Harran Üniversitesi
GAP-YENEV Uygulama ve Araştırma Merkezi

GAP-YENEV Uygulama ve Araştırma Merkezi / GENEL BİLGİLER

GENEL BİLGİLER

.

1. HARRAN ÜNİVERSİTESİ GÜNEŞ ENERJİSİ SANTRALİ VE SİSTEM BİLEŞENLERİ

1.1. Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santralinin Genel Özellikleri

Harran Üniversitesi Osmanbey Yerleşkesi’nde kurulan Güneş Enerjisi Santrali (GES), yaklaşık 61.000 m² alana sahip bir arazi üzerine inşa edilmiştir. Santralin yerleşim planı Şekil 1.1’de gösterilmektedir. Haziran 2018’de devreye alınan santralin kurulum çalışmaları yaklaşık dört ayda tamamlanmıştır. Toplam 5.314 kWp kurulu doğru akım (DC) gücüne sahip olan santral, Harran Üniversitesinin elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasına katkıda bulunmakta ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını desteklemektedir.

 

Şekil 1.1. Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santralinin yerleşim krokisi.

 

Santralde LG NeON® 2 serisine ait, monokristal silisyum hücrelerden oluşan N-tipi fotovoltaik (PV) modüller kullanılmıştır. Şekil 1.2’de gösterilen bu modüller, hücre teknolojisi ve elektriksel performans özellikleri bakımından öne çıkmaktadır (LG, 2017).

 

Şekil 1.2. Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santrali’nde kullanılan PV panel dizileri.

 

Santralin temel elektriksel bileşenleri ve sistem konfigürasyonu Çizelge 1.1’de verilmiştir.

 

Çizelge 1.1. Güneş enerjisi santralinin temel donanım özellikleri

Özellik	Değer
Toplam PV panel sayısı	16.104 adet
Toplam string sayısı	732
String başına panel sayısı	22
SCB başına string sayısı	20–24
Toplam SCB sayısı	32
İnverter başına SCB sayısı	6–7
Toplam inverter sayısı	5

 

Santralin elektriksel enerji üretim ve aktarım süreci, PV modüllerinde üretilen doğru akımın birleştirilmesi, inverterlerde alternatif akıma dönüştürülmesi ve transformatörler aracılığıyla şebeke gerilim seviyesine uygun hâle getirilmesi aşamalarından oluşmaktadır. Her biri 22 PV modülünden oluşan 732 string, toplam 16.104 modülü kapsamaktadır. Stringlerden gelen elektrik enerjisi, String Combiner Box (SCB) olarak adlandırılan birleştirme kutularında toplanmaktadır. Toplam 32 SCB’den gelen enerji, beş merkezi inverter üzerinden alternatif akıma dönüştürülmekte; ardından transformatörler aracılığıyla şebekeye aktarılmaktadır. Sistemin genel enerji akışı Şekil 1.7’de gösterilmektedir.

 

1.2. Meteorolojik Ölçüm ve İzleme Ekipmanları

GES performansının doğru değerlendirilebilmesi için güneş ışınımı, ortam sıcaklığı, rüzgâr hızı, bağıl nem ve PV modül sıcaklığı gibi parametrelerin ölçülmesi gerekmektedir. Bu ölçümler, santralin enerji üretiminin çevresel koşullarla birlikte analiz edilmesine olanak sağlamaktadır.

 

1.2.1. Güneş Işınımı Ölçüm Cihazı

Şekil 1.3’te santralde kullanılan güneş ışınımı ölçüm cihazı gösterilmektedir. Bu cihaz, santralin bulunduğu noktadaki güneş ışınımını ölçerek enerji üretiminin değerlendirilmesinde kullanılan temel meteorolojik verilerden birini sağlamaktadır. Işınım ölçümleri, güneş enerjisi kaynağının değişiminin izlenmesine ve santral performansının çevresel koşullar dikkate alınarak analiz edilmesine yardımcı olmaktadır.

 

Şekil 1.3. Güneş enerjisi santralinde kullanılan güneş ışınımı ölçüm cihazı.

