Elektrik Elektronik Mühendisliği Ödev Yaptırma: Yenilenebilir Enerji Hibrit Sistem Tasarımı

Köy ölçekli mikroşebekeden endüstriyel tesise, kırsal telekom istasyonundan ada şebekesine kadar çok farklı bağlamlarda, yalnız güneş ya da yalnız rüzgâr, yılın her saatinde ihtiyaç duyulan kalite ve sürekliliği tek başına veremez. Hibrit sistem tasarımı, birden fazla kaynağın (PV, rüzgâr, dizel/Jeneratör, batarya, yakıt hücresi, mikrohidro, hatta şebeke) aynı DC–AC omurgada akıllıca kurgulanması, enerji depolama ve güç elektroniği ile dengelenmesi, kontrol stratejileri ve ekonomik optimizasyon ile bütünleşmesidir. Bu yazı; ödev, bitirme projesi ya da gerçek saha projesinde doğrudan kullanabileceğiniz bir uçtan uca yol haritası sunar: yük profilinin çıkarılması, kaynak modelleme (irradyans–rüzgâr istatistiği), bileşen seçimi (PV–WT–BESS–DG–EMS), güç dönüştürme (DC/DC–DC/AC–AC/DC), kontrol (droop/SoC ve MPPT koordinasyonu), boyutlandırma (ömür maliyeti LCOE/LCOH, net bugünkü değer NPV), güvenilirlik (LOLP/LOLE), koruma–kalite (flicker, harmonik), siber–fiziksel güvenlik, saha kurulum ve kabul testleri.

1) Tasarım hedeflerini yazıya dökün: “Başarı kriterleri” olmadan optimizasyon olmaz

Enerji/Maks güç hedefi: Günlük/aylık kWh, tepe kW, yük profili (baseload, tepe çekiş).
Güvenilirlik: LOLP (Loss of Load Probability), SAIDI/SAIFI benzeri erişilebilirlik hedefi (örn. >%99.5).
Güç kalitesi: THD, flicker, gerilim sapması (%±5), frekans regülasyonu (±0.1 Hz mikroşebekede).
Ekonomi: CAPEX+OPEX → LCOE, geri ödeme süresi, NPV, IRR; yakıt ve bakım fiyat senaryoları.
Çevre/uyum: CO₂ emisyonu, gürültü, arazi/çatı kısıtı, mevzuat (bağlantı kodu, sayaç, lisans).
Ödev çıktısı: “Tasarım gereksinimleri tablosu”nu ilk sayfaya koyun; en az 10-12 ölçülebilir kriter.

2) Yük profilini doğru çıkarın: Klasik hataların %80’i burada yapılır

Zaman çözünürlüğü: En az 15 dk, tercihen 5 dk örnekleme; cihaz bazında güç faktörü (PF) ve pik akımlar.
Mevsimsellik ve hafta içi/sonu farkı: Soğutma/ısıtma yükleri, üretim vardiyası.
Temel-orta-tepe ayrımı: Sürülebilir (shiftable), kesilebilir (curtailable), kritik (ride-through) yükler.
Yerinde ölçüm yoksa: Sayaç verisi + temsili bina/tesis profilleri; belirsizlik bandı (%±10–20).
Kontrol listesi: Maks anlık kW, p95 p99 pikler, reaktif güç ihtiyacı (kVAr), kritik yük gücü (UPS/BESS gereksinimi).

3) Kaynak modelleme: Güneş ve rüzgâr “ortalama” değil, istatistiktir

PV (irradyans–sıcaklık): TMY veri setleri, NASA/ERA5; panel NOCT ve termal katsayılarla STC→saha düzeltmesi.
Rüzgâr: Weibull parametreleri $k, c$ , yükseklik düzeltmesi (logaritmik profil), güç eğrisi entegrali.
Mikrohidro/biyokütle: Debi/baş modelleme; devamlılık ve bakım pencereleri.
Yakıt (dizel/NG): Yakıt özgül tüketim eğrileri (g/kWh), kısmi yük verimi.
Pratik: 10 dk çözünürlükte bir yıllık irradyans ve rüzgâr sentetik zaman serisi üretin; Monte Carlo ile belirsizlikbandı ekleyin.

4) Mimariler: AC-kuplaj mı, DC-kuplaj mı, hibrit inverter mi?

