dağılımı
(TEİAŞ) [14]
KAYNAK ÜRETİM (GWh) KATKISI (%)
İthal Kömür 62988,5 20,67
Taşkömürü + Asfaltit 5173,1 1,70
Linyit 45087,0 14,79
Doğal Gaz 92482,8 30,34
Sıvı Yakıtlar 329,1 0,11
Barajlı 40972,1 13,44
D.Göl ve Akarsu 18966,4 6,22
Rüzgar 19949,2 6,54
Yenilenebilir Atık+Atık Isı 3622,9 1,19
Jeotermal 7431,0 2,44
Güneş 7799,8 2,56
TOPLAM 304801,9 100,00
TEİAŞ verilerine göre 2018 yılı Türkiye yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik
enerjisi üretimi dağılımına baktığımızda ise; yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen
elektrik üretimimizin, % 61,29'u hidro elektrik enerjiden, % 20,40'ı rüzgar enerjisinden, %
7,98'i güneş enerjisinden, % 7,6'sı jeotermal enerjiden elde edilmiştir (Şekil 2.1).

25. 10
Şekil 2.1. 2018 Yılı Türkiye Elektrik Enerjisi Üretiminin Yenilenebilir Enerji Kaynaklarına
Göre Dağılımı (TEİAŞ) [14]
Türkiye’nin elektrik kurulu güç kapasitesi, 2019 yılı ilk altı aylık dönemde 90.421 MW
olarak gerçekleşmiştir. Bu dönemde, kurulu gücün kaynaklara göre dağılımı şöyle
gerçekleşmiştir: hidrolik enerji % 31,4, doğal gaz % 29,0, kömür % 22,4, rüzgar % 8,0,
güneş % 6,0, jeotermal % 1,5 ve diğer kaynaklar % 1,7 şeklindedir. Türkiye’de elektrik
enerjisi üretim santrali sayısı, 2019 yılı ilk altı aylık dönemde lisanssız santraller dahil
7.957’ye ulaşmıştır. Mevcut santrallerin kaynak dağılımına baktığımızda, hidroelektrik 664
adet, kömür 67 adet, rüzgâr 257 adet, jeotermal 48 adet, doğal gaz 327 adet, güneş 6.349
adet, diğer kaynaklı santraller ise 245 adettir [15].
Enerji verimliliği, tanım olarak literatürde binalarda yaşam standardı ve hizmet kalitesinin,
endüstriyel işletmelerde ise üretim kalitesi ve miktarının düşüşüne yol açmadan, birim veya
ürün miktarı başına enerji tüketiminin azaltılması olarak yer almaktadır. Enerji verimliliği
politikaları, sosyal kalkınma ve ekonomik büyüme hedeflerinin sürdürülebilirliği ile
doğrudan ilişkilidir. Bir yandan ise toplam sera gazı salımlarının azaltılmasına yardımcı
olmaktadır. Bu sebeplerden dolayı dikkatle ele alınması gereken konuların başında yer
almaktadır [16].

26. 11
Türkiye’nin 2023 yılı ulusal strateji hedefleri içerisinde başlıca konulardan birisi olan
enerji politikaları doğrultusunda en önemli hedeflerinden olan enerji tasarrufu ve
verimliliği, dışa bağımlılık risklerinin azaltılması, çevrenin korunması enerji arz
güvenliğinin sağlanması ve iklim değişikliğine karşı mücadelenin etkinliğinin
arttırılmasının sağlanması gibi hedefler barındırmaktadır. Türkiye'nin yürütmekte olduğu
enerji verimliliği politikaları hedefi , ülkemizin enerji yoğunluğunun (milli gelir başına
tüketilen enerji) 2023 yılına kadar, 2011 yılına göre en az % 20 azaltılması olarak
belirlenmiştir [16].
Bu çalışmalara ek olarak, Ulusal Enerji Verimliliği Eylem Planı (2017-2023) 02/01/2018
tarihinde ülkemizin ilk enerji verimliliği eylem planı olarak yürürlüğe girmiştir. İlgili
eylem planı 6 farklı sektörde bulunan 55 adet eylemin hayata geçirilmesini
hedeflemektedir. Hedef doğrultusunda, 2023 yılına kadar 10,9 milyar ABD Doları yatırım
ile kümülatif olarak 23,9 milyon ton eşdeğer petrol (MTEP) enerji tasarrufu sağlaması
beklenmektedir. Ulaşılmak istenen bu hedef doğrultusunda 2023 yılında Türkiye, birincil
enerji tüketiminde % 14 oranında bir azalma olmasını beklemektedir [16].
Enerji nakil hatlarının ulaşamadığı alanlarda şebekeden bağımsız sistemlerin kullanılması
ve bu sistemlerde üretilen enerjinin kullanımının sürekliliğinin sağlanması için enerjinin
depolanması zorunluluğu önem arz etmektedir. Bu sebeplerden dolayı hibrit enerji
sistemlerinin kurulması önemi daha iyi anlaşılmaktadır. Hibrit yenilenebilir enerji
sistemleri, güneş panelleri ve rüzgar türbinlerinin elektrik enerjisi üretimi için birlikte
kullanıldığı enerji sistemleridir. Hibrit enerji sistemleri ile gece ve gündüz, dört mevsim
yenilenebilir enerji kaynaklarından verimli bir şekilde istifade ederek elektrik ihtiyacı
karşılanabilmektedir.
2.2. Güneş Enerjisi
Güneş enerjisi hem bol, hem sürekli ve yenilenebilir hem de bedava bir enerji kaynağıdır.
Güneş, yaşamın temel kaynağıdır. İnsanlar suyu ısıtmak, buhar üretmek ve elektrik
üretmek için güneş enerjisini etkin bir biçimde tarih öncesi dönemlerden bu yana
kullanmaktadırlar. Eski zamanlardan beri güneşten kazanç sağlayacak yeni yöntemler
sürekli olarak keşfedilmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları, doğrudan veya dolaylı olarak
güneşin dünyaya gönderdiği elektromanyetik ışınımlardan meydana gelmektedir. Güneş

27. 12
1,4 milyon km çapıyla dünyanın 110 katı büyüklüğündedir. Güneş dünyamızdan 1,5x1011
m uzaklıkta yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıklı bir yıldızdır. Doğal ve sürekli bir füzyon
reaktörü şeklinde enerji üreten güneş, enerjisini temel olarak 4 Hidrojen atomunun 1
Helyum atomuna dönüşmesi ile elde etmektedir. Güneş enerjisi, güneşin çekirdeğinde
bulunan hidrojen atomunun helyum atomuna dönüşmesi, bilinen adıyla füzyon tepkimesi
ile açığa çıkan ışıma enerjisidir. Güneşte meydana gelen bu füzyon tepkimesi sonrasında
açığa çıkan enerjinin şiddeti, yaklaşık olarak 1370 watt/m2
olarak belirlenmiştir. Ancak bu
enerjinin bir kısmının atmosferde absorbe edilmesi sonucunda yeryüzüne ulaşan enerji
miktarı 0-1100 watt/m2
değerleri arasında değişim göstermektedir. Dünyaya ulaşan bu
enerji miktarı, tüketilen enerjinin neredeyse 20.000 kat fazlasıdır. Güneş enerjisinin temiz
bir enerji kaynağı olarak kabul edilmesi 1970’li yıllarda başlamıştır. Yaşanan teknolojik
gelişmeler sonrası ilerleme kaydedilmiş ve maliyet düşürme çalışmaları sayesinde kendini
çevreci bir enerji kaynağı olarak kanıtlamıştır [17].
Şekil 2.2’de güneş enerjisi teknolojileri sınıflandırması yapılmıştır [18]. Aktif güneş
enerjisi sistemiyle, güneş ışınımın toplanıp, ısı ve elektrik gücüne dönüştürülmesi için,
mekanik ve elektrik ekipmanının kullanılması amaçlanmaktadır. Bunun yanı sıra, pasif
teknoloji, ısıl veya ışık enerjisinin herhangi diğer şekle dönüşmeden güneş enerjisinin
toplanmasını kapsamaktadır.
1970’li yıllarda yaşanan petrol krizi, fosil yakıtlara yeni çözümler ve alternatifler arama
çalışmalarının başlamasına neden olmuştur. RCA Laboratories'den David Clarson ve
Christopher Wronski, 1976 yılında ilk amorf fotovoltaik hücreleri üretmiştir. 1980 yılında
Delaware Üniversitesi'nde, % 10'dan daha fazla verime sahip ilk ince film güneş pili, sülfit
/ kadmiyum sülfit ile geliştirilmiştir. Güneş sistemleri tarafından desteklenen en esnek uçak
olan Icare, 1996 yılında Almanya genelinde bir uçuş gerçekleştirmiştir. Ulusal
Yenilenebilir Enerji Laboratuvarları, ince film fotovoltaik hücrelerin verimliliğinin 1999
yılında % 18,8 değerine ulaştığın açıklamıştır [19]. Fotovoltaik enerjinin elektrik
üretiminde bir çok avantajı bulunmaktadır; kaynağı güneş olması sebebi ile yakıt sorunu
yoktur, işletme kolaylığı mevcuttur, mekanik yıpranma yaşanmamaktadır, modüler bir
yapıdadır, sistem kurulduktan sonra çok kısa zamanda devreye alınabilmektedir, sistem 25
yıl gibi uzun sürelerde problemsiz çalışabilmektedir, temiz bir enerji kaynağıdır.

28. 13
Şekil 2.2. Güneş enerjisi teknolojilerinin sınıflandırılması [18]
2.2.1 Fotovoltaik Güneş Paneli Teknolojileri
Mevcut durumda yenilenebilir enerji pazarında, güneş paneli seçeneklerinin bir çoğu üç
tipten birine uygundur: monokristal, polikristal (ayrıca çok kristalli olarak da bilinir) ve
ince film teknolojisi. Bu güneş panelleri, nasıl yapıldığına, görünümüne, performansına,
maliyetlerine ve her biri için en uygun kurulumlara göre değişmektedir. Kurulum türüne
bağlı olarak, bir seçenek diğerlerinden daha uygun olabilmektedir. Her tipin kendine özgü
avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Kurulum için en uygun güneş paneli tipi kendi
uygulama alanına ve istenen sistem özelliklerine özgü faktörlere bağlı olacaktır. Elektrik
üretimi için kullanılan güneş hücreleri, ışığı elektriğe dönüştüren yarı iletken bir
malzemeden yapılmaktadır. Güneş hücresi imalat işlemi sırasında yarı iletken olarak
kullanılan en yaygın malzeme ise silikondur [20].

