Fotovoltaik Enerji Sistemleri

Yazı Dizisi-23

Haluk Özgün

4.1.2 Şebekeden Ayrık Sistemler

Şebekeden ayrık sistemler şebekenin olmadığı bölgelerde enerji üretimi, depolanması ve kullanımı için dizayn edilen sistemlerdir. Kullanım alanlarına ve enerji ihtiyaçlarına göre farklı teknolojiler geliştirilmiş olup şebeke bağlantılı sistemlere göre daha karmaşık yapıdadırlar.

Enerji üretimi talebi karşılamak için gerçekleştiğinden, talebin olmadığı zamanlarda depolanarak daha sonraki kullanımlar için hazır bekletilebilir. Enerjinin depolanması aküler aracılığı ile gerçekleşmektedir. Buna karşın, belirli sınırlar ve koşullar ile mümkün olan bu durum hiçbir zaman şebekenin yerini tutamaz. Şebekeden ayrık sistemlerde tüketiciler enerjinin önemini çok daha iyi anlayacaklardır. İnsanoğlu gelişen teknolojinin getirdiği konforu ve tüketim alışkanlıklarını yaşadığı her an aramaktadır. Fakat enerjinin limitli olduğu ve enerjiyi kullanırken verimli olunması gerekliliği olgusu bu tarz sistemlerde kendini göstermektedir. Tüketicinin ihtiyacına göre çok büyük şebekeden ayrık sistemlerde kurulabilir fakat bunun ekonomik bedelini ödemek yerine daha tasarruflu bir yaşam modelini benimsemek herkes için uygun olacaktır. Burada enerjinin ucuza üretilmediği bilinci de ortaya çıkmaktadır.

Şebekeden ayrık sistemler ürettikleri enerjiyi aküler ve hidrojen teknolojilerini kullanarakdepolayabilirler. Hidrojen enerji teknolojileri şu an için çok ekonomik olmasa da geleceğinenerji üretim, tüketim ve depolanması alanında büyük bir potansiyele sahiptir.

Şebekeden ayrık sistemler enerji ihtiyacının karakteristiğine, büyüklüğüne ve kullanım şekillerine göre değişiklikler göstermektedir.



Şekil-4.4 şebekenin olmadığı bir bölgede elektrik ihtiyaçlarının karşılanması için fotovoltaik sistemin nasıl kurulduğunu göstermektedir. Bu sistemde sadece DC yükler beslenebilmektedir.
İlk olarak panellerde üretilen DC akım DC yük ayırıcı birleştirilir ve şarj regülatörüne iletilir. Şarj regülatörü üretilen enerjinin akü voltaj durumuna göre regülasyonunu yapmakta ve DC akım akülerde depolanmaktadır. Bununla birlikte depolanan enerjinin yüklere beslemesini de şarj regülatörü düzenlemektedir.

Şebekeden ayrık sistemlerde enerji üretimi kullanımı kısıtlı seviyede olup genelde en gerekli yapıların enerjilerini sağlayacak şekilde boyutlandırılır.

Fotovoltaik paneller güneş ışınlarının gün içerisinde değişmesinden ve sıcaklık değişimlerinden etkilendiklerinden dolayı, akım ve voltaj değerleri değişimler göstermektedir. Bu nedenle şarj regülatörleri akü veya akü gruplarının çalışma karakteristiklerine uygun olarak panellerden gelen enerjinin şarj ve deşarjını kontrol ederler.

Şarj regülatörleri çoğunlukla 12 V, 24 V ve 48 V akü gruplarının şarj ve deşarjını yaparak üretilen enerjinin depolanmasını sağlarlar. Akülerin ve şarj regülatörlerinin kullanılmadığı direk olarak AC ve DC pompa sistemlerinin beslendiği sistemler de mevcuttur.

Şekil-4.5: AC veya DC solar pompa ile kurulan sistemler.[4]

Şekil-4.5 de verilen uygulamada akü kullanılmadan fotovoltaik paneller frekans konvertörleri üzerinden AC pompaları veya DC kontrol devresi üzerinden DC pompaları çalıştırılmaktadır. Bu uygulamada şarj regülatörü ve akü kullanılmadığından kayıplar azalmakta ayrıca sistem maliyeti düşmektedir. Buna karşın sistem sadece güneş olduğunda çalışmaktadır.

AC yüklerin beslenmesi istendiğinde şebekeden ayrık inverterlerin devreye girmesi gerekmektedir. Bu sistemler güneş varken hem tüketimi karşılamakta hem de fazla enerjiyi depolayabilmektedir. Şekil-4.6 da şebekenin olmadığı bir fotovoltaik sistemde AC yüklerin beslenmesi için verilen tek hat şeması görülmektedir.

