3.1.5 Modüllerden bağlanması kablo çıkışları ve modüllerin Solar hücrelerin birbirine bağlandıkları kaboların modülden dışarı alınabilmesi için arka kısımda delikli camlar kullanılır ve arka kısmındaki foli kesilerek kablolar dışarıya bağlantı yapılacağı yere çekilir. Bu tip modüllerden kabloların bağlanacağı kutu modüle önceden yapıştırılmıştır. Modül kutularının mutlaka koruma seviye 2 düzeyinde olması gerekmektedir. Montaj sırasında dikkat edilmesi gereken en önemli noktaların basında, kutu içerisine su sızmamasıdır. Su sızmalarının engellemek için bir çok modül üreticisi modülleri, sadece bir bağlantı kablosu ile montaj yapılacak basitlikte üretmektedir. Bunlarda, modül kutusu açılarak, kablolar belirlenen yerlerine çok basitçe takılır. Bazı cam çatı sistemlerine monte edilecek modüller de ise, optik görüntünün bozulacağı endişesi ile bu tip kutular kullanılmaz. Yukarıda da anlattığımız gibi, bu durumda, delikli camlar kullanılarak kabloların dışarıya çekilmesi sağlanır. Resim.3.1.5.1 Modüllere monte edilen bağlantı kutusu(sağda ilk), kutusuz bağlantı şekilleri ( ortadaki ve sağdaki resimler) 3.1.6 Modüllerin kapasite tanınma doğrusalları ve bağlantı şekilleri Bir önceki bölümlerde, solar hücrelerin verimlilik değerlerini ( kapasitelerini) artırmak için bir çok solar hücrenin birbirlerine bağlanmaları gerektiğinden bahsetmiştik. Bu bağlanmalar genel olarak iki şekilde gerçekleşir; Seri ya da paralel... Genel olarak foto voltaik sistemlerdeki solar hücreler, daha fazla elektrik üretebilmeleri için seri olarak bağlanmışlardır. Aşağıdaki Sayfa1
şekilde 3 solar hücrenin birbirine seri olarak bağlanma durumunda elektriksel parametrelerin nasıl değiştiği görülmektedir. Amper olarak Hücre elektriği Volt olarak U (Hücre gerilimi) Resim 3.1.6.1. Birbirine seri halde bağlanmış 3 solar hücrenin elektrik ve gerilim parametrelerinin değişimi Grafikte de görüldüğü gibi, hücre elektriği sabit kalırken, hücre gerilimi katlanarak artmaktadır. Foto Voltaik sistemlerin ilk ortaya çıktığı dönemlerde insel (şebekeden bağımsız) sistemler ekonomikti. Bu tip sistemlerde 12 Voltluk Aküler kullanılır. Aküler, kullacı tarafından elektrik kullanımı süresince, sürekli olarak modüller tarafından elektrik ile doldurulur. Bundan dolayıdır ki, foto voltaik modüller, akülerin sağlıklı çalışabilmesi için 17 volt luk bir gerilim sağlayabilecek özelliklerde seçilir. 17 Voltluk bir gerilimin sağlanabilmesi için, modüllerde 3640 arası solar hücrelere ihtiyaç vardır. Aşağıda grafikte ise, birbirine seri olarak bağlanan 36 solar hücrenin elektrik-gerilim ve verimlilik-gerilim parametrelerindeki değişimleri göstermektedir. Sayfa2
Amper olarak Hücre elektrigi MPP-maksimum verimlilik noktasi Volt olarak U (Hücre gerilimi) Resim 3.1.6.2 Yukarıda da bahsetmiş olduğumuz gibi, seri halde bağlanan modüllerin yanısıra, özellikle çok daha güçlü modüller birbirine paralel olarak bağlanırlar. Aşağıdaki grafikte birbirine paralel olarak bağlanan 3 solar hücredeki parametre değişiklikleri gösterilmektedir. Amper olarak Hücre elektrigi Volt olarak U (Hücre gerilimi) Volt olarak U (Hücre gerilimi) Resim 3.1.6.3 Görüldüğü gibi burada da gerilim sabit kalırken, akım artar. Sayfa3