29. 14
Monokristal ve Polikristal Güneş Panelleri
Monokristal ve polikristal güneş panellerinin her ikisi de silikon plakadan yapılmış
hücrelere sahiptir. Monokristal veya polikristal bir panel oluşturmak için, plakalar bir
dikdörtgen oluşturmak için cam levha ile kaplanmış ve bir araya getirilmiş olarak sıralara
ve sütunlara monte edilmektedir. Bu güneş panellerinin her ikisi de silikondan yapılmış
hücrelere sahipken, monokristal ve polikristal paneller silikonun bileşiminde değişiklik
gösterir. Monokristal güneş pilleri tek, saf bir silikon kristalinden kesilir. Alternatif olarak,
çok kristalli güneş pilleri, plakalar halinde kesilmeden önce bir kalıp içinde birlikte
eritilmiş silikon kristal parçalarından oluşur (Şekil 2.3) [20].
Şekil 2.3. Mono (Tek) ve Poli (Çok) Kristal Güneş Hücre Tipleri [20]
Siyah hücreli bir güneş paneli görüyorsanız, büyük olasılıkla monokristal bir paneldir. Bu
hücreler ışığın saf silikon kristali ile etkileşime girmesi nedeniyle siyah görünmektedir
(Şekil 2.4) [20].
Monokristal güneş pillerinden farklı olarak, polikristal güneş pilleri, hücredeki silikon
parçalarını saf bir monokristal silikon plakadan yansıttığından farklı bir şekilde yansıtan
ışıktan dolayı hücrelere mavimsi bir renk tonu verme eğilimindedir (Şekil 2.5) [20].

30. 15
Şekil 2.4. Siyah Hücreli Monokristal Güneş Paneli ve Hücresi [20]
Şekil 2.5. Mavi Hücreli Polikristal Güneş Paneli ve Hücresi [20]
İnce Film Güneş Panelleri
Monokristal ve polikristal güneş panellerinin aksine, ince film paneller farklı çeşitte
malzemelerden yapılabilmektedirler. En yaygın tipte olan ince film güneş paneli
kadmiyum tellüritten (CdTe) yapılmıştır. Bu tip ince film panelini yapmak için, üreticiler
güneş ışığını yakalamaya yardımcı olan şeffaf iletken tabakaların arasına bir CdTe tabakası
yerleştirirler. Bu ince film teknolojisi türü ayrıca koruma için üstte bir cam katmana
sahiptir. İnce film güneş panelleri ayrıca monokristal ve polikristal panellerin bileşimine
benzeyen amorf silisyumdan da (a-Si) yapılabilmektedir. Bu ince film paneller,
bileşimlerinde silikon kullanmasına rağmen, katı silikon plakalardan oluşmazlar. Aksine,
camın, plastiğin veya metalin üzerine yerleştirilmiş kristalin olmayan silikondan oluşurlar.
Son olarak, Bakır İndiyum Galyum Selenide (CIGS) panelleri popüler olarak kullanılan bir
ince film teknolojisi türüdür. CIGS panelleri iki iletken tabaka (cam, plastik, alüminyum
veya çelik) arasına yerleştirilmiş dört elementin hepsine sahiptir ve elektrotlar, elektrik
akımlarını yakalamak için malzemenin önüne ve arkasına yerleştirilirler (Şekil 2.6) [20].

31. 16
Şekil 2.6. İnce Film Güneş Hücre Tipleri [20]
İnce film güneş panelleri söz konusu olduğunda, adından da anlaşılacağı gibi, ince film
paneller genellikle diğer panel tiplerinden daha incedir. Bunun nedeni, panellerin içindeki
hücrelerin, monokristal ve polikristal güneş panellerinde kullanılan kristal plakalardan
yaklaşık olarak 350 kat daha ince olmasıdır. İnce film güneş panelleri, hangi malzemeden
üretildiğine bağlı olarak hem mavi hem de siyah tonlarda olabilmektedir (Şekil 2.7) [20].
Şekil 2.7. İnce Film Güneş Paneli [20]
Güneş Paneli Tiplerine Göre Güç, Verimlilik ve Maliyet Karşılaştırması
Tüm hücre tipleri arasında, monokristal güneş panelleri en yüksek verime ve güç
kapasitesine sahiptir. Monokristal güneş panelleri genellikle % 20'den daha yüksek
verimlere ulaşırken, polikristal güneş panelleri ise genellikle % 15-17 arasında verime
sahiptir. Birçok monokristal güneş paneli 300 watt'tan (W) daha fazla güç kapasitesine
sahiptir. Polikristal güneş panelleri ise daha düşük güç değerlerine sahiptir. Aynı sayıda
hücrede bile, monokristal paneller polikristal panellere göre daha fazla elektrik üretme
kapasitesine sahiptirler [20].

32. 17
İnce film güneş panelleri, monokristal veya polikristal çeşitlerden daha düşük verim ve güç
kapasitesine sahiptir. Verimlilik, hücrelerde kullanılan spesifik malzemeye bağlı olarak
genellikle % 11 değerindedir. Standart 60, 72 ve 96 hücre varyantlarına sahip monokristal
ve polikristal güneş panellerinin aksine, ince film teknolojisi tek tip boyutlarda
bulunmamaktadır. Bu nedenle, bir ince film panelden diğerine olan güç kapasitesi büyük
ölçüde fiziksel boyutuna bağlı olarak değişmektedir. Genel olarak, monokristal veya
polikristal güneş panelinin metre kare başına güç kapasitesi ince film panel teknolojisini
aşacaktır [20].
Üretim prosesleri, monokristal, polikristal ve ince film arasında çeşitli farklılıklar
göstermektedir. Bu nedenle, her panel tipi için farklı bir fiyat etiketi mevcuttur (Şekil 2.8).
Tüm güneş panelleri arasında, monokristal paneller en pahalı olan tiptir. Monokristal güneş
hücreleri tek, saf bir silikon kristalinden kesilerek yapılmaktadır. Czochralski yönetimi
olarak bilinen bu işlem, enerji yoğundur ve proses sonucunda atık silikon açığa
çıkmaktadır. Polikristal güneş panelleri, monokristal güneş panellerinden daha ucuzdur.
Alternatif olarak, çok kristalli güneş hücreleri, plakalar halinde kesilmeden önce bir kalıp
içinde birlikte eritilmiş silikon kristal parçalarından oluşur. Bu, çok daha basit bir hücre
üretim sürecine izin vermektedir. İnce film güneş panellerinin maliyeti, genel olarak ince
film panelinin türüne bağlı olacaktır. CdTe genellikle üretilebilecek en ucuz ince film
güneş paneli türüdür. CIGS güneş panellerinin üretim maliyeti ise, CdTe ve amorf silikona
göre çok daha pahalıdır. Panelin maliyetinden bağımsız olarak, ince film güneş paneli
kurulumunun toplam maliyeti, montaj vb. ek işçilik maliyetleri nedeni ile monokristal veya
polikristal güneş paneli sistemi kurmaktan daha düşük olmaktadır. İnce film güneş paneli
kurulumları daha az emek gerektirir, çünkü daha hafif ve manevra kabiliyeti daha
yüksektir, bu da montajcıların panelleri çatılara taşımasını ve yerinde sabitlemelerini
kolaylaştırır. Bu, daha az pahalı bir güneş enerjisi tesisatına katkıda bulunabilecek işçilik
maliyetlerinin düşürülmesi anlamına gelir [20].
Güneş panelleri için çok fazla alana sahip olan mülk sahipleri, daha düşük verimli, düşük
maliyetli polikristal paneller kurarak baştan ilk yatırım maliyetinden dolayı tasarruf
sağlayabilir. Sınırlı bir alan varsa ve elektrik faturası tasarrufunu en üst düzeye çıkarmak
için ise, yüksek verimli, monokristal güneş panelleri kurulması gerekmektedir. Geleneksel
güneş ekipmanlarının ek ağırlığını kaldıramayan büyük, ticari bir çatıya montaj yapılacak
ise, ince film panellerini seçmek en yaygın seçenektir. Ek olarak, ince film panelleri,

33. 18
teknelerdeki gibi taşınabilir güneş enerjisi sistemleri için kullanışlı bir çözüm
olabilmektedir. Kıyaslama tablosu, Çizelge 2.2’de yer almaktadır [20].
Şekil 2.8. Güneş Paneli Tiplerine Verimlilik ve Maliyet Karşılaştırması [20]
Çizelge 2.2. Güneş panel tipine göre avantajlar ve dezavantajlar [20]
Güneş Paneli Tipi Avantajlar Dezavantajlar
Monokristal Yüksek verimlilik / performans
Estetik
Daha yüksek maliyetli
Polikristal Düşük maliyetli Düşük verimlilik / performans
İnce Film Taşınabilir ve esnek
Hafif
Estetik
En düşük verimlilik /
performans
2.2.2. Türkiye’nin Güneş Enerjisinden Yararlanma Potansiyeli
Türkiye coğrafi konumu sebebiyle, güneş enerjisi potansiyeli açısından oldukça iyi bir
konumdadır ve bir çok ülkeye göre şanslıdır. Türkiye, 36° - 42° Kuzey paralelleri ile 26°
45° Doğu meridyenleri arasında yer almaktadır. 2012 yılında Yenilenebilir Enerji Genel
Müdürlüğü’nce 1985–2006 yıllarına ait veriler ile hazırlanan, Güneş Enerjisi Potansiyeli
Atlası (GEPA) Şekil 2.9’da gösterilmiştir [21].

