Arazi kısıtı, artan enerji talebi ve iklim kriziyle mücadele gerekliliği, yenilenebilir enerji teknolojilerinde yeni çözümleri gündeme taşıyor. Bu çözümlerden biri olan yüzer fotovoltaik (FPV) sistemler, baraj gölleri ve rezervuarlar üzerinde kurularak hem elektrik üretimini artırmayı hem de su kaybını azaltmayı hedefliyor. Türkiye’nin güçlü hidroelektrik altyapısı düşünüldüğünde, FPV–HES hibrit modelleri yalnızca teknik bir alternatif değil, aynı zamanda enerji–su–iklim politikalarının kesişiminde stratejik bir araç olarak öne çıkıyor.
Bu kapsamda Dr. Serkan Gökmener ve Dr. Emre Haspolat ile yüzer fotovoltaik sistemlerin teknik avantajlarını, mühendislik risklerini, karbon azaltım ve su tasarrufu potansiyelini, ayrıca Türkiye için olası bir ulusal yol haritasının nasıl şekillenebileceğini konuştuk.
Öncelikle yüzer fotovoltaik (FPV) sistemlerin çalışma prensibini ve kara tipi güneş enerjisi santrallerinden temel farklarını anlatır mısınız? Bu teknolojiyi öne çıkaran başlıca teknik avantajlar nelerdir?
Dr. Serkan Gökmener
Dr. Serkan Gökmener: Yüzer fotovoltaik (FPV) sistemler, klasik güneş panellerinin kara yerine baraj gölü, rezervuar veya gölet gibi su yüzeyleri üzerine yerleştirilmesi prensibine dayanır. Paneller, genellikle HDPE pontonlardan oluşan yüzer platformlara monte edilir ve halat–ankraj sistemleriyle sabitlenir. Elektrik üretim prensibi kara tipi sistemle aynıdır (güneş ışınımı → DC üretim → invertörle AC’ye dönüşüm → şebekeye bağlantı). Ancak, FPV sistemlerde; kara tipi güneş enerjisi santrallerinden farklı olarak, mekanik ve yapısal tasarımda dalga, rüzgâr ve su seviyesi değişimleri dikkate alınır. Kara tipi güneş enerjisi santrallerinden temel farkı, kurulumun su yüzeyine yapılıyor olmasıdır. Bu durum iki önemli teknik avantaj sağlamaktadır: Birincisi, suyun doğal soğutma etkisi sayesinde panel sıcaklığı daha düşük kalır ve elektrik üretiminde verim artışı sağlanabilir. Mevcut teorik ve uygulama çalışmaları, %10’a kadar bir verim artışı olabileceğinden söz etmektedir. İkincisi ise arazi kullanım ihtiyacı ortadan kalkar; özellikle tarım alanları veya yüksek arazi maliyeti olan bölgelerde bu önemli bir üstünlüktür. Zira günümüzde artan nüfus dolayısıyla, birçok ülkenin kısıtlı arazisini (özellikle tarımsal üretime elverişli arazileri) elektrik üretimine ayırabilecek kapasitesinin olmadığı aşikâr. Bu da su-üstü enerji sistemlerini, daha cazip kılmaktadır. Ayrıca FPV sistemler rezervuarlarda buharlaşmayı azaltarak su kaybını düşürebilmektedir. Ek olarak, hidroelektrik santrallerle kolay hibrit entegrasyon (mevcut trafo ve şebeke altyapısının kullanılması), daha düşük tozlanma kaybı ve su–enerji entegrasyonu sağlamasını da FPV sistemlerin avantajlarındandır. Özellikle, elektrik üretim amaçlı barajların göllerine kurulduğunda, enerji üretim profilleri birbirini tamamlayabilir ve altyapı maliyetleri azalabilir. Bu nedenle FPV, arazi kısıtı olan veya mevcut rezervuar altyapısı bulunan bölgelerde stratejik bir yenilenebilir enerji çözümü olarak öne çıkmaktadır.
Çalışmanızda belirli bir su kütlesi üzerinde yaptığınız modelleme sonucunda enerji üretiminde verimlilik artışı tespit ediyorsunuz. Bu artışın temel nedeni nedir? Suyun soğutma etkisi mi, yansıma faktörü mü yoksa başka parametreler mi belirleyici oldu?