3.1.7 Modüllerin güneş ışınlarına bağlı davranışları ve sıcaklık değişimleri Foto voltaik modüllerin birim zamanda üretmiş oldukları elektrik enerjisi, modüllerin üzerine düşen güneş ışınlarına büyük ölçüde bağlıdır. Gün içerisinde modül üzerine düşen güneş ışınlarına bağlı olarak, modüllerinde gün içerisinde üretmiş oldukları elektrik miktarında da değişiklikler gözlenir. Modül üzerine düşen güneş ışınlarının yarıya düşmesi durumunda, modül den sağlanan elektrik miktarıda yarı yarıya düşüş gösterir. Amper olarak Modul elektrigi UMPP Bölgesi Volt olarak U (modul gerilimi) Resim 3.1.7.1 Değişik güneş ışığı miktarları ve sabit sıcaklık altında değişiklik gösteren elektrik üretim miktarları Güneş ışın miktarlarının değişmesine rağmen UMPP bölgesinde çok fazla bir değişiklik görülmemektedir. Bir polikristal 150 Watt lık solar modül de UMPP bölgesindeki maksimum değişiklik yaklaşık 4 Volt civarındadır. Ancak büyük sistemler de, yani bir çok foto voltaik modüllerin birbirine seri olarak bağlanma durumlarında, UMPP de, güneş ışınlarının durumuna bağlı olarak, yaklaşık 40 volt luk değişimler gözlenebilir. Bu gibi durumlarda özellikle de, W/m2 değerinin çok düşük olduğu bölgelerde, sistem MPP bölgesinde çalışamaz duruma gelebilir. Sistemin bu gibi anlarında sistemin MPP si ile akım değiştiricinin çalışma değerleri birbirine tutmayacağından sistem tamamen durma noktasına ulaşır. Modüllerin gerilimi, özellikle modül sıcaklıklarından yoğun bir şekilde etkilenir. 150 Watt lik arka tarafından havalandırılan bir modülün, MPP noktası yazları -10Volt, kışları ise +10 Volt a kadar Sayfa4
bir değişim gösterebilir. Modüllerdeki bu gerilim değişimi tüm sistemi elbet de olumsuz yönde etkiler. Özellikle dem, düşük sıcaklıklardaki gerilim yükselmesine çok dikkat etmek gerekmektedir. Bu tip gerilim yükselmeleri, bir çok modülün birbirine seri olarak bağlandığı durumlarda 100 Volt luk bir değerin üzerine çıkarak, tüm sistemin güvenliğini tehdit eder duruma gelir. Bundan dolayıdır ki, tüm sistem projelendirilirken bu tip olgulara özellikle dikkat etmeli, profesyonel-güvenilir, bu konu hakkında bilgi sahibi olmayan kişilerden projelendirme talep edilmemelidir. Resim 3.1.7.2 Sabit güneş ışığı (1.000W/m2 ) altında değişik modül sıcaklıklarında değişen elektriksel parametreler (Üstteki grafik). Sayfa5
Sabit güneş ışığı altında (1.000W/m2 ) sıcaklıklarında modül verimlilikleri (alttaki grafik) değişik modül Grafiklerden de görüldüğü gibi, özellikle güneş ışınlarının yüksek miktarda modüllerin üzerine düştüğü, diğer bir deyişle modüllerin en çok elektriği üretmeleri gereken mevsim olan yaz aylarında, modüllerin yanlış seçimi sonucunda bu verimlilik, bir kayıba neden olabilir. Bu nedenle kullanıcı modül seçimlerine çok dikkat etmeli, özellikle de yaz aylarının oldukça yoğun yaşandığı ülkemiz de modüllerin ülkemize uygun olup olmadığını araştırmalıdır. Genel olarak modüllerin üreticiler tarafından verildiği teknik değerler katoluğunda, modüle ait verimlilik değerleri (STC) belirtilmektedir. Bu