Sıcaklığın İnverter ve Güneş Santrallerine Etkisi Nedir?

10 Mayıs 2021 Dergi: Mayıs-Haziran 2021

Bu yazıda inverterlerdeki güç düşümünün ne olduğu, sıcaklığının nasıl kontrol edildiği ve sıcaklık düşüşüne neyin sebep olduğu inceleniyor.

Bilindiği gibi sıcaklık, FV sistemlerin tasarımında büyük rol oynamaktadır. Dünya genelinde ise ortam sıcaklığı artış eğiliminde olup son dönemlerde en sıcak yıllar tarihsel olarak en yakın yıllar olmaktadır. Örneğin en sıcak yıl 2016, bir önceki 2020 ve sırasıyla 2019, 2017 ve 2018 yılıdır. Türkiye ise konumu itibarıyla sıcak iklim kuşağında bulunmaktadır ve yıl içerisindeki sıcaklık ortalaması gün geçtikçe artmaktadır. FV-Sistemler tasarlanırken sıcaklığın etkisi genellikle sadece panel tarafında değerlendirilirken, inverterin, sıcaklık etkisi ile olan güç değişimine dikkat edilmemektedir. Peki sıcaklığın inverterlere etkisi nasıldır? Bu yazıda inverterlerdeki güç düşümünün ne olduğu, sıcaklığının nasıl kontrol edildiği ve sıcaklık düşüşüne neyin sebep olduğu inceleniyor.

solar-1İnverterde sıcaklığa bağlı güç düşümü

İnverterler sıcaklık artışı ile güç düşümüne uğramaktadırlar. Güç düşümü (Power derating), inverterlerin bileşenlerindeki aşırı ısınmayı engellemek için kendi gücünü düşürmesi olayıdır. Bu olay, inverter gücünün kontrollü olarak azaltılmasıdır. Normal çalışmada, inverterler maksimum hızda çalışır. Bu çalışma noktasında, PV voltajı ile PV akımı arasındaki oran maksimum güçle sonuçlanır. Maksimum güç noktası, güneş ışınım seviyelerine ve PV modül sıcaklığına bağlı olarak sürekli değişir. Sıcaklık düşürme, inverterdeki hassas yarı iletkenlerin aşırı ısınmasını önler. Sürekli izlenen inverter bileşenleri sıcaklığı belirli bir noktaya ulaşıldığında, inverter çalışma noktasını azaltılmış bir güç seviyesine kaydırır. Güç, adım adım azaltılır. Aşırı ısınma durumlarında ise inverter tamamen kendini kapayacaktır. Buna karşın sıcaklık, hassas bileşenler için yine kritik bir değerin altına gerilediğinde de inverter optimum çalışma noktasına geri döner.

sekil-1-smaŞekil 1. SMA Core 2 (110kVA) inverterin sıcaklığa bağlı güç değişim grafiği Kaynak: SMA

Sıcaklık kaynaklı güç düşümünün sebepleri:

  • İnverter içerisindeki ekipmanların kapasitesine bağlı olarak güç düşümü erken başlayabilir.
  • İnverterlerin elverişsiz kurulumu sebebiyle (inverterler ısıyı dışarı atamaz).
  • İnverter, doğrudan güneş ışığında veya yeterli ısı dağılımını önleyen yüksek ortam sıcaklıklarında çalıştırılmakta ise.
  • PV dizisi ve inverter uyumsuz ise (eviricinin gücüne kıyasla PV dizisinin gücü).
  • FV santralin kurulum sahası elverişsiz bir yükseklikte (çalışma rakımı aşılmış) ise,
  • İnverterde sürekli yüksek DC voltaj (Vmpp) mevcut ise.

solar-2Diğer bir önemli nokta ise inverter verimlilik eğrisi’dir. FV sistem tarafından sağlanan DC gücü ne kadar verimli bir şekilde dönüştürebileceğini belirtir. En yüksek FV güç çıkışlarında değer kaybını önlemek için, güneş panellerinden gelen gücün %100’ü veya daha fazla nominal güce sahip bir inverter seçilebilir. Bu sayede her sıcaklık noktasında AC güç DC gücü kapsamış olacaktır. (bkz. şekil 2). PV sistemi iyi eşleştiğinde, nadiren değer kaybı meydana gelir. İnverter gücü küçük olduğunda ise verim kaybı daha fazla olacaktır. FV-Sistem projelerinde her zaman DC/AC oranı %100 yapmak gerekli olmayabilir, burada güneş panellerinin gücünün sıcaklıkla, gün içinde ışınımla ve yıllara göre değişeceği hesaba katılıp en uygun DC/AC oranı seçilmelidir.

sekil-2-smaŞekil 2. İnverterterin nominal gücünün, FV-Sistem gücünü n% 90 ila % 100’ü olduğunda, inverterin verimliliği Kaynak: SMA

İnverterlerde soğutma

SMA inverterleri, güçlerine ve tasarımlarına göre uyarlanmış Opticool (SMA patenli bir soğutma sistemi) soğutma sistemlerine sahiptir. Pasif olarak soğutulan inverterler, ısıyı, ısı emiciler yoluyla atmosfere verirler. OptiCool sistemli aktif olarak soğutulan cihazlar ise ek havalandırmaya sahiptir. İnverter soğutabileceğinden daha fazla ısı üretir üretmez, fan açılır ve havayı soğutma kanallarından içeri çekilir. Fan hızı kontrollüdür: Sıcaklık yükseldikçe daha hızlı döner. Bu sayede inverter, sıcaklık yükseldikçe maksimum gücünde üretim yapmaya devam edebilir ve gücü düşürülmez. Aktif olarak soğutulan inverterlerin pasif olarak soğutulan cihazlara kıyasla ekstra güç rezervlerine sahip olduğu söylenebilir.

FV sisteme en uygun inverter seçimi

Yukarıdaki sebepler göz önünde bulundurularak FV-projeleriniz için doğru inverter seçimi çok önemlidir. Proje lokasyonuna göre inverterin güç-sıcaklık grafiği dikkate alınarak seçim yapılmalıdır. SMA inverterleri güneş panelleri ile paralel çalışacak şekilde ve her sıcaklıkta maksimum enerjiyi üretebilecek şekilde tasarlanmaktadır. Örneğin projeniz Türkiye’nin sıcak bölgelerinde ise (30°+) inverter seçiminizde sıcaklık etkisini muhakkak değerlendirmelisiniz. Eğer seçtiğiniz inverter sıcak zamanlarda güç kısmaya başlamakta ve bu durumda üretim yapmaktaysa, zamanla bu durum inverter bileşenlerinde arızalanma ihtimalini artıracaktır. FV Sistemlerin ortalama ömrünün 25 sene olduğunu düşünürsek inverterin sürekli kısıtlı güçte çalışması kaynaklı tekrar tüm inverterlerin zaman içerisinde değiştirilmesi gerekebilir.