Dr. Emre Haspolat
Dr. Emre Haspolat: Öncelikle literatürde yapılan bazı çalışmalara baktığımızda, su kütlesinin FPV sistemlerin panelinde oluşan ısı artışını azalttığını görüyoruz. Bu da tabii ki FPV sistemlerin, kara tipi güneş enerjisi sistemlerine göre daha verimli çalışmasına ve daha çok enerji elde etmesine katkı sağlıyor. Fakat bu noktada önemli bir husus var. Buradaki verim oranı FPV sistemlerin kurulacağı yerin iklim şartlarına ve yüzer sistemin tipine bağlı olarak değişkenlik gösteriyor. Bu konudaki çalışmalar aynı zamanda suyun yansıma faktörünün, kara zemininin yüzey tipine (örneğin çim ya da kar gibi parlak yüzey) bağlı olarak, genellikle karadaki yansıma faktöründen daha düşük olduğunu da gösteriyor. Dolayısıyla, bu temel artışın nedeni suyun soğutma etkisi diyebiliriz.
Araştırmanız, sistemin karbon emisyonlarını azaltma ve su buharlaşmasını düşürme potansiyeline de işaret ediyor. Bu iki çıktıyı birlikte değerlendirdiğimizde, yüzer fotovoltaik sistemlerin Türkiye’nin iklim hedeflerine ve su yönetimi politikalarına nasıl bir katkı sunabileceğini düşünüyorsunuz?
Dr. Serkan Gökmener: Bu iki çıktıyı birlikte değerlendirdiğimizde FPV sistemler, Türkiye için enerji–su–iklim üçgeninde stratejik bir araç haline gelmektedir. Türkiye’nin elektrik üretiminde hâlâ önemli bir payı fosil yakıtlar (özellikle doğal gaz ve kömür) oluşturmaktadır. Rezervuarlar üzerine kurulacak FPV sistemler, mevcut şebeke bağlantısına sahip hidroelektrik altyapıyla entegre çalışabildiği için hızlı ve nispeten düşük iletim maliyetli yenilenebilir kapasite artışı sağlamaktadır. Her bir MWh güneş üretimi, fosil yakıtlı üretimin yerini aldığında doğrudan CO₂ emisyonlarını azaltmaktadır. Özellikle baraj üstü hibrit sistemler, kapasite faktörünü artırarak daha istikrarlı bir yenilenebilir üretim profili sunabilir ve Türkiye’nin net sıfır 2053 hedefi doğrultusunda elektrik sektöründeki karbon yoğunluğunu düşürmeye katkı sağlayabilir. Diğer taraftan ise, Türkiye yarı kurak–kurak iklim kuşağında yer alıyor ve iklim değişikliğiyle birlikte buharlaşma kayıplarının artacağına dair tahminler mevcut. Rezervuar yüzeyinin bir kısmının FPV ile kaplanması, güneş ışınımını ve rüzgâr etkisini azaltarak yüzey buharlaşmasını düşürebilir. Bu, özellikle sulama barajlarında ve içme suyu rezervuarlarında stratejik öneme sahip olmaktadır. Azalan buharlaşma hem tarımsal su güvenliğini hem de hidroelektrik üretimin sürekliliğini destekleyecektir. Yani sistem sadece enerji üretmez; aynı zamanda su kaybını azaltarak da bir sürdürülebilirlik mekanizması oluşturur. Bu iki etki birlikte düşünüldüğünde FPV sistemler, Türkiye’nin iklim politikalarında hem emisyon azaltımı hem de iklim uyumu boyutuna aynı anda hizmet eden nadir teknolojilerden biridir. Özellikle hidroelektrik ağı güçlü bir ülke olarak Türkiye’de, baraj rezervuarlarının sınırlı bir kısmının bile FPV ile değerlendirilmesi; karbon azaltımı, su tasarrufu ve mevcut altyapının verimli kullanımı açısından çarpan etkisi yaratabilir. Bu nedenle FPV, yalnızca bir yenilenebilir enerji yatırımı değil, aynı zamanda entegre su–enerji yönetimi politikalarının önemli bir bileşeni olarak görülmelidir.