değerler içerisinde yüzeysel yada ma /oc olarak sıcaklık sabiti ile gerilim ve akım değişim değerleri arasındaki oranlar verilmektedir. Teknik kataloglarında sıcaklık sabit değerlerinin verilmediği modüller için, bu değerler aşağıdaki grafik kullanılarak rahatlıkla teorik olarak hesaplanabilir. Kisadevre elektrik o degeri +0,07%/ C Göreceli degisiklik o Gerilim -0,40%/ C o MPP verimi -0,45%/ C Sicaklik o C Resim 3.1.7.3 Foto voltaik modulün elektriksel degerlerinin sicaklikla degisimleri Normal şartlarda, her foto voltaik modülün sertifika alma zorunluluğu bulunmaktadır. Ancak ülkemizde fiatlarin düşürülmesi Sayfa6
amacıyla, özellikle doğu dan ( Çin ve Endonezya gibi ülkelerden) modüller her tarafa, gün geçtikçe artan bir şekilde yayılmaktadır. Bu modüllerin teknik kataloglarında göze çarpan ilk şey, modüllerin dünya Normlar kurumu tarafından tanınan enstitüler tarafından alınmış sertifikalarının olmayışıdır. Yukarıda da değinmiş olduğumuz gibi, her modülün sertifika ölçümleri sırasında, yetkili enstitü tarafından her modülün, sıcaklık sabiti ölçülmektedir. (IEC 61215) 3.1.8. Modüllerde Hot spot (sıcak nokta), Bypass diod ve gölgelenme Belirli şartların oluşması durumunda, bir şekilde devreden çıkan solar hücre öylesine ısınmaya başlar ki, bu ısınma sonucunda solar hücre tamamen kullanılmaz duruma gelebilir. Bu gibi durumlarda, solar hücrenin devreden çıktığı noktaya Hot Spot (sıcak nokta) adı verilir. Hot-Spot Resim 3.1.8.1 Bir solar hücrede Hot spot un oluştuğu nokta Bu olayı daha iyi anlayabilmek için, aşağıdaki resimdeki gibi 36 solar hücreden oluşan bir standart foto foltaik modülü düşünelim. Güneş ışınlarının modül yüzeyine düşmesi ile birlikte, solar modül çalışmaya başlayarak, elektrik üretimine geçer. Üretilen elektrik gerilim hattı üzerinden (R) kullanıcıya doğru akmaya başlar. Sayfa7
Resim 3.1.8.2 Solar modülün çalışması Solar bir hücre üzerine resim 3.1.8.3 deki gibi bir yaprağın düşmesi ile, yaprağın düşdüğü noktadaki solar hücre, güneş ışığı alamayacağı için devreden çıkarak, tıp kı elektrikle çalışan bir alet gibi elektrik harcamaya başlar. Bu elektrik harcamaya başlayan hücre üzerinde, gerilimin yönü tersine akmaya başlar. Diğer hücrelerin üretmiş olduğu elektrik, devreden çıkan hücrenin yönüne doğu (ters şekilde) akmaya başladığından, o hücre üzerinde sıcaklık acığa cıkar. Devreden çıkan hücre üzerine akan elektriğin artması ile birlikte, solar hücre üzerindeki sıcaklıkta artacağından, solar hücre siyahlaşmaya (hot spot) başlar. sicaklik Resim 3.1.8.3 Bir yaprağın solar hücre üzerine düşmesi ile hot spot un oluşması Bilindiği gibi 18 ile 20 arasında solar hücrenin birbirine bağlanması ile yaklaşık olarak 12 Voltluk bir elektrik üretimi gerçekleşir. Bir önceki bölümde bahsettiğimiz gibi, sistemde belli kırılmalara neden olan kırılma gerilimi 12-50 Volt arasındadır. 18-20 solar hücrenin Sayfa8