34. 19
Şekil 2.9. Türkiye Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA) [21]
Şekil 2.9’da Türkiye’nin yıllık toplam güneş enerjisi potansiyelinin bölgelere göre dağılımı
görülmektedir. En yüksek enerji potansiyelini Güney Doğu Anadolu gösterirken en düşük
potansiyeli Karadeniz göstermektedir. Ancak buna Türkiye’de görülen en düşük değerler
Almanya’nın en yüksek potansiyele sahip olan noktalarından bile daha yüksektir.
Yenilebilir Enerji Genel Müdürlüğü’nün verilerinden derlenen Türkiye güneş ışınımı
değerleri ve güneşlenme süreleri ise Çizelge 2.3’de verilmiştir.
Çizelge 2.3. Türkiye güneş ışınımı ve güneşlenme süreleri (YEGM) [21]
Aylar
Aylık Toplam Güneş Enerjisi Güneşlenme Süresi
kcal/cm²-ay kWh/m²-ay h/ay
Ocak 4,45 51,75 103
Şubat 5,44 63,27 115
Mart 8,31 96,65 165
Nisan 10,51 122,23 197
Mayıs 13,23 153,86 273
Haziran 14,51 168,75 325
Temmuz 15,08 175,38 365
Ağustos 13,62 158,4 343
Eylül 10,6 123,28 280
Ekim 7,73 89,74 214
Kasım 5,23 60,82 157
Aralık 4,03 46,87 103
Toplam 112,74 1311 2640
Ortalama 308 kcal/cm²-gün 3,6 kWh/m²-gün 7,2 h/gün

35. 20
Çizelge 2.3’te yer alan güneş ışınımı değerleri ve güneşlenme sürelerine göre, ülkemizin
yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat/ay, ortalama güneşlenme süresi ise 7,2 saat/gün
olarak gerçekleşmektedir. Yıllık toplam güneş ışınımı 1.311 kWh/m²-yıl, ortalama günlük
güneş ışınımı ise 3,60 kWh/m² olarak tespit edilmiştir. Türkiye'nin yıllık ortalama güneş
ışınımı yapılan hesaplamalar neticesinde 1.303 kWh/m²-yıl, ortalama yıllık güneşlenme
süresi ise 2.623 saat olarak gerçekleşmektedir. Ülkemiz güneş enerjisinden, yılın 10 ayı
boyunca teknik ve ekonomik olarak ülke yüzölçümünün % 63'ünde ve tüm yıl boyunca %
17'sinden yararlanma potansiyeline sahiptir [22].
2.3. Rüzgâr Enerjisi
Güneşte meydana gelen füzyon tepkimesi sonrası açığa çıkan ısı enerjisi, dünya
atmosferini ve yeryüzünü ısıtır. Ancak bu ısıtma homojen (eşit) olmadığı için havada
sıcaklık ve basınç farkları oluşur. Isınan hava yer değiştirir ve bu değişim sırasında rüzgâr
oluşur. Hareket halindeki her cismin kinetik enerjisi olacağından oluşan bu rüzgârlarında
sahip olduğu bir kinetik enerji vardır [23]. Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %
2'si kadarı rüzgâr enerjisine dönüşür [24]. Rüzgâr türbinleri yardımıyla bu kinetik enerjinin
elektrik enerjisine dönüştürüldüğü sistemlere rüzgâr enerjisi santrali adı verilir.
Günümüzde yenilenebilir enerji sektöründe en hızlı gelişen teknoloji rüzgâr enerjisinden
elektrik üretimi üzerine diyebiliriz. Çünkü güneş var olduğu sürece rüzgârda olacaktır ve
bu sonsuz kaynağın kullanılması insanlığın yararınadır.
Rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretiminin icadından sonra, rüzgar dünyada popüler
bir yenilenebilir enerji kaynağı haline gelmiştir. Bunun sonucunda da rüzgar enerjisi
hakkında enerji üretmek için daha fazla araştırma yapılmıştır. Yıllar geçtikçe rüzgar
enerjisi, ölçüm teknolojileri, türbinlerin ve kanatların malzemeleri, rüzgâr çiftliği üretim
alanları ve diğer tüm önemli aşamalar gibi tüm ilgili alanlardaki gelişmelerle birlikte ana
enerji kaynaklarından birisi haline gelmiştir.
Rüzgârın büyüklük vb. teknik özellikleri, yerel coğrafi farklılıklara ve yeryüzünün
homojen olmayan ısınmasına bağlı olarak, zamansal ve bölgesel olarak çeşitli değişiklikler
göstermektedir. Rüzgar, hız ve yön olarak temelde iki parametre ile ifade edilebilmektedir.
Rüzgarın hızı, yükseğe çıkıldıkça artmakta ve teorik gücü de hızının küpü ile orantılı
olarak değişmektedir. Rüzgar enerjisi kaynaklı elektrik üretim uygulamalarının, ilk yatırım

36. 21
maliyetinin yüksek, bakım ve işletme maliyetlerinin nispeten yüksek olması, kapasite
faktörlerinin düşük olması ve değişken ve sürekli olmayan enerji üretimi gibi
dezavantajları yanında avantajları genel olarak şöyle sıralanabilir [24];
• Yenilenebilir enerji kaynağı olması sebebiyle temiz ve çevre dostudur.
• Kaynağın güneşe bağlı olması sebebiyle tükenme ve zamanla fiyatının artma riski
bulunmamaktadır.
• Mevcut durumdaki enerji üretim maliyeti günümüz konvansiyonel güç santralleri ile
rekabet edebilecek durumdadır.
• Üretim tesisi teknolojisi ve işletilmesi göreceli olarak basittir.
• Sistemin devreye alınması kısa sürede gerçekleşmektedir.
Rüzgar, eski zamanlardan bu yana enerji kaynağı olarak kullanılmıştır. İtici yelkenli
tekneler ve yelkenli gemiler, 5.500 yıldır rüzgarı doğal havalandırma olarak kullandılar. 7.
yüzyılda yel değirmenleri keşfedildi ve Afganistan, İran ve Pakistan'da su pompalamak ve
tahıl öğütmek için kullanıldı [25]. 13. yüzyılın başlarından itibaren, yatay eksenli yel
değirmenleri tarımsal faaliyetler için çok önemli hale geldi, ancak daha sonra ucuz fosil
yakıt kaynaklı motorlar tarımsal kullanımda büyük rol almıştır [26].
İskoç bilim adamı James Blyth, rüzgar enerjisi üzerinde çalışmış ve ilk rüzgar türbinini icat
etmiştir. Sonrasında ise Temmuz 1887'de İngiltere'de rüzgar enerjisi üretimi için patent
başvurusunu almıştır [25]. Charles F. Brush, A.B.D. 'de 1887-1888 kışında rüzgarla çalışan
bir makine ile elektrik üretmeyi başarmıştır. 1900 yılına kadar evini ve laboratuarını
aydınlatmıştır [25]. Bu yel değirmeninin elektrik üretim kapasitesi 12 kW'tır [26].
1890’larda Poul La Cour, Danimarka’da elektrik üretmek için rüzgarın kullanılması
gerektiğini düşünüyordu. Hollanda’nın araştırdığı yel değirmenleri, düşük verimlilik ve
enerji depolama sorunları nedeniyle pek rağbet görmüyordu. Danimarka Hükümeti’nin de
destekleriyle 1891’de ilk deneysel yel değirmeni Askov’da inşa edildi. Poul La Cour,
elektrik üreten yel değirmenlerinde yaygın olarak kullanılan bir regülatör olan Kratostate’i
icat ederek sürekli bir güç kaynağı üretme sorununu çözdü. Bu çalışmalar ile, tarihte
modern elektrik üreten rüzgar türbinlerinin ve modern aerodinamik çalışmalarının öncüsü
olmuştur [27].

37. 22
İlk offshore rüzgar çiftliği 1991 yılında Danimarka'da Vindeby'de inşa edilmiştir. Kıyıdan
uzaklığı 2,5 km ve 11 adet türbin bulunmaktaydı. Her biri 450 kW enerji üretebilen
sistemin toplam enerji kapasitesi 4,95 MW'tır [28].
2.3.1. Rüzgar Türbini Teknolojileri
Günümüzde, rüzgar türbin teknolojisinin geldiği son nokta sayesinde türbin başına elektrik
üretim kapasiteleri oldukça yüksek değerlere ulaşmış durumdadır. Bilindiği üzere rüzgar
türbinleri, kurulduğu alana göre kara (onshore) ve açık deniz (offshore) olarak iki
kategoride tanımlanmaktadır. Üretilen modeller çeşitli adaptasyonlar sayesinde onshore ya
da offshore olarak kullanılabilmektedirler. MHI Vestas V164 model rüzgar türbini 9,5 MW
elektrik üretim kapasitesi ile en güçlü türbinlerinden olmakla birlikte rotor çapı 164 m.’dir.
Siemens Gamesa firması ise SG 8.0-167 DD modeli ile 8 MW elektrik üretim kapasitesine
167 m. rotor çapı ile ulaşmaktadır. 8 MW'lık bir model olmasına rağmen, güç modu
seçeneği ile potansiyel olarak 9 MW'a yükseltilebilmektedir [29].
Dünyanın en güçlü açık deniz (offshore) rüzgar türbini GE Haliade-X 12 MW elektrik
üretim kapasitesine sahiptir. General Electric firması tarafından üretilen bu model,
endüstrinin ilk 12 MW açık deniz rüzgar türbini olan Haliade-X'i geliştirmek için yatırım
yapmaktadır. Haliade-X, dünyadaki en güçlü rüzgar türbini olmasının yanı sıra, % 63'lük
kapasite faktörüne sahip en verimli okyanus temelli rüzgar platformu olarak
tasarlanmaktadır. Haliade-X açık deniz türbini 12 MW kapasiteli, 220 metre rotor, 107
metre kanat ve dijital özelliklere sahiptir [30].
Rüzgar türbinlerinin büyüklüğü değişkenlik göstermektedir. Kanatların uzunluğu, bir
rüzgar türbininin üretebileceği elektrik miktarını belirlemede en büyük faktördür. Tek bir
eve güç verebilecek küçük rüzgar türbinleri, 10 kW elektrik üretme kapasitesine sahip
olabilir. Çalışmadaki en büyük rüzgar türbinleri, 10.000 kW'a kadar elektrik üretme
kapasitelerine sahiptir ve daha büyük türbinler geliştirilmektedir. Büyük türbinler
genellikle elektrik şebekelerine güç sağlayan rüzgar santralleri veya rüzgar santralleri
oluşturmak üzere gruplandırılır [31]. Rüzgâr türbinleri devirlerine, dönme eksenlerine,
kanat sayılarına, güçlerine, dişli özelliklerine, rüzgar etkisine ve kurulum konumlarına göre
çeşitli sınıflara ayrılmaktadır (Şekil 2.10) [32].

