Fotovoltaik Modüllerin Çatı Sistemleri ile Bütünleştirilmesi ve İstanbul Örneği

13 Mayıs 2010 | TEKNİK MAKALE 26. Sayı (Mayıs - Haziran 2010)

Türkiye’de elektrik üretiminin yüzde 70’i termal enerjiden sağlanmaktadır ve termal enerjinin yüzde 85’i fosil kaynaklardan üretilmektedir [1]. Dünya Enerji Konseyi Türkiye Ulusal Komitesi’nin hazırladığı 2005-2006... Mimar Ayşe MUTLU - Doç. Dr. Nil TÜRKERİ İTÜ Mimarlık Fakültesi
Türkiye’de elektrik üretiminin yüzde 70’i termal enerjiden sağlanmaktadır ve termal enerjinin yüzde 85’i fosil kaynaklardan üretilmektedir [1]. Dünya Enerji Konseyi Türkiye Ulusal Komitesi’nin hazırladığı 2005-2006 Türkiye Enerji Raporu’nda, enerji sektörleri arasında sera gazı salınımında en büyük paya sahip olan sektör, elektrik sektörü olarak açıklanmıştır [2]. Bununla beraber Türkiye’de enerji tüketiminin büyük bir bölümü binalarda gerçekleşmektedir. Binalarda tüketilen enerji kaynakları arasında doğalgazdan sonraki en büyük pay elektrik enerjisine aittir [3]. Türkiye’de sera gazı salımının kontrol altına alınması ve azaltılması ancak 2009’da imzalanan Kyoto Protokolü’yle gündeme gelmiştir. Öte yandan Türkiye enerji tüketiminin yüzde 70’ini ithal etmektedir ve büyüyen sanayi ile enerji talebi gün geçtikçe artmaktadır. Sonuç olarak sera gazı salımının azaltılması, enerji üretiminde dışarıya bağımlılığın sınırlandırılması ve artan enerji taleplerinin karşılanabilmesi gereğince,  yenilenebilir kaynaklardan enerji üretimi ve enerji verimliliği Türkiye’nin enerji politikalarının gündemini oluşturmaktadır.
Türkiye’de binalarda enerji verimliliği ilk olarak 1970’te yürürlüğe giren TSE 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları Standardı ile enerji korunumu açısından ele alındı. Zamanla çevre bilincinin artması ve enerji talebindeki sürekli artış nedeniyle, yenilenebilir kaynaklarla enerji üretimine de verimlilik politikalarında yer verildi. 2005’te yayınlanan Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun’la yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektrik enerjisine yetersiz de olsa bir tarife garantisi getirilerek, yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektriğin şebekeye bağlanması yasallaştırıldı. 2007’de yürürlüğe giren Enerji Verimliliği Kanunu’nda ise yenilenebilir kaynaklardan enerji üretimine enerji verimliliği kapsamında değinildi. Son olarak 2008’de, yenilenebilir enerji kaynaklarının binalarda kullanımı Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği’nde yer aldı.
Fotovoltaik sistemler, bulunduğu yapıların elektrik tüketiminin tümü veya bir bölümünü, sınırlı fosil kaynakları tüketmeden yenilenebilir güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürerek karşılayabilen sistemlerdir. Elektrik üretirlerken sera gazı salımına veya herhangi bir atığın ortaya çıkmasına neden olmazlar. Yapı malzemelerinden tasarruf sağlayarak, yapının ekolojik ayak izini azaltmak için fotovoltaik modüller geleneksel yapı malzemeleri yerine kullanılabilmektedir. Yapı malzemesi olarak kullanılan fotovoltaik modüllere Binaya Entegre Fotovoltaik Modüller (BEFM) denilmektedir. Çoğunlukla BEFM uygulamaları için en verimli yapı yüzeyleri güneşe sürekli ve engelsiz maruz kalmaları nedeniyle, çatılardır. BEFM, yapılarda kaplama malzemesi yerine kullanılabilmelerinin yanı sıra ek bir altyapı veya kurulum alanı da gerektirmezler.  Ayrıca bu sistemlerin bir diğer avantajı da üretim ve tüketici arasındaki mesafeyi kısaltarak elektrik iletimi ve dağıtımı sırasında meydana gelen elektrik kayıplarını azaltmalarıdır.
