Fotovoltaik (PV) Solar Sistem ve Bileşenleri

Doğayı artık giderek yaşanılmaz hale getiriyoruz ve bu hatamızı düzeltmemiz için yenilenebilir enerji kaynakları bizim için büyük bir fırsat ve bu kaynaklar arasından da güneş enerjisi günümüzde ön plana çıkıyor. Fotovoltaik sistemler, güneşten elektrik üretiminde kullanılan en yaygın yöntemdir. Bu sistemler birçok bileşenden oluşur. Hemen hemen herkes fotovoltaik sistemleri güneş panellerinden ibaret olarak düşünse de bunun yanı sıra akü, invertör ve şarj kontrol cihazı gibi temel bileşenler de bu sistem için çok önemlidir.

Fotovoltaik Sistem Nedir?

Fotovoltaik; kelime anlamı olarak fotondan elektrik üretimi anlamına gelir. Bu üretim ise fotovoltaik paneller(PV) ile sağlanır.  Günümüzde güneşten elektrik üretiminde kullanılan en yaygın sistemdir.

Fotovoltaik sistemler üretilen elektriğin kullanım şekline göre üçe ayrılır. Bunlar depolamalı yani off-grid sistemler, on-grid yani şebekeye bağlı ve arazi sulamaları için kullanılan dalgıç ve santifiruj pompaları çalıştıran sistemlerdir. Bu sistemleri sizlere tanıtmadan önce solar sistemlerde kullanılan temel sistem elemanlarını tanıtmak istiyorum.

Fotovoltaik (PV) Sistem Temel Elemanları

Güneş Paneli

Fotovoltaik sistemlerin en temel parçası olan güneş panelleri güneşten elektriğin üretildiği kısımdır. Güneş paneli bünyesinde barındırdığı yarı iletken silisyum malzemeden yapılmış güneş hücreleri vasıtasıyla güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Farklı kapasitelerde güneş panelleri mevcuttur. Bunlar güneş hücrelerinin alanlarına ve diziliş şekillerine göre çeşitlenir. Piyasada yaygın olarak kullanılan güneş panelleri; 5W, 10W, 60W, 100W, 150W, 400W, 450W kapasiteli güneş panelleridir. Güneş panellerinin monokristal,polikristal,thinfilm ve daha birçok çeşidi vardır. Bunları ayrı bir yazıda ele alacağım.

Şarj Kontrol Cihazı

Şarj kontrol cihazı güneş panelinden gelen dc enerjiyi düzenleyerek sabitler ve akülerin şarjı için stabil bir dc elektrik enerjisi oluşturur. Akülerin dc bir kaynaktan şarj edilmesi için şarj akımı ve voltajının regüleli olarak sabit gelmesi gerekmektedir. Güneş panelin ürettiği voltaj ve akım sabit değildir bu yüzden akülerin verimli şarj edilmesi için şarj kontrol cihazına ihtiyaç vardır. Şarj kontrol cihazları ayrıca aküden panellere ters akım akmasını önler. Aküyü aşırı şarjdan korur. Şarj kontrol cihazı akü dolduğu zaman güneş panelinden gelen elektriği keser. İki çeşidi bulunur. Bunlar; PWM ve MPPT şarj kontrol cihazlarıdır.

Bataryalar

Solar depolamalı off grid fotovoltaik sistemler için akü kalitesi çok önemlidir. Bataryanın şarj-deşarj verimliliği yüksek, ömrünün ise uzun olması gerekir. Sıcaklığa ve olumsuz çevre koşullarına göre dayanıklı olmalıdır. Bunların teknik detaylarına başka bir yazıda değineceğiz. Solar sistemlerde yaygın olarak kullanılan aküler; jel aküler, özel opzs tip sulu aküler ve derin çevrimli bazı kurşun asit akülerdir.

İnverterler

İnverterler, DC elektrik enerjisini AC elektrik enerjisine dönüştüren elektronik cihazlardır. Off-Grid fotovoltaik sistemler için inverterler kare dalga, modifiye sinüs ve tam sinüs olmak üzere üç çeşidi mevcuttur. Solar sistemlerde modifiye sinüs ve tam sinüs modelleri sıklıkla kullanılır. Bunların hepsinin ayrıntıları ve teknik özelliklerini ayrı bir yazıda belirteceğim.

Solar inverterler olarak da adlandırılan inverterler tam sinüs modelleri ise MPPT ve PWM olmak üzere iki çeşittir. Solar sistemlerde kullanılan yeni nesil inverterler şarj kontrol cihazını da bünyesinde barındıran akıllı inverterlerdir. Bu tip inverterler kullanıcıya güneş panelinin üretim bilgilerini akü voltaj değerlerini, elektrik kullanımını gösterir. Bu inverterler bünyesinde konvektör (AC-DC dönüştürücü) barındırır bu şekilde şebeke yada jeneratör desteğiyle aküler şarj edilebilir.

