KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi / 2026 / Cilt: 17 Sayı: 1

Mikroklimatik Farklılıkların Fotovoltaik Panel Verimliliği Üzerine Etkisi: Tipik Meteorolojik Erzurum Yılı İçin Ova İçi ve Yamaç Yerleşimlerinin Karşılaştırmalı Analizi

The Effect of Microclimatic Variations on Photovoltaic Panel Efficiency: Comparative Analysis of Plain and Slope Settlements for a Typical Meteorological Year in Erzurum

Muhammet Kaan Yeşilyurt(ATATURK UNIVERSITY)0000-0002-7207-1743
Sayfa
—
Yayın Tarihi
2026-03-27
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Simülasyon sonuçları, yamaç yerleşiminin yıllık toplam enerji üretiminde ova senaryosuna kıyasla %10,47 oranında (yaklaşık 35 kWh/kWp) bir artış sağladığını göstermektedir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Erzurum gibi yüksek rakımlı ve karmaşık topografyaya sahip bölgelerde fotovoltaik (PV) sistemlerin performansı, standart ışınım haritalarının öngördüğünden daha karmaşık atmosferik süreçlerin etkisi altındadır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bu çalışmada, kış aylarında Erzurum havzasında karakteristik olarak gözlemlenen sıcaklık terselmesi (enverziyon) ve buna bağlı gelişen partikül madde birikiminin (kirlilik tuzağı) PV verimliliği üzerindeki etkisi mikroklimatik bir modelleme ile incelenmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Simülasyon sonuçları, yamaç yerleşiminin yıllık toplam enerji üretiminde ova senaryosuna kıyasla %10,47 oranında (yaklaşık 35 kWh/kWp) bir artış sağladığını göstermektedir.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Fotovoltaik performans · Sıcaklık enverziyonu · Mie saçılması

Özet

Erzurum gibi yüksek rakımlı ve karmaşık topografyaya sahip bölgelerde fotovoltaik (PV) sistemlerin performansı, standart ışınım haritalarının öngördüğünden daha karmaşık atmosferik süreçlerin etkisi altındadır. Bu çalışmada, kış aylarında Erzurum havzasında karakteristik olarak gözlemlenen sıcaklık terselmesi (enverziyon) ve buna bağlı gelişen partikül madde birikiminin (kirlilik tuzağı) PV verimliliği üzerindeki etkisi mikroklimatik bir modelleme ile incelenmiştir. Çalışma kapsamında, havza tabanı (1850 m) ve atmosferik sınır tabakasının üzerinde kalan yamaç (1950 m) lokasyonları için Tipik Meteorolojik Yıl (TMY) verileri, Mie saçılması ve termal tabakalaşma prensiplerine göre modifiye edilerek iki farklı senaryo oluşturulmuştur. Simülasyon sonuçları, yamaç yerleşiminin yıllık toplam enerji üretiminde ova senaryosuna kıyasla %10,47 oranında (yaklaşık 35 kWh/kWp) bir artış sağladığını göstermektedir. Bu farkın temel nedeninin, kış aylarında ovada oluşan yoğun aerosol tabakasının doğrudan normal ışınımı (DNI) sönümlemesi (%40 varan kayıp) ve yamaçlarda enverziyon kaynaklı daha ılıman bir termal rejim (+4°C) oluşması olduğu belirlenmiştir. Bulgular, Erzurum gibi derin vadilere sahip soğuk iklim bölgelerinde PV yer seçiminde "düz arazi" paradigmasının terk edilerek, kirlilik ve sis katmanının üzerindeki güney cepheli yamaçların tercih edilmesinin, tekno-ekonomik verimliliği artıran kritik bir strateji olduğunu ortaya koymaktadır.