İlk BEFM çatı uygulaması 1985’te Saarbrücken-Almanya’da (Şekil 1a),  ilk cephe uygulaması ise 1991’de yine  Almanya’da Achen’da (Şekil 1b) gerçekleştirilmiştir[4].  Bu ilk örneklerden sonra da Avrupa,  Japonya ve ABD’de pek çok BEFM uygulaması devletlerin ve çeşitli kuruluşların teşvikleri ile gerçekleştirilmiştir. Dünyanın ilk kentsel fotovoltaik projesi olan Nieuwland yerleşkesi 1999’da Hollanda’da, yerel elektrik şebekesinin katkılarıyla gerçekleştirilmiştir (Şekil 1c). Bu yerleşkede 500’ün üzerinde konutta ve birkaç farklı işlevli binada fotovoltaik entegre edilmiş çatı sistemleri kullanılmıştır [5].
Türkiye, Avrupa ülkeleri arasında güneş enerjisi potansiyeli en yüksek ülkelerden biridir.  Buna rağmen Türkiye’de fotovoltaik entegre edilmiş, yalnızca bir tane çatı sistemi uygulaması vardır (Şekil 1d). Bu uygulama 2003’de Muğla Üniversitesi kafeterya binasının, güneye bakan çatısının yenilenmesi ile yapılmıştır. Diğer fotovoltaik çatı sistemi uygulamaları ise genellikle binanın kullanımı sırasında fotovoltaik modüllerin çatı kaplamasının üzerine yerleştirilmesi ile gerçekleştirilmiştir. Bu uygulamalarda fotovoltaik modüller çatı sistemine entegre edilmedikleri için kaplama malzemesinden tasarruf sağlanamamıştır.
Türkiye’de fotovoltaik çatı uygulamalarının sınırlı sayıda olmasının ana nedeni fotovoltaik modüllerin maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Uygulamaların teşvik edilmesi için devletin veya yerel yönetimlerin herhangi bir destek programı mevcut değildir. 2009’da Kyoto Protokolü’nün imzalanması ile yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı gündeme gelmiştir. Ayrıca yeterli olmayan tarife garantisinin artırılması da kanun teklifleri ile görüşülmektedir. Bu gelişmeler düşünüldüğünde  fotovoltaik kullanım maliyetinin Türkiye’de de Avrupa ülkelerindeki gibi ulaşılabilir seviyelere çekilerek, kullanımının artırılacağı öngörülebilir. Bu noktada açığa çıkan sorun ise ülkemizde uygulama konusundaki deneyimsizlik ve fotovoltaik çatı sistemi alternatiflerinin pazarda bulunmamasıdır. Bu durumda da niteliksiz ve yapıyla bütünleşmeyen uygulamaların gerçekleşmesi kaçınılmazdır.
Bir diğer sorun ise, Türkiye’de binalarda enerji verimliliğiyle ilgili tasarımcılara doğru detaylandırma ve uygulama konusunda yön gösterebilecek çeşitli yönetmelik, kanun veya standartlar mevcut olmasına rağmen, fotovoltaiklerin yapı malzemeleri yerine kullanılması ve yapısal tasarımlarıyla ilgili bir kaynağın henüz sunulmamış olmasıdır. Örneğin tipik ısı yalıtımı detayları Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği’nde ve Enerji Verimliliği Kanunu’nda ek olarak verilmektedir. Binalarda güneş enerjisinin ısı enejisi olarak kullanılmasıyla ilgili ise Türk Standardları (TS EN 12975 Isıl Güneş Enerji Sistemleri ve Bileşenleri-Güneş Enerjisi Kolektörleri, TS 3817 Güneş Enerjisi - Su Isıtma Sistemlerinin Yapım Tesis ve İşletme Kuralları, TS ISO 9459 Güneş Enerjisiyle Isıtma-Konut Su Isıtma Sistemleri) mevcuttur. Benzer yönetmelik ve standartlar fotovoltaik çatı uygulamaları için bulunmamaktadır.