38. 23
Şekil 2.10. Rüzgar Türbin Çeşitleri [32]
Proje konusunda daha çok değinilecek olan Şekil 2.10’da yer alan yatay eksenli ve düşey
eksenli rüzgar türbinlerinden kısaca bahsedersek;
Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri
Yatay eksenli rüzgar türbinlerinde, dönme ekseni rüzgâr yönüne paralel, kanatlar ise rüzgar
yönüne diktir. Bu tip rüzgar türbinlerinde rotor kanatlarının sayısı azaldıkça rotor daha
hızlı dönmektedir. Türbin kanat verimi ne kadar iyi olursa elde edilecek güç de o kadar
yüksek olacaktır. Rüzgar türbinlerinde yapılan deneyler sonucunda, fizik kurallarına göre
enerjiye dönüştürülebilecek rüzgar kapasitesi, Betz Limiti olarak adlandırılan % 59,3
değeridir. Pratikte ise sürtünme, ısı ve türbülans kayıpları da oluşmakta ve bu oran % 30 -
45 seviyelerine düşmektedir [33].
Yatay eksenli rüzgar türbinleri, en yaygın kullanılan türdür. Tüm bileşenler (bıçaklar, şaft,
jeneratör) uzun bir kulenin tepesinde yer alır ve bıçaklar rüzgara bakar (Şekil 2.11). Şaft
yere yataydır. Rüzgar, dönmeye neden olan bir mile bağlı olan türbinin kanatlarına çarpar.
Şaftın ucunda bir jeneratörü döndüren bir dişli bulunur. Jeneratör elektrik üretir ve elektriği
elektrik şebekesine gönderir. Rüzgar türbini aynı zamanda verimlilik sağlayan bazı kilit
unsurlara sahiptir. Nacelle (veya kafanın) içinde, rüzgarın hızını ve yönünü okuyan bir
anemometre, rüzgar gülü ve kontrol cihazı bulunur. Rüzgar yön değiştirirken, bir motor
(yalpalama motoru) nacelle'yi döndürür, böylece bıçaklar her zaman rüzgara bakar. Güç

39. 24
kaynağı ayrıca bir güvenlik özelliğine sahiptir. Aşırı rüzgar durumunda türbinin şaft hızını
yavaşlatabilecek bir kırılması vardır. Bu önlem, zor koşullarda türbine zarar gelmesini
engellemektir [34].
Şekil 2.11. Yatay eksenli rüzgâr türbini parçaları [34]
Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin tasarım ve kullanım avantajlarını aşağıdaki gibi
sıralayabiliriz [34];
- Kanatlar, türbinlerin ağırlık merkezinin yanındadır ve bu sayede dengeye yardımcı
olmaktadırlar,
- Rüzgarın türbin kanatlarına en iyi çarpma açısını veren kanat açısını ayarlama
özelliğine (yaw) sahiptir,
- Fırtınada oluşabilecek hasarları en aza indirmek için rotor kanatlarını fırtınaya
sokma ve açısını ayarlama özelliğine (pitch) sahiptir,

40. 25
- Uzun kule, rüzgar makası (rüzgârın yön ve hızında görece kısa bir mesafede
meydana gelen ani değişiklik) bulunan yerlerde daha güçlü rüzgara erişime izin
verir,
- Yüksek kule düz olmayan arazilere veya açık denizlere yerleştirilebilmektedir,
- Rüzgar türbini kanatlarının ilk moment hareketi kendi kendine başlayabilmektedir,
- Düşey eksenli rüzgar türbinlerine göre çok daha verimlidir.
Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin tasarım ve kullanım dezavantajlarına değinmek
gerekirse önemli noktaları aşağıdaki gibi sıralayabiliriz [34];
- Karadan esen rüzgarlarda çalışma zorluğu yaşanabilmektedir,
- Montaj öncesi taşıma ve lojistik maliyetleri yüksektir (ekipman maliyetinin
yaklaşık olarak % 20'si),
- Montaj ve kurulumu zordur (yüksek vinçler ve yetenekli operatörler gerektirir),
- Bulunduğu alanın estetik görünümüne zarar vermektedir,
- Bakım işlemleri zor ve maliyetlidir.
Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri
Düşey (dikey) eksenli olarak tanımlanan rüzgar türbinleri yere dik duracak şekilde dizayn
edilmektedir (Şekil 2.12). Sistem sürekli olarak rüzgarın geleceği yöne göre
ayarlanabilmektedir. Yatay ekseninin ise rüzgar yönüne göre ayarlanmasına gerek yoktur.
Bu tip türbinler ilk hareket için elektrik motoruna ihtiyaç duymaktadırlar. Türbin yardımcı
tellerle ekseninden sistemin kurulduğu zemine sabitlenmektedir. Deniz seviyesine yakın
yerlerde, bu tip sistemler daha az rüzgar aldığından verim düşüklüğü nedeniyle tercih
edilmemelidir. Gerekli olan tüm donanımların yer seviyesinde olması bir avantaj gibi
gözükse de, tarım arazileri için bir çok olumsuz etkisi bulunmaktadır [33].
Düşey eksenli rüzgar türbinlerinin tasarım ve kullanım avantajlarını aşağıdaki gibi
sıralayabiliriz [34];
- Bakımı kolay ve maliyeti düşüktür,
- İnşaat ve nakliye maliyetleri düşüktür,

41. 26
- Kurulan sistemin ayakta durabilmesi için, zemine gergi halatlarıyla sabitlenmesi
gerekmektedir,
- Arıza durumunda, milin yatakları değişmesi gerektiğinde bütün türbinin sökülmesi
gerekmektedir.
Düşey eksenli rüzgar türbinlerinin tasarım ve kullanım dezavantajlarına değinmek
gerekirse önemli noktaları aşağıdaki gibi sıralayabiliriz [34];
- Düşük başlangıç torkuna sahiptir ve çalışabilmesi için ilk hareket motoruna ihtiyaç
duyar,
- Bıçaklar sürekli tekrar rüzgara doğru dönmeye başlar
- Bu tip türbinler genel olarak verimsidir,
- Daha düşük ve türbilanslı rüzgarda çalışabilmektedir,
- Düşük başlangıç torku ve dönmeye başlamak için enerji gerektirebilir
- Ayakta durabilmesi için gergi halatlarıyla sabitlenmesi gerekmektedir.
Şekil 2.12. Düşey eksenli rüzgâr türbini parçaları [34]

42. 27
2.3.2. Türkiye’nin Rüzgar Enerjisinden Yararlanma Potansiyeli ve Mevcut Durum
Analizi
Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü (YEGM) verilerine göre ekonomik rüzgar enerjisi
santrali yatırımı için 50 metre yükseklikte en az 7 m/s rüzgar hızına ihtiyaç duyulmaktadır.
Şekil 2.13’de YEGM verileri ile hazırlanan Türkiye 50 metre yükseklikteki ortalama
rüzgar hızlarını gösteren Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası (REPA), ülkemizin
rüzgar potansiyeli açısından oldukça şanslı olduğunu göstermektedir [35]. Devlet
Meteoroloji İşleri (DMİ) istasyonlarının rüzgar verilerine göre, Türkiye’nin yıllık ortalama
rüzgar hızın 10 metre yükseklikte 2,54 m/s ve rüzgar gücü yoğunluğunun 24 W/m2 olduğu
tespit edilmiştir. Çizelge 2.4’de bölgelere göre ortalama rüzgar gücü yoğunlukları
verilmiştir.
Şekil 2.13. Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası (REPA) [35]
Çizelge 2.4. Bölgelere göre ortalama rüzgar gücü yoğunlukları [35]
Bölge Adı
Ortalama Yıllık
Rüzgar Hızı (m/s)
Ortalama Eüzgar
Cücü Yoğunluğu
(W/m²)
Akdeniz 2,5 21,36
İç Anadolu 2,5 20,14
Ege 2,6 23,47
Karadeniz 2,4 21,31
Doğu Anadolu 2,1 13,19
Güneydoğu Anadolu 2,7 29,33
Marmara 3,3 51,91

43. 28
Çizelge 2.4’deki verilere göre, Marmara bölgesinde rüzgar hızını 3 m/s’yi aştığı ve rüzgar
güç yoğunluğunun ise 51,91 W/m2 olduğu görülmektedir. Bu verilere göre Türkiye’de
özellikle Marmara Bölgesi’nin rüzgar gücü üretimi için oldukça uygun olduğu
görülmektedir .Ayrıca bu bölgede, yaz aylarında rüzgar hız değerlerinde de artış
olmaktadır.
Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği (TUREB)’in Temmuz 2019’da yayınladığı ‘’Türkiye RES
Durumu’’ raporuna göre 2019 yılında mevcut kurulu rüzgar enerji santrallerinden üretilen
elektrik ile ülkemizin toplam elektrik enerjisi ihtiyacının ortalama olarak % 7,40’ı
karşılanmıştır. Türkiye, ilgili rapora göre toplamda 7.615 MW kurulu rüzgar gücüne, 3.155
kurulu rüzgar türbinine, 183 adet işletmede bulunan, 17 adet de inşaat halinde bulunan
rüzgar enerji santraline sahiptir. Rapora göre özellikle 2008 yılından itibaren ülkemizde
kurulu rüzgar enerji türbini adedi katlanarak artmıştır (Şekil 2.14) [36].
Şekil 2.14. Türkiye’deki rüzgar enerji santralleri için kümülatif kurulum tablosu [36]
Türkiye’de işletmede bulunan rüzgar enerji türbinleri toplam kurulu gücüne göre, üretici
markalarına göre dağılımı Şekil 2.15’de yer almaktadır [36]. İlgili tabloya göre türbin
üreticisi firmaların pazar payı sırasıyla şu şekilde gerçekleşmiştir; % 26,69 pazar payı ile
Nordex birinci, % 20,90 pazar payı ile Vestas ikinci, % 18,40 pazar payı ile Enercon
üçüncü konumdadır. Diğer markaların pazar payı oranları ise sırasıyla; % 16,15 General
Electric, % 14,84 Siemens Gamesa, % 1,43 Suzlon, % 1,42 Sinovel, % 0,13 Goldwind, %
0,04 Senvion. Türkiye’de işletmede bulunan rüzgar enerji türbinleri toplam kurulu gücüne

44. 29
göre, bölgesel dağılımı Şekil 2.16’da yer almaktadır [36]. İlgili tabloya göre kurulu gücün
bölgesel dağılımı ise şu şekilde gerçekleşmektedir; % 37,66 Ege Bölgesi, % 34,19
Marmara Bölgesi, % 13,08 Ege Bölgesi, % 10,02 İç Anadolu Bölgesi, % 3,67 Karadeniz
Bölgesi, % 1,22 Güneydoğu Anadolu Bölgesi, % 0,15 Doğu Anadolu Bölgesi’dir.
Şekil 2.15. Türkiye’de işletmede bulunan rüzgar enerji santrallerinin kurulu güce göre
türbin markaları dağılımı [36]