Türkiye, baraj gölleri ve hidroelektrik santraller açısından önemli bir altyapıya sahip. Yüzer fotovoltaik sistemlerin hidroelektrik santrallerle hibrit olarak çalıştırılması teknik ve ekonomik açıdan ne tür avantajlar sağlayabilir? Şebeke yönetimi ve kapasite faktörü açısından nasıl bir tablo ortaya çıkıyor?
Dr. Emre Haspolat: Teknik anlamda, HES ve FPV hibrit sistemleri, yağışın az ve güneşin fazla olduğu günlerde elektrik üretimini FPV sistemden sağlayabilirken, yağışın fazla ve güneşin az olduğu sezonlarda da HES’ten sağlayabilme olanağını sunmaktadır. Dolayısıyla aslında bu iki sistem birbirlerinin eksik yanlarını tamamlamaktadır ve bu da şebeke yönetiminde esneklik sağlayabilir. Ekonomik anlamda, HES’lerdeki mevcut trafo merkezi ve iletim hattının hibrit sistem içinde kullanılabileceğini varsayarsak, HES rezervuarına kurulacak olan FPV sistemlerinin sermaye masrafını düşürecektir. Bu ekonomik avantaj sayesinde, mevcut HES rezervuarları FPV sistem kurulumunda ‘kolaylaştırıcı’ rol üstlenebilir ve böylece bu hibrit sistem daha kolay yaygınlaşabilir. Bunun yanında, rezervuardaki yüzey kaplama oranına bağlı olarak, FPV sistem sayesinde buharlaşma kayıpları ciddi şekilde azaltılabilir. Tasarruf edilen suyun, HES sayesinde ek elektrik enerjisine dönüştürülmesi de bir seçenektir ve bu da her ne kadar hibrit sistem tarafından üretilecek toplam elektrik üretimine kıyasla daha az da olsa elektrik üretimine katkı sağlayacaktır. Kurulacak olan bu hibrit sistemle birlikte tesisin kapasite faktörü yükselecektir.
Yüzer fotovoltaik projelerinde en kritik mühendislik ve yatırım riskleri nelerdir? Özellikle dalga yükleri, sabitleme sistemleri, bakım maliyetleri ve uzun vadeli performans açısından Türkiye’de dikkat edilmesi gereken başlıklar hangileri?
Dr. Serkan Gökmener: FPV projelerinde en kritik mühendislik riski, sistemin su üzerindeki dinamik koşullara dayanıklı tasarlanmasıdır. Türkiye’de özellikle büyük baraj rezervuarlarında rüzgâr kaynaklı dalga oluşumu, mevsimsel su seviyesi değişimleri ve ani fırtınalar platform üzerinde ek gerilmeler yaratabilir. Bu nedenle yalnızca statik yükler değil, dinamik dalga–rüzgâr etkileşimi de dikkate alınmalıdır. Yeterli hidrodinamik analiz yapılmadığında platform yorulması, bağlantı noktalarında gevşeme, modül hizalanma kaybı ve aşırı durumlarda yapısal hasar riski ortaya çıkabilir. Dolayısıyla tasarım sürecinde rüzgâr-dalga etkileşimi ve uzun dönemli yük kombinasyonları mutlaka dikkate alınmalıdır.
Sabitleme (mooring ve ankraj) sistemleri en kritik teknik bileşendir. Türkiye’de birçok rezervuarda su seviyesi yıl içinde ciddi değişim gösterebilir ve dip zemini çamurlu ya da sediman hareketine açık olabilir. Ankraj kapasitesinin yanlış hesaplanması veya kablo gerilme–gevşeme döngülerinin yeterince analiz edilmemesi, sistem sürüklenmesine ya da stabilite kaybına yol açabilir. Bu nedenle rezervuarın morfolojisi, sediman yapısı ve su kotu değişimleri tasarımın temel girdisi olmalıdır. Özellikle DSİ barajlarında işletme rejimi değişken olduğu için, tasarımın konservatif yapılması ve uzun vadeli stabilite analizlerinin gerçekleştirilmesi önemlidir.
