5.1 Solar modüllerin Bağlantıları Birden fazla foto voltaik modüller, birbirlerine seri yada paralel olarak bağlanırlar. Birden fazla modülün birbirine bağlanması sonrasında oluşan modüllere Blok adı verilir. Kurulacak bir foto voltaik sistemde, sistem içerisinde oluşabilecek enerji kaçaklarını azaltabilmek için, birinci şart tüm modüllerin aynı olmasıdır.aşağıdaki resim de birbirlerine seri olarak bağlanan 3 lü bir blok foto voltaik sistemin akım, gerilim eğrisi görülmektedir. Akim -A- Gerilim (U) Volt Resim 5.1.1 3 modülün seri bağlanması Akım değiştiricinin giriş gerilimi, sistemde kaç adet modülün birbirine bağlanacağı belirler. Dikkat edilmesi gereken, modüllerin toplam elektrik üretim kapasitelerinin, tüketilecek elektrikten yüksek olma zorunluluğudur ki, sistem en yüksek elektrik ihtiyacını karşılayabilecek ve hatta kamu elektrigine satışı gerçekleştirebilecek durumda olsun. Paralel olarak bağlanan modüllerden oluşan bloklar genelde insel ( şebekeden bağımsız) sistemlerde kullanılır. Page 1
Akim -A- Gerilim (U) Volt Resim 5.1.2 3 lü modüllerin paralel olarak bağlanmaları Şebekeye bağlı sistemlerde,birbirlerine paralel bağlanmış bir çok modül blokları merkezi akım değiştiriciye bağlanır. Seri bağlanan modül sayısı Birbirine paralel bağlanan blok sayısı Akım -A- Gerilim (U) Volt Resim 5.1.3 Foto voltaik modüllerin birbirine bağlanmaları Page 2
5.2 Jenaratör bağlantı kutusu, Blok diotları ve blok siğortaları Sistem içerisinde yer alan modül blok kabloları, paralel akım ana kabloları ve potensiyal eşitleme kabloları, Jenaratör bağlantı kutusu içerisinde gerçekleştirilir. Jenaratör kutusu içerisinde, aynı zamanda ayırma bağlantıları, ve modül diotları bulunur. Bir çok durumda da, jeneratör kutusu içerisinde, ortaya çıkabilecek fazla elektriğin topraklanması için, bağlantı noktaları da bulunur. Bundan dolayıdır ki, potensiyal eşitleme kablolar ( topraklama),direk olarak jeneratör kutusu içerisine alınır. Bunların dışında, Doğru akım (DC) ana şalteri de jenaratör kutusu içerisine monte edilir. Son zamanlar da, özellikle büyük sistemlerde blok kontrol elemanları da, jenaratör kutusu içerisine monte edilmektedir. Jenaratör kutusu, koruma sınıfı II den oluşmalı ve kutu içerisinde eksi ve artı bölgelerin kesin olarak ayrıştırılmış olması gerekmektedir. Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 3
Foto voltaik jeneratör Jeneratör baglanti kutusu Blok diotu Ayırıcı Blok siğortaları Akım değiştirici- Inverter- Doğru akım ana kablosu Blok siğortaları Ayırıcı Resim 5.2.1 Jenaratör kutusu içerisindeki bağlantılar Blok sigortaları, tüm sistemi yüksek gerilimlere karşı korurlar. Maalesef bu güne kadar hiç bir Norm tarafından, tüm sistemi nasıl korunacağı konusunda herhangi bir inceleme yada, yasal bir zorunluluk getirilmemiştir, ancak bu konuda calışmalar yapıldığı da bilinmektedir. Blok sigortalarında, genellikle çok doğru olmayan doğu akım sigortaları kullanılmaktadır. Ancak güneş ışınlarının değişen değerleri karşısında, kısa devre akımı da degişiklik göstermektedir. Bu durumda doğru akım sigortası içerisinde, ışık kırılımı oluşacak, açığa çıkan bu enerji, sigorta içerisindeki izolasyon granulünü eritemiyecektir. Sonuç olarak da, bahsedilen ergime olayı olamıyacağından, sigorta devreden çıkmayacak, süreç içerisinde oluşan yüksek sıcaklık, sigorta kutusunun yanmasına kadar devam edecektir. Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 4