Yukarıda verilen sorunlara çözüm getirebilmek için İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Mimarlık Ana Bilim Dalı Çevre Kontrolü ve Yapı Teknolojisi Programı kapsamında bir Yüksek Lisans Tez çalışması yürütülmektedir. Tezin amacı, düz çatıya eklenen, düz çatıya entegre edilen, eğik çatıya eklenen ve eğik çatıya entegre edilen fotovoltaik sistemlerin doğru yapısal tasarımı için mimarlara, çatı sistem, çatı kaplama malzemesi üreticilerine, yüklenicilere yol gösterebilecek bir model önerisi geliştirmektir. Model, tasarım süreçlerinden meydana gelmektedir. Her süreçte adımlar vardır ve bu adımları etkileyen girdiler verilmektedir. Böylelikle girdiler her adımda tasarımcıyı en uygun seçeneğe doğru yönlendirirken, tüm alternatifler de aynı anda değerlendirilebilmektedir. Bu bildirinin amacı, modelin fotovoltaik entegre edilmiş eğik çatı sistemlerinin yapısal tasarımı için geliştirilen alt modeli açıklamaktır. Ek olarak alt model, İstanbul ili örneği için uygulanarak, İstanbul için fotovoltaik entegre edilmiş eğik çatı sistemleri için çeşitli yapısal tasarım seçenekleri geliştirilmiştir.

Model
Fotovoltaik entegre edilmiş eğik çatı sistemi tasarımı için geliştirilen model, Şekil 2’de verilmiştir. Modelin ilk süreci, fotovoltaik dizi tasarımıdır. Bu süreçte çatı sisteminden bağımsız olarak fotovoltaik dizisinin modül tipi, büyüklüğü, yönü ve eğimi belirlenir. İlk adım, fotovoltaik modül tipi seçimidir. Modül tipi seçimini etkileyen girdiler, modül boyutları, modülün çıkış gücü (Watt), modüldeki hücrelerin cinsi (kristal silisyum, ince film), modülde bulunan hücre sayısı, modülün görünümü (rengi vs.), modül alt ve üst tabakalarının malzemeleri (cam-cam, cam-film, metal-film, film, teflon), modülün çerçeveli veya çerçevesiz olması, temin edilme kolaylığı ve fiyatıdır. Fotovoltaik hücre cinslerinin ana farkları verimleridir; tekkristal silisyum hücreler yüzeylerine gelen güneş ışınının yüzde 14 - 17’ini, çokkristal silisyum hücreler yüzde 13 - 15’ini ve amorf silisyum hücreler ise yüzde 5 - 10’unu elektrik enerjisine dönüştürebilirler. İkinci adım ise fotovoltaik dizi büyüklüğünün belirlenmesidir. Bu kararın alınmasında, bir önceki modül tipi tercihinin yanı sıra toplam enerji ihtiyacı, mevcut alan, düşünülen fotovoltaik sistem kapasitesi (kWp) ve sistem için ayrılan bütçe etkili olmaktadır. Fotovoltaik dizi tasarımının üçüncü adımı, dizi yönünün belirlenmesidir. Dizinin yönüne yapının güneşe göre konumuna göre karar verilir; kuzey yarım kürede güney, güney yarımkürede kuzey yönü en verimli yönlenmedir. Bu sürecin en son adımı ise fotovoltaik dizi eğiminin belirlenmesidir. Dizi eğimi de yapının güneşe göre konumundan etkilenmektedir. Güneş ışınlarına dik yerleşen modüller maksimum enerji üretirler. Güneş ışınlarının geliş açıları gün içinde ve mevsimsel olarak değiştiği için en uygun açı, kullanım periyodu da dikkate alınarak tayin edilebilir. Örneğin sadece yaz aylarında elektrik üretmesi beklenen bir sistemde, güneş ışınları yazın daha dik geldiği için modüller daha yatay yerleşebilir. Optimum dizi eğimi yapının konumunun ve dizinin kullanım periyodunun girilebildiği PV-DesignPro (Mauisolar Software), PV SOL (Valentin EnergieSoftware), PV F-chart (F-Chart Software) ve PVSYST (University of Geneva) gibi bilgisayar yazılımları aracılığıyla bulunabilmektedir. Bu yazılımlar söz konusu bölgenin aylık veya saatlik ölçülmüş iklim verilerine dayanarak dizi eğimi ve yönü değişkenlerine göre üretilebilecek elektrik enerjisini hesaplamaktadır.
