Energy-Shading Optimization of Greenhouse-Integrated Agrivoltaic Systems in Türkiye Using PVGIS-TMY Data and Geometric Shadow Modelling
8th International Conference on Engineering, Natural and Social Sciences ICENSOS 2026, Konya, Türkiye, 6 - 07 Eylül 2026, ss.256-261, (Tam Metin Bildiri)
- Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
- Basıldığı Şehir: Konya
- Basıldığı Ülke: Türkiye
- Sayfa Sayıları: ss.256-261
- Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
- Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi Adresli: Evet
Özet
Fotovoltaik (PV) elektrik üretimi ile tarımsal arazi kullanımı arasındaki artan rekabet, yenilenebilir enerji üretimi ile bitkisel üretimi birlikte destekleyen bütünleşik tasarım yaklaşımlarına olan gereksinimi giderek artırmaktadır. Bu çalışmada, Türkiye’deki farklı iklim koşulları altında sera entegreli agrivoltaik (AV) sistemlerin optimizasyonuna yönelik tekrarlanabilir bir hesaplamalı yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem; Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) üzerinden elde edilen saatlik Tipik Meteorolojik Yıl (TMY) verilerini, pvlib kullanılarak gerçekleştirilen panel düzlemi üzerindeki ışınım hesaplamalarını, geometrik bir gölge izdüşüm modelini ve performans oranına dayalı bir enerji üretim modelini bir araya getirmektedir. Izgara, şaşırtmalı ve şerit olmak üzere üç farklı panel yerleşim düzeni aynı sınır koşulları altında değerlendirilmiş ve tasarım kısıtı olarak sera tabanındaki maksimum gölgelenme oranı %30 kabul edilmiştir. Yöntem, Türkiye’nin farklı iklim bölgelerini temsil eden beş şehir için uygulanmıştır: Antalya, Konya, İstanbul, Erzurum ve Rize. Ayrıca, ölçeğin kurulu güç, yıllık enerji üretimi ve gölgelenme performansı üzerindeki etkisini incelemek amacıyla 10 × 20 m ve 30 × 50 m boyutlarında iki farklı sera büyüklüğü analiz edilmiştir. Sonuçlar, seçilen şehirler için tasarım kısıtlarını sağlayan pratik optimum panel eğim açılarının 28°–31° aralığında olduğunu göstermektedir. Sektörel uygulamalarda referans olarak kullanılan 26° eğim açısının ise yıllık güneş ışınımı açısından yalnızca sınırlı bir kayba neden olduğu ve bu kaybın tüm durumlarda yaklaşık %1,6’nın altında kaldığı belirlenmiştir. Sürekli şerit yerleşim düzeni, incelenen tüm durumlarda %30’luk gölgelenme sınırını aşarken, ızgara ve şaşırtmalı yerleşim düzenleri ile uygulanabilir konfigürasyonlar elde edilmiştir. Eşdeğer koşullar altında yapılan karşılaştırmalarda, şaşırtmalı yerleşimlerin maksimum gölgelenme oranını ızgara yerleşimlere kıyasla %1,5–%3,5 oranında azalttığı görülmüştür. Bununla birlikte, uygulanabilir konfigürasyonlar arasında en yüksek enerji üretimini sağlayan yerleşim düzeninin şehir ve sera büyüklüğüne bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir. Antalya, Rize’ye kıyasla yaklaşık %47 daha yüksek özgül enerji üretimi ile incelenen şehirler arasında en yüksek performansı göstermiştir. Genel olarak bu çalışma, iklim koşullarına özgü agrivoltaik sera tasarımı için uygulamaya yönelik bir mühendislik temeli sunmakta ve Türkiye’nin tüm illerine genişletilebilecek bir hesaplama çerçevesi ortaya koymaktadır.
The increasing competition between photovoltaic (PV) electricity generation and agricultural land use has created a growing need for integrated design approaches that support both renewable energy production and crop cultivation. This study develops a reproducible computational framework for the optimization of greenhouse-integrated agrivoltaic (AV) systems under different climatic conditions in Türkiye. The framework combines hourly Typical Meteorological Year (TMY) data obtained from the Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS), plane-of-array irradiance calculations using pvlib, a geometric shadow-projection model, and a performance-ratio-based energy-yield model. Three panel layouts-grid, staggered, and strip-are evaluated under identical boundary conditions, with a maximum greenhouse-floor shading ratio of 30% adopted as the design constraint. The methodology is demonstrated for five representative cities, each representing a different climatic region of Türkiye: Antalya, Konya, Istanbul, Erzurum, and Rize. Two greenhouse sizes, 10 x 20 m and 30 x 50 m, are also analyzed to examine the effect of scale on installed capacity, annual energy production, and shading performance. Results show that the constrained practical optimum tilt angles fall within 28°-31° for the selected cities. The 26° tilt used as an industry-practice reference causes only a minor annual irradiation penalty, remaining below approximately 1.6% in all cases. Continuous strip layouts exceeded the 30% shading limit in all tested cases, whereas feasible configurations were obtained with grid and staggered layouts. In matched comparisons, staggered layouts reduce maximum shading by 1.5%-3.5% relative to grid layouts, although the highest-energy feasible layout remains dependent on city and greenhouse size. Antalya achieves the highest specific yield, approximately 47% higher than Rize. Overall, the study provides a practical engineering basis for climate-specific AV greenhouse design and offers a framework that can be extended to all provinces of Türkiye.