Resim 5.2.2 Kullanılan degişik doğru akım siğortaları Tüm blok modüllerinin birbirine bağlanması için, her modülün, modül diotları, birbirleri ile seri şekilde bağlanabilir. Diotların, modül blokları arasında seri olarak bağlanmalarının nedeni, herhangi bir blok da oluşacak kısa devre de, diğer blokların korunmasıdır. Foto voltaik sistemlerde blok diotları, elektrik akış yönünde monte edilirler.bu saye de tüm elektrik blok diotları üzerinden akar. Resim 5.2.3 Jeneratör bağlantı kutuları 5.3 Akım Değiştiriciler 5.3.1 Fonksiyonları Solar akım değiştiriciler, bir solar sistemin en önemli bölümlerinden birini oluştururlar. Akım değiştiricilerin görevi, foto voltaik modüllerin üretmiş olduğu doğru akımı (Ingilizce: DC-direct current) alternatif akıma ( ingilizce: AC-alternating current) çevirerek, kullanıcının, elektiriği kullanmış olduğu frekans ve gerilime uygun hale getirerek, üretilen elektriğin kullanılır hale getirilmesidir. Akım çeviriciler DC-AC Inverter olarak da bilinirler.geliştirilen modern elektronik sayesinde, doğru akımın alternatif akıma Page 5
çevrilmesi sırasında ortaya çıkabilecek enerji kaybı çok düşük miktarlara çekilebilmiştir. Foto voltaik Jeneratör Alternatif akım sistemi Ayırma noktaları sigorta sistemi Doğru akım Alternatif akım Resim 5.3.1.1 Şebekeye bağlı akım değiştiricinin montaji Bir foto voltaik sistem için, hangi tip akım değiştiricinin kullanılacağı tamamen, foto voltaik sistemin şebekeye bağlı olup olmadığı ile ilgilidir. Yani şebekeye bağlı sistemler ve şebekeye bağlı olmayan sistemler için farklı akım degiştiriciler kullanılır. Şebekeye bağlı sistemlerde ki akım değiştiriciler, kamu elektrik şebekesine ya direk yada kullanıcı ev/ işletme üzerinden bağlanır. Bu tip sistemlerde, foto voltaik tarafından üretilen elektrik enerjisi, önce kullanıcı ev/işletme tarafından kullanılır, artan enerji de kamu elektrik sistemine bir saat üzerinden gönderilir. 5 kwp verimliliğine sahip foto voltaik sistemlerinde ( yaklaşık 50 m2) tek fazlı akım değiştiriciler kullanılırken, 5 kwp üzerinde elektrik üreten sistemlerde ise 3 fazlı akım değiştiriciler kullanılır. Page 6
Güç üreticili Jenaratör 3 fazlı şebeke Foto voltaik sistem 3fFazli akım değiştiricili foto voltaik jenaratör P> 5 Wp Tek fazlı akım değiştiricili foto voltaik jenaratör P< 5 Wp Kullanıcı Resim 5.3.1.2 Şebekeye bağlı bir sistemde tek ve üç fazlı akım değiştiricinin kullanılması Akım değiştirici, sistemin ürettiği en yüksek değerdeki enerjisini kamu şebekesine verebilmesi için, Foto voltaik sistemin MPP değerine uygun verim göstermesi gerekmektedir. Daha önceki bölümlerde açıkladıgımız gibi, foto foltaik sistemin MPP değeri, mevsim şartlarına göre değişmektedir. Akım değşitirici içerisindeki MPP ayarlayıcı ( MPP-tracker), akım değiştiricinin, sistemin MPP noktasında çalışmasını sağlar. Güneş ışınlarının modüller üzerine düşme miktarının değişmesi ile birlikte, sistemin ürettiği enerji de değişeceği için, akım değiştiricinin bu değişimi izleyebilmesi ve sistemden en verimli enerjiyi üretmeyi sağlaması gerekir. Akım değiştirici içerisindeki MPP-ayarlayıcı, verilebilecek en yüksek enerji miktarını kamu şebekesine vermekle sorumludur. Modern akım değiştiriciler aşağıdaki işlemleri yapmaktadır. Foto voltaik sistem tarfından üretilen doğru akımın, alternatif akıma dönüştürülmesi Foto voltaik sistemin değişen MPP noktasına uyum sağlamak ( MPP-ayarlayıcı) Tüm sistemin verimliliğinin kontrolu, toplanan verilerin depolanması ve istenilen yere gönderilmesi Doğru ve alternatif akımın korunması Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 7