AC-kuplaj: PV ve rüzgâr kendi inverterleriyle AC baraya; BESS AC-DC/AC ile bağlanır. Hızlı retrofit, esnek ama ek dönüşüm kaybı.
DC-kuplaj: PV ve BESS ortak DC bara (1000–1500 Vdc) üzerinden tek merkezi invertere; düşük dönüşüm kaybı, daha karmaşık kontrol.
Hibrit inverter: PV girişleri + batarya portu + şebeke/jeneratör portu tek kasada; küçük/orta ölçek için pratik.
Seçim ipucu: Dağıtık kurulum ve farklı üretici ile AC-kuplaj; yeni tasarım ve yüksek verim hedefi ile DC-kuplaj.

5) Bileşen topluluğu: PV–Rüzgâr–BESS–DG–Şebeke–yük–EMS

PV alanı: Modül seçimi (mono PERC/TopCon/HJT), dizi gerilimi–akımı, gölgeleme ve bypass diyot stratejisi.
Rüzgâr türbini: Kesme–başlangıç–nominal hızlar, kule yüksekliği, mekanik fren–furling, güç eğrisi doğrulaması.
BESS: Hücre kimyası (LFP, NMC), C oranı, çevrim ömrü, SoC aralıkları, BMS/EMS entegrasyonu.
DG (Jeneratör): Boyutlandırma, paralel çalışma, ısıl geri kazanım (CHP) opsiyonu.
EMS (Energy Management System): MPPT koordinasyonu, SoC yönetimi, güç paylaşımı (droop), senaryo tabanlı optimizasyon.

6) Boyutlandırma metodolojisi: “Kural” değil, optimizasyon

Hedef fonksiyon: LCOE minimizasyonu + ceza terimleri (LOLP, emisyon, yakıt maliyet riski).
Karar değişkenleri: PV kWp, WT kW, BESS kWh/kW (güç/enerji), DG kW, inverter kVA, DC/AC oranı.
Kısıtlar: Frekans–gerilim limitleri, SoC sınırları, konjonktür (alan/çatı m²), bütçe.
Arama: Çok amaçlı (NSGA-II), ya da grid-search + yerel iyileştirme; en az 8760 saat simülasyon.
Ödev çıktısı: Pareto eğrisi (CAPEX vs LOLP), seçilen üç çözümün teknik–ekonomik karşılaştırması.

7) Enerji depolama: Gücü ve ömrü birlikte tasarlayın

Güç boyutu (kW): Pik yük ve kısa süreli dalgalanma için; inverter kVA ve anlık yük adımları.
Enerji boyutu (kWh): Geceden sabaha, bulut geçişi, rüzgâr “lull” köprülemesi; yedekleme hedef süresi (örn. 2–6 saat).
SoC penceresi: 20–90% tipik; ömür–kapasite dengesi.
Cycle vs calendar aging: Günlük çevrim sayısı, sıcaklık; ömrün LCOE’ye etkisi.
Mini hesap: 500 kW tepe, 2 saat otonomi için 1 MWh; ancak 0.8 DoD ile 1.25 MWh kurulum gerekebilir.

8) Kontrol: MPPT–droop–SoC orkestrasyonu

MPPT koordinasyonu: PV ve WT, DC/AC baradaki gerilim/frekans sapmalarına duyarlı olmalı; kararlılık için power curtailment katmanı.
Droop kontrol: Adasız/adası mikroşebekede P–f ve Q–V eğrileri ile paylaşım; BESS sanal eylemsizlik sağlar.
SoC tabanlı strateji: Düşük SoC’de PV öncelikli batarya şarjı, yüksek SoC’de yük paylaşımı ve üretim kısma (spill).
Başlatma/ada/kapatma: Black start, adalama algısı, şebekeye senkron bağlanma (PLL/Sync).
Ödev diyagramı: EMS durum makinesi—(Şebeke var/yok)×(SoC yüksek/orta/düşük)×(Yük yüksek/düşük).

9) Güç kalitesi ve koruma

Harmonikler: Çoklu inverter, lineer olmayan yükler; LCL filtre ve aktif filtre.
Gerilim/frekans: Hızlı yük adımlarında BESS desteği; droop eğrileri ve deadband ayarı.
Koruma: Ada koruması (ROCOF), aşırı akım, toprak hatası, seçicilik (koordine kesici–sigorta).
Fazör ölçüm (PMU/mPMU): Büyük mikroşebekelerde senkron izleme ve olay analizi.

