27 Mart 2010
Spesifik PV tasarımlarında kullanılmakta olan 3 tane inverter çeşidi vardır;
- Merkezi inverterler
- Modül entegre ya da modülde konumlandırılmış
- Dizi inverterler
1980’lerin başlarında gelişmeye başlayan şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler merkezi inverterleri kullanıyordu. Bu inverterlerde kullanılan topolojiler motor sürücü sistemlerinde kullanılan teknolojiyi andırıyordu ve PV uygulamaları için optimize değildi. 1990’ların başında Almanya’nın uyguladığı 1000 çatı programı gibi solar enerji teşvik sistemleri kapsamında gerçekleştirilen solar elektrik kurumları merkezi inverterlerdeki eksiklikleri de ortaya çıkardı.
Bunları söyle özetleyebiliriz;
- Büyük bir solar PV modül grubunun tamamının maksimum güç noktası (Maximum Power Point-MPP) kontrolünden kaynaklanan uyumsuzluk kayıpları
- Düşük gerilim ve yüksek akımdan dolayı DC kablolarda ark tehlikesi ve yüksek kayıplar
- Sistemin sonradan genişlemesinde yaşanan sorunlar, tasarım esnekliğinin az olması nedeniyle düşük müşteri memnuniyeti
Bu sorunları çözümlemek için daha modüler bir sistem teknolojisi geliştirildi. Modüler sistemin getirdiği ilave avantajlar şunlardır;
- Benzer bileşenlerin kullanılmasıyla elde edilen maliyet düşüşleri ve artan güvenilirlik
- Solar sistemlerin daha kolay tasarlanması, standart ünitelerin montajı sayesinde daha pratik kurulum işlemleri
Hataların daha kolay belirlenmesi Şebekeye bağlanması mümkün olan en küçük fotovoltaik sistem inverter entegre edilmiş bir modüldür. Bu birime AC modül de denilmektedir. Modül inverter sayesinde solar paneller arasındaki uyumsuzluk sorunları ortadan kalkmaktadır. Ayrıca DC kablolama da en düşük seviyeye indirgenmektedir. Fakat düşük güçlerde çalışmadan kaynaklanan düşük verimler, inverter arızalarından kaynaklanan yenilenmelerin zahmetli ve pahalı olması gibi dezavantajlar bulunmaktadır. Ayrıca toplu üretimin henüz gerçekleşmemesinden dolayı fiyatların yüksek olmasını da buna ekleyebiliriz.
Şekil 1: 1994-2003 yılları arasında inverterler
Solar sistem verimlerini yükseltme, aynı zamanda maliyetleri aşağıya çekme baskısı 1990’lü yılların ortasında dizi inverterlerin geliştirilmesini sağladı. Dizi inverterlerde seri bağlı solar modüllerden oluşan birden fazla sayıda dizi invertere bağlanır. Dizi inverter topolojisini merkezi inverter ve modül entegre inverterlerin bir karışımı olarak görebiliriz.
Yarı iletken ve filtre devre bileşenlerindeki gelişmelerle inverter verimlilikleri günümüzde %98 seviyelerine kadar yükseldi. Verim konusunda artık daha fazla yapılacak bir şey kalmadığı için güneş enerjisi solar PV inverter üreticileri ”takım (team)” yada “master – slave” kavramları gibi farklı teknolojileri kullanarak fotovoltaik toplam sistem verimi arttırmanın yollarını aramaktalar. Bu teknolojiler dizi teknolojisinin üstünlükleriyle merkezi inverterlerin fiyat avantajlarını birleştirmeye çalışmaktadır. İnverter firmalarının diğer amaçları harmonik bozulumları azaltmak, izleme sistemlerini kuvvetlendirmek ve en önemlisi toplam sistem verimini arttırmaktır.
Trafosuz İnverterler Kullanıcılar İçin Risklimidir?