Bakım ve işletme maliyetleri de yatırım açısından dikkat edilmesi gereken bir diğer başlıktır. Su üzerinde kurulu sistemlerde erişim kara tipine göre daha karmaşıktır ve yüksek nem ile buharlaşma, elektrik ekipmanlarında korozyon ve degradasyon riskini artırabilir. Uzun vadeli performans açısından ise FPV sistemler halen gelişmekte olan bir teknoloji ve henüz 20-25 yıllık bir geçmişe sahip. Dolayısıyla, uzun vadeli etkilerine dair elimizdeki veriler yeterli değil. Bu da işin finansman tarafında belirsizlikler yaratmaktadır. Bu nedenle FPV yatırımlarında mühendislik tasarımının konservatif yapılması, uzun dönemli performans garantileri ve doğru risk dağılımı büyük önem taşımaktadır.
Son olarak, Türkiye’nin deprem gerçeği de mutlaka dikkate alınmalıdır. Yüzer sistemler bazı durumlarda rijit kara sistemlere kıyasla daha esnek davranış gösterebiliyor olsa bile kıyı bağlantıları, trafo platformları ve iletim hatları sismik tasarım gerektirir. Tüm bu faktörler birlikte değerlendirildiğinde FPV projelerinde başarılı bir yatırım için kapsamlı mühendislik etüdü, doğru saha seçimi, konservatif ankraj tasarımı ve uzun vadeli performans garantileri kritik önem taşımaktadır.
Türkiye genelinde daha geniş ölçekli bir uygulama senaryosu ele alındığında, bu teknolojinin teknik potansiyelini ortaya koymak için hangi veri setlerine ve hangi modelleme yaklaşımlarına ihtiyaç var? Bir ulusal yol haritası hazırlanacak olsa öncelikli adımlar neler olurdu?
Dr. Emre Haspolat: Veri setlerinin güvenirliği bu konudaki önemli hususların başında gelmektedir. Geniş ölçekli bir uygulama senaryosu ele alınmak istenirse, teknik olarak, küresel yatay ışınım (GHI), sıcaklık ve rüzgâr hızı verileri başta olmak üzere birçok veri setine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ve benzer verilerle Türkiye’deki teknik potansiyel hesaplanabilmektedir. Teknik potansiyel hesaplamasından sonra bu potansiyelin hangi oranda uygulanabilirliğini belirlemek çok önemli. Bu aşamada; rezervuar topoğrafyası, rezervuarın maksimum ve minimum su kotları, ilgili trafo ve elektrik şebekesinin kapasitesi ve bu hibrit sisteme uyumu gibi ilave teknik parametrelere gereksinim duyulmaktadır. Ülkemizde bu veri setlerine sahip resmî kurumlar mevcuttur.
Modelleme yaklaşımı birkaç aşamadan oluşabilmektedir. Öncelikle Coğrafi Bilgi Sistemi’ne (CBS) ve çeşitli yüzey kaplama senaryolarına dayalı bir potansiyel analiz gerçekleştirilebilir. Bu analizde ilgili senaryoya göre sahadaki veriler kullanılarak toplam enerji üretimi hesaplanabilir. Bu üretimin hesaplamasında günümüzde sıkça kullanılan bazı yazılımlar bulunmaktadır. Sonraki aşama olarak, ilgili hibrit sistemin şebekeye entegrasyonu ve uyumluluğu incelenebilir.
Ulusal bir yol haritasının hazırlanması aşamasında ilgili birçok daldan uzmana ihtiyaç duyulacaktır. Öncelikli adımların başında güvenilir verilerin elde edilmesi gelmektedir. Daha sonra bu verilere bağlı teknik, ekonomik ve çevresel analizlerin yapılması gerekli. Bunun akabinde, pilot projelerle birkaç farklı yerdeki FPV sistemlerin teknik performansı ve çevreye olan etkisi incelenip, fizibilite çalışmalarının sonuçlarına bağlı olarak diğer aşamalara geçilebilir.
Küresel ölçekte baktığınızda yüzer fotovoltaik sistemlerin önümüzdeki 10 yıl içindeki konumunu nasıl görüyorsunuz? Türkiye bu alanda erken hareket eden ülkelerden biri olabilir mi?