On-Grid yani şebekeye bağlı  fotovoltaik sistemler içerisinde kullanılan inverterler daha farklıdır. Bu inverterler şebeke bağlantıları için özel olarak üretilmişlerdir. Şebeke ile koordineli çalışabilme, panellerde güç düşümü sonucunda şebekeden yüke elektrik aktarımını sağlama gibi özellikleri vardır. Bunların ise tek faz ve üç faz olarak çeşitleri mevcuttur. Bu sistemlerde inverter gücü off-grid sistemlerden farklı olarak panel gücüne paralel olmalıdır. On-Grid inverterlerin uzaktan takip özelliği vardır. Panellerin gün içerisindeki üretimi, günlük elektrik tüketimi ve toplam elektrik üretimi gibi parametreleri kullanıcı uzaktan takip edebilir. Kullanıcı dünyanın neresinde olursa olsun üretimini ve tüketimini takip edebilir.

Solar Kablo ve Konnektörler

Fotovoltaik solar enerji sistemlerinin bir diğer önemli bileşeni de solar kablo ve konnektörlerdir. Güneş panellerinin birbirileri ile olan bağlantıları ve daha sonra da invertöre olan bağlantısı için yüksek sıcaklığa, oksitlenmeye, basınca ve dış mekanik darbelere dayanıklı olan çift izolasyona sahip solar kablolar kullanılmaktadır. Bu kabloların ucuna da yine kablonun açık olan uçlarını hem dış etkilerden koruyan hem de güvenli ve sağlam bir bağlantı sağlayan MC4 konnektörler takılmaktadır.

Fotovoltaik (PV) Sistemler

Off-Grid Fotovoltaik  Sistemler (Depolamalı Sistemler)

Off-grid sistemler, elektrik şebekesinden ayrı olarak kurulan, güneş paneli ile üretilen elektriği aküler vasıtasıyla depolayıp inverterler ile evimizde kullandığımız elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Off-Grid sistemler temelde 4 ana parçadan oluşmaktadır. Bunlar; güneş paneli, akü grubu,şarj kontrol cihazı ve inverterlerdir.

Sistem çalışma prensibi ise; Güneş panelinden üretilen elektrik enerjisi şarj kontrol cihazıyla düzenlenerek akülerde depolanır. Depo edilen bu enerji ise inverterler ile evimizde kullandığımız elektrik enerjisine dönüştürülür. Bu bir nevi araçlarda şarj dinamosunun arabanın aküsünün şarj etme prensibine benzerdir. Off grid fotovoltaik sistemler için akü kalitesi çok önemlidir. Kesinlikle şarj-deşarj verimi yüksek, yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve ömrü uzun aküler tercih edilmelidir.

On-Grid Fotovoltaik Sistemler (Şebeke Bağlantılı Sistemler)

Bu sistemler aslında küçük olsun yada büyük olsun bir santral sistemidir. Çünkü panellerden üretilen elektrik enerjisi tek faz yada üç faz inverterler kullanılarak şebekeye satılır. On-Grid sistemler; Güneş panelleri, İnverter, çift yönlü sayaçlar ve datalogger olmak üzere 4 temel elemandan oluşur.

Sistem çalışma prensibi; güneş panellerinden üretilen elektrik enerjisi şebeke bağlantılı inverterlere gelerek düzenlenir ve elektrik hattına aktarılabilecek forma dönüştürülür. Üretilen elektrik şebekeye satılır ve ay sonu üretim ve tüketim farkına göre hesaplama yapılır. Eğer üretim tüketimden fazla ise kullanıcı tedarik firmasından ödeme alır veya tüketim üretimden fazla ise tüketici daha düşük bir fatura tutarını öder. Havanın kapalı olduğu yada üretimin düşük olduğu zamanda şebekeden yüke elektrik aktarımı olarak elektrik ihtiyacı karşılanmış olur. Eğer şebekeden kaynaklanan bir sorun olduğu takdirde ise inverter kendini kapatır. Yani şebekede elektrik kesintisi olursa evinizde de elektrik kesilir.

Görüldüğü üzere fotovoltaik sistemler birçok farklı disiplini bünyesinde barındıran bir teknolojidir. Bu yüzden sistemleri dizayn ederken bu temel bileşenlerin kapasite hesabı ve kalitelerinin çok iyi belirlenmesi gerekmektedir.