 

1.2.2. Meteorolojik Ölçüm İstasyonu

Şekil 1.4’te gösterilen meteorolojik istasyon, santral sahasındaki çevresel koşulların izlenmesi amacıyla kullanılmaktadır. İstasyon aracılığıyla ortam sıcaklığı, rüzgâr hızı ve bağıl nem gibi meteorolojik parametreler ölçülmektedir. Bu veriler, çevresel koşulların santral performansı üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesine ve enerji üretimindeki değişimlerin yorumlanmasına katkı sağlamaktadır.

Ölçülen verilerin kayıt altına alınması, farklı zaman aralıklarındaki meteorolojik koşulların karşılaştırılmasına ve geçmiş dönemlere yönelik analizlerin gerçekleştirilmesine imkân tanımaktadır.

 

Şekil 1.4. Güneş enerjisi santralindeki meteorolojik ölçüm istasyonu.

 

1.2.3. PV Modül Sıcaklığı Ölçüm ve İzleme Ünitesi

Şekil 1.5’te PV modüllerinin yüzey sıcaklığını ölçmek amacıyla kullanılan kontrol ünitesi gösterilmektedir. PV modül sıcaklığı, fotovoltaik hücrelerin elektriksel performansını doğrudan etkileyen önemli parametrelerden biridir. Özellikle modül sıcaklığındaki artış, modülün maksimum güç çıkışını etkileyebilmektedir.

Modülün arka yüzeyine monte edilen sıcaklık sensörleri aracılığıyla elde edilen veriler, modül sıcaklığının zamana bağlı değişiminin izlenmesini ve enerji üretiminin sıcaklık koşullarıyla birlikte değerlendirilmesini sağlamaktadır.

 

Şekil 1.5. PV modül yüzey sıcaklığının ölçülmesinde kullanılan kontrol ünitesi.

 

1.2.4. String Birleştirme ve Kontrol Kutuları

Şekil 1.6’da santralde kullanılan string birleştirme ve kontrol birimlerine ait ekipman gösterilmektedir. SCB’ler, birden fazla PV stringinden gelen doğru akımı ortak bir çıkışta birleştiren ve ilgili koruma elemanlarını barındırabilen elektriksel birimlerdir. İzleme donanımı bulunan SCB’ler, stringlere ilişkin elektriksel parametrelerin takip edilmesine de olanak sağlayabilir.

SCB’lerin temel işlevi, PV dizilerinden gelen elektrik enerjisinin düzenli ve güvenli biçimde merkezi inverterlere iletilmesidir. Bu birimlerdeki koruma elemanlarının uygun seçilmesi ve düzenli olarak kontrol edilmesi, sistem güvenliği açısından önem taşımaktadır.

 

Şekil 1.6. SCB birleştirme ve kontrol ekipmanları.

 

1.2.5. Santralin Enerji Üretim Akış Şeması

Santraldeki enerji üretim ve dönüşüm aşamaları Şekil 1.7’de şematik olarak gösterilmektedir. Güneş ışınımı PV modüllerinde doğru akım elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Stringler üzerinden SCB’lere iletilen enerji, merkezi inverterlerde alternatif akıma çevrilmektedir. Transformatörler aracılığıyla gerekli gerilim seviyesine uyarlanan elektrik enerjisi, bağlantı ve koruma ekipmanları üzerinden şebekeye aktarılmaktadır.

 

Şekil 1.7. Güneş enerjisi santralinin elektriksel enerji üretim ve aktarım akış diyagramı.

 

1.3. Fotovoltaik Paneller

Santralde kullanılan PV modüllerinin teknik özellikleri, Ek 1’de yer alan modül etiketi ve üretici verileri esas alınarak değerlendirilmiştir. LG NeON® 2 serisindeki LG330N1C-A5 model modüller, N-tipi monokristal silisyum hücre teknolojisine sahiptir. Üreticinin Cello teknolojisi, geleneksel üç bara yerine çoklu ince tel bağlantılar kullanarak elektriksel iletimi ve hücre bağlantı performansını iyileştirmeyi amaçlamaktadır (LG, 2017).

Her bir modülün standart test koşullarındaki (STC) nominal maksimum gücü 330 Wp’dir. Modüller, santral sahasında sabit taşıyıcı konstrüksiyonlar üzerine yaklaşık 25° eğimle yerleştirilmiştir. Sabit konstrüksiyonlar, hareketli bileşen içermemeleri nedeniyle izleyici sistemlere kıyasla daha basit bir mekanik yapıya ve daha düşük hareketli parça bakım gereksinimine sahiptir. Bununla birlikte, modüllerin gerçek enerji üretimi güneş ışınımı, hücre sıcaklığı, gölgelenme, kirlenme ve elektriksel kayıplar gibi faktörlerden etkilenmektedir.