Abstract

In high-altitude regions with complex topography, such as Erzurum, the performance of photovoltaic (PV) systems is influenced by atmospheric processes that are more complex than standard irradiance maps predict. This study investigates the impact of temperature inversion and the associated particulate matter accumulation (pollution trap), characteristic of the Erzurum basin during winter, on PV efficiency through microclimatic modeling. Typical Meteorological Year (TMY) data were modified based on Mie scattering and thermal stratification principles to create two distinct scenarios: the basin floor (1850 m) and the slope location (1950 m) situated above the atmospheric boundary layer. Simulation results indicate that the slope placement provides a 10.47% increase (approximately 35 kWh/kWp) in annual total energy generation compared to the basin scenario. It was determined that the primary drivers of this disparity are the attenuation of Direct Normal Irradiance (DNI) by the dense aerosol layer in the basin during winter (up to 40% loss) and the occurrence of a milder thermal regime (+4°C) on the slopes due to inversion. The findings demonstrate that in cold climate regions with deep valleys like Erzurum, abandoning the "flat terrain" paradigm in favor of south-facing slopes above the pollution and fog layer is a critical strategy for enhancing techno-economic efficiency in PV site selection.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Yeşilyurt, M. K. (2026). Mikroklimatik Farklılıkların Fotovoltaik Panel Verimliliği Üzerine Etkisi: Tipik Meteorolojik Erzurum Yılı İçin Ova İçi ve Yamaç Yerleşimlerinin Karşılaştırmalı Analizi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, Cilt: 17 Sayı: 1. https://doi.org/10.24012/dumf.1881631

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (41)