Dr. Serkan Gökmener – Dr. Emre Haspolat: FPV sistemleri için önümüzdeki yıllarda teknoloji hazırlık seviyesinin artmasına da bağlı olarak güçlü bir büyüme beklentisi mevcut diyebiliriz. Küresel ölçekte FPV sistemlerin önümüzdeki 10 yıldaki konumu “niş bir uygulama” olmaktan çıkıp, özellikle rezervuar üstü projelerde finanse edilebilir bir alt-sektöre dönüşmek olacaktır. Bunun iki ana itici gücü olduğunu düşünüyoruz. Birincisi, kara projelerinde arazi/izin kısıtları ve şebeke bağlantı darboğazları büyürken, FPV’lerin mevcut su yüzeyleri ve çoğu zaman mevcut iletim altyapısına yakın konumlanması sayesinde getireceği avantajlar. İkincisi ise tasarım ve bakım ve işletme konusundaki belirsizliklerinin standartlaşma ile azalıyor oluşu. Şu an için, iklim ve çevre koşullarına bağlı olarak Dünya’nın belirli bölgelerinde kara tipi güneş enerjisi santralleri daha düşük maliyetle daha yüksek kazanç getiriyor olsa dahi, FPV sistemlerin özellikle karasal yüz ölçümü küçük olan ülkelerde, önemli bir yenilenebilir enerji kaynağı olacağı bir gerçektir. Bu ülkelere ulaşılabilir temiz su kaynağının az olduğu ülkelerde eklenirse (buharlaşma kayıplarının azaltılmasından gelecek kazanımlar doğrultusunda), birçok ülke karbon salınımını düşürme ve yenilenebilir enerji üretimini artırma hedefleri doğrultusunda FPV sistemleri etkili bir biçimde kullanacaklardır. 10 yıllık periyotta FPV’lerin kurulu gücünün kara tipi güneş enerjisi santrallerinin kurulu gücüne hızlı adımlarla yaklaşabileceğini düşünüyoruz. Ayrıca işin piyasa tarafında; birçok önemli kuruluşun analizleri, 2024–2030 döneminde, FPV kurulumların belirgin artacağını ve büyümenin ağırlıkla Asya’da yoğunlaşacağını vurguluyor.
Türkiye’nin erken hareket eden ülkelerden biri olup olamayacağı ise “regülasyon + proje geliştirilebilirliği + finansman güveni” üçlüsüne bağlı. Teknik olarak Türkiye; yüksek güneşlenme, çok sayıda baraj gölü ve HES altyapısı sayesinde FPV–HES hibritlerine doğal aday. Nitekim ülkede pilot/erken uygulamalar ve büyüyen bir ilgi olduğu aşikâr. Özellikle, geçtiğimiz aylarda DSİ tarafından FPV sistemlere ait yönetmeliğin yayınlanması da ülkemizde FPV sistemlere dair regülasyonların netleşmeye başladığını gösteriyor. Bunun üstüne genel güneş kurulu gücündeki hızlı artış ile enerji konusundaki teşvikler, tedarik zinciri ve yatırım iştahı açısından olumlu bir zemin oluşturuyor. Yine de “erken hareket” için kritik olan, Türkiye’ye özgü birkaç başlıkta işi doğru kurgulamak:
- DSİ rezervuarlarında su seviyesi işletme rejimi (mooring tasarımını belirleyen ana parametre),
- Rüzgâr/dalga verisi eksikliği (tasarım muhafazakârlığını ve maliyeti etkiler),
- Çevresel etkiler için izleme (su kalitesi/ekosistem),
- İzin–yetki–sorumlulukların net ve öngörülebilir olması.
Bu alanlar netleştikçe, FPV sistemlerin, Türkiye’de uygun rezervuarlarda ölçeklenen önemli bir yenilenebilir ve temiz enerji kaynağı olması olasıdır; aksi durumda büyüme daha yavaş ve proje-bazlı kalır.
Not: Yaptığı çalışmalar ve öğretileriyle bize bu yolda ışık olan, geçtiğimiz aylarda kaybettiğimiz sevgili hocamız Doç. Dr. Elif Oğuz’u saygı, sevgi ve minnetle anıyoruz.