Modelin ikinci süreci fotovoltaik çatı sistemi seçimidir. Bu süreçte çatı formuna (düz veya eğik) ve sistemin ek veya entegre olmasına karar verilir. Sonuç olarak dört çeşit fotovoltaik çatı sistemi tanımlanmıştır: düz çatıya eklenen sistemler, düz çatıya entegre edilen sistemler, eğik çatıya eklenen sistemler ve eğik çatıya entegre edilen sistemler. Çatı formu iklim koşulları, çevredeki yapıların formları, çatı kaplama malzemesinin tercihi, yapım tekniği tercihi, ilgili yönetmelikler, yapının formu, yapının işlevi ve dizinin eğimi gibi pek çok tasarım girdisinin değerlendirilmesiyle belirlenir. Sistemin ek veya entegre olması kararında ise fotovoltaik dizisinin eğimi, yapının mevcut veya yeni bir yapı olması, malzeme tüketimi ve beklenen görsel etki dikkate alınır.  Örneğin mevcut yapı uygulamalarında çatı kaplama malzemesinin korunması için fotovoltaik sisteminin çatı üzerine eklenen bir sistem olması tercih edilebilecekken; yeni yapılacak bir yapıda fazladan kaplama malzemesi kullanılmaması için çatıya entegre fotovoltaik sistemleri tercih edilebilir. Aynı şekilde dizi eğimi ve çatı eğiminin birbirini tutması da entegre sistemlerin tercih edilmesi için bir nedendir. Bu makale eğik çatıya entegre edilen sistemlerin tasarım adımları ile devam edecektir.
Eğik çatıya entegre edilen sistemlerin tasarımında bir sonraki süreç, fotovoltaik çatı sistemi tasarımıdır. Bu süreçte çatılarda kullanılacak olan fotovoltaik modüllerinin standart mı, yoksa özel çatı modüllerinden mi olacağına ve çatı alanının ne kadarının fotovoltaik modüllerle  kaplanacağına karar verilir. Çatı sistemlerinde kullanılan modüller standart modüller ve özel modüller olarak sınıflandırılabilir. Standard modüller çatı dışında, diğer fotovoltaik kurulumlarında da kullanılan modüllerdir. Özel modüller ise çatı kaplaması formunda üretilen veya çatı kaplaması üzerine yapıştırılmış olmak üzere iki çeşittir. Özel modüllerin standart modüllerden farkı, daha küçük olmaları ve görsel olarak geleneksel çatı kaplamalarına benzemeleridir. Küçük oldukları için özel modüller uygulama sırasında daha kolay taşınabilmektedir. Fakat birim uygulama alanı düşünüldüğünde, standart modüllere göre daha fazla modül döşenmesi gerektiğinden, özel modüllerde işçilik daha fazladır ve uygulamaları daha fazla zaman alır. Ayrıca modül başına kablolama yapıldığı düşünülürse, özel modüllerle yapılan uygulamalarda, yine birim alan başına kablo tüketimi de standart modül uygulamasına nispeten daha fazla olmaktadır. Çatının tümünün veya bir bölümünün fotovoltaik kaplanması kararı ise fotovoltaik dizisinin ve çatı alanının büyüklüklerine bağlı olarak alınır. Bu karar fotovoltaik sisteminin kenar detaylarını etkilemektedir. Eğer fotovoltaik sistemi, çatının kenarına gelecek veya tümünü kaplayacak ise bitiş detaylarının; sistem çatının bir bölümünü kaplayacak,  yani başka bir kaplama malzemesi ile birleşecek ise birleşim detaylarının çözülmesi gerekmektedir (Şekil 3). İki durumda da sızdırmazlık sağlanmalı, yani suyun çatı sisteminin içerisine girişine izin vermeyen detaylar düşünülmelidir. Sızdırmazlık için bu kenar detaylarında genellikle sisteme özel üretilecek metal etekler (birleşim plakaları) ve yalıtım bantları kullanılmaktadır.