Öncelikle panellerin ürettiği elektrik bağlantı kutusundan sonra şarj regülatörüne gelmekte buradan aküye şarj edilmektedir. Aküde şarj edilen DC akım inverter sayesinde AC akıma dönüştürülmekte ve evin elektrik ihtiyacı için kullanılmaktadır. Şebeke bağlantılı inverterler ile şebekeden ayrık inverterlerin çalışma yapısı oldukça farklıdır. Buna karşın her ikisi de DC akımı AC akıma çevirmek için kullanılmaktadır.

Şebeke bağlantılı inverterler panellerden gelen değişken DC akımı ve voltaja karşın, çıkışta sabit AC voltaj ve güneşin durumuna göre akım değişecek şekilde çevrim işlemini gerçekleştirirler. Şebekeden ayrık sistemlerde kullanılan inverterler ise akü üstünden sabit DC voltaj ve yüklerin talebine göre değişken AC akım çevrimini gerçekleştirirler.



Şebekeden bağımsız sistemler kurulurken yük tüketimleri ile ekonomik kriterler dikkate alınmalıdır. Burada yük tüketimleri ihtiyaçları karşılayacak seviyede olmalı fakat israftan kaçınılmalıdır. Özellikle ısınma amaçlı enerji ihtiyaçları mümkünse başka kaynaklardan sağlanmalıdır. Güneş enerjisi su ısıtmada kullanılabilir. Klimalar ve elektrikli sobalar sistemde çok fazla enerji tükettiğinden minimum düzeyde kullanılmalı mümkünse kullanılmamalıdır. Enerji talebini karşılamak çoğunlukla teknik açıdan mümkün olmasına karşın, sistemin boyutlarının büyümesi maliyetleri arttırmaktadır. Sistemde akü maliyetlerinin artması ve akülerinde ömürlerinin kısa olması nedeniyle ekonomik olarak olumsuzluklar içermektedir. Fakat unutulmamalıdır ki enerjinin olmadığı bir bölgede hayatımızı kolaylaştıran bu teknolojiye sahip olabilmek hayati olacaktır.

4.1.3 Hibrit Sistemler

Hibrit sistemler enerji üretiminde farklı teknolojilerin bir arada kullanıldığı sistemlerdir. Hibrit sistemleri tek bir enerji üretim kaynağına bağlı olmadığı için enerji güvenliği yönünden
daha etkindir. Bu sistemler genelde güneş, rüzgar,dizel jeneratör, hidroelektrik ve hidrojen enerjisi teknolojilerinden birkaçını kullanarak oluşturulmaktadır.

Şebeke bağlantılı veya şebekeden ayrık olarak hibrit sistemler kurulabilmektedir. Özellikle fotovoltaik sistemlerde kış aylarında üretilen enerjinin azalmasına karşılık hibrit sistemlerle
enerji üretimini takviye etmek sistem kurulum maliyetlerini oldukça düşürmektedir. Fotovoltaik ve dizel jeneratörün birlikte kullanıldığı hibrit şebekeden bağımsız sistemlerde
yakıt tüketimleri oldukça düşmektedir. Buna ek olarak, kış ayları için fotovoltaik sistem kurulu gücü büyük tutulmak zorunda olmadan ilk yatırım maliyetleri düşürülebilir.

Enerji depolama güç elektroniği ve akü çözümleri ile rüzgar, güneş ve dizel jeneratör gibi farklı enerji üretim sistemlerinden üretilen enerjiyi depo edebilen ve yükleri kontrollü
olarak besleyen ileri teknoloji bir hibrit enerji kontrol teknolojisi geliştirilmiştir. Modüler olarak üretilmekte olan bu üniteler şebeke bağlantılı sistemlerde yenilenebilir enerjilerde
oluşacak dengesiz üretimleri düzenlerken, şebekeden ayrık sistemlerde tüm üretim kaynakları ve tüketim kaynaklarını kontrol eden merkez birimlerdir. Sistem modüler olduğundan
örneğin 100 kVA dan 20 MVA seviyesine kadar enerjinin depo edilmesi ve kontrolü sağlanabilmektedir.

Bundan sonraki yazı dizimizde “ Fotovoltaik Sistemin Bileşenleri ve  Çalışma Prensipleri, Fotovoltaik Panel-Elektriksel Olarak Dikkat Edilmesi  Gerekenler ” 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.