45. 30
Şekil 2.16. Türkiye’de işletmede bulunan rüzgar enerji santrallerinin bölgesel dağılımı [36]

46. 31
3. HİBRİT ENERJİ SİSTEMLERİ
‘’Hibrit’’ kelime anlamı Fransızca ‘’hybride’’ kelimesinden ana dilimiz Türkçe’ye geçmiş
olup, Türk Dil Kurumu sözlüğünde aşağıdaki iki anlama karşılık gelmektedir [37];
a. Melez (isim),
b. İki farklı güç kaynağının bir arada bulunması (isim, teknoloji).
Enerji üretmek için iki veya daha fazla farklı kaynağın kullanıldığı enerji üretim sistemleri
‘’Hibrit Enerji Sistemleri’’ olarak adlandırılmaktadır. Güneş-rüzgar, güneş-dizel jeneratör,
rüzgar-dizel jeneratör veya güneş-rüzgar-dizel jeneratör sistemleri gibi birden
çok enerji kaynağının kullanılması sonucunda oluşturulan sistemler, hibrit enerji
sistemlerine örnek olarak verilebilir. Farklı enerji türlerini hibrit enerji sistemi tasarlamak
için kullanmak, enerji üretiminde sürdürülebilirliğin sağlanması açısından oldukça
önemlidir. Her kaynak, günlük olarak etkinliğini bir süre için kaybedebilir. Bu dönemde,
enerji üretimine hiçbir sıkıntı olmadan devam edilmelidir. Bu nedenle, her bir enerji
kaynağının birbirinden bağımsız olarak enerji sağlaması gerekmektedir.
Resim 3.1. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Santrali
Bu bölümde, proje çalışma konusu olan rüzgar ve güneş enerjisi kaynaklarının birlikte
kullanıldığı rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji üretim sistem örneklerinden, sistem bileşen ve

47. 32
çeşitlerinden, uygulama alanlarından, hibrit sistem kullanımının avantaj ve
dezavantajlarından bahsedilecektir (Resim 3.1).
3.1. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistem Uygulamaları
Rüzgar ve güneş dünyanın hemen her yerinde, ek bir uygulama gerektirmeden
kullanılabilen bağımsız enerji kaynakları olarak tanımlanabilir. Diğer kaynakların bir çoğu
ise jeolojik ve çevresel gereksinimlere bağlıdır. Biyokütle, enerji üretimi için gereken
kullanılabilir malzeme üretmek ve etkin kullanmak için zaman sürecine ihtiyaç
duymaktadır. Jeotermal enerji, yeraltında bulunan ve üretilmesi mümkün olan kaynakları
sınırlı olan bir enerji kaynağıdır. Proje alanında kullanılabilir bir jeotermal kaynak varsa,
hibrit sisteme jeotermal eklemek etkili bir yol olabilir. Hidrolik enerji, hibrit sistemlere
uygulamada benzer engellere sahiptir. Proje alanı uygun jeolojik şekillere sahip olmalıdır.
Yüksek verimlilik değerleri nedeniyle, hidrolik enerji önemli bir güç kaynağıdır, bu
nedenle bu kaynağı bu tür sistemlerde kullanma şansı da bulunmaktadır. Bununla birlikte,
hidroelektrik dahil hibrit sistemlerin tasarlanması, diğer kaynaklar üzerindeki jeolojik
etkiler nedeniyle kolay değildir.
Rüzgar enerjisi, yalnızca bir rüzgar türbini ile 8-10 MW gibi yüksek elektrik üretim
kapasitelerine çıkabilmektedir. Fotovoltaik güneş panelleri gibi güneş enerjisi sistemleri ise
çoklu panelleri bir araya geldiğinde ‘’Güneş Tarlası’’ olarak bilinen yüksek elektrik üretim
kapasitelerine ulaşabilmektedir. Genelde, fotovoltaik güneş panelleri kW değerlerinde
elektrik enerjisi üretmektedir. Hibrit uygulamalar, özellikle yaz ve kış aylarında enerji
gereksiniminin sürekli olduğu ve kesintiye bir an bile yer verilmemesi ya da kurulan güneş
ya da rüzgar enerjisinin desteklenmesi gereken sistemlerde tercih edilebilmektedir. Hibrit
uygulamalarda, güneş, rüzgar vb. yenilenebilir enerji kaynakları ile birlikte dizel vb.
konvansiyonel enerji kaynaklarının ikili veya üçlü olarak birlikte kullanımı da
mümkündür. Oluşturulan hibrit sistem, güneş enerjisi veya rüzgar enerjisinin çalışma
sistemiyle benzer özelliklere sahiptir. Sadece sisteme eklemeler yapılmaktadır. Hibrit
enerji sistemleri, şebekeye paralel (on-grid), şebekeden bağımsız (off-grid) ve şebeke
destekli (green-line) olarak tasarlanabilmektedirler.

48. 33
3.2. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemlerin Şebeke Bağlantı Durumuna
Göre Sınıflandırılması
Hibrit Rüzgar-Fotovoltaik güç sistemleri, günümüzde özellikle şebekeden bağımsız
uygulamalar için önemli bir çözüm haline gelmiştir. Güneş ve rüzgar kaynağını hibrit
sistem ile birleştirmek daha iyi bir sistem ve enerji tedariği güvenilirliği sağlayabilir.
Rüzgar ve solar fotovoltaik sistemlerin ortak kullanıldığı hibrit sistemlerinin birlikte
çalıştırılması, enerji kaynaklarının birbirlerinin zayıf yönlerini tamamlamaları ve
sürdürülebilir enerji tedariği sağlayabilmeleri sebebiyle daha ekonomik çözümler haline
gelmektedir. Rüzgar-Fotovoltaik hibrit enerji güç sistemlerinin şebekeye entegre edilmesi
sayesinde, yenilenebilir enerji güç sistemleri ile toplam yükün karşılanması sonucunda
genel ekonomiye de katkı sağlamaktadır. Benzer şekilde, elektrik dağıtım şebekesine uzak
olan ve bağımsız güç ihtiyacı olan lokasyon ve uygulamalarda hibrit rüzgar-fotovoltaik
sistemlerinin tercih edilmesi, sürdürülebilir enerji tedariği için gerekli olan enerji depolama
ihtiyacının azalmasına yardımcı olmaktadır [38].
Hibrit güneş rüzgarı sistemleri şebeke bağlantı durumuna göre iki türe ayrılabilir:
- Şebekeye bağlı (on-grid) hibrit sistemler,
- Şebekeden bağımsız (off-grid / stand-alone) hibrit sistemler.
3.2.1. Şebekeye Bağlı (on-grid) Rüzgar-Fotovoltaik Hibrit Sistemlerinde
Optimizasyon, Kontrol ve Güç Kalitesi
Kombine güneş ve rüzgar enerjisi sistemlerinin şebekeye bağlı olduğu (on-grid) sistemler,
toplam maliyeti düşürmede ve toplam yük ihtiyacının dengesinin sağlanabilmesi adına
yenilenebilir enerji üretiminin güvenilirliğini arttırmada sisteme yardımcı olabilir. Bu
sayede enerji ihtiyacının hibrit sistemden karşılanamadığı anlarda şebekeden yük
çekilebilmekte, hibrit sistemin üretim kapasitesi fazlalığı durumunda ise şebekeye fazla
yükü gönderebilmektedir. Şekil 3.1 ve Şekil 3.2’de şebekeye bağlı (on-grid ya da grid-
connected) geleneksel alternatif akım (AC bus) ve doğru akım (DC bus) rüzgar-fotovoltaik
hibrit sistem şemaları gösterilmiştir [38].

49. 34
Şekil 3.1. Şebekeye bağlı (on-grid) doğru akım (DC-bus) hibrit enerji (Rüzgar-Fotovoltaik)
üretim sistem şeması [38]
Şekil 3.2. Şebekeye bağlı (on-grid) alternatif akım (AC-bus) hibrit enerji (Rüzgar-
Fotovoltaik) üretim sistem şeması [38]
Rüzgar-Fotovoltaik hibrit sistemleri, sadece güneşli ve rüzgarlı günlerde elektrik enerjisi
üretebileceği için tek başlarına sürdürülebilir enerji üretimi sağlayamazlar. Bunun
sonucunda, şebekeye entegre bağlı olan bu tip hibrit enerji üretim sistemleri toplam enerji
çıktısında iyileştirmeler sağlamaktadır. Bunun sonucunda en iyi optimizasyonu
sağlayabilmek için sistem gereksinimlerini karşılayabilecek en uygun sayıda ve büyüklükte
rüzgar ve fotovoltaik bileşenlerini sağlamak gerekmektedir. Rüzgar-Fotovoltaik hibrit
sistemlerin geleneksel boyutlandırma modelleri daha çok uzun dönemli güneş radyasyonu
ve rüzgar hızı gibi uzun süreli hava durumu verileri toplama şeklindeydi. Uzun dönemli
hava durumu verilerine ulaşılamadığı durumlarda ise, bulanık mantık, genetik algoritma,
yapay sinir ağları gibi yenilikçi yöntemler kullanılabilmektedir. Bunun dışında, ‘’Net
Bugünkü Değer’’, ‘’Enerji Güvenilirlik Endeksi’’, ‘’Sağlanmayan Beklenen Enerji’’,