Özel modüllerin uygulanması, formunu aldıkları veya üzerine yapıştırıldıkları çatı kaplamasının uygulanmasıyla aynıdır. Bu nedenle anlatıma standart modüllerin çatı kaplaması yerine, uygulanmasının tasarım adımlarıyla devam edilecektir.
Dördüncü süreç, çatı bağlantısı tasarımıdır. Çatı bağlantısı fotovoltaik dizinin üzerine kurulacağı alt yapıdır ve genellikle kiremit çatı uygulamasındaki gibi çatı çıtalarından oluşur. Altyapı modüllerin ana taşıyıcıdan bağımsız mesafelerle yerleşebilmesinin sağlanması yanı sıra sistemin arkasında bir boşluk oluşturarak modüllerin arka yüzlerinin havalandırılmasını, bu yüzeylerde yoğuşmanın olmamasını ve modül sıcaklığının aşırı artmamasını da sağlar. Bu alt yapının tasarımını seçilen modülün boyutları, geçilecek açıklıklar ve havalandırma ihtiyacı etkiler. Fotovoltaik modüllerin üzerine tespit edileceği metal ray sistemi, bu alt yapıya vida ile tespit edilir. Beşinci süreç, sırasıyla tespit rayı sisteminin yerleşimi, modül tespiti ve modül birleşimleri (sızdırmazlık) adımlarından oluşmaktadır. Tespit rayı sisteminin yerleşiminde ilk olarak iki alternatif söz konusudur; düşey ray kullanımı veya düşey ve yatay rayların beraber kullanımı (Şekil 2). Bu adımda verilecek karar üzerinde modül boyutları ve geçilecek açıklıklar etkilidir.
Düşey ray kullanılmasına karar verilirse iki alternatifle devam edilebilir; düşey rayların modüllerin aralarında veya modül altında kullanımı (Şekil 2). Raylar modül arasına yerleştirilirse modül tespiti çatı kancaları ile çatı altyapısına yapılır (Şekil 4a). Yatay modül birleşimlerinde sızdırmazlık düşey rayın oluşturduğu drenaj kanalları veya raya geçirilen lastik contalar ile sağlanırken; düşeyde ise kancalarla tespitten dolayı modüllerin bindirmeli yerleşimleriyle sağlanır. Bu sistemlerin avantajları az ray kullanılması ve -tercih ediliyor ise- bindirmeli çatı görünümüdür. Düşey rayların modüllerin altına yerleştirildiği sistemlerde ise modüller raylara noktasal kenetler ile tespit edilirler (Şekil 4b). Bu sistemlerde modül birleşimleri açıktır; bu nedenle mutlaka su yalıtımı kullanılması gerekmektedir. Avantajları ise açık birleşimler sayesinde modüller altında havalandırmanın kolaylıkla sağlanması ve noktasal kenetlerle tespit nedeniyle bir onarım veya söküm durumunda modüllerin birbirlerinden bağımsız sökülebilme imkanıdır. Fakat noktasal tespitte her modül tek tek hizalanıp tespit edildiğinden işçilik artmaktadır.
