Fotovoltaik Enerji Sistemleri

Yazı Dizisi-30

Haluk Özgün

4.2.3 Sistemi Koruyan Elektriksel Ekipmanlar

Fotovoltaik sistemlerin uzun süre güvenli çalışabilmesi, can ve mal kayıplarının önlenebilmesi için koruma ekipmanlarının kullanılması gerekmektedir. Bilindiği gibi fotovoltaik sistemler hem DC hem de AC devreden oluştuğu için her iki devrenin de korunması gerekmektedir. Bu kapsamda akım ve voltaj karakteristiklerine göre birçok ürün geliştirilmiştir. Bu bölümde en genel hatları ile koruma elemanlarına dair bilgiler verilecektir. Doğru koruma ekipmanlarının seçimi ve boyutlandırılması elektrik mühendisliğinin en önemli konularından biridir.

Şekil-4.19 da turuncu renk ile gösterilmiş kısımda DC devre korumaları gösterilirken inverterden sonra yeşil renk ile AC devre koruma elemanları gösterilmiştir. Dizi inverterler için eğer dizi inverter DC devre koruma ekipmanlarını içinde bulundurmuyor ise hem DC hem de AC devre için kullanılacak koruma elemanları sahada IP sınıfı yüksek bir bağlantı kutusu ile kurulumu yapılmış olmalıdır. Merkezi inverterlerde bağlantı kutularında DC devre koruma elemanlarının tamamı yine IP sınıfı dış ortamda kullanılmaya uygun bir bağlantı kutusu içinde korunmaktadır. Selektif koruma mantığına göre inverter DC girişlerinde de DC koruma elemanları kullanılmaktadır. Alçak gerilim AC devre koruma elemanları ise merkezi inverterin içinde bulunmaktadır.

Şekil-4.19: Fotovoltaik sistemde DC ve AC devre koruma ekipmanları.

Fotovoltaik sistemde kullanılacak olan elektrik koruma ekipmanlarını inceleyecek olursak;

DC Sigortalar

Hata anında dizileri korumak için panellerden sonra kullanılırlar. Panellerin hem pozitif hem de negatif uçlarında ayrı ayrı kullanılmaları gerekmektedir. Boyutları küçük ve ekonomik bir koruma şeklidir. Şekil-4.20 de fotovoltaik sistemlere uygun buşonlu tip hızlı DC sigorta gösterilmektedir. DC sigorta tek bir hata akımını korumaktadır. Sigorta tutucuları kartuşlu olduğundan sigorta kolaylıkla değiştirilebilir.



DC Otomatik Sigorta 

DC devrede hata anında daha gelişmiş bir koruma tipi olarak otomatik sigorta seçilebilir. Yine panellerden sonra kullanılan bu koruma elemanı ekonomik yönden DC sigortalardan daha pahalıdır. Buna karşın bu sigortalar ile hem DC koruma hem de panel guruplarının açılıp kapatılması anahtar sayesinde yapılabilmektedir. Ayrıca DC otomatik sigortalar DC sigortalar gibi tek seferlik değil birden çok açma kapama işlemi için uygundur. Şekil-4.21 de DC otomatik sigortanın devre şekli gösterilmektedir.





DC Anahtarlı Ayırıcılar 

Bağlantı kutularında kullanılan anahtarlı ayırıcılar fotovoltaik panellerde meydana gelen hataları önlemek veya daha sıklıkla servis esnasında panelleri devreden çıkartmak için kullanılmaktadır. Şekil-4.22 de 6 adet girişe sahip olan bağlantı kutusunda DC sigortaları, DC parafudr ve DC anahtarlı ayırıcıyı göstermektedir.

                                                                                               Şekil-4.22: DC koruma elemanlarının bulunduğu 6 girişe sahip bağlantı kutusu.

Fotovoltaik sistemler için özel geliştirilen anahtarlı ayırıcılar 1100 V DC de çalışarak anma akımları 1600 A ’e kadar çalışacak modelleri de bulunmaktadır. Şekil-4.23 de anahtarlı ayırıcı gösterilmektedir.



DC Parafudr 

Fotovoltaik paneller ve panelleri taşıyan aksamlar yıldırım gibi atmosferik olaylardan etkilenebilmektedir. Yüksek gerilim dalgalanmalarından korunmak için parafudr kullanılması EN 62305-2 standardına göre önerilmektedir. Parafudr empedansları değişkenlik göstermektedir. Mevcut durumda empedansları çok yüksek olan parafudrlar, yüksek gerilim altında empedansları azalarak yıldırımdan kaynaklı akımlar toprağa akar.