10) Dizel–yenilenebilir hibrit: Yakıtı “rezerv”e çevirin

Kısmi yük verimi düşük olduğu için dizel sürekli çalışmamalı; BESS ile start/stop çevrim sayısını azaltın.
En iyi pratik: Minimum dizel seti + PV/BESS ile gündüz yükünün çoğunu karşılamak, gece küçük dizel ile “sıcak” bekleme.
CHP entegrasyonu: Atık ısıyı kullanarak toplam verimi artırın (sera/otel/tesis).
Ekonomi: Yakıt fiyatı–lojistik–bakım maliyetleri (filtre, yağ) → LCOE’ye etkisi büyük.

11) Sıfır dizel: PV–Rüzgâr–BESS tam otonomi mümkün mü?

Koşullar: Yük profili düz, PV+rüzgâr birlikte iyi; 6–12 saatlik BESS ve talep tarafı yönetimi.
Risk yönetimi: Uzun rüzgâr sessizliği + ardışık bulutlu günler için load shedding ve esnek üretim (mikrohidro).
İzleme: LOLP hedefini sağlamak için iklim verisine dayalı boyut ve yedeklilik (N+1 inverter/fan/soğutma).

12) Hibrit DC mikroşebekeler: Verim ve sadelik

DC baranın artıları: Tek dönüşüm daha az; LED/IT/EV DC yükleri için yüksek verim.
Zorluk: Koruma–ark—standartlar; DC kesici–sigorta ve ark söndürme.
Örnek: 380 Vdc bina DC barası; PV+batarya DC, AC yükler için tek inverter.
Ödev notu: DC koruma koordinasyonunu tabloya dökün (kesici akım–zaman eğrileri).

13) EV şarjı ve hibrit sistem: Yeni büyük yük

AC vs DC hızlı şarj: Güç dalgalanmaları ve talep yükseklikleri; BESS ile peak shaving.
V2G/V2B: Araç bataryalarının şebekeye destek vermesi; SoH/garanti ve iletişim (OCPP/ISO 15118).
İstasyon tasarımı: Aynı saha PV + şarj + BESS; güç kalitesi ve selektif koruma.

14) Tahmin ve planlama: Hava–yük öngörüsü

Kısa vadeli PV/rüzgâr tahmini: Sky imager, NWP, makine öğrenmesi (LSTM/GBM).
Yük tahmini: Zaman serisi (SARIMAX), takvim ve sıcaklık etkisi; üretim takvimi.
EMS entegrasyonu: Tahmine dayalı planlama (MPC) ile yakıt–çevrim–degradasyon optimizasyonu.

15) Ekonomik analiz: LCOE, NPV, duyarlılık

LCOE: $\sum E ^{t} \sum C A PE X ^{t} + OPE X ^{t}$ (iskontolu). Ayrı ayrı PV/WT/BESS/DG için parça-kos LCOE bakın.
NPV/IRR: Yakıt tasarrufu ve gelir (satış/teşvik).
Duyarlılık: Yakıt fiyatı, panel/türbin maliyeti, batarya $/kWh ve döviz; “tornado chart” ile sunun.
Ödev çıktısı: 3 senaryolu finansal tablo (baz/iyimser/kötümser).

16) Güvenilirlik metrikleri: LOLP/LOLE/EPNS

LOLP: Talebin karşılanamadığı saat olasılığı; Monte Carlo ile hesap.
LOLE: Yıllık toplam kayıp saat sayısı (saat/yıl).
EPNS: Karşılanamayan enerji (kWh/yıl).
Hedef: Tipik ada şebekesinde LOLE < 5–10 saat/yıl; kritik tesislerde <1 saat/yıl.

17) Şebeke etkileşimi ve mevzuat

Bağlantı kodu: Frekans/gerilim destek (fault ride-through), reaktif güç Q(U) eğrileri.
Sayaç ve mahsuplaşma: Net metering/fiili tüketim; ticari sınırlar.
Lisans/izin: Çatı/GES, türbin kurulum izinleri, gürültü/çevre, iş güvenliği.

18) Siber–fiziksel güvenlik

SCADA/EMS güvenliği: Ağ segmentasyonu, mTLS/VPN, rol tabanlı erişim, oynak cihaz (rogue) tespiti.
Firmware/PLC: İmzalı güncelleme, güvenli boot; izleme ve günlükleme.
Fiziksel: Kapalı pano, topraklama, anti-kondensasyon, yangın algılama (akü odası).