50. 35
‘’Enerji Maliyetleri’’ gibi yöntem ve raporlamalar kullanılmaktadır. Bu tip göstergeler,
projeye devam edip etmeme vb. karar alma noktalarında yardımcı olmaktadır [38].
Şebekeye bağlı Rüzgar-Fotovoltaik hibrit enerji sistemlerinde, Şekil 3.1 ve Şekil 3.2’de
gösterildiği şekilde iki tip topoloji bulunmaktadır. Sistem topolojisini özetlemek gerekir
ise, şu şekilde olacaktır; bireysel olarak DC/DC ve AC/DC üniteleri olan güneş-
fotovoltaik, rüzgar ve akü veri kaynakları vasıtasıyla gelen doğru akım (DC) çıkış
gerilimleri (voltajları), şebeke ve güç üretim kaynakları arasında ara yüz gibi çalışan tek bir
DC/AC invertörüne entegre edilerek, tek bir kaynak çalışsa bile istenen gücü şebekeye
sağlayabilecektir. Bu tip bir sistemde DC/AC invertörü, DC bara voltajını kontrol eden ana
ekipman olacaktır. Rüzgar ve fotovoltaik güç kaynakları, kaynaklardan en yüksek gücü
alabilmek için maksimum güç noktası takibi (MPPT) kontrolünü gerçekleştirmelidirler.
Kaynaklardan gelen yükler kullanım fazlası oluşturur ise, sistemdeki aküye yük fazlası
yüklenecek, sonrasında ise rüzgar ve güneş kaynağından enerji kesintisi gerçekleştiği anda
akü devreye girerek kesintisiz güç tedariğini sürdürecektir. Şekil 3.2’deki sistemde ise her
bir güç kaynağı ayrı ayrı invertörler kanalı ile şebekeye güç vermektedir [38].
Şebekeye bağlı çalışan hibrit sistemlerde başlıca güç kalitesi sorunları, gerilim
dalgalanması, frekans dalgalanması ve harmoniklerdir. Rüzgar ve güneş-fotovoltaik
kaynağından elde edilen aralıklı enerjinin ağ güvenilirliğine ciddi bir etkisi bulunmaktadır.
Doğru tahmin ve çizelgeleme sistemleri bu tip olumsuz etkileri minimize edecektir. Hibrit
sistemde hava durumu, güneş radyasyon seviyesi ve rüzgar hızını tahmin etmek için çeşitli
istatistiksel tahmin, regresyon analiz yaklaşımları ve algoritmaları kullanılmalıdır [38].
Güneş radyasyonu ve rüzgar hızında yaşanan zamana bağlı değişiklikler sebebiyle,
sistemde voltaj dalgalanması gibi istenmeyen durumlar oluşabilmektedir. Bu tip
durumların önüne geçmek için, dinamik voltaj regülatörleri, statik senkron kompansatörler
ve birleşik güç kalitesi şartlandırıcılar gibi aktif güç filtreleri, voltaj dalgalanma
problemlerini çözmek için kullanılabilir [38].

51. 36
3.2.2. Şebekeden Bağımsız (stand-alone) Rüzgar-Fotovoltaik Hibrit Sistemlerinde
Optimizasyon, Kontrol ve Güç Kalitesi
Şebekeden bağımsız hibrit güç üretim sistemleri, iletim hattı inşaat maliyetlerinin çok
yüksek olduğu, özellikle büyük tesis veya şantiyelerin hizmet verdiği uzak bölgeler için
mükemmel bir çözüm haline gelmiştir. Güneş ve rüzgar enerjisinin değişken doğası gereği,
hibrit sistemin güvenilirliğini sağlayabilmek için her iki enerji kaynağı da hibrit sisteme
parçalı olarak entegre edilerek en uygun kombinasyon sağlanmalıdır. Belirli anlarda bir
sistemin zayıf yönünü diğer enerji sisteminin güçlü yönü karşılayabilmelidir. Bu tip hibrit
sistemlerde, enerji depolama maliyetleri hala en büyük sorun olarak karşımıza çıkmaktadır.
Bu tip sistemlerde kapasite ihtiyacını karşılayabilmek için kısa vadede rüzgar türbinleri ve
güneş-fotovoltaik panel kapasitelerini artırmak, depolama ünitelerinin (akü, vb.)
kapasitesini artırmaktan daha ekonomik çözümler sunacaktır [38].
Rüzgar-Fotovoltaik hibrit yenilenebilir enerji üretim sistemlerine, akü depolamalı ve dizel
jeneratör gibi yedekleme sistemlerinin entegre edilmesi, yenilenebilir enerji üretiminin
azaldığı dönemlerde, düşük maliyetli bir çözüm haline gelmektedir. Fakat, depolama
alanlarının (akülerin) dolduğu durumlarda, sistemde oluşacak yük fazlalıkları atıl duruma
düşecektir. Bu gibi durumlarda hibrit sisteme yakıt hücresi entegre etmek, hibrit sisteme
alternatif bir yedekleme enerji kaynağı çözümü sunacaktır. Hibrit sistemlere dağıtık
jeneratörler eklemek, yüklere yakın olması sebebiyle voltaj dalgalanma problemlerinin
önüne geçebilmektedir. Fakat bu durumda da hibrit sisteme ek koruma ve güvenlik
mekanizmalarının eklenmesini gerektirecektir [38].
Bağımsız ve uzak lokasyonlar için tasarlanan şebekeden bağımsız (stand-alone) hibrit
sistem uygulamalarının boyutlandırılması için gerekli olan uzun dönemli hava durumu
verileri, güneş radyasyonu, rüzgar hızı vb. verileri bulmak her zaman kolay olmayabilir.
Dolayısıyla bu tip uygulamalarda geleneksel metotların yerine bulanık mantık, genetik
algoritma ve yapay sinir ağı gibi yenilikçi yöntemlerin kullanılması gerekebilir [38].
Şebekeden bağımsız Rüzgar-Fotovoltaik hibrit enerji sistemlerinde, Şekil 3.3 ve Şekil
3.4’de gösterildiği şekilde iki tip topoloji bulunmaktadır. Şekil 3.3’de yer alan sistemin
avantajı, doğru akım ara yüz barasının sabit frekans ve senkronizasyona sahip olmayan
farklı türdeki enerji kaynaklarını birleştirmesidir. Bu sistemde, tüm kaynaklardan gelen

52. 37
voltaj değerleri bağımsız olarak kontrol edilebilmekte ve doğru akım barasında
sabitlenebilmektedir. Sistem çalışması ise şu şekilde olacaktır; bireysel olarak DC/DC ve
AC/DC üniteleri olan güneş-fotovoltaik, rüzgar ve akü veri kaynakları vasıtasıyla gelen
doğru akım (DC) çıkış gerilimleri (voltajları), şebeke ve güç üretim kaynakları arasında ara
yüz gibi çalışan tek bir DC/AC invertörüne entegre edilerek, tek bir kaynak çalışsa bile
gerekli olan alternatif akım güç çıkışını verecektir. Bu sistemde batarya (akü) DC/DC
konvertörü arabirimi sayesinde, doğru akım bara voltajını güç fazlalığı durumunda şarj
ederek veya güç kesintisi durumunda ise deşarj ederek düzenlemektedir. Bu sistemde,
yenilenebilir enerji kaynakları akım kaynağı olarak hareket edecek ve doğrudan yükleri
besleyecektir. Ara yüz ortak ünitesi, yükün voltaj büyüklüğünü düzenlemektedir. Bireysel
AC/DC ve DC/DC üniteleri, rüzgar ve solar-fotovoltaik güç kaynaklarından çekilebilecek
en yüksek gücün kullanılması için maksimum güç noktası takibi (MPPT) kontrolünü
gerçekleştirmelidirler. Sistemde yer alan akü, ana doğru akım (DC) bara gerilimini şarj ve
deşarj yönetimi ile kontrol etme görevi görür [38].
Şekil 3.4 şebekeden bağımsız (stand-alone) doğru akım (DC) ana barasına sahip rüzgar ve
fotovoltaik hibrit sistem şemasını göstermektedir. Bu tip doğru akım (DC) baralı hibrit
sistemler, operasyonel kolaylık, düşük maliyet vb. avantajları sebebiyle Dünya genelinde
yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun yanında bu tip sistemlerin alternatif akım (AC) ve
frekans kontrolü, enerji yönetimi vb. zorlukları da bulunmaktadır. Bu tip topolojide,
rüzgar, güneş-fotovoltaik ve akü gibi bireysel yüklerden gelen alternatif akım (AC) çıkış
voltajı, yükü direk beslemektedir. Bu tip sistemde yenilenebilir enerji kaynakları akım
kaynakları olarak hareket etmektedir. Sistemde akü, şarj ve deşarj işlemleri yaparak ana
voltaj kaynağı olarak alternatif akım (AC) barasını kontrol eder. Sistemde, rüzgar ve
fotovoltaik güç kaynaklarından çekilebilecek en yüksek gücün kullanılması için
maksimum güç noktası takibi (MPPT) kontrolün gerçekleştirilmelidir. Sistemde yük fazlası
olduğunda akü şarj olur, yük kesintisi durumlarında ise akü deşarj olmaktadır [38].

53. 38
Şekil 3.3. Şebekeden bağımsız (stand-alone) doğru akım (DC-bus) hibrit enerji (Rüzgar-
Fotovoltaik) üretim sistem şeması [38]
Şekil 3.4. Şebekeden bağımsız (stand-alone) alternatif akım (AC-bus) hibrit enerji
(Rüzgar-Fotovoltaik) üretim sistem şeması [38]
3.3. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemleri Uygulama Alanları ve Örnekler
Rüzgar ve güneş enerjisinin birlikte kullanıldığı hibrit (melez) enerji sistemleri, çok büyük
yük taleplerini karşılamak amacı ile yenilenebilir enerji tarlaları olarak dizayn edilebileceği
gibi, orta yük ihtiyacını karşılayabilecek bölgesel uygulamalar ile birlikte, bireysel
kullanım amacı ile çok daha düşük yük taleplerin karşılamak amacı ile de dizayn edilebilir.
Bu bölümde sistem uygulama alanlarından güncel örnekler üzerinden bahsedilecektir.
Jamaika’nın Kingston kentinde bulunan rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji sistemi büyük
kapasiteli üretim yapan hibrit enerji çiftliğine örnek verilebilir. 2014 yılında devreye

54. 39
alınarak faaliyete geçen sistem, 4 yıldan kısa bir sürede gerçekleşen yatırım getirisi ile
yıllık olarak yaklaşık 106 MWh elektrik üretimi kapasitesine sahiptir. Hibrit enerji tesisinin
ekonomik ömrü 25 yıl olarak belirlenmiş ve yapılan yatırımın firmayı 2.000.000 $ enerji
maliyetinden kurtarması beklenmektedir. Sistemde 25 Kw rüzgar enerjisi ve 55 Kw güneş
enerjisi sağlayabilen Resim 3.2’de gösterilen 50 adet Solarmill bulunmaktadır. Kingston
sahil şeridine çeyrek kilometreden daha az bir mesafede konumlandırılmış olan çatı
katında, rüzgarlı günlerde sık sık saatte 96,5 kilometre rüzgar hızı yakalandığı belirtilmiştir
[39].
Resim 3.2. Jamaika’nın Kingston kentinde bulunan rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji sistemi
[39]
Büyük ölçekli rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji santrallerine bir başka örnek ise Kasım
2019’da açıklanan dünyanın en büyük rüzgar enerji üreticisi konumunda bulunan Iberdrola
firmasının Avustralya’daki yatırım planıdır. Açıklamaya göre yatırımın maliyeti
500.000.000 $ olacaktır. 320 MW olarak planlanan hibrit enerji tarlası Adelaide kenti
yakınlarına kurulacaktır. 2021 yılında faaliyete geçmesi planlanan tesisin, firmanın
Queensland ve Güney Avustralya eyaletleri için planladığı toplam 650 MW elektrik üretim
kapasitesinin bir parçası olacağı belirtilmiştir. Planlanan hibrit rüzgar-fotovoltaik tesisi,
33.000 GWh elektrik üretim kapasitesine sahip olacaktır [40].
2018 Ekim ayında açıklanan bir başka habere göre ise A.B.D.’nin Ohio eyaletinde
Invenergy firması, 175 MW kapasiteye sahip bir rüzgar santrali kurmayı planlamaktadır.