 

Çizelge 1.2. LG NeON® 2 LG330N1C-A5 model PV modülünün teknik özellikleri

Özellik	Değer
Hücre düzeni	6 × 10
Hücre tipi	Monokristal silisyum, N-tipi
Hücre boyutları	161,7 × 161,7 mm
Hücre boyutu sınıfı	6 inç
Bara/iletken yapısı	12 telli Multi Wire Busbar
Boyutlar (U × G × Y)	1.686 × 1.016 × 40 mm
Ön yüzey mekanik yük dayanımı	6.000 Pa
Arka yüzey mekanik yük dayanımı	5.400 Pa
Ağırlık	18 kg
Kablo	1.000 mm, 2 adet
Cam	Yüksek geçirgenlikli temperli cam
Çerçeve	Eloksallı alüminyum
İlk yıl maksimum güç garantisi	%98
Yıllık güç azalımı (üretici garantisine göre)	%0,5
25. yıl sonunda garanti edilen güç	%86
NOCT	45 ± 3 °C
Maksimum güç sıcaklık katsayısı	−%0,37/°C
Açık devre gerilimi sıcaklık katsayısı	−%0,27/°C
Kısa devre akımı sıcaklık katsayısı	+%0,03/°C
STC maksimum güç (Pmax)	330 W
STC maksimum güç noktası gerilimi (Vmpp)	33,7 V
STC maksimum güç noktası akımı (Impp)	9,8 A
STC açık devre gerilimi (Voc)	40,9 V
STC kısa devre akımı (Isc)	10,45 A
Modül verimliliği	%19,3
Çalışma sıcaklığı	−40 ila +90 °C
Maksimum sistem gerilimi	1.000 V
Maksimum seri sigorta akımı	20 A
Güç toleransı	%0 ila +3

NOCT koşullarındaki elektriksel özellikler

Özellik	Değer
Maksimum güç (Pmax)	243 W
Maksimum güç noktası gerilimi (Vmpp)	31,2 V
Maksimum güç noktası akımı (Impp)	7,81 A
Açık devre gerilimi (Voc)	38,1 V
Kısa devre akımı (Isc)	8,41 A

Not: STC, standart test koşullarını; NOCT ise nominal çalışma hücresi sıcaklığına ilişkin koşulları ifade etmektedir. Teknik değerler, üretici belgesindeki koşul ve tanımlarla birlikte değerlendirilmelidir.

 

Şekil 1.8’de santralde kullanılan LG NeON® 2 PV modülünün etiket bilgileri gösterilmektedir. Modülün nominal gücü, elektriksel karakteristikleri ve üretici tarafından belirtilen sınır değerleri bu etiket üzerinden takip edilebilmektedir.

 

Şekil 1.8. Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santrali’nde kullanılan LG NeON® 2 PV modülünün etiket bilgileri.

 

Şekil 1.9’da modüllerin santral sahasındaki montajı ve sabit taşıyıcı konstrüksiyonlar üzerindeki yerleşimi gösterilmektedir. Modül yerleşiminin ve eğim açısının enerji üretimine etkisi, santralin bulunduğu konumun güneş geometrisi ve meteorolojik koşulları dikkate alınarak değerlendirilmelidir.

 

Şekil 1.9. Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santrali’nde PV modül montajı.

 

Üretici tarafından belirtilen mekanik yük dayanım değerleri, modüllerin belirli test koşullarındaki yük dayanımını göstermektedir. Bu değerler, gerçek işletme koşullarında rüzgâr, kar yükü, montaj biçimi ve taşıyıcı konstrüksiyon özellikleriyle birlikte ele alınmalıdır. Şanlıurfa’nın güneş enerjisi potansiyelinden etkin biçimde yararlanılması için modül eğimi, yönelimi, gölgelenme durumu ve sıcaklık etkileri santral performansının değerlendirilmesinde dikkate alınmalıdır (LG, 2017).

 

1.4. İnverterler

İnverterler, PV modüllerinde üretilen doğru akımı şebekeye uygun alternatif akıma dönüştüren temel güç elektroniği bileşenleridir. Bunun yanında inverterler, sistemin çalışma parametrelerinin izlenmesi, güç dönüşümünün kontrol edilmesi ve arıza durumlarının tespit edilmesi gibi işlevler de üstlenebilir.

Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santrali’nde kullanılan PVS800-57C-1000kW model merkezi inverterlerin teknik özellikleri, üretici kataloğundan alınan bilgiler doğrultusunda Çizelge 1.3’te sunulmuştur (bk. Ek 2).

 

Çizelge 1.3. PVS800-57C-1000kW inverterin teknik özellikleri

Özellik	Değer
DC giriş özellikleri
MPP çalışma gerilim aralığı	600–850 V
Maksimum DC gerilimi	1.100 V
Maksimum DC akımı	1.710 A
Korunan DC giriş sayısı	8–20 (+/−)
AC çıkış özellikleri
Nominal AC güç	1.000 kW
Maksimum çıkış gücü	1.200 kW
cosφ = 0,95 koşulundaki güç	950 kW
Nominal AC akımı	1.445 A
Nominal çıkış gerilimi	380 V
Çıkış frekansı	50/60 Hz
Akım harmonik bozulması	<%3
Şebeke tipi	TN ve IT
Verimlilik
Maksimum verimlilik	%98,8
Avrupa verimlilik değeri (Euro-eta)	%98,6
Güç tüketimi
Çalışma sırasındaki tüketim	650 W
Bekleme durumundaki tüketim	65 W
Harici yardımcı besleme	230 V, 50 Hz
Boyutlar ve ağırlık
Genişlik × yükseklik × derinlik	3.630 × 2.130 × 708 mm
Yaklaşık ağırlık	2.320 kg

Şekil 1.10’da santralde kullanılan merkezi inverterlerin fiziksel yerleşimi gösterilmektedir. Merkezi inverterler, birden fazla PV stringinden gelen doğru akımın alternatif akıma dönüştürülmesini sağlayarak santral ölçeğinde enerji dönüşümünü gerçekleştirir.

 

Şekil 1.10. Merkezi inverter sisteminin fiziksel görünümü.

 

Şekil 1.11’de merkezi inverter sistemine ait elektriksel bağlantı şeması sunulmaktadır. Şema, doğru akım girişinden alternatif akım çıkışına kadar uzanan enerji dönüşüm yolunu ve ilgili anahtarlama ve koruma bileşenlerini göstermektedir. DC ve AC tarafındaki ayırma ve koruma elemanları, bakım işlemlerinin güvenli biçimde yürütülmesi ve elektriksel arızaların etkilerinin sınırlandırılması açısından önemlidir.

 

Şekil 1.11. Merkezi inverter sisteminin elektriksel bağlantı şeması.

 

İnverter performansının değerlendirilmesinde dönüşüm verimliliği, çalışma gerilim aralığı, güç sınırları, sıcaklık koşulları ve şebeke bağlantı gereklilikleri birlikte dikkate alınmalıdır. Üretici kataloğunda belirtilen maksimum verimlilik değeri, santralin tüm işletme koşullarındaki gerçek verimliliğiyle aynı değildir. Gerçek performans, ölçülen DC giriş ve AC çıkış enerjileri kullanılarak değerlendirilmelidir.

 

1.5. AC ve DC Koruma Elemanları

Güneş enerjisi santrallerinde doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) devrelerinde kullanılan koruma elemanları, elektriksel güvenliğin sağlanması ve ekipmanların arıza koşullarına karşı korunması açısından önem taşımaktadır. Bu elemanlar; aşırı akım, kısa devre ve ilgili devre tasarımına göre diğer elektriksel arıza durumlarında devrenin güvenli biçimde ayrılmasına yardımcı olur.

DC tarafındaki koruma elemanları, PV modüllerinden invertere uzanan elektriksel devrelerde kullanılır. Stringlerin birleştirildiği SCB’lerde uygun sigorta, ayırıcı ve diğer koruma bileşenleri bulunabilir. Bu bileşenlerin seçimi; sistem gerilimi, kısa devre akımı, string sayısı, kablo özellikleri ve üretici gerekliliklerine göre yapılmalıdır.

AC tarafındaki koruma elemanları ise inverter çıkışı ile transformatör ve şebeke bağlantısı arasındaki devrelerde görev yapar. Bu elemanlar, tasarıma uygun koruma ve ayırma işlevlerini yerine getirerek inverter, transformatör ve şebeke bağlantısının güvenli işletimine katkı sağlar.

Şekil 1.12’de santralde kullanılan SCB içerisindeki devre koruma elemanı gösterilmektedir.

 

Şekil 1.12. SCB içerisinde bulunan devre koruma elemanı.

 

Koruma elemanlarının uygun seçilmesi, koordinasyonu ve düzenli kontrolü, elektriksel arıza risklerinin azaltılması ve santralin güvenilir işletimi açısından gereklidir. Bununla birlikte, koruma düzeyi yalnızca devre kesicilere bağlı değildir; sigortalar, aşırı gerilim koruma cihazları, topraklama ve eşpotansiyel bağlantılar da sistem tasarımı kapsamında değerlendirilmelidir.

 

1.6. Transformatörler

Transformatörler, inverter çıkışındaki alternatif akımın gerilim seviyesinin şebeke bağlantısına uygun hâle getirilmesini sağlayan temel elektriksel bileşenlerdir. İnverter çıkışındaki gerilim, santralin bağlantı noktasında ihtiyaç duyulan orta gerilim seviyesinden düşük olduğunda yükseltici transformatörler kullanılır. Gerilim seviyesinin yükseltilmesi, uygun tasarım koşullarında aynı güç için iletim akımını ve buna bağlı hat kayıplarını azaltmaya yardımcı olur.

Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santrali’nde toplam beş transformatör bulunmaktadır. Transformatörlerin santral sahasındaki konumları Şekil 1.13’te gösterilmiştir. Her bir transformatör için belirtilen 1.250 kW/kVA kapasite bilgisi, üretici etiketi veya proje dokümanı üzerinden doğrulanmalıdır. Bu değer 1.250 kVA ise beş transformatörün toplam anma görünür gücü 6.250 kVA olacaktır. Ancak bu değer, santralin aktif güç kapasitesiyle doğrudan eşit kabul edilemez; aktif güç, güç faktörü ve işletme koşullarına bağlıdır.

 

Şekil 1.13. Transformatörlerin santral sahasındaki yerleşimi.

 

Şekil 1.14’te santralde kullanılan transformatör ünitesi gösterilmektedir. Transformatör, inverter çıkışındaki alternatif akımın gerilim seviyesini şebeke bağlantı gerekliliklerine uygun hâle getirerek elektrik enerjisinin aktarılmasını sağlar. Transformatörün verimi, anma gücü, gerilim oranı, bağlantı grubu ve koruma düzeni, sistemin güvenli ve verimli işletimi açısından önemli parametrelerdir.

 

Şekil 1.14. Güneş enerjisi santralinde kullanılan transformatör ünitesi.

 

Transformatörlerin düzenli bakımı ve çalışma koşullarının izlenmesi; aşırı ısınma, yalıtım sorunları ve diğer olası arızaların erken tespiti açısından önem taşımaktadır. Transformatörlerin teknik özellikleri ile inverter ve şebeke bağlantı ekipmanlarının değerleri arasında uyum bulunması, santralin güvenli ve kesintisiz işletimine katkı sağlamaktadır.

 

1.7. Sistem Verilerinin İzlenmesi ve Kaydedilmesi

Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santrali’nin enerji üretimi ve çalışma parametreleri, üniversite bünyesinde oluşturulan web tabanlı SCADA sistemi aracılığıyla izlenmekte ve kayıt altına alınmaktadır. Sisteme ait arayüz Şekil 1.15’te gösterilmektedir. SCADA sistemi üzerinden erişilebilen veriler, mevcut kayıt ve raporlama özelliklerine bağlı olarak günlük, haftalık, aylık ve yıllık dönemlerde incelenebilmektedir.

 

Şekil 1.15. Harran Üniversitesi Güneş Enerjisi Santrali SCADA sistemi.

 

Şekil 1.16’da veri toplama, izleme ve kontrol işlemlerinde kullanılan ekipmanların bulunduğu ünite gösterilmektedir. Bu ünitedeki cