fotovoltaik sistemlerde kullanılan Ölçüm teknikleri

2

Fotovoltaik Ölçüm Sistemleri

Ülkemizde son yıllarda yasal düzenlemelerin hayata geçirilmesi ile birlikte her yıl artan miktarda gerek çatı üstü gerekse de düz açık alanlara kurulan FV sistemlerde hızlı bir artış gerçekleştiği gözlemlenmektedir. Özellikle Lisanssız sistemlerde maksimum anlık güç değerinin 500 kWp den 1MWp lere çıkartılması , bu

yıl başı itibari ile lisanslı sistemlerin izinlerinin gerçekleşmesi, bununla

birlikte 30 kWp e kadar olan FV sistemlerde bürokratik işlemlerin azaltılacağı haberleri , 2015 yılında ülkemizde FV sistemlerin çok daha büyük bir ivme ile artış göstereceğinin habercileridir.Dikkate alınması gereken bir gerçek, böylesi hızlı gelişmelerin yaşandığı sektörümüzde, hata yapma olasılıklarının artacağı, yapılan hata ve eksikliklerden dolayı yatırımcıların ciddi kayıplara uğrama risklerinin katlanarak, dayanma sınırlarını zorlayacağıdır. Sistemlerin montaj ve devreye alınmaları sırasında yapılması muhtemel tüm hataların ortadan kaldırılabilinmesi için gerekli olan temel gereksinim, sitemlerin gerek ülkemiz gerekse de uluslararası standartlara uygun olarak sistem güvenliklerinden ödün vermeden ku-

rulumları sağlamaktan geçmektedir. Bu anlamda işe, varolan, gerekli olan standartlarla başlamanın daha doğru olduğunu düşünmekteyiz;

• DIN EN 62446 (VDE 0126-23)Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemlerin montaj , ölçüm, devreye almave dökümantasyonunda kullanıl- ması gereken standart.

Bahsi geçen DIN EN 62446 (VDE 0126-23) [6] standartında sistemlerin ölçümleri, devreye alınmaları ve daha sonraki süreçlerde yapılacak kontrollerde hangi ölçümlerin kullanılması gerektiği detaylı bir şekilde açıklanmaktadır. Tüm bunların yanısıra sistemin bakım, kontrolü sırasında kontrol mühendisi tara- fından yapılması gereken tüm ölçüm- lerle birlikte gerekli olan protokollerde detaylandırılmıştır.

* FV sistemler için kullanılmasışiddetle tavsiye edilen standartlar yazının sonunda belirtilmiştir.

FV Sistemlerde Hataların BulunmasıYukarıda bahsetmiş olduğumuz gibi,

FV sistemlerin artışı ile birlikte profes- yoneller için, sistemlerin profesyonelce devreye alınmaları sırasındaki ölçüm- ler zaruri hale gelmiştir. Şekil 1. de görülen Prof.Dr A.Wagner tarafından patentlenen ölçüm cihazı tüm profesyonellerin

ihtiyacına uygun bir şekilde tasarlanarak üretilmiştir. Cihaz ile gerek tek tek modül-lerin, gerekse de DC 1000V, 40A e kadar dizinlerin Akım(I)/Gerilim(U) tanınma eğrileri tespit edilebi-linmektedir. Bu cihazla sadece akım/gerilim eğrileri değil, aynı zamanda, standartların istemiş olduğu Maks. güç, seri ve paralel iç direnç değerleri her-hangi bir modül bilgi değerine gerek kalma-dan sahada ölçülebil-mektedir. İstenmesi durumunda ölçülen

değerler STC şartlarına otomatik olarak çevrilerek, modül üreticilerinin modüllerine ait bilgilerin doğruluğu da tespit edilebilinmektedir.

Gerek modüllerin kalite kontrolleri gerekse de kurulmuş sistemlerin genel ölçümleri, pvpm1000cx ile, hızlı, ekstra bir maddi yüke gerek kalmadan, tüm standart ve dökümantasyonların is-temiş olduğu şekilde profesyonelce ger-çekleştirilebilinir. Unutulmaması gere-ken, hatasız, teorik verim değerlerine ulaşabilecek bir sistemin kurulumu, herşeyden önce, sağlam bir alt yapı bilgisine ve tecrübeye ihtiyaç duymak- tadır.

Fotovoltaik Sistemlerde Kullanılan Ölçüm Teknikleri

2015 yılı itibari ile ülkemizdeki Fotovoltaik(FV) sistemler büyük bir ivme ile artış göstereceği tüm konu uzmanları tarafından görüş birliğine varılmış bir tespittir.. Kurulacak sistemlerden mümkün olan en yüksek verimin elde edilmesi, sistemi kuran EPC firmalarının tecrübe, bilgi, mühendislik ve sahip oldukları ölçüm cihazlarının niteliğine bağlıdır.

Dr Ender BalcıSMS Enerji Yön.Kur. Üyesi

Şekil 1. pvpm1000cx Test Cihazı

1986: E.Ü. Fen Fak, Kimya Bölümü 1986-1989 Yüksek Lisans: Mainz Johannes Gutenberg ve Kassel Üniversiteleri/Almanya Yeni nesil solar hücrelerin(organik) labaratuar şartlarında üretilmesi ve elektriksel özelliklerinin araştırılması 1989-1990: Kassel Üniversitesi Fizik Bölümünde misafir öğrenci: Mikro, yarı iletken seramik malzemelerin fiziksel özelliklerinin araştırılması 1990-1993: Doktora,Kassei Üniversitesi Uydularda kullanılması düşünülen Sodyum/Sülfit akülerinde yarı iletken malzeme olarak kullanılabilinecek Na-Rb-Cs,Beta ve Beta iki çizgi Al2O3yapılarının ve yarı iletken tavırlarının araştırılması

* Onlarca FV teorik ve pratik kurslar/seminerler/sempozyumlar

Pamukkale Üniversitesi, Teknokent, Çamlaraltı Mah. Hüseyin Yılmaz Cad. No.67, D Blok G-17 Kınıklı- Denizli/ Türkiye; T.+90 258 2155121; F.+90 258 2155121 mail: [email protected] | www.smsenerji.com

Herhangi bir modül üzerine düşen toplam güneş ışınım miktarı, gelen ışınların modül yüzeyine düşüş açıları ile ilintilidir. Sistemin kurulmuş olduğu modüller üzerine düşen ışınım miktarı, gün içerisinde ve mevsimlere bağlı olarak sürekli değişen bir faktördür. Değişik hücreleri ve FV modülleri birbirleri ile kıyaslayabilmek için kullanılması gereken standart test şartları (STC) DIN EN 60904 (VDE 0126-4) de açıklanmıştır. Genel olarak herhangi bir modülün karekteristlik özelliği, tanınma eğrisi üzerinden tespit edilen MPP değeri (Max. Power Point, Pmax), kısa devre akımı ve açık devre voltaj değerleri ile açıklanır.

Modüllerin elektriksel değerine etki eden diğer faktörlerin başında ( çoğu zaman unutulan, sistem verim hesaplarında dikkate alınmayan) Degradsiyon (yaşlanma) davranışı nedeni ile güç kayıpları gelmektedir. Amorf hücrelerin etkenlik değerleri , hücrelerin ilk güneş ışınları ile karşılaştıkları andan itibaren hücrenin(daha doğrusu waferin) yapısına bağlı olarak ilk 5 hafta ve bazen 5 ay gibi sürecek zaman dilimi içeririsinde keskin bir düşüş göstererek ( bunun nedenleri bir sonraki yazımızda açıklanacaktır) ,stabil hale gelir.

Modüllerin genel olarak birbirleri ile kıyaslanabilmesi için, tüm dünya da geçerli olan, kabul görmüş 25 derece celsius hücre sıcaklığı, 1 000 W/m2 güneş ışınım miktarı, ışın spektrumuna ait AM = 1,5 (Air Mass ,I EC 60904-3 e göre ölçüm ve kıyaslamanın yapılması gerekmektedir.

Hata araştırılmalarında ölçülmesi gereken değerler

Bilindiği gibi herhangi bir fotovoltaik sistemin karekterizasyonunda Akım/Gerilim eğrisinin yanısıra modülün seri iç direnç değeride önemli bir değerdir. Şekil 2-4 de görüldüğü gibi Akım/Gerilim eğrileri ile sistemin tavrı bir grafik şeklinde çıkartılmıştır. Bu grafikten sisteme ait bir çok önemli bilgi ,sistemin belirli yüklenmeler altındaki tavrı vb, okunabilmektedir. İç seri direnç ölçümlerinden okunabilinecek en önemli bilgilerin başında, bu değerden yola çıkarak, modül üzerindeki Bypass diyotunun doğru çalışıp çalışmadığı olacaktır. Elbet de tüm ölçüm değerlerinin doğru bir şekilde yorumlanabilmesi için, kişinin FV hücrelerin yarı iletken fizik temelleri bilgisine sahip olması gerekmektedir. Bu konuda şirketimiz tüm kullanıcılara, tüm birikim ve tecrübelerini aktarmaya her zaman hazırdır. Kısa devre akımı I s c, açık devre gerilimi Uoc, akım ve gerilim eğrilerinden çıkartılan maksimum güç (MPP) Ipmax ve Upmax değerleri sayesinde modülün "Dolum Faktörü" D Isc × Uoc / (Ipmax × Upmax) hesaplanabilir. Seri iç direnç değeri RS üzerinden, modül bypass diyotlarının doğru çalışıp çalışmadığı bilgisi dışında, modülde kullanılan hücrelerin hammadde özellikleri ve modül bağlantı kablolarında herhangi bir sorun olup olmadığı çok rahatlıkla tespit edilebilinir. Bu değer normal kristalize hücrelerin kullanıldığı modüllerde 1 Ω , ince film modüllerinde ise 2 Ω değerinde sabit kalması gereken bir değerdir.


Şekil 6. Ölçüm protokol çıktısı

Pamukkale Üniversitesi, Teknokent, Çamlaraltı Mah. Hüseyin Yılmaz Cad. No.67, D Blok G-17 Kınıklı- Denizli/ TürkiyeT.+90 258 2155121; F.+90 258 2155121 mail: [email protected] | www.smsenerji.com

4

Piyasa da var olan tüm cihazlarda seri iç direnç değerini RS tespit edebilmek için en az iki tanınma eğrisine ihtiyaç varken, pvpm1000cx cihazı ile bu işlem sadece bir tanınma eğrisinin ölçümü ile gerçekleşmektedir. Herhangi bir modül yada dizinin akım/gerilim değerinin ölçülmesi, sonuç olarak akım/gerilim eğrisinin ortaya çıkması ile cihaz otomatik olarak seri iç direnç RS , maksimum pik gücü PPK ve paralel iç direnç Rp değerlerini hesaplar

Tüm bu hesaplamalar cihazla birlikte verilecek olan ve patentlenerek koruma altına alınan Software ile gerçekleştirilir. Burada önemli olan ölçümü yapılacak modülün STC şartlarındaki UOC,  ISC,  UMPP ve IMPP değerlerinin biliniyor olmasıdır.

Hesaplanan RS değeri, ölçülen değer ile karşılaştırılır; Ölçülen değerin yüksek olması, kablolamalarda herhangi bir kırılmanın, korozyon ya da bağlantı hatalarının varlığını gösterir.