birbirine bağlanması sonucunda, herhangi bir nedenden dolayı volt un 12-50 volt lara çıkması sonucunda sistemde üretilen elektrik kullanıcı yerine solar hücrelere doğru akmaya başlar. Bu durumların (hot spot) oluşmaması için, ters yöne harekete geçen elektriğin engellenmesi anlamında sistemin Bypass lanması gerekmektedir. Bypass işlemi solar hücrelere paralel bağlanmayan bir Bypass diodu ile gerçekleştirilir. Son kullanıcının foto voltaik bir sistem aldığında dikkat etmesi gereken en önemli noktalardan bir tanesi de, sistemin hot-spot oluşumlara karşı Bypass ile koruma altına alınıp alınmadığını, sistemi kuran firma /kişilere sormasıdır. Genel olarak her 18-20 adet solar hücreden oluşan bir sistemin bir adet Bypass ile 36-40 solar hücreden oluşan sistemin 2 ve daha fazla (örneğin 72 adet) solar hücreden oluşan sistemlerin de 4 adet Bypass la mutlaka Bypass lanmaları zorunludur. Resim 3.1.8.4 Hor-Spot oluşmuna karşı Bypass lanan foto voltaik Modül. Modüller üzerinde herhangi bir nedenden dolayı gölgelenme oluştuğu durumlar da, örneğin, bir baca ya da TV anteni, agaç...vs...,modül verimliliği sisteme entegre edilen Bypass diod sayesinde artar. Sayfa9
Resim3.1.8.5 iki Bypass diot lu 50 W lik bir modül da bir hücrenin gölgelenmesi Aşağıdaki grafikte Bypass li ve Bypass siz bir modülün gölgelenme sonucunda verimliliğindeki değişimi görebiliriz. Gölgesiz durum 18 hücreli bir solar modulun Bypasssiz, gölgelenmis durumu 18 hücreli bir solar modulun Bypass li, gölgelenmis durumu Resim 3.1.8.6 Bypass sayesinde modül verimliliğindeki gözlenen degişiklik Grafikteki kırmızı çizgi bizlere, gölgelenme sonunda verimi düşen solar modülü, yeşil çizgi aynı şekilde gölgelenmiş ancak Bypass diod u ile desteklenmiş modülü, siyah çizgi ise, gölgelenmemiş modülü ve bunlara ait verimlilik değerlerini göstermektedir. Bypass diotları genel olarak, modüllerin arka kısmına monte edilmiş kablo bağlantı kutularının içerisine monte edilir. Bazı üreticiler de, Bypass diotları bant şeklinde direk modül yüzeyine lamine ederler. Bazı üreticiler, Modül bağlantı kutularına birden fazla Bypass diaotları monte ederek, tüm sistemin güvenilirliğini maksimum noktalara yükseltmiştir. Diotlardan herhangi birisinin bozulması ve değiştirilmesi durumunda, diotların değiştirilmesi çok Sayfa10
da zahmetli bir iş değildir, ancak, bazı üreticiler modül kutularını direk silikondan döktükleri ve diotları bu silikon kutu içerisine üretim sırasında monte ettiklerinden, diotların degiştirilmesi sadece üretici tarafından gerçekleştirilebilinir. Genel de, diotların normal şartlar altında ( herhangi bir şimşek düşmesi vb durumlar dışında) bozulmaları çok az görülen bir olaydır. Buna rağmen kullanıcı modülleri alırken, mutlaka satıcı firmaya Bypass diotlarının monte edildiği kutuların özelliğini sormalıdır ve mümkünse, diotların kutuların üretimi sırasında direk kutu içerisine silikon ile birlikte döküldüğü kutuları değil de, diotların çok daha kolay bir şekilde değiştirilebilineceği normal kutuları seçmesinde yarar vardır. Resim 3.1.8.7 Modül bağlantı kutuları içerisine monte edilmiş Bypass diotları 3.1.8 Modüllere uygulanan kalite kontrol testleri ve Sertifikalar Foto voltaik işletmelerde yapılan yatırımın yaklaşık 3/2 si direk modüllere yapılan yatırımdır. Ve hatta yüksek güçlü sistemlerde modüllere yapılan yatırım miktarı %80 lere kadar çıkmaktadır. Bundan dolayıdır ki, modüllerin kalitesi ve ömürleri kullanıcılar için çok önemlidir. Modüllerin kalitesi konusunda müşteriye en doğru bilgileri verecek olan modüllere uygulanan testler, bu testlerin sonuçları ve bu testleri uygulayan kurum yada kuruluştur. IEC ye göre yapılan testler ve verilen sertifikalar tüm dünya tarafından tanınmaktadır. İkinci önemli unsur da, üretici tarafından verilen garanti süresi ve garanti belgesidir. Sayfa11
Sertifikalandırma ve Kalite testlerı Kalite Kontrol test kurum ve kuruluşları, modüllerin elektriksel, termik, mekanik ve meteorolojik özellikleri hakkında testler yaparak sertifikalar verirler.yapılan modül testleri, farklı Normlara göre yapılmaktadır. Italya Ispanya- da bulunan Avrupa Komisyonu Araştırma-Geliştirme merkezi tarafından test yöntem ve normları oluşturulmuştur.hücre ve Modüllerin test edildiği Norm dünya da IEC 61215 ve avrupa da DIN EN 61215 dir. Bu normlar tüm dünya tarafından tanınmış ve uygulanmakta olan normlardır. Sadece USA da IEC 61215 in dışında fazladan UL 1703 ulusal normu uygulanmaktadır. Tets yapılacak modüller, direk üretim hattından, testi yapacak kurum-kuruluş tarafından alınarak ( 8 adet) değişik kontrollere tabi tutulur. Yapılan kontrolleri kısaca, başlıklar altında özetlersek; Gözle kontrol Değişik şartlar altında yapılan verimlilik testleri ( T= 25 o C ve E= 200W/m 2 de yapılan STC, NOCT testleri) Izolasyon testleri ve yagmur altında elektrik ölçümleri Sıcaklık sabitinin ölçümü Boş alanda yapılan dayanıklılık testi Hot-Spot dayanıklılık testi Pybass diaotun maksimum güç dayanıklılık testi Sıcaklık degişim testleri ( yüksek gerilim altında 200 adet ) Rutubet, donma testleri (50 kez -40 ve 85 o C lerde) Rutubet/sıcaklık dayanım testleri (1.000 saat boyunca 85 o C ve %85 rutubet de) UV (ultraviole) testleri Bağlantı noktalarının sağlamlık testleri 2,4 kn ve 5,4kN yükleri altında mekanik dayanım testleri Bir çok değişik test yöntemleri, farklı normlar altında açıklanmaktadır. Ancak Foto voltaik sitemlerin verimlilik ölçüm yöntemleri DIN EN 60904 (IEC 60904) normlarında sabitlenerek tüm dünya tarafından tanınan normlar olarak deklare edilmiştir. Genel olarak foto voltaik sistemlerin değerlendirilmesinde kullanılan normlar, IEC 60904, IEC 61724, IEC 61215, IEC 61646 normlarıdır. Dünya da IEC 61215 ve IEC 61646 normları doğrultusunda test yapmaya izinli kurum ve kuruluşlar aşağıda sıralanmıştır. Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Sayfa12
Bunların dışında dünya da hiç bir kurum ve kuruluşun sertifika verme yetkileri bulunmamaktadir. Arizona State Universty-Photovoltaic Test Labaratory (ASU), Phoenix, USA Arsenal Research, Forschungs- und Prüfzentrum, Viyana, Avusturya Centro de Investigaciones Energeticas, Medioambientales y Technologicas (CIEMAT), Madrid, Ispanya European Solar Test Installation (ESTI) EC-Joint Research Centre, Ispra, Italia Japanes Quality Agency (JQA), Tokimura, Japonya TÜV Rheinlad, Köln, Almanya VDE Prüf und Zertifizierungsinstitiu, Offenbach, Almanya Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Sayfa13