Fotovoltaik Enerji Sistemleri

Fotovoltaik Enerji Dönüşümü

Yazı Dizisi-28

Haluk Özgün

4.2.2 Inverter

Inverter panellerin üretmiş olduğu DC akımı AC akıma çeviren ve fotovoltaik sistemin şebeke ile uyumlu çalışmasını sağlayan elektronik kontrol cihazıdır. Sistemin ana kontrol merkezi olarak kabul edilen bu yapılar; fotovoltaik panellerden gelen DC akımı ve voltajı, şebeke tarafında ise; şebeke voltajını, frekansı ve şebekeye verilen AC akımı kontrol eden yapıdır.

Piyasada enerji ihtiyacına ve kullanım tipine göre çok çeşitli inverterler üretilmiştir. Genel olarak şebeke bağlantılı inverterler mikro, dizi ve merkezi tip olmak üzere üç grupta incelenebilir.
Şebekeden ayrık sistemlerde kullanılan inverterler şebeke bağlantılı inverterlerden farklı olarak akülerde depolanmış DC akımı AC akıma çevirmek için kullanılmaktadır. Bunun dışında mikro şebeke oluşturmak içinde geliştirilmiş kompleks inverterlerde bulunmaktadır. DC akım üreten küçük rüzgâr türbinleri ve yakıt hücreleri için de özel inverterler geliştirilmesine karşın bu kitapta güneş enerjisi için üretilmiş olan inverterler incelenecektir.

Mikro İnverter 

Piyasada çok fazla örneği bulunmasa da farklı firmalar tarafından geliştirilmiş mikro inverterler bulunmaktadır. Bir veya iki panel bağlantısına izin veren 200 W ile 400 W arasında güç çıkışı verebilen inverter tipidir. Her panele bir inverter bağlandığı için gölgelenme durumlarında sistem verimi düşmez. Panelde veya inverterde oluşabilecek bir arıza durumunda ise ilgili kısım devre dışı kalacak fakat sistem geri kalanı çalışmaya devam edecektir. Kablolama yoğunluklu olarak DC değil AC kısımda yapılmaktadır. Buna karşın mikro inverterler düşük güçlü sistem kurulumları için uygundur. Şekil-4.14 de 1 kWp ‘lik mikro inverter uygulaması gösterilmektedir.



Mikro inverterlerin en önemli özelliği kurulum yapılırken her bir panel için bir inverter kullanılıp AC hat oluşturmaktır. Sistem çalışırken gölge oluşturacak bir etken oluşursa bu durumdan yalnız gölgeye maruz kalan panel etkilenmekte ve genel sistem verimi düşmemektedir.

Dizi Inverter 

Dizi inverterler DC giriş gerilimlerinin müsaade ettiği voltaj değerine kadar panellerin seri bağlandığı ve her bir FV dizinin doğrudan invertere bağlantısı ile oluşturulan sistemlerin inverteridir. Panellerin kendi aralarında seri bağlantısı yapıldıktan sonra en sondaki ve en baştaki panelden DC kablo ile akım dizi invertere taşınır. Inverterlerin büyüklüğüne göre paralel olarak girilebilecek seri panellerin sayısı değişmektedir. Şekil-4.15 de 2kWp’lik dizi inverterlerle oluşturulmuş bir sistemin tek hat şeması verilmektedir.



Seri bağlanan panellerden sonra invertere girmeden önce talebe göre DC şalter ve parafudr tedarik edilebilir. Genel olarak inverterlerin kendi DC ayırıcıları olmasıyla birlikte yüksek gerilime karşı korumalı olarak üretilen inverterlerde bulunmaktadır.

Dizi inverterlerin trafolu ve trafosuz olarak üretilen tipleri mevcuttur. Trafolu olan inverterlerle birlikte yeni nesil yüksek frekans trafolu olanlarda üretime alınmış olup trafolular klasmanında verimleri biraz daha yükseltilmiştir ve daha hafiftirler.

Her ne kadar trafolu ve yüksek frekans trafolu inverterler piyasada hala bulunsa da trafosuz inverter teknolojisi sektörde daha yoğun kullanılmaktadır. Trafosuz inverterlerin
yüksek verimleri bu durumu etkileyen en önemli faktördür.

Dizi inverter olarak farklı güçlerde temsili örnek veriler Tablo-4.7de verilmektedir.

Tablo-4.7: Farklı güçler için inverter teknik özellikler.[4]

Tablo-4.7 den örnek olarak seçilen 10.000 W ‘lık inverter için kısa bir değerlendirme yapacak olursak;

Dizi invertere maksimum 11.000 Wp’lık panel bağlanması önerilmiştir. Panellerin seri bağlantısı sonucunda belirli bir voltaj değerine ulaşılır ve bu değerin 300 V ile 750 V arasında olması gerekmektedir. Bu voltaj aralığı inverterin MPP aralığıdır. Inverterde toplam iki adet MPPT devresi bulunmakta ve birbirlerinden bağımsız olarak ilgili panel gruplarını kontrol etmektedir. Seri bağlı panellerin oluşturacağı maksimum voltaj 900 V değerini geçmemelidir. Inverter maksimum 34 A DC akımı için çevrimi yapabildiği ve panellerden en fazla 6 adet (+- toplam 12 adet) girişinin olduğu belirtilmiştir.

AC tarafta ise inverter nominal 10.000 W çıkış gücü ve 16,6 A çıkış akımı verebilmektedir. Inverter üç fazlı olup 400 V ve 50 Hz de çalışmaktadır. Şebekede meydana gelebilecek voltaj değişimlerine karşı inverter 320 V ile 470 V arasında çalışabilmektedir. Aynı şekilde 47 Hz ile 53 Hz arasında ayarlama yapabilmektedir. Inverter trafosuz olup maksimum verimi %97,8dir. Ortalama verim değeri ise %97,1 seviyesindedir.

Inverter çalışma esnasında ve gece modunda tüketimlerinin az olması gerekmektedir. Bu değerler sırasıyla 30 W ve 12 W olarak verilmektedir. Inverter dış ortam koşullarında çalışmaya uygun olup IP65 standardına sahiptir. Şekil-4.16 da 10 kW’lık invertere bağlı olarak çalışan 11 kWp’lik fotovoltaik panel grubu gösterilmektedir.



Inverterler genel elektrik şebekesine bağlandığından gerekli olan koruma ve güvenlik ekipmanları yönünden standartlara uygun olarak dizayn edilmesi gerekmektedir. Bu standartlar çerçevesinde en önemli kısım inverterlerin adalanmaya izin vermeyecek yapıda olmalarını sağlamaktır.

Adalanma etkisini kısaca açıklayacak olursak; Güneş panellerinin yeterli düzeyde elektrik üretimini sağlayacağı bir günde şebekenin gitmesi durumunda inverterde kendini kapatmalı ve paneller elektrik üretse dahi şebekeye elektrik vermemelidir. Yani şebeke bağlantılı bir sistem sürekli olarak şebekeyi kontrol etmeli ve şebekeyle uyumlu olarak devreye girmeli veya devreden çıkmalıdır. Şebekede bir bakım çalışması olduğu zaman fotovoltaik paneller enerji üretse dahi şebekeye elektrik vermeyecek ve elektrik hatlarında bakım çalışması yapan personelin can ve mal kaybına sebebiyet verilmemiş olacaktır. Dünya genelinde kabul görmüş bu standart, şebeke bağlantılı inverter üretiminin en temel güvenlik önlemidir.

Bundan sonraki yazı dizimizde “ Merkezi  İnverter ” 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.