  1. J. Gooding, H. Edwards, J. Giesekam, and R. Crook, "Solar City Indicator: A methodology to predict city level PV installed capacity by combining physical capacity and socio-economic factors," Solar Energy, vol. 95, pp. 325–335, 2013, doi: 10.1016/j.solener.2013.06.027.
  2. S. Ding, B. Qiu, and Y. Luo, "Co-benefits of aerosol pollution mitigation in enhancing solar photovoltaic power generation in China," Environ. Res. Lett., vol. 20, no. 10, p. 104055, 2025, doi: 10.1088/1748-9326/ae0502.
  3. M. Bazilian et al., "Re-considering the economics of photovoltaic power," Renewable Energy, vol. 53, pp. 329–338, 2013, doi: 10.1016/j.renene.2012.11.029.
  4. W. F. Holmgren, C. W. Hansen, and M. A. Mikofski, "pvlib python: a python package for modeling solar energy systems," JOSS, vol. 3, no. 29, p. 884, 2018, doi: 10.21105/joss.00884.
  5. W. de Soto, S. A. Klein, and W. A. Beckman, "Improvement and validation of a model for photovoltaic array performance," Solar Energy, vol. 80, no. 1, pp. 78–88, 2006, doi: 10.1016/j.solener.2005.06.010.
  6. S. Haci, B. Ismail, and C. Serkan, "Turkey’s Energy Strategy for 2023 Targets after 2000 MW Giant Renewable Energy Contract," E3S Web Conf., vol. 64, p. 1001, 2018, doi: 10.1051/e3sconf/20186401001.
  7. P. Kuhn et al., "Validation of an all‐sky imager–based nowcasting system for industrial PV plants," Progress in Photovoltaics, vol. 26, no. 8, pp. 608–621, 2018, doi: 10.1002/pip.2968.
  8. D. Faiman, "Assessing the outdoor operating temperature of photovoltaic modules," Progress in Photovoltaics, vol. 16, no. 4, pp. 307–315, 2008, doi: 10.1002/pip.813.
  9. I. Bevanda, P. Marić, A. Kristić, and T. Betti, "Assessing the Impact of Solar Spectral Variability on the Performance of Photovoltaic Technologies Across European Climates," Energies, vol. 18, no. 14, p. 3868, 2025, doi: 10.3390/en18143868.
  10. M. Ispir, M. H. Aksoy, and M. Kalyoncu, "Estimation of solar radiation and photovoltaic power potential of Türkiye using ANFIS," J. King Saud Univ. – Eng. Sci., vol. 37, 1-2, p. 2, 2025. doi: 10.1007/s44444-025-00002-0. [Online]. Available: https://link.springer.com/article/10.1007/s44444-025-00002-0
  11. T. Demirgül, V. Demir, and M. F. SEVİMLİ, "Farklı makine öğrenmesi yaklaşımları ile Türkiye'nin solar radyasyon tahmini," Geomatik, vol. 9, no. 1, pp. 106–122, 2024, doi: 10.29128/geomatik.1374383.
  12. S. Türk, A. Koç, and G. Şahin, "Multi-criteria of PV solar site selection problem using GIS-intuitionistic fuzzy based approach in Erzurum province/Turkey," Sci Rep, vol. 11, no. 1, p. 5034, 2021. doi: 10.1038/s41598-021-84257-y. [Online]. Available: https://www.nature.com/articles/s41598-021-84257-y
  13. X. Li, F. Wagner, W. Peng, J. Yang, and D. L. Mauzerall, "Reduction of solar photovoltaic resources due to air pollution in China," Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 114, no. 45, pp. 11867–11872, 2017, doi: 10.1073/pnas.1711462114.
  14. M. H. Bergin, C. Ghoroi, D. Dixit, J. J. Schauer, and D. T. Shindell, "Large Reductions in Solar Energy Production Due to Dust and Particulate Air Pollution," Environ. Sci. Technol. Lett., vol. 4, no. 8, pp. 339–344, 2017, doi: 10.1021/acs.estlett.7b00197.
  15. N. Uyar, "Satellite Observations of Air Quality Dynamics in Türkiye," Türk Bilim ve Mühendislik Dergisi, vol. 6, no. 2, pp. 114–120, 2024, doi: 10.55979/tjse.1534679.
  16. M. Wild, "Global dimming and brightening: A review," J. Geophys. Res., vol. 114, D10, 2009, Art. no. 2008JD011470, doi: 10.1029/2008JD011470.
  17. U. Pfeifroth, A. Sanchez‐Lorenzo, V. Manara, J. Trentmann, and R. Hollmann, "Trends and Variability of Surface Solar Radiation in Europe Based On Surface‐ and Satellite‐Based Data Records," J. Geophys. Res., vol. 123, no. 3, pp. 1735–1754, 2018, doi: 10.1002/2017JD027418.
  18. H. Hersbach et al., "The ERA5 global reanalysis," Quart J Royal Meteoro Soc, vol. 146, no. 730, pp. 1999–2049, 2020, doi: 10.1002/qj.3803.
  19. M. Aminul Islam, N. M. Kassim, A. Ahmed Alkahtani, and N. Amin, "Assessing the Impact of Spectral Irradiance on the Performance of Different Photovoltaic Technologies," Chapters, 2022. doi: 10.5772/intechopen.96697. [Online]. Available: https://ideas.repec.org/h/ito/pchaps/224244.html
  20. D. B. Magare et al., "Effect of seasonal spectral variations on performance of three different photovoltaic technologies in India," Int J Energy Environ Eng, vol. 7, no. 1, pp. 93–103, 2016. doi: 10.1007/s40095-015-0190-0. [Online]. Available: https://link.springer.com/article/10.1007/s40095-015-0190-0