55. 40
Bu santralin içerisinde 150 MW kapasiteye sahip bir de güneş tarlası da bulunacağı
açıklanmıştır. Yapılan hesaplamaya göre hibrit santralin 175.000 konutun elektrik
ihtiyacını karşılayacağı belirtilmiştir [41].
Görüldüğü üzere büyük üretim kapasiteli rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji santralleri,
sürdürülebilir temiz enerji sistemleri olması sebebiyle bir çok gelişmiş ve gelişmekte olan
ülkenin gündeminde yer almaktadır. Son olarak Hindistan, sürdürülebilir temiz enerji
tedariği sağlama noktasında ilerleme kaydetmek için 2018 yılında rüzgar-güneş hibrit
enerji politikası yayınladı. Hindistan Yenilenebilir Enerji Bakanlığı tarafından yayınlanan
politikanın ana amacının, iletim altyapısının ve arazinin optimal ve verimli kullanımı için
geniş şebekeye bağlı rüzgar-güneş hibrit enerji sistemlerinin, yenilenebilir enerji
üretimindeki değişkenliği azaltması ve daha iyi şebeke stabilitesi sağlaması olduğu
belirtildi. Hazırlanan yeni politikanın 2022 yılına kadar 10 GW’lık rüzgar-güneş hibrit
enerji kapasitesine ulaşmak olduğu belirtildi [42].
Orta ve küçük ölçekli rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji üretim sistemlerine örnek vermek
gerekir ise daha çok belirli bir alana hitap edebilecek ve ilçe, semt vb. bölgesel enerji
ihtiyaçlarına karşılık verebilecek sistemler olacaktır. Bu tip sistemler aşağıda verilen
alanlar için uygulanabilir;
- Orta ve küçük ölçekli organize sanayi bölgeleri,
- Askeri birlik, kışla, üs, karakol ve sınır kalekolları,
- Hastane ve üniversite kampüsleri,
- Gemi bunker barcı,
- Sulama tarlaları,
- Yerel yönetimler,
- Tarımsal bölgeler,
- Yayla vb. kırsal toplu kalınan bölgeler,
- Dağ köyleri,
- Kırsal tesisler,
- Baz istasyonları ve kuleleri vb. gibi telekomünikasyon uygulamaları,
- Dağ ve kır evleri.

56. 41
Askeri uygulamalara yerli üretimden örnekler verebiliriz. Aselsan’ın geliştirdiği ve ‘Guru’
markası ile piyasaya sunduğu orta-küçük ölçekli rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji güç sistemi
3 farklı modele sahipti; Kompakt, Mini ve Mobil [43].
Aselsan firması Guru Kompak modelini şu şekilde açıklamıştır (Resim 3.3); GURU
Kompakt, farklı yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üreten bileşenlerin (fotovoltaik
güneş modülleri, rüzgâr türbini vb.) enerji depolama üniteleri ve dizel jeneratör ile birlikte
kullanıldığı konteynere entegre edilmiş taşınabilir hibrit enerji sistemidir [44].
Resim 3.3. Aselsan Guru Kompakt model, rüzgar-fotovoltaik hibrit güç ünitesi [44]
Kullanım Alanları
- Askeri birlik, kışla, üs, karakol, kale kollar
- Askeri tatbikatlar
- Kamu kurum ve kuruluşlarının ihtiyaçları
- Tarım uygulamaları
- Kamplar, maden ve inşaat alanları
- Acil durum ve doğal afetler
- Elektrik arızaları
- Elektrik şebekesinden uzak yerler (adalar, haberleşme baz istasyonları vb.) [44].

57. 42
Aselsan firmasının geliştirdiği bir diğer model olan Guru Mobil modelini ise şu şekilde
açıklamıştır (Resim 3.4); GURU Mobil, farklı yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik
üreten bileşenlerin (fotovoltaik güneş modülleri, rüzgâr türbini vb.) enerji depolama
üniteleri ve dizel jeneratör ile birlikte kullanıldığı römork üzerine entegre edilmiş
çekilebilir hibrit enerji sistemidir [45].
Resim 3.4. Aselsan Guru Mobil model, rüzgar-fotovoltaik hibrit güç ünitesi [45]
Kullanım Alanları
- Mobil askeri sistemler
- Askeri kışla ve üsler
- Askeri operasyonlar ve tatbikatlar
- Kamu kurum ve kuruluşlarının ihtiyaçları
- Tarım uygulamaları
- Kamplar, maden ve inşaat alanları
- Acil durum ve doğal afetler
- Elektrik arızaları
- Elektrik şebekesinden uzak yerler (adalar, haberleşme baz istasyonları vb.) [45].

58. 43
Şehir şebekesinin ulaşamadığı bölgelerde, günümüz teknolojisinin geldiği nokta sayesinde
bireysel konut vb. yaşam alanları uygulamalarında da hibrit (rüzgar-fotovoltaik) temiz
enerji üretim sistemleri, güvenilir ve sürdürülebilir enerji tedariği için uygun çözüm
üretebilecek sistemler haline gelmiştir (Resim 3.5) [46].
Resim 3.5. Villa-Konut tipi hibrit (rüzgar-fotovoltaik) enerji üretim sistemi [46]
Sistemde yer alan fotovoltaik (Fotovoltaik) paneller kuru ve uzun güneşli yaz günlerinde
en yüksek üretim performansını vermektedir. Sistemde yer alan rüzgar türbini ise en iyi
verime fırtınalı dönemler ve gece boyu ulaşabilmektedir. Bu sayede sistem açıklarını
kapatarak, birbirini tamamlayabilmektedir. Bu tip sistemler şebekeden bağımsız (stand-
alone) olması sebebiyle daha önceki bölümlerde anlatıldığı üzere, sürdürülebilir enerji
tedariği için sistemde mutlaka dizel jeneratör vb. üçüncü bir elektrik enerjisi üretim
kaynağının bulunması ve günlük süreçte oluşabilecek fazla yüklerin de akü vb. ekipmanlar
vasıtası ile depolanması gerekmektedir. Bunun yanında yine aynı sistem, şehir şebekesinin
olduğu bölgelerde de, yine aynı mantıkla, (on-grid) olarak dizayn edilebilir. Bu durumda
ise, fazla yük üretimi durumunda şehir şebekesine satılabileceği için sistemin akü veya
dizel jeneratöre ihtiyacı olmayabilir. 7/24 enerji tedariğinin gerektiği durumlarda ise, şehir
şebekesinde yaşanabilecek olası kesintiler sebebiyle, akü veya dizel jeneratör sisteme
entegre edilmelidir. Bu tip kendi kendine yetebilen, şebekeden bağımsız veya şebekeye

59. 44
bağımlı olarak dizayn edilebilen sistemlere mikro-şebekeler denmektedir. Mikro şebekeler,
yerinde üretim imkanı sağlamakta, özellikle şebekeden bağımsız bölgelerde sürdürülebilir
enerji arzı sağlamak, bunun yanında dayanıklı ve dinamik bir şebekeye sahip olmak gibi
avantajlar da sunmaktadır [46].
3.4. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemi Avantajları ve Dezavantajları
Çok çeşitli uygulama örnekleri ve alanlarına sahip olan rüzgar-fotovoltaik hibrit enerji
üretim sistemleri, hibrit sistemde bulunan ve farklı metodolojilerde çalışan rüzgar santrali,
güneş panelleri vb. ekipman çeşitliliği sebebiyle bir kaç dezavantaja sahip olsa da iyi bir
tasarım ve sistem optimizasyonu uygulanması sonucunda yıl boyunca (yaz-kış) sistemden
sürdürülebilir ve temiz enerji ihtiyacının karşılanması amacı ile günümüz ve geleceğin
enerji sorununa çözüm olabilecek en önemli temiz enerji üretim sistemlerinden birisi
konumundadır.
3.4.1. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemi Avantajları
- Geleneksel (fosil yakıtlar) yöntemler ile üretilen elektrik enerjisine göre oluşan
CO2 salınımında büyük düşüş yaşanması (dizel jeneratör entegreli sistemler)
- Temiz ve çevre dostu olması sonucunda, Kyoto protokolleri çerçevesinde
belirlenen sera gazı salınımı azaltma hedeflerine yardımcı olması
- Orta ve küçük ölçekli sistemlerde üretilen fazla elektriğin şebekeye satılabilme
imkanının olması
- İhtiyaca göre tasarlanan optimum dizayn ile 7/24 gün boyu sürdürülebilir enerji
tedariği sağlanabilmesi
- Fotovoltaik (FV) sistemlerde hareketli parça olmaması sebebiyle, bakım
maliyetlerinin düşük ve en az 25 yıl gibi uzun kullanım ömrüne sahip olması
3.4.2. Hibrit Enerji (Rüzgar-Fotovoltaik) Sistemi Dezavantajları
- Fotovoltaik (FV) güneş paneli ilk yatırım maliyetlerinin henüz yüksek seviyelerde
olması

60. 45
- Rüzgar türbinlerinde hareketli parçaların çok olması sebebiyle, bakım ve işletme
maliyetlerinin henüz yüksek olması ve sık arıza yaşanabilmesi
- Rüzgar türbinlerinin her bölgeye uygun yapıda olmaması sebebiyle sınırlı kullanım
alanı imkanı vermesi
- Stabil olmayan güneş radyasyonu ve rüzgar hızındaki düzensizlikler nedeniyle
sistemde voltaj dalgalanmalarının yaşanabilme ihtimalinin önüne geçmek amacı ile
sisteme ilave edilmesi gereken aktif güç filtresi, güç kompansatörü vb. ekipmanlar
ile ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olması
- Doğrusal olmayan uygulamalar sebebiyle oluşabilecek harmonikler ve önüne
geçmek için sistemde kullanılması gereken filtre vb. malzeme maliyetlerinin
yüksek olması
- Sistem düzensizliğinin önüne geçmek ve güvenilirliğini sağlamak amacı ile kurulan
akü vb. sistemler sebebiyle enerji depolama maliyetlerinin yüksek oluşu

