Şebekeye Paralel PV Sistemde İnverter Ölçeklendirilmesi

09 Ağustos 2009

Bu makalemizde güneş enerjisi solar PV sistemlerinde kullanılan en uygun inverter kapasitesinin bulunması konusunu işleyeceğiz. Bir fotovoltaik sisteminde kullanılacak inverter sayısını ve bu inverterlerin kapasitesini PV sisteminin genel güç kapasitesi ve seçilen sistem mimarisi belirler.

Almanya’daki yönetmeliklere göre bir sistemin görünen çıkış gücü 4.6 KVA’yı geçerse bu sistemin mutlaka üç fazlı olması gerekir. Buna göre bu değerin üstünde çıkış güçlerine sahip sistemlerde her bir faz için eşit kapasitede olmak üzere üç tane inverter bulunması gerekir. Fakat aynı yönetmeliğe 2004 yılında yapılan bir eklentiyle inverterlerin nominal çıkış gücünü 10 dak. boyunca % 10 aşmasına izin verilmiştir.

Solar elektrik sistemlerindeki panel grupları ile inverterlerin çıkışları birbirleriyle uyumlu olmalıdır. İnverterin ve solar modüllerin teknolojilerine ve güneşlenme ve modüllerin yerleşimi gibi kurulum noktası şartlarına bağlı olarak inverterin nominal güç çıkışı kapasitesi PV grubunun toplam kapasitesinden % 20 çok veya az olabilir.

Şekil 1: Örnek bir sistem için 30 derece panel düzlemindeki yıllık güneşlenme dağılımı ve küçük (-%10) ve büyük (+10) inverterler için verim eğrileri.

Geçmişte saatlik güneşlenme verileri göz önüne alınarak inverterlerin toplam güneş enerjisi panel gücünden % 40 daha az olması önerilirdi. Saatlik verilere göre 850 W/m2’in üzerine pek çıkılmazdı. Fakat dakikalık güneşlenme verileri göstermektedir ki 1000 W/m2 civarında da önemli miktarda enerji bulunmaktadır.

Bu sebepten dolayı PV modül toplam gücüyle inverter arasında 1:1 oranı tercih edilmektedir. Fakat inverterler belirli güç seviyelerinde üretildiklerinden, aynı şekilde PV paneller her istenilen güçte elde edilemediğinden, ayrıca kurulum yapılacak alanın ebatlarından doğan kısıtlamalardan dolayı bu oranı her zaman tutturmak mümkün olmamaktadır.

İnverterin DC nominal gücünü bulmak için inverter nominal AC gücünden faydalanılır. Piyasadaki şebeke bağlantılı inverterlerin nominal AC çıkışları kataloglarında belirtilmiştir ve bu inverterin 25 °C ortam sıcaklığında şebekeye devamlı olarak verebildikleri güç miktarıdır. Genel olarak kabul edilen yönteme göre DC nominal gücü bu değerden % 5 daha büyüktür. PV modüllerin ve inverter kapasitesi arasında aşağıdaki ilişki geçerlidir.

PV gurubunun toplam nominal gücüyle inverter nominal AC gücü arasındaki orana inverter boyutlandırma faktörü denir ve c_INV ile gösterilir.

Boyutlandırma faktörü için en uygun oran 1’dir. Fakat aşağıdaki aralık da kabul edilebilir.

İnverterler çatı arası veya dış mekanlara monte edilecekse, ortam sıcaklıkları göz önüne alınmalıdır. Buna göre inverter nominal DC güç girişi panellerinkinden az olmalıdır.

Almanya Freiburg’daki Fraunhofer ISE Enstitüsünden Bruno Berger’in yaptığı araştırmalarda trafolu ve trafosuz inverterlerin farklı boyutlandırma faktörlerinde anlık, ortalama dakikalık ve saatlik verimlerini incelemiştir. Sonuçlar aşağıdaki grafiklerde özetlenmişlerdir.

Şekil 2: Trafolu ve trafosuz inverterlerin boyutlandırma faktörüne göre simüle edilmiş yıllık verimleri 

Optimum konumlandırılmayan veya gölgelenmeye maruz kalan inverterlerin teknik ve ekonomik gereksinimlere göre daha küçük boyutlandırılması gerekir. Fakat DC girişinde sürekli aşırı yüklenmelere maruz kalan inverterlerin ömürlerinin kısa olacağı unutulmamalıdır.

Amorf modüller kullanılırsa, bu modüllerin performansındaki indirgemeler inverter bouutlandırması sırasında göz önüne alınmalıdır. Amorf paneller enerji üretmeye başladıkları ilk birkaç ayda normal performanslarının % 15 üzerinde çalışırlar. Bu etki inverterin nominal akım ve gerilim değerleri belirlenirken göz önüne alınmalıdır. Bu süre zarfında amorf modüllerin çalışma gerilimi nominal değerin % 11, akım da % 4 kadar üzerinde olabilir.