Düşey ve yatay rayların birlikte kullanıldığı sistemlerde iki ray yerleşim alternatifi söz konusudur; yatay rayların düşey rayların üzerinde kullanılması veya düşey ve yatay rayların aynı düzlemde kullanılması (Şekil 2). Yatay raylar düşey rayların üzerinde kullanılırsa modüller yatay rayların içerisine yerleştirilirler (Şekil 4d). Bu sitemde de modüller düşeyde birbirleri üzerlerine bindirmeli yerleşirler. Bindirmeli yerleşim sayesinde düşey modül birleşimlerinde sızdırmazlık sağlanırken, yatayda modüller arası sürekli lastik conta ile kapatılarak sızdırmazlık sağlanır. Düşey ve yatay rayların aynı düzlemde kullanıldığı sistemlerde ise modüller raylara sürekli lastik contalar ile tespit edilirler (Şekil 4c). Bu sayede sızdırmazlık da sağlanmış olur. Bu sistemde düz bir çatı yüzeyi elde edilir, fakat herhangi bir onarım durumunda bir modülün çıkarılması için tüm lastik contanın çıkartılması gerekli olacaktır.

İstanbul için Fotovoltaik
Entegre Eğik Çatı Sistem
Seçenekleri
Bu bölümde Şekil 2’de verilen model adımları kullanılarak, İstanbul’da yeni yapılacak bir bina için fotovoltaik entegre edilmiş eğik çatı sistem seçenekleri tasarlanmıştır. Bina, İstanbul Kemerburgaz’da yer almaktadır ve konut olarak kullanılacaktır. Çatı formunun eğik olmasına; yapı formu, işlevi, karlı ve yağışlı İstanbul iklimi ve çevre yapılarla uyumu düşünülerek karar verilmiştir. Geleneksel bir yapım yöntemi kullanılması tercih edildiği için yerinde yapım; taşıyıcı sistem malzemesi olarak da ahşap tercih edilmiştir.  Çatı sisteminin istenilen ısıl geçirgenlik direncini karşılayabilmesi için mertekler arasına 8 cm kalınlığında genleştirilmiş polistren (EPS) ısı yalıtım levhası ve mertekler ile ısı yalıtım levhasının üzerine 4 mm kalınlığında modifiye bitümlü su yalıtım örtüsü tasarlanmıştır. Buhar kesici olarak ise merteklerin ve ısı yalıtım levhasının alt yüzeyinde modifiye bitümlü bir sistem tasarlanmıştır.
Fotovoltaik modül tipi toplam enerji ihtiyacı düşünülerek; modülün çıkış gücüne (170W), hücre tipine (tek kristal silisyum), modül boyutlarına (1.575 x 826 x 46 mm), modüldeki hücre sayısına (72 hücre), tedarik edilebilme durumuna ve alt ve üst tabakalarının malzemelerine (cam-film çerçevesiz) göre seçilmiştir. Dizi büyüklüğü (5 modül, 650 m2, 7900 mm x 4100 mm) ise yine toplam enerji ihtiyacı, kullanılabilir çatı alanı ve bütçe düşünülerek belirlenmiştir. Dizi yönü, yapının kuzey yarım kürede bulunduğu ve bu konum için en verimli yönün güney olduğu düşünülerek güney olarak belirlenmiştir. PVSYST bilgisayar yazılımı kullanılarak İstanbul’da tüm yıl enerji üretmesi beklenen bir dizi için en verimli dizi eğimi 26° - 30° olarak bulunmuştur.  Daha önce bahsedildiği gibi çatı formu eğik olarak belirlenmiştir. Sistemin çatıya entegre edilmesi düşünüldüğünden, dizinin ve çatının eğimleri eşit olacaktır. Fakat maksimum verim sağlanabilmesi için belirlenen 26° - 30° dizi eğimi İstanbul imar yönetmeliğinde izin verilen en yüksek çatı eğimi derecesini (%45=24°) geçtiği için dizi eğimi çatı eğimine yani 24°’ye çekilmiştir. Böylelikle fotovoltaik çatı sistemi eğik çatıya entegre edilen sistem olarak belirlenmiştir.  Fotovoltaik çatı sistemi tasarımında kolay temin edilmesi ve uygulamada az kablo harcanması açısından standart fotovoltaik modüllerin uygulanmasına karar verilmiştir.  Dizi ve çatının büyüklükleri düşünüldüğündeyse  çatının yalnızca bir bölümünün fotovoltaik kaplanmasına karar verilmiştir. Geri kalan çatı yüzeyinin ise kil esaslı kiremit malzeme ile kaplanması uygun görülmüştür. Birleşim yerlerinde çatı için özel üretilmiş metal plakalar (etekler), yalıtım bantları kullanılmasına karar verilmiştir. Sistemin çatı ile bağlantısı ise ray yerleşimine uygun mesafelendirilmiş çatı çıtalarıyla sağlanmıştır.
