Fotovoltaik Enerji Sistemleri

Yazı Dizisi-22

Haluk Özgün

4. FOTOVOLTAİK ENERJİ SİSTEMLERİ

Fotovoltaik enerji sistemleri güneşten gelen farklı dalga boylarına sahip elektromanyetik dalgaların, görünür ışık spektrumundaki bölümünün fotovoltaik etki özelliğine sahip malzemeler ile DC akıma ardından inverterler ile AC akıma çeviren enerji üretim sistemleridir. Fotovoltaik paneller ile üretilen DC akımın elektriğin daha yaygın kullanımı olan AC akıma çevirme işlemi inverterler ile yapılır. Üretilen enerji şebeke ile paralel veya şebekeden ayrık sistemlerin enerji ihtiyaçlarını karşılamakta kullanılır.

4.1 Fotovoltaik Sistemlerin Çeşitleri



Kullanım alanlarına göre fotovoltaik sistemler genel olarak şebeke bağlantılı ve şebekeden ayrık sistemler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Şebeke bağlantılı sistemler daha az maliyetlive sistemin genel bileşenlerinin ömrü açısından daha uzun ömürlüdür.Şebeke bağlantılı sistemler daha az maliyetli ve sistemin genel bileşenlerinin ömrü açısından daha uzun ömürlüdür. Şebekeden ayrık sistemler ise sınırlı kapasitede ihtiyacı karşılamak üzere dizayn edilip, elektriğin olmadığı bölgelerde dizel jeneratörlerinin yerine veya hibrit olarak birlikte kullanılabilmektedir.

4.1.1 Şebeke Bağlantılı Sistemler

Dünyada kullanılmakta olan fotovoltaik enerji sistemlerinin çok büyük bir yüzdesi şebeke bağlantılı sistem tasarım koşullarına bağlı olarak enerji üretmektedir. Şekil-4.1 de ev tipi şebeke bağlantılı bir sistemin basit bir gösterimi verilmiştir.

Şekil-4.1: Evsel şebeke bağlantılı fotovoltaik sistem.

İleriki bölümlerde sistemin bütün elemanları daha detaylı olarak tanımlanacaktır. Burada sistemin nasıl çalıştığını tanıtacak olursak;

Güneşten gelen enerji fotovoltaik panellerde DC elektrik akımına çevrilir ve buradan invertere gelir. Inverter DC akımı AC akıma çeviren elektronik bir cihaz olup ayrıca şebeke koşullarını kontrol eden merkezdir. Şebeke koşulları voltaj ve frekansın ülke standartlarına göre istenen limitler içinde olmasıdır. Bu durum Türkiye için 50 Hz şebeke frekansı, tek fazlı sistemler için 230 V, üç fazlı sistemler için 400 V ve OG şebekesi için 33kV-34,5kV voltaj seviyesidir. Şebeke bağlantılı inverterin çıkışından elde edilen AC akım yüklerin beslenmesinde kullanıldığı gibi fazlalık enerji mahsuplaşma yöntemi ile enterkonnekte şebekeye verilebilmektedir. Farklı ülkelerde farklı uygulamalar olmasına karşın temel olarak şebeke bağlantılı sistemler bu şekilde özetlenebilir.

Kurulumlar ülkelerin verdiği teşvik şekillerine göre veya kullanılan elektrik tarifelerine göre de değişebilmektedir. Şekil-4.2 de 2013 yılında Avrupa ülkelerinde kurulum tiplerine göre yüzdelik dağılımlar verilmektedir. Benzer bir tablo olarak Şekil-4.3 de belirli Avrupa ülkeleri için 2013 yılına kadar toplam kurulu güçlerin evsel, ticari, endüstriyel ve santral tipi kurulumların dağılımları verilmiştir.

Şekil-4.2: 2013 yılında Avrupa PV pazarında yüzdelerine göre uygulamaların dağılımı.[11]

Şekil-4.3: 2013 yılında belirli Avrupa ülkelerinde toplam PV kurulu gücün kurulum tiplerine göre dağılımları.[11]

Şebeke bağlantılı sistemler inverterlerin kontrolleri ile şebekenin karakteristiklerine uygun olarak çalışmaktadır. Ülkelerin şebekeleri için belirledikleri voltaj, frekans ve harmonik seviyeleri üretim santralinin karakteristiğinden bağımsız olarak uyulması gereken temel parametrelerdir. Bu parametreler özellikle inverter firmaları tarafından dikkate alınarak uygun konfigürasyonda çalışma sınırları belirlenir. Ülke ayarları diye geçen bu ayarlar elektrik enerjisini iletimi ve dağıtımından sorumlu olup limitler devletin yetkili kuruluşları tarafından belirlenir. Voltaj ve frekansın ülke için izin verilen limitlere uygun olarak çalışması inverter üzerinden ayarlanır. Bu sayede daha güvenli ve standartlaşmış bir elektrik üretim sistemi kurulmuş olur.

Inverterler bu ayarları sayesinde şebeke voltaj ve frekans değerlerini çok kısa periyotlarla takip eder. Bu limitlerin dışına çıkıldığında sistem kendisini otomatik olarak kapatır. Bu durumun en önemli nedeni enerji dağıtım sisteminde arıza veya bakım işlemleri sırasında görevli personelin zarar görmesini önlemektir. Örnek bir senaryo incelenecek olursa; Güneşli bir günde şebeke arızasından veya bakım yapılması gerektiğinden o bölgenin elektriğinin kesildiğini varsayalım. Fotovoltaik sistemler güneş olduğundan dolayı elektrik üretmeye devam edecektir ve üretilen elektriği eğer tüketim yoksa şebekeye verme eğiliminde olacaktır. Bu durumda bakım ekiplerinin elektriğin kesildiğini düşünmelerine karşın, fotovoltaik sistemin ürettiği elektrikten zarar göreceği düşünülmelidir.

Inverter çalışma şekli hiçbir şekilde böyle bir duruma sebebiyet vermeyecek şekilde dizayn edilmektedir. Şebekenin olmadığını gören inverter mili saniyeler içinde çalışmayı durduracaktır.

Yanlış bilgilerden birine de burada cevap verilmiş oluyor ki, oda şebekeye bağlı sistemlere sahip olmak isteyen tüketicilerin şebeke olmadığı zamanlarda da elektriksiz kalmayacakları durumudur. Şebeke gittiğinde elektriğin kullanılmaya devam edilmesi isteniyorsa; şebekeden kendini izole edip üretime devam eden veya depolanan enerjiyi kullanabilen yedekleme ünite sistemleri kurulması gereklidir. Yedekleme sistemleri akü gurupları ile depolama yapabilen, duruma göre dizel veya rüzgâr türbinleri ile takviye edilebilen sistemlerdir.

Şebeke bağlantılı sistemler küçük evsel kurulumlardan santral tipi kurulumlara kadar çok geniş bir ölçekte değerlendirilmelidir.

Bundan sonraki yazı dizimizde “ Şebekeden Ayrık Sistemler, Hibrit Sistemler ” anlatılacaktır.

Bu kitabın yayını için izin veren  Sn. Haluk Özgün ve GÜNDER ‘e  ( Uluslararası Güneş Enerjisi Topluluğu Türkiye Bölümü)  Elektrik Tesisat Portalı olarak  içtenlikle teşekkür ederiz.