Son zamanlarda solar sistemlerde kullanılan trafosuz inverter model sayısı oldukça yükselmiştir. Trafosuz inverterlerin verimleri güneş elektrik enerjisi sistemlerinde kullanılan trafolu inverter verimlerine göre daha yüksektir ve fiyatları da daha düşüktür. Geleneksel elektrik sistemleriyle rekabet eden fotovoltaik sistemler için bu iki özellikle de çok önemli avantajlardır. Fakat solar PV modül grubunun galvanik izolasyon sağlanmadan direkt olarak elektrik şebekesine bağlanması önemli bir dezavantajdır. İnverter topolojisine bağlı olarak bu durum PV grubu ve toprak arasında potansiyel dalgalanmaların ortaya çıkmasına yol açar. Bu dalgalanmalar şebeke frekansında hatta anahtarlama frekansında sinüs ya da kare dalga formundadır. Bu dalgalanmaların 2 türlü etkisi olur;
- Solar PV grubunun yüzeyi toprağa karşı bir kapasitör gibi davranır. Potansiyel dalgalanmalar bu kapasitörlerin şarj olmasına yol açar.
- Bu gerilim dalgalanmaları solar PV panel grubu etrafında elektrik ve manyetik alanların oluşmasına yol açar (elektromanyetik karışım).
Bu etkilerin boyutları üzerine çok sayıda tartışma ve araştırma yapılmıştır. Fakat farklı çalışmalar göstermiştir ki trafosuz inverterlere sahip solar PV sistemlerinin elektromanyetik kirlilik üzerindeki etkisi oldukça küçüktür, ihmal edilebilir ve ciddi bir risk yaratmamaktadır. Ama diğer yandan kapasitif etkileri bakımından bu akımların (10mA üzerinde) tehlikeli sonuçlarından korunabilmek için inverter ve solar PV sistemin tasarımı üzerinde önlemlerin alınması gerekmektedir. Bunun da anlamı solar panel grubu standartlara uygun bir şekilde topraklanmalıdır.
Fraunhafer Solar Enerji Sistemler Enstitüsünün yaptığı bir araştırma, PV solar panellerine dokunan bir kişinin karşılaşabileceği elektriksel şok risklerini incelenmiştir. Kontak noktasıyla tek bir solar PV modül arasındaki kapasite 100-400pF aralığında hesaplanmıştır. Tek bir PV modül özgülünde sistemdeki inverterin trafosuz olduğu varsayıldığında insan vücudundan en fazla 0,2mA akım geçebilir. Çok sayıda solar modülün bulunduğu büyük fotovoltaik sistemler düşünüldüğünde (topraklaması olmayan) PV sistemin alanı genişledikçe olası maksimum akım miktarı da artmaktadır. Topraklama tesisatı olmayan büyük kapasiteli solar PV sistemlerinde, kapasiteler cam kaplı solar modüller için 50-150nF/kW, ince film modüller için de 1μf/kW olarak bulunmuştur. Bu değerler ışığında birkaç mA’lik akımlar açığa çıkabilir.
Fakat solar panellerin topraklanmasıyla, ilgili kapasitans azaltılır ve insan vücudu için riskli seviyede akımların ortaya çıkması engellenir. PV sistemin toprağa göre gerilim dalgalanmalarının şiddetini etkileyen diğer etmenler de trafosuz topoloji ve uygulanan anahtarlama tekniğidir. PV solar modüllerinin ve panel ayaklarının topraklanmasıyla inverter topolojisi ve anahtarlama tekniğiyle ilgili uyarılar ve tavsiyeler göz önüne alınırsa ayrıca solar sistem kurulumunda Sınıf 2 tip ekipman kullanılırsa trafosuz inverterli PV sistemlerin trafolu inverterlerin kullandığı solar elektrik sistemlerine göre daha yüksek bir risk potansiyeli bulunmamaktadır. Fakat unutulmamalıdır ki topraklama ve diğer önemler de maliyetleri arttırmaktadır.
Enerji Siteleri