5.3.2 Akım değiştiricilerin karekteristik özellikleri Dönüştürme etki derecesi η UM Dönüştürme etki değeri, genel olarak bir akım değiştiricinin doğru akımın alternatif akıma dönüştürme sırasında ortaya çıkabilecek kayıplar konusunda bilgi verir. Doğru akımın, akım değiştirici tarafından, alternatif akıma çevrilmesi sırasında, tarnsformatör den, kablo şalteri vb nedenlerden dolayı enerji kayıpları ortaya çıkar. Dönüştürme etki değeri, genel olarak aşağıdaki formül ile belirlenir. η UM = P AC (çıkış verimi) / P DC (girişi verimi) Formülden de görülebileceği gibi, akım değiştircilerin, dönüştürme etki değerleri giriş-çıkış verimliliğine bağlıdır. Uyum etki derecesi η AN İlk solar akım değiştiriciler,tek nokta ayarlama sistemlerine sahipti. Yani akım değiştiricinin çalışma noktası, sadece belli bir gerilime ayarlanmış idi. Yeni solar akım değiştiriciler de, foto voltaik sistem ile akım değiştiricilerinin uyumu maksimum noktalara çıkartılmıştır. Değişen mevsim ve gün içerisinde değişen güneş ışın miktarlarına ve sıcaklıklara bağlı olarak foto voltaik modüllerin ( sistemin) MPP noktasında da değişiklikler görülür. Modern akım değiştiriciler, foto voltaik modüllerde gözlenen bu değişimleri tespit ederek, sisteme optimum uyumu sağlamak ve otomatik olarak değişen MPP noktasını tespit edip (MPPayarlayıcı ile) optimum verimliliği göstermek zorundadır. Bir akım değiştiricinin uyum etki derecesi aşağıdaki formülde belirtilmiştir. η AN = P DC (anlık giriş verimi) / P PV (maksimum anlik jeneratör verimi) Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 8
Akım değiştiricilerin maksimum verimleri 1.000 W/m 2 nin üzerinde ayarlanmıştır. Akım değiştiriciler, içerisindeki MPP- Tracking ler sayesinde, gün içerisinde değişen güneş ışın şiddetleri çok hızlı bir şekilde farkedilerek, akım değiştirici, değişen duruma uygun hale getirilir. MPP-Tracking lerin özelliklerine bağlı olarak, bu işlem çok kısa sürede gerçekleşebilir. Bazı solar modüllerin teknik detaylarında, akım değiştiriciler ile ilgili olarak Statik etki derecesi ( η WR ) verilir. Statik etki derecesi dönüştürme etki derecesi ile, uyum etki derecesinin çarpımıdır. η WR = η UM x η AN 5.4 Kablolar, kablolama ve kabloların bağlanma teknikleri Foto voltaik sistemlerin kablolanması için, sisteme uygun kabloların seçilmesi, sistemin verimliliği anlamında önemli bir faktördür. Foto voltaik sistemlerde, genel olarak modül kabloları, doğru akım ve alternatif akım kabloları kullanılır. Elektriksel olarak tek- tek modüllerin birbirine bağlanarak, jeneratör kutusuna bağlanması için, gerekli olan kablolara blok kablolar adı verilir. Bu tip kablolar dışarıda kullanılacağı için, bunların kısa devreye karşı korunmaları, topraklamalarının olması önemlidir. Ayrıca eksi ve artı bir kablo içinde bulunmamalıdır. Genel olarak kullanılan ve standart kablo olarak adlandırılan H07 RN-F kabloları nın en büyük dezavantajları, maksimum 65 0 C ye kadar dayanıklı olmalıdır. Ancak ülkemizde sıcaklıkların gölgede 40-50 0 C lere yükseldiği ve özellikle çatılarda sıcaklığın 70 0 C de olduğu gözönüne alındığında, bu tip kabloların ülkemiz için hiç de uygun olmadığı bir gerçektir. Ülkemizde kullanılması gereken kablo çeşitleri Ultraviole ışınlara ve iklim değişimleri karşısında dayanıklı ve -55 0 C ile 125 0 C lerde kullanılabilinir olmaları gerekmektedir. Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 9