61. 46
4. RÜZGAR VE GÜNEŞ ENERJİSİ İÇİN MALİYET VE
PERFORMANS ANALİZİ
Hibrit enerji sistemlerinde (rüzgar ve güneş) performans analizi yapabilmek için öncelikle
rüzgar ve güneş enerjisinden elde edilebilecek gücün (elektrik enerjisi) hesaplanması
gerekmektedir. Ortalama rüzgar hızı 5-10 m/s aralığında ve ortalama güneş radyasyonu 3-6
kWh/m2
olan bölgelerde rüzgar ve güneş enerjisi sistemlerinin birlikte kullanıldığı hibrit
enerji sistemi kurmak, sistemin sürekliliği açısından avantajlı olabilmektedir. Bu bölümde
genel olarak rüzgar ve güneş enerjisinden elde edilecek gücün hesaplanmasında kullanılan
teoriler ve formüllerden kısaca bahsedilerek dünya ve Türkiye’de mevcut durumda
yapılmış olan maliyet analizleri üzerinden rüzgar ve güneş enerjisinin birlikte kullanıldığı
hibrit enerji sistemlerinin verimlilik, maliyet avantajı performans değerlendirmesi
konularına değinilecektir.
4.1. Rüzgar ve Güneş Enerjisinden Elde Edilen Teorik Gücün Hesaplanması
Rüzgar enerjisinden elde edilen gücünün teorik olarak hesaplanmasında aşağıdaki formül
kullanılmaktadır;
PRT=½×ρ×V3
×CPxA (1)
PRT : (Power) Rüzgar türbininden üretilen gücün Watt cinsinden değeridir.
½ : (Constant) Sabit değerdir. 0,5 olarak alınabilir.
ρ : (Air density) Havanın kg∕m3
cinsinden yoğunluk değeridir. Uluslar arası standartlara
göre; deniz seviyesinde, +15 C° sıcaklıkta ve 1.013,25 mb atmosfer basıncında havanın
yoğunluk değeri 1,225 kg∕m3
‘tür.
V3
: (Wind speed) Rüzgar türbininin bulunduğu yerdeki ortalama rüzgar hızının (m/s)
küpünün değeridir.
CP : (Power coefficient) Rüzgar türbin veriminin yüzdesel değeri olan sabittir. Kapasite
Faktörü olarak da ifade edilmektedir. Teorik olarak yapılan hesaplamalarda bu değerin
maksimum 0,5926 olduğu görülmüştür. Bu da rüzgar türbinlerinin maksimum % 59,26
verimlilik değeri ile çalışabileceğini ifade etmektedir.

62. 47
A: (Swept area; πR2
) Rüzgar türbin kanatlarının süpürme alanıdır. Birimi m2
‘dir.
Fotovoltaik panel için güneş enerjisinden elde edilen gücünün teorik olarak
hesaplanmasında aşağıdaki formül kullanılmaktadır;
PPV=A×ηPV×Hh×ηd×ρg (2)
PPV : Fotovoltaik panel enerji üretim miktarı (Watt)
A : Fotovoltaik panel yüzey alanı (m²)
ηPV : Fotovoltaik panel modül verimliliği (%)
Hh : Solar radyasyon değeri (kWh∕m²∕gün)
ηd : Fotovoltaik panel akım taşıma indirgeme değeri
ρg : Yeryüzü yansıma faktörü
Formül (2)’de yer alan A×ηPV değeri fotovoltaik panel pik güç değerine eşittir. PV panel
üreticilerine ait ürün kataloglarında yer alan Watt cinsinden pik güç değeri bu bölüme
yazılabilir. Formül sadeleştirilir ise aşağıdaki şekilde olacaktır;
PPV= Ppk×Hh×ηd×ρg (3)
4.2. Yakıt Tiplerine Göre Enerji Üretim Santrallerinin Maliyet Analizi
Enerji santrallerinde maliyet analizleri yapılırken işletme, bakım ve yakıt maliyetlerinin
yanında tesisin ilk yatırım maliyeti ile birlikte birim enerji üretim maliyetleri de dikkate
alınmalıdır. Enerji santrallerinde birim elektrik enerjisi üretim maliyetleri hesaplanırken
öncelikle tesisin ilk yatırım maliyeti ve işletme/bakım maliyetleri hesaplanmaktadır.
Santralin ilk yatırım maliyeti, tesisin elektrik üretimine başlamadan önce santralin işler
hale gelmesi için gerekli olan tüm maliyetleri içermektedir. Santralin ilk yatırım maliyetleri
içerisinde, tesisin işler hale gelmesi için gereken tüm makine ve teçhizat, bina ve arazi gibi
temel maliyetler yer almaktadır. Yakıt tipinden bağımsız olarak elektrik enerji
santrallerinde en büyük gider kalemi ilk yatırım maliyeti olmaktadır. Santralin
işletme/bakım maliyetleri ise tesisin işler hale geldikten sonraki tüm ömrü boyunca enerji
üretim faaliyetleri için harcadığı gider kalemleridir. Bu tip işletme/bakım maliyetleri

63. 48
ekonominin temel maliyet analizlerinde yer aldığı üzere; sabit ve değişken maliyetler
olarak ikiye ayrılmaktadır. Sabit maliyetler personel maaşı ve primleri, santralin genel ve
idari harcamaları ile birlikte tesisin işler halde devamı için gerekli olan sabit ekipman ve
bakım maliyetleridir. Değişken maliyetler ise yıl bazında birim maliyetleri değişebilen,
yakıt, enerji üretim ve dağıtım maliyetleri ile birlikte periyodik olarak tükenen sarf
malzemeler ve atık maliyetleridir.
Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) ile birlikte Nükleer Enerji Ajansı’nın (NEA) ortaklaşa
olarak 2015 yılında düzenlediği ‘’Elektrik Üretimi İçin Öngörülen Maliyetler’’ araştırma
raporunda, modellemede farklı güç üreten teknolojilerinin maliyetlerini karşılaştırmak için
yaygın olarak kullanılan bir araç olan artan elektrik maliyetleri (LCOE) için formül (4)
kullanılmaktadır [47]. Formül (4)’de, artan elektrik maliyetleri (LCOE) ‘ni bulabilmek için
iskonto edilmiş toplam gelirlerin bugünkü değeri ile iskonto edilmiş toplam giderlerin
bugünkü değeri arasındaki eşitlik kullanılmaktadır. Formülün sol tarafında iskonto edilmiş
gelirlerin toplam değeri, sağ tarafında ise iskonto edilmiş maliyetlerin toplam değeri
bulunur;
∑PMWh×MWh×(1+r)-t
=∑⟦(Capitalt+O&Mt+Fuelt+Carbont+Dt)×(1+r)-t
⟧ (4)
Formül (4)’deki değişkenlerin tanımı aşağıdaki gibidir;
PMWh : Tedarikçiye elektrik için sürekli ömür boyu ödeme;
MWh : Sabit olarak kabul edilen MWh cinsinden üretilen elektrik miktarı;
(1+r)-t
: t yılı için iskonto faktörü (sermayeye yapılan ödemeleri yansıtır);
Capitalt : t yılında toplam sermaye inşaat maliyeti;
O&Mt : t yılında işletme ve bakım maliyetleri;
Fuelt : t yılında yakıt maliyetleri;
Carbont : t yılında karbon maliyetleri;
Dt : t yılında hizmetten çıkarma ve atık yönetimi maliyetleri.
Formül (4)’de yer alan PMWh zaman içerisinde sabitlendiği için denklemden çıkarılır ve
formül aşağıdaki halini alır;

64. 49
LCOE=PMWh=∑⟦(Capitalt+O&Mt+Fuelt+Carbont+Dt)×(1+r)-t
⟧ ∕ ⟦∑MWh×(1+r)-t
⟧
(5)
Formül (5)’de bu sabit, PMWh, yükseltilmiş elektrik maliyeti (LCOE) olarak tanımlanır
[47].
Raporda yer alan bilgilere göre rüzgar enerjisinden (onshore) elektrik üretimi teknolojileri
incelendiğinde, ülkemizde kurulu bulunan rüzgar türbinlerinin ortalama % 38 kapasite
faktörüne sahip olduğu ve gecelik maliyetlerin (overnight cost) 1.667 $/kW mertebelerinde
olduğu görülmektedir (Çizelge 4.1). Tabloda özellikle gelişmiş ülkelerin maliyetleri
dikkate alındığında ilgili maliyet değerinin uygun mertebelerde olduğu anlaşılmaktadır
[47].
Gecelik maliyet, inşaat sırasında herhangi bir faiz oluşmamışsa, bir projenin “bir gecede”
bitmesi gibi bir inşaat projesinin maliyetidir. Gecelik maliyet, santralleri tarif ederken
sıklıkla kullanılır. Bir elektrik santralinin gecelik maliyeti düşünüldüğünde kullanılan ölçü
birimi $ / kW 'dır [48].
Enerji üretim maliyet analizlerine bir diğer örnek ise Uluslar Arası Yenilenebilir Enerji
Ajansı (UAYE) tarafından yayınlanan ‘’ 2018 Yılı Yenilenebilir Enerji Üretim
Maliyetleri’’ raporudur [49]. Bu raporda 2018 yılı için yenilenebilir enerji türleri için enerji
üretim maliyetleri Çizelge 4.2’de gösterilmiştir;
Fosil yakıtlı enerji üretim maliyet değer aralığı göz önüne alındığında, yukarıdaki tabloda
yer alan yenilenebilir enerji üretim maliyet aralıklarının fosil yakıtlar ile rekabet edebilir
seviyede olduğu görülmektedir. Artan yenilenebilir enerji yatırımları sonucunda fosil
yakıtlı enerji üretim maliyetleri sürekli olarak artmaktadır. Bu doğrultuda ülkemizde de
2023 yılı hedefleri doğrultusunda, yenilenebilir enerji üretim yatırımları yıl bazında artış
göstermektedir [49].