Yukarıda verilen adımlardan sonra ray yerleşimleri, modül tespiti ve bağlantıları olası alternatifleriyle çalışılmıştır. Tasarım alternatifleri Şekil 5’te verilmiştir. Tasarım A’da sadece düşey raylar, modüllerin arasında kullanılmıştır. Modül tespiti panel kancaları ile çatı altyapısına, yani çıtalara yapılmıştır. Modüller birbirileri üzerine bindirme yaptığı için düşey modül birleşimlerinde bu bindirme ile sızdırmazlık sağlanırken; yatay modül birleşimlerinde düşey raylarda bulunan drenaj kanalları ile suyun uzaklaştırılması sağlanmaktadır. Tasarım B’nin, A’dan farkı yatay modül birleşiminde drenaj kanalları yerine, düşey raya geçirilen lastik contalar ile sızdırmazlığın sağlanmasıdır. Tasarım A ve B’de modüllerin bindirmeli yerleşimi çatı görüntüsünü etkilemesinin yanı sıra modül yüzeyinin kendi kendine temizlenmesine de yardımcı olmaktadır. Tasarım C’de yine düşey raylar kullanılmış fakat raylar modüllerin altına yerleştirilmişlerdir. Modül tespiti, bu raylara noktasal kenetlerle yapılmıştır. Böylelikle modül birleşimleri boş bırakılmıştır. Bu alternatifte modüllerin arkasının havalandırmasının daha rahat sağlanması ve düz bir çatı yüzeyi elde edilmesiyle beraber sızdırmazlık fotovoltaik düzleminde sağlanmadığından, sistemin altında mutlaka bir su yalıtımına ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca noktasal kenet ile tespitte modüller tek tek hizalanmak zorunda olunmasına rağmen onarım durumunda modüller birbirlerinden bağımsız sökülebilmektedir. Tasarım D’de yatay ve düşey raylar kullanılmış; yatay raylar düşey rayların üzerine yerleştirilmiştir. Modüller yatay rayların içerisine geçirilerek tespit edilmişlerdir. Modül birleşimlerinde yatay ve düşey raylara geçirilen lastik contalar kullanılmıştır. Bu tasarım seçeneğinde de çatı yüzü bindirmeli bir görüntüye sahiptir. Tasarım E’de ise yatay ve düşey raylar aynı düzlemde kullanılmıştır. Modüller lastik contalarla raylara tespit edilirken; sızdırmazlık da bu contalarla sağlanmaktadır. Böylelikle düz ve kapalı bir çatı yüzeyi elde edilir. Daha önce de bahsedildiği üzere lastik conta kullanımının dezavantajı, onarım durumlarında bir modülü sökebilmek için tüm lastik contanın çıkarılmak zorunda olunmasıdır. Ayrıca Tasarım D ve E’de her iki yönde de ray kullanılması nedeniyle malzeme tüketimi fazladır.

