Fotovoltaik Santraller

 

Yazı Dizisi-3

 

Tercüme: Alper Çelebi

Modüllerdeki PV hücreler, kaçınılmaz üretim sapmaları sebebiyle birebir aynı değillerdir; dolayısıyla, birbirlerine paralel olarak bağlı iki blok hücre aynı gerilime sahip olamayabilir. Sonuç olarak, yüksek gerilime sahip hücre bloklarından düşük gerilime sahip hücre bloklarına akan bir akım oluşturulur. Bu yüzden, üretilen gücün bir kısmı modülün kendi içinde kaybolur (uyumsuzluk kayıpları).

Hücrelerin eşitsizliği farklı solar ışımayla da belirlenebilir; örneğin hücrelerin bir kısmına gölge düştüğünde veya
bozulduklarında.

Bu hücreler diyot gibi davranarak diğer hücreler tarafından üretilen akımı engeller.

Diyot diğer hücrelerin gerilimine tabidir ve lokal aşırı ısınmalar yüzünden bağlantının delinmesine neden olup modüle zarar verebilir.

Bu sebeple, modüllerin gölgelenmiş veya hasarlı parçasını kısa devre yaptırarak böylesi olayları sınırlamak için modüller by-pass diyotları ile donatılmıştır.

Modüllerin eşit olmaması, dizilerdeki farklı parlaklık, gölgelenmeler ve arızalar yüzünden uyumsuzluk olayı fotovoltaik alanın dizileri arasında da meydana gelir. Dizilerde ters akım akışından kaçınmak için diyot takmak
mümkündür.

Modülünü oluşturan hücreler bir montaj sistemi içerisine kapsüle edilir; bu sistem:

• hücreleri dışarı doğru yalıtır;
• atmosferik maddelere ve mekanik zorlamalara karşı hücreleri korur;
• düşük sıcaklıklarda ultra viyole ışınlarına, ani sıcaklık değişimlerine ve aşınmaya direnir;
• sıcaklık artışının modül tarafından sağlanan enerjiyi azaltmaması için kolayca ısıdan kurtulur.

Böylesi özellikler, modülün kalan ömrü boyunca korunmalıdır. Şekil 1.13, kristal silisyumdaki standart bir modülün kesit alanını göstermektedir; oluşturanlar:

• üst tarafta, yüksek saydamlık ile karakterize olmuş ışığa maruz kalan koruyucu bir tabaka (en çok kullanılan malzeme temperli camdır);
• cam ve hücre arasındaki direkt temasından kaçınmak, hücrelerin yüzey kusurları nedeniyle oluşan boşlukları ortadan kaldırmak ve hücreyi elektrik olarak panelin geri kalanından izole etmek için bir kapsülleme malzemesi; laminasyon aşamasının gerekli olduğu işlemlerde genellikle Etilen Vinil Astat (EVA) kullanılır;

• arkada bir destek substratı (cam, metal, plastik);
• genellikle alüminyumdan yapılmış metal bir çerçeve.

Şekil 1.13



Kristal silisyum modüllerde hücreleri bağlamak için hücrelerin inşası sonrası lehimli metal kontaklar kullanılır; ince film modüllerinde, elektriksel bağlantı hücrelerin üretim prosesinin bir parçasıdır ve bu çinko oksit veya kalay oksit gibi transparan metal oksitlerin bir tabakasıyla sağlanır.

1.3.2 İnverter

Güç koşullandırma ve kontrol sistemi, doğru akımı alternatif akıma çeviren ve inverterin içindeki bir L-C filtresiyle şebekeye taşınacak çıkış gücünün kalitesini kontrol eden bir inverterden oluşmaktadır.

Şekil 1.14 bir inverterin prensip şemasını göstermektedir. Statik anahtarlar olarak kullanılan transistörler, en basit modda bir çıkış kare dalga formuna neden olacak bir açma-kapatma sinyali ile kontrol edilirler.

Şekil 1.14 – Tek fazlı bir inverterin prensip şeması



Olabildiğince sinüzoidal bir dalga formu elde etmek için, daha sofistike bir teknik olan Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) kullanılır; PWM tekniği frekansın yanında çıkış dalga formunun r.m.s. Değeri üzerinde bir düzenlemenin elde edilmesini sağlar (Şekil 1.15).





PV jeneratör tarafından sağlanan güç, çalıştığı noktaya bağlıdır.

Santralin güç kaynağını maksimuma çıkarmak için, jeneratör yüke adapte olacaktır; böylece çalışma noktası her zaman maksimum güç noktasına karşılık gelir. Bu amaçla, inverterin için aksimum Güç Noktası İzleyici (MPPT) adında kontrollü bir kıyıcı kullanılır; MPPT anlık olarak maksimum kullanılabilir gücün üretildiği jeneratörün “gerilim-akım” değer çiftlerini hesaplar.

PV jeneratörün I-V eğrisinden başlayarak:



Maksimum güç noktası transferi, solar ışınımın bir değeri ve aşağıdaki denklemin hiperbolü için verilen I-V karakteristik eğrisi arasındaki teğet noktasına karşılık gelir
V . I = cost.

Ticari olarak kullanılan MPPT sistemleri, düzenli aralıklarla gerilim-akım değerlerinin sapmalarını belirleyen küçük yük varyasyonlarına neden olarak ve yeni ürün I-V’sinin öncekinden yüksek mi düşük mü olduğunu değerlendirerek jeneratörün karakteristik eğrisindeki maksimum güç noktasını tanımlar. Yükselmesi durumunda, yük koşulları dikkate alınan yönde değişmeye devam eder. Aksi halde, koşullar aksi yönde değiştirilir.

Gereken performansların karakteristikleri nedeniyle, bağımsız santralleri ve şebekeye bağlı santrallerin inverterleri farklı karakteristiklere sahip olacaktır:

• bağımsız santrallerde, inverterler jeneratörün üretiminin ve yük talebinin değişimi doğrultusunda olabildiğince sabit bir şekilde AC tarafına gerilim sağlayabilme yetisine sahip olacaktır;
• şebekeye bağlı santrallerde, inverterler mümkün olduğunca aynı şekilde şebeke gerilimini yeniden üretecek ve aynı zamanda PV modüllerin güç çıkışını optimize ve maksimize etmeye çalışacaktır.

Bundan sonraki yazı dizimizde "Kristal Silisyum Moduller, İnce Film Moduller "  anlatılacaktır.