1500 V DC Fotovoltaik Güneş Enerjisi Sistemleri

Halil Ketencioğlu

2017 yılı sonu itibariyle Fotovoltaik(PV) güneş enerjisi sistemleri kurulu gücü dünya genelinde 415 GWp’e ulaşmış olup, tesis kurulum maliyelerinin her geçen gün azalması yatırımları hızlandırmaktadır[1]. 2017 yılı Türkiye için de güneş enerjisi tesis yatırımları açısından yoğun bir seneydi. Yıl sonu itibariyle GES sahalarımızın toplam kurulu gücü yaklaşık olarak 3,42 GWe olarak açıklanmıştır[2]. Güneş enerjisi potansiyellerimizi yeterince değerlendirmemiz durumunda ithal fosil yakıtlarına bağımlılığımızın azalması mümkündür.

1500V’a kadar DC gerilimlerde çalışabilen güneş enerjisi sistemleri; geleneksel 1000V DC sistemlerle kıyaslandığında daha düşük toplam sistem maliyeti, kurulumu ve bakım kolaylığı gibi avantajlarıyla ön plana çıkmaktadır. PV panel, inverter, DC kablo, koruma ve anahtarlama ekipman üreticilerinin bir çoğu IEC/UL gibi uluslararası standartlarda da kabul edilen 1500V DC sistemlere uygun ekipmanlar üretmektedir[3].

Ekipman teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak 600V DC PV sistemler yerlerini 1000V DC sistemlere bırakmıştır. Günümüzde 1000V DC sistemler yerlerini 1500V DC sistemlere bırakmaktadır. Şekil-1’de  600V, 1000V ve 1500V DC sistemlerin merkezi inverter mimarisi üzerinden  izahı görülmektedir.

Şekil-1 Merkezi İnverter Mimarisi

Merkezi inverterlerin kullanıldığı PV Santrallerde, sahada yer alan PV panel dizileri DC dizi toplama kutularında toplanarak merkezi inverterin DC girişiyle irtibatlandırılır.  DC toplama kutuları(PV Array Box) koruma ve anahtarlama yapabilen, sigorta, kesici, parafudr(SPD) ve benzeri ekipmanları içerir.

Merkezi olmayan sistemlerde, daha düşük güçlerdeki string inverterler sahada çeşitli noktalara yerleştirilmiştir ve PV panel dizileri saha içindeki bu inverterlere bağlanır.  String inverterlerin dahili DC sigortalar içermediği modeller için, sahada yer alan inverter harici bir DC toplama kutusuyla birlikte kullanılabilir.

Sanal Merkezi PV sistem mimarisinde, string inverterler genelde AG Ana Dağıtım Panosu yakınlarında bir arada bulunur. Bu mimaride genellikle dahili DC sigorta içermeyen string inverter modelleri tercih edilir. PV panel dizileri(Stringler) sahada yer alan DC toplama kutularında toplanır, daha yüksek kesitli DC kablo ile  inverter DC girişine bağlanır. (Şekil-2).

Şekil-2 Sanal Merkezi İnverter Mimarisi

Yukarıda bahsedilen PV sistem mimarileri hem 1000V DC hem de 1500V DC sistemlere uyarlanabilir.

1500V DC santrallerin çalışma geriliminin daha fazla olmasından kaynaklanabilecek ark ve benzeri riskler, yetkin personel tarafından tasarlanan, kurulan ve bakımı gerçekleştirilen santrallerde oldukça azdır.

Standartlara uygun PV panellerin kullanılması durumunda, 1500V DC sistemimizde PID etkisi(Potential Induced Dagradation), 1000V DC sistemlerden daha fazla olmayacaktır.

Her iki sistemin başlıca avantaj ve dezavantajları aşağıdaki tabloda kıyaslanmaktadır.





1500V DC sistemlerde daha az sayıda string kullanılması DC hat kayıpları azaltmakta, daha az  inverter kullanılması AC hat kayıpları azaltmaktadır. Sahada daha az kablo dolaşıyor olması arızalanma riskini de azaltmaktadır.

Bu çalışmada genel hatlarıyla değerlendirilen 1500V DC sistemler, toplam sistem maliyetini azaltıcı, sistem performansını arttırıcı avantajları sayesinde dünya genelinde yaygınlaşmaktadır.

Kaynaklar:

[1]   https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf

[2]   https://www.teias.gov.tr/sites/default/files/2018-07/kurulu_guc_haziran_2018.pdf

[3]  Utility scale 1,500 VDC PV power plant architecture evolution: advantages and challenges,   A.N. Jimeneza, R. Bkayratb, Integration of Renewable Energy into High and Medium Voltage Systems Conference & Exhibition September 15-16, 2015, Amman, Hashemite Kingdom of Jordan

[4]  https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/2015_pvmrw_34_riedel.pdf