Sonuç
Türkiye’de enerji ihtiyacındaki artış, sera gazı salımı ve yüksek güneş enerjisi potansiyeli düşünüldüğünde binalarda enerji verimliliği yalnızca enerjinin korunumu açısından değil, enerji üretimi açısından da ele alınmalıdır. Bina yüzeyleri sadece kabuk olarak değil, aynı zamanda enerji üreten jeneratörler olarak değerlendirilmelidir. Fotovoltaik ile enerji üretimi geleneksel enerji üretimlerine göre pahalı olsa da unutulmamalıdır ki, binalarda fotovoltaik sistemlerinin kullanılmasıyla işçilik ve malzemeden tasarruf edilecek ve maliyetler düşecektir. Bu nedenle binalarda fotovoltaik uygulamaları teşvik edilmelidir. Entegre sistemler, yapı malzemesinden tasarruf sağlanmasının yanı sıra sistemin parçalarının (kablolar vs.) hava etkilerinden korunması açısından da avantajlıdır. Dahası fotovoltaik modüller su yapı malzemeleri ile karşılaştırıldığında oldukça uzun ömürleri (25-30 yıl) olduğu da görülmektedir.  Öte yandan Türkiye’de BEFM uygulamaları için yeterli finansal destek sağlanamamaktadır. Kyoto Protokolü’nün imzalanması ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla ilgili kanunların yürürlüğe girmesi ile teşviklerin artacağı beklenmektedir. Yetersiz bulunan tarife garantisinin arttırılması ise kanun teklifleri ile Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nca görüşülmektedir. Bu gelişmeler -çevresel katkıları dışında- enerjisinin yüzde 70’ini ithal etmek durumunda olan Türkiye için oldukça önemlidir. Bunlara ek olarak imar yönetmeliklerinde verilen çatı eğimi sınır değerleri güneş enerjisi kullanımı düşünülerek tekrar ele alınmalıdır. Mesela İstanbul imar yönetmeliğine göre maksimum çatı eğimi 24° (%45)  olabilecek iken; tüm yıl kullanılacak bir fotovoltaik sistemden maksimum verim sağlanabilmesi için modül eğimi 26-30° olmalıdır.
Fotovoltaiklerin çatı sistemlerinde kullanım olanaklarının araştırılmasına kamu hizmet binaları, devlet yönetim binaları, okullar, müzeler, tren istasyonları, toplu konutlar, spor tesisleri gibi çatı yüzeyi geniş binalarla başlanılmalıdır. Fotovoltaik sistemler yapıların ilk tasarım aşamalarından itibaren projelere entegre edilerek, bu sistemler için en verimli yönlenme ve yüzey eğimleri düşünülerek tasarımlar gerçekleştirilmelidir. Bu gelişmeler sağlandığında mimarların fotovoltaik modüllerin yapılarda kullanım alternatifleri konusunda özellikle yapısal tasarımıyla ilgili bilgilenmeleri ve doğru uygulamaları yapabilmeleri gereklidir. Bu sebeple bu çalışmada mimarlara fotovoltaik entegre edilmiş çatı sistemleri tasarımında yön gösterecek bir model önerisi sunulmuş ve İstanbul’daki bir örnek üzerinde model uygulanmıştır. Tasarım alternatifleri malzeme kullanımı, görsel etki, işçilik, uygulama kolaylığı, uygulama hızı, uygulamada alet gerekliliği, uygulamada taşıma kolaylığı, havalandırma değeri, sökme kolaylığı, kir tutmama özelliği gibi pek çok tasarım girdisi ile değerlendirilmiştir. Böylelikle sadece alternatifler ortaya konulmamış, bu alternatifler arasından uygun tercih yapılabilmesi konusunda da yol gösterilmiştir. Model, günümüzde kullanılan tespit sistemleri incelenerek oluşturulduğu için modeldeki alternatifler ve tasarım girdilerinden faydalanılarak gelecekte yeni sistemler tasarlanabilir. Fotovoltaik teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak da model güncellenebilir.


 

---

R E K L A M