Ölçüm yöntemleri ve referanz Hücreler

Önemli olan yapılan ölçümlerde mutlaka kalibre edilmiş referans hücrelerin kullanılıyor olmasıdır. DIN EN 60904 (VDE 0126-4) de belirtildiği gibi, ölçümde kullanılacak referans hücrenin , ölçümü yapılacak modülde kullanılan hücreler ile aynı spektral özelliklere sahip olması zorunludur. Örneğin, ince film modül ölçümlerinde ince film hücrelerden yapılmıs referans hücrenin kullanılması gibi...

Cihaz ile birlikte verilen, patentlenerek koruma altına alınmış olan Software ile tüm ölçümlerin detaylı analizleri yapılarak kayıt altına alınabilinir (Şekil 5). Kullanıcının istemesi durumunda tüm ölçüm değerleri dokunmatik ekran üzerinde , modül katalog değerleri ile karşılaştırılmış olarak grafiksel olarak gösterilir.

SMS Enerji olarak tüm EPC firmalarının FV sistemlerin devreye alınması sırasında kullanılması gereken "Devreye alma ölçüm protokolleri" ni kullanarak tüm sistem ölçüm değerlerinin kayıt altına alma- larını öneriyoruz...Protokol örneğini http://www.smsenerji.com:8080/SmsEnerji/usercontent/images/PV-Chek_%C3%96l%C3%A7%C3%BCm_DIN_VDE_0126-23.pdf linkinden bilgisayarınıza indirerek kulanabilirsiniz...

Şekil 2. Gölgelenme ve modül kirlilik kayıpları

3

A

1,5

2

1

0,5

00 10 20 30 40 V 50

Akı

m

Gerilim

Karşılaştırma Eğrisi

Ölçülen Eğri

Şekil 3. Seri iç direnç de kayıp, örneğin kontak hatası

4,5

A

2,5

3,5

1,5

2

3

1

0,5

00 10 20 30 40 V 50

Akı

m

Gerilim

Karşılaştırma Eğrisil

Yüksek Rs değerine sahip modül

Şekil 4. Düşük paralel iç direnç, örneğin uyum kaybı

4,5

A

2,5

3,5

1,5

2

3

1

0,5

00 10 20 30 40 V 50

Akı

m

Gerilim

İdeal Eğri

Ölçülen Eğri



Şekil 5. Software PV yazıcı çıktısı


Kullanılması gereken standart ve normlar;

* TS HD 60364/IEC 60364 (Tüm Bölümleri)Alçak gerilim elektrik tesisatı * EC 60364‐7‐712Binalarda elektrik tesisatı – Bölüm 7‐712: Özel tesisat ve yerleşim gereksinimleri – Fotovoltaik (FV) güç kaynağı sistemleri * TS IEC 60755Artık akımla çalışan koruyucu düzenler-Genel kurallar * TS EN 61557Alçak gerilim dağıtım sistemlerinde elektriksel güvenlik-1000 V AC ve 1500 V DC’ye kadar-Koruyucu düzenlerin denenmesi, ölçülmesi veya izlenmesi ile ilgili donanımlar * TS EN 61730Fotovoltaik (PV) modül güvenlik niteliği* TS EN 50438Mikro jeneratörlerin alçak gerilim dağıtım şebekeleri ile paralel bağlanması için kurallar * TSE K 191Faz akımı 16 A’den büyük olan jeneratörler için bağlantı kuralları - Dağıtım sistemine AG seviyesinden bağlanan * TSE K 192Faz akımı 16 A’den büyük olan jeneratörler için bağlantı kuralları - Dağıtım sistemine OG seviyesinden bağlanan * TSE EN 62446Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler - Sistem dokümantasyonu, devreye alma deneyleri ve muayene için asgari kurallar * TSE EN 5021Fotovoltaik sistemler için bağlayıcılar - Güvenlik kuralları ve deneyler * TSE EN 62305Yıldırımdan Korunma

Şekil 7. FV sistemlerin ölçüm ve devreye alma protokolü


fotovoltaik sistemlerde kullanılan Ölçüm teknikleri

Documents