Sistemin güvenlik altında olduğundan emin olmak için parafudrların gözle veya uzaktan sinyal verecek uyarı sistemleri ile kontrol edilmesi önemlidir. DC parafudr sayesinde DC devreden gelebilecek yüksek gerilim dalgalanmaların invertere gelmeden önlenmiş olur. Şekil-4.24 da DC parafudr gösterilmektedir.



AC Parafudr 

DC devrede olduğu gibi sistemin AC devrede de yıldırım ve yüksek gerilim dalgalanmalarından korunması gerekmektedir. Bu kapsamda AC parafudrlar kullanılmaktadır. Benzer şekilde parafudrların çalışıp çalışmadığı gözle kontrol edilerek veya uzaktan sinyal veren izleme sistemleri ile denetlenmesi önemlidir.

AC Otomatik Sigorta 

AC devrede aşırı yük ve kısa devre akımlarını önlemek için otomatik sigorta kullanılır. Bu otomatik sigorta ile hem AC koruma hem de inverterin açılıp kapatılması anahtar sayesinde yapılabilmektedir. Ayrıca AC otomatik sigortalar AC sigortalar gibi tek seferlik değil birden çok açma kapama işlemi için uygundur. Şekil-4.25 de AC otomatik sigorta gösterilmektedir.



AC Bıçaklı Tip Sigorta 

AC akım devrelerinde kullanılan bıçaklı tip sigortalar dizi inverter ile oluşturulmuş sistemlerde inverter gruplarının toplandığı AC bağlantı panolarında kullanılır. Bu tip sigortalar anahtarlı otomatik sigortaların kullanılamayacağı büyük akımlarda kullanılırlar. Bıçaklı sigortalar sigorta anahtarlı ayırıcılar ile birlikte kullanılmaktadır. Kısa devre akımlarını önlemekte kullanılan bu yapılar otomatik sigortalara göre daha ekonomik bir çözümdür. Buna karşın tek kullanımlık olmaları ve açma işleminin elle yapılası durumunda arkların oluşması gibi zayıf yönleri de bulunmaktadır. Şekil-4.26 da 3 faz bıçaklı tip sigorta ayırıcı ünite devresi ve bıçaklı tip sigorta gösterilmektedir.



Artık Akım Anahtarı 

Artık akım anahtarları insanları sistemde oluşabilecek hata akımlarına ve yangına karşı korumak için kullanılmaktadır. B Tipi artık akım koruma cihazı AC tarafta kullanılmakta olup AC devre ile DC devrenin elektriksel olarak birbirlerinden ayrılmadığı durumlar için yapılır.

Artık akım anahtarı izolasyon trafosunun kullanılması durumunu ortadan kaldırdığından hem fotovoltaik sistemin verimini arttırır hem de ekonomik olarak kazanç sağlar. Fotovoltaik sistemlerde hem tek fazlı hem de üç fazlı sistemler için geliştirilmiş modelleri olup kaçak akım ve yangın riskine karşı sistemi korurlar.



Şebeke Besleme İzleme Rölesi

Üç fazlı şebeke besleyen kaynakların izlenmesi için geliştirilmiş bir röledir. Fotovoltaik sistemler, rüzgar türbinleri ve termal güç istasyonları gibi dağıtık enerji üretim birimleri şebekeye bağlanırken bu röle kullanılabilir. Bu dağıtık enerji üretim birimlerinin bağlı olduğu şebeke herhangi bir nedenden ötürü, örneğin bakım nedeniyle şebekenin kesilmesi durumu röle tarafından algılanır.

Bunun üzerine röle dağıtık enerji üretim birimini şebekeden ayırır ve alarm sinyali vererek sistemi kontrol altında tutar. Bu özelliği ile röle yönetmeliklerde belirtilen adalanmaya izin vermeyen sistemlerin oluşturulmasında kullanılabilecek bir röle tipidir. Fotovoltaik sistemler özelinde değerlendirecek olursak, fotovoltaik inverterler dünya standardında adalanmaya izin vermeyecek yapıda üretilmektedirler. Bu nedenle fotovoltaik sistemlerde benzer bir röle dahili olarak inverterin içinde bulunmaktadır.

Şebeke besleme izleme rölesi aşırı ve düşük gerilimi algılar(10 dakika ortalama değeri, gerilim artış ve azalış koruma) ayrıca şebeke frekansındaki herhangi bir değişiklik(frekans artış ve azalış koruma) yine röle tarafından algılanmaktadır. Ayrıca vektör kayması konusunda rölede ayarlamada yapılabilir.

Bundan sonraki yazı dizimizde “ Fotovoltaik Sistemlerin  Kurulumunda Kullanılan Kablo Tipleri ” 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