  21. Ş. Karagöz, M. Aras, O. Yıldırım, F. Şimşek, and Ö. Çomaklı, "PERFORMANCE AND EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC PANELS IN ERZURUM WINTER CONDITIONS," KSU J. Eng. Sci., vol. 28, no. 2, pp. 732–746, 2025, doi: 10.17780/ksujes.1611476.
  22. R. W. Andrews, A. Pollard, and J. M. Pearce, "The effects of snowfall on solar photovoltaic performance," Solar Energy, vol. 92, pp. 84–97, 2013, doi: 10.1016/j.solener.2013.02.014.
  23. C. D. Whiteman, Mountain Meteorology: Fundamentals and applications. New York: Oxford University Press, 2000.
  24. B. Hu et al., "Quantification of the impact of aerosol on broadband solar radiation in North China," Scientific Reports, vol. 7, p. 44851, 2017, doi: 10.1038/srep44851.
  25. E. Baxevanaki, P. G. Kosmopoulos, R.-E. P. Sotiropoulou, S. Vigkos, and D. G. Kaskaoutis, "Effects of Aerosols and Clouds on Solar Energy Production from Bifacial Solar Park in Kozani, NW Greece," Remote Sensing, vol. 17, no. 18, p. 3201, 2025, doi: 10.3390/rs17183201.
  26. T. C. Bond et al., "Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment," Journal of Geophysical Research: Atmospheres, vol. 118, no. 11, pp. 5380–5552, 2013. doi: 10.1002/jgrd.50171. [Online]. Available: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jgrd.50171
  27. H. Bayraktar, F. S. Turalioğlu, and G. Tuncel, "Average mass concentrations of TSP, PM10 and PM2.5 in Erzurum urban atmosphere, Turkey," Stoch Environ Res Risk Assess, vol. 24, no. 1, pp. 57–65, 2010, doi: 10.1007/s00477-008-0299-2.
  28. A. Sözen, E. Arcaklioğlu, M. Özalp, and E. Kanit, "Solar-energy potential in Turkey," Applied Energy, vol. 80, no. 4, pp. 367–381, 2005, doi: 10.1016/j.apenergy.2004.06.001.
  29. A. Sözen and E. Arcaklioǧlu, "Solar potential in Turkey," Applied Energy, vol. 80, no. 1, pp. 35–45, 2005, doi: 10.1016/j.apenergy.2004.02.003.
  30. M. A. Insel, H. Sadikoglu, and M. Melikoglu, "Assessment and determination of 2030 onshore wind and solar PV energy targets of Türkiye considering several investment and cost scenarios," Results in Engineering, vol. 16, p. 100733, 2022, doi: 10.1016/j.rineng.2022.100733.
  31. D. O'Byrne, "Turkey outlines renewable power plans to 2035," S&P Global Commodity Insights, 21 Oct., 2024. Accessed: Jan. 30, 2026. [Online]. Available: https://www.spglobal.com/energy/en/news-research/latest-news/electric-power/102124-turkey-outlines-renewable-power-plans-to-2035
  32. R. Özeş Özgür and M. Zanbak, "Renewable Energy Scenarios in Türkiye: Economic Impacts, Environmental Consequences, and Sustainable Development Perspectives," Sustainable Development, 2025, Art. no. sd.70588, doi: 10.1002/sd.70588.
  33. S. Yilmaz, M. A. Irmak, and A. Qaid, "Assessing the effects of different urban landscapes and built environment patterns on thermal comfort and air pollution in Erzurum city, Turkey," Building and Environment, vol. 219, p. 109210, 2022, doi: 10.1016/j.buildenv.2022.109210.
  34. N. Barlık, "Long-Term Temporal Analysis of Climate Variables for Erzurum," Atmosphere, vol. 16, no. 11, p. 1250, 2025, doi: 10.3390/atmos16111250.
  35. S. Sensoy et al., "Modeling Solar Energy Potential In Turkey by using GWR," in SOLAR TR2016, Istanbul, 2016.
  36. Y. Frischholz et al., "Confirmation of the power gain for solar photovoltaic systems in alpine areas and across scales," Front. Energy Res., vol. 12, 2024, Art. no. 1372680. doi: 10.3389/fenrg.2024.1372680. [Online]. Available: https://www.frontiersin.org/journals/energy-research/articles/10.3389/fenrg.2024.1372680/full
  37. N. L. Rane et al., "GIS-based multi-influencing factor (MIF) application for optimal site selection of solar photovoltaic power plant in Nashik, India," Environ Sci Eur, vol. 36, no. 1, 2024, doi: 10.1186/s12302-023-00832-2.
  38. N. Faraj et al., "Solar power at new heights: comparing photovoltaic performance across altitudes," Solar Energy, vol. 305, p. 114256, 2026, doi: 10.1016/j.solener.2025.114256.
  39. N. P. Lareau et al., "The Persistent Cold-Air Pool Study," Bulletin of the American Meteorological Society, vol. 94, no. 1, pp. 51–63, 2013, doi: 10.1175/BAMS-D-11-00255.1.
  40. R. Perez, P. Ineichen, R. Seals, J. Michalsky, and R. Stewart, "Modeling daylight availability and irradiance components from direct and global irradiance," Solar Energy, vol. 44, no. 5, pp. 271–289, 1990, doi: 10.1016/0038-092X(90)90055-H.
  41. J. Ma, P. Xie, T. Gu, X. Shen, H. Zhang, and J. Huang, "Simulation study of a 386.4 MW mountain photovoltaic power plant: a case study," Scientific Reports, vol. 16, no. 1, p. 1000, 2025, doi: 10.1038/s41598-025-30742-7.