Resim 5.4.1 Değişik solar kablolar Modül bağlantı kutularında kullanılacak kablo çapları 1,5 mm2 ile maksimum 6 mm2 arasında olmalıdır. Kablolar genel olarak 3 ayrı renk de ( kırmızı, mavi, siyah) üretilmektedir. Bağlama teknikleri Özellikle modül ve doğru akım (DC) bağlantıları olabildiğince dikkatli yapılmalıdır. Kötü yapılan kontaklama sonucunda, yangın çıkma tehlikesi çok yüksektir. Genel olarak bağlantılar aşağıdaki resimde gösterildiği gibi yapılabilinir. Resim 5.4.2 Değişik kablo montaj şekilleri Page 10
Resim 5.4.3 Jak bağlantı kablosu Modüllerin bağlanması için geliştirilen Plug&Play tekniği, son dönemlerde standart yöntem olmuştur. Bu sistem de yapılan bağlantılarda kontak oluşmama olasılığı ortadan kaldırılmıştır. Jak şeklindeki bağlantı kablolarında geçiş direnci 0,5 miliohm altındadır.. Resim 5.4.4 Jak bağlantı kablo ve kutusu 5.4.1 Doğru akım(dc) ana bağlantısı Yukarıda bahsi geçen doğru akım kabloları, doğru akım ana bağlantısı için de kullanılır. Doğru akım ana bağlantısı ile, modüllerin tümünün bağlantı yapıldığı kutu ve akım değiştirici arasındaki bağlantı gerçekleştirilir. Bu tip bağlantılarda genellikle fiatlarının ucuz olması nedeni ile, PVC ile kaplanmış NYM yada NYY şeklinde tanımlanan kablolar kullanılır. Jenaratör bağlantı kutusunun dışarıda olması durumunda, PVC ile kaplanmış kabloların, ultra viole ışınlara dayanımı olmadığı için, koruma borusu içinden geçirilmeleri gerekir. Aslında, mümkünse PVC kablı kabloların dışarıda ki kullanımlarda seçilmemesi daha uygun olur. Bu tip durumlarda her ne kadar halojenize edilmiş Page 11
kablolar kullanılıyor olsada bizler, LEMSOLAR olarak çevreye verdikleri zarar nedenleri ile bu tip kabloların değil de NHMH-J kablolarının kullanılmalarını önermekteyiz. Bu tip, dışarıda, açık alanda,gerçekleşen kablolama sırasında, dikkat edilmesi gereken önemli noktalardan birisi de, mekanik bir zarara uğramamış ve uğramıyacakları pozisyonları seçerek, kablolama işleminin yapılmasıdır. Yıldırım çekme tehlikesi bulunan foto voltaik sistemlerde, mutlaka korunmalı kablolar kullanılmalıdır. 5.4.2 Alternatif akım (AC) bağlantısı Alternatif akım bağlantısı, akım değiştiriciyi bir koruma sistemi üzerinden şebekeye bağlar, 3 fazlı akım değiştiricinin düşük gerilim şebekesine bağlanması 5 pol lü kablo aracılığı ile gerçekleştirilir. Tek fazlı akım değiştiricilerde ise 3 pol lü kablolar kullanılır. 5.4.3 Doğru akım (DC) ana şalteri Herhangi bir bakım, tamir gereksinimlerinin olduğu durumlarda,akım değiştirici foto voltaik sistemden devre dışına çıkarılabilinecek durumda olmalıdır. Bu amaca uygun doğru akım şalteri kullanılır. IEC-Norm 60364-7-712 foto voltaik sistemlerde, foto voltaik jeneratör ile akım değiştiricilerin nasıl bağlanmaları gerektiğini belirlemiştir. Resim 5.4.1 Doğru akım ana şalter kutusu Bu norma göre, doğru akım ana şalterinde yüklenme şalterinin bulunma zorunluluğu vardır. Bu yüklenme şalteri, -10 0C de sistemin üretebileceği maksimum güce göre ayarlanmiştir. DC ana şalterleri genellikle, jeneratör bağlantı kutusu içerisine Page 12
yerleştirilir. Aslında, güvenlik açısından, akım değiştiricinin önüne monte edilmesi daha sağlıklıdır. Güneş ışınlarının kollektör yüzeylerine düştüğü anlarda, sistem elektrik üretmeye başlar, ki bu anlarda sistem belli bir yük altındadır. Bu durumda herhangi bir jak kablosunun çıkarılması ile birlikte yangın rizikosu oluşur. Bu nedenden dolayı, bazı üreticiler direk akım değiştirici içerisine DC yük şalteri monte etmişlerdir. Böylece oluşabilecek yangın vb gibi olumsuz durumlar engellenmiş olur. Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 13