19) Ölçümleme ve veri mimarisi

Sayaç sınıfı: Class 0.2–0.5; harmonik ölçümü (IEC 61000-4-7/15).
Veri toplama: 1 s–1 dk çözünürlük; edge veri tamponu, store-and-forward.
KPI panosu: PV üretim, rüzgâr kapasite faktörü, BESS SoC/DoD, in-out enerji, verim, LOLP alarm.

20) Kurulum–devreye alma–kabul testleri

FAT/SAT: Fabrika–saha kabul testleri; izole testler (hipot), inverter–BESS–DG entegrasyon testleri.
Adalama senaryoları: Şebeke kesilmesi, kara başlatma, yeniden senkronizasyon.
Performans garantisi: PR (Performance Ratio), kabul dönemi (30–90 gün), ceza/bonus maddeleri.

21) Üç örnek çalışma (ödevde birebir uyarlanabilir)

A) Ada mikroşebekesi (otel–resort)

Yük: 800 kW tepe, günlük 9 MWh.
Tasarım: 1.2 MWp PV, 300 kW WT, 4 MWh BESS, 2×500 kW DG, DC-kuplajlı ana inverter 1.5 MVA.
Sonuç: LCOE %34 düştü, dizel tüketimi %70 azaldı, LOLE 7.8 h/yıl → 2.1 h/yıl.

B) Kırsal telekom istasyonları

Yük: 4 kW sürekli, 24/7.
Tasarım: 12 kWp PV, 40 kWh LFP, küçük rüzgâr (10 kW), yedek olarak 8 kW dizel.
Sonuç: Yıllık yakıt lojistiği neredeyse sıfır; bakım gezileri yarıya indi.

C) Fabrika çatısı + EV şarj

Yük: Gündüz 1.5 MW, gece 800 kW; pik 2.1 MW.
Tasarım: 2.4 MWp çatı PV, 3 MWh BESS, 6×150 kW DC hızlı şarj, peak shaving ve V2B pilotu.
Sonuç: Pik talep cezası %60 azaldı; şarj altyapısı PV üretim penceresiyle eşleştirildi.

22) Sık yapılan hatalar → hızlı çözümler

Yük profili yetersiz çözünürlük: 1 saatlik veriyle tasarım → pikler kaçırılır. ≥5–15 dk veri kullanın.
BESS’i sadece enerji için boyutlamak: Güç (kW) sınırını unutmak → frekans/gerilim sapar. kW–kWh birliktetasarlayın.
Dizeli kısmi yükte çalıştırmak: Verim düşer; BESS ile start/stop ve yük paylaşımı yapın.
MPPT koordinasyon eksikliği: Çok PV invertörü barayı “şişirir” → curtailment ve droop parametrelerini ayarlayın.
Harmonik/flicker ihmal: Çoklu inverter–yük kombinasyonu için filtre ve çalışma noktası simülasyonu yapın.
Sadece tek yıllık iklim verisi: Aşırı güven → çok yıllı veri ve Monte Carlo belirsizlik analizi şart.
BESS ömrünü sabit almak: Sıcaklık–DoD etkisini modele katmayınca LCOE şaşar. Degradasyon modeliekleyin.
Koruma seçiciliği zayıf: DC/AC taraflarını birlikte koordine etmezseniz “gereksiz açma” yaşanır; zaman–akım eğrileri ile eşleştirin.

23) 7 günde “ödev-seviyesi hibrit tasarım” planı

Gün 1: Gereksinim tablosu + yük ve iklim verisi toplama.
Gün 2: PV/WT/BESS/DG aday boyutları; sentetik 8760 saatlik seri.
Gün 3: AC vs DC-kuplaj karar ağacı; blok şema ve tek hat diyagramı.
Gün 4: Simülasyon (1 dk–15 dk çözünürlük); LOLP/LOLE, PR, kayıplar.
Gün 5: Ekonomi (LCOE/NPV) + duyarlılık; üç aday çözüm.
Gün 6: Kontrol stratejileri (droop/SoC/curtailment) ve koruma; test senaryoları.
Gün 7: Rapor: grafikler, tablolar, riskler ve kabul test planı.

24) “Altın” kontrol listesi (teslim ekine koyun)

Tasarım hedefleri ve KPI listesi.
Yük profili (5–15 dk), p95/p99 pikler, PF/reaktif profil.
Kaynak modelleme (PV–WT) ve belirsizlik bandı.
Mimarî seçimi (AC/DC/hibrit) ve tek hat diyagramı.
BESS kW–kWh boyutu, SoC penceresi, ömür modeli.
Dizel (varsa) çalışma stratejisi, kısmi yük verimi.
EMS durum makinesi, droop ve curtailment ayarları.
Güç kalitesi: THD/flicker, filtreler, gerilim/frekans sınırları.
Koruma koordinasyonu (AC+DC), ada/black-start senaryoları.
Tahmin (PV/WT/yük) ve MPC planı.
Ekonomi: LCOE, NPV/IRR, duyarlılık ve senaryolar.
Güvenilirlik: LOLP/LOLE/EPNS ve yedeklilik planı.
Mevzuat/bağlantı kodu, sayaç ve izinler.
Siber–fiziksel güvenlik, izleme, loglama, OTA.
Kurulum–kabul test kartı, PR ve garanti metrikleri.

Sonuç: Hibrit tasarım, “kaynak eklemek” değil—düzen kurmaktır

Yenilenebilir hibrit sistem; PV, rüzgâr, BESS ve gerekli ise dizelin mekanik–elektrik–kontrol düzeyinde uyum içinde çalıştığı bir orkestrasyon işidir. Başarılı bir tasarım; yük profilini saat saat çözer, kaynak istatistiğini belirsizlikle beraber modeller, mimarîyi (AC/DC) kaybı minimize edecek şekilde kurar, BESS’i güç ve enerji olarak birlikte boyutlar, droop–SoC–curtailment üçlüsüyle kararlı ve hızlı bir kontrol mimarisi kurar, koruma–güç kalitesini belgelendirir, ekonomiyi(LCOE/NPV) şeffaf hesaplar ve güvenilirlik (LOLP/LOLE) hedeflerine ulaşır. Ödevinizde bu yaklaşımı sergilediğinizde yalnız “kW ve kWh” değil; dakika dakikaya planlanmış bir enerji sistemi tasarladığınızı gösterirsiniz. Unutmayın: Hibrit tasarım “yedek” değil, bütünleşik bir stratejidir; doğru kurulduğunda hem sürdürülebilir hem de ekonomik üstünlüksağlar.

Öğrencilerin akademik başarılarını desteklemek ve yoğun tempoda geçen okul yaşamlarında yardımcı olmak amacıyla kurulan “Ödev Yaptırma” platformu, özgün ve kaliteli ödev çözümleri sunmaktadır. Öğrencilerin farklı branşlardan ödevlerini, projelerini ve makalelerini profesyonel ve deneyimli ekip üyelerimiz aracılığıyla titizlikle hazırlıyoruz. Her bir ödevi, konunun gerektirdiği derinlemesine araştırmalar ve analizler doğrultusunda çözümleyerek, öğrencilerimizin özgün düşünce yapısını ön plana çıkarmasını sağlıyoruz.

“Ödev Yaptırma” olarak, müşteri memnuniyetini ve güvenilirliği en üst düzeyde tutmaktayız. Öğrencilerin bize teslim ettikleri ödevlerin tümü, gizlilik ve güvenlik ilkelerine sıkı sıkıya bağlı kalınarak işlenir. Her ödev, öğrencinin taleplerine ve öğretmenin yönergelerine uygun olarak özelleştirilir ve her zaman orijinal içerik üretmeye özen gösteririz. Öğrencilerin akademik itibarını korumak ve güvenilir bir öğrenme deneyimi sunmak için elinizdeyiz.

“Ödev Yaptırma” platformu, kullanıcı dostu arayüzü sayesinde öğrencilere kolayca ulaşılabilir bir hizmet sunmaktadır. Kullanıcılar, web sitemiz üzerinden basit adımlarla ödevlerini yaptırma taleplerini iletebilir ve ihtiyaç duydukları konuda uzmanlaşmış ekip üyelerimizle iletişime geçebilirler. Hızlı yanıt verme ve esneklik, öğrencilerin zaman baskısı altında olan durumlarında da yanlarında olduğumuzu hissettirir. “Ödev Yaptırma” olarak, öğrencilerin başarısını desteklemek ve onlara daha fazla öğrenme fırsatı sunmak için buradayız

İçerik Üreticisi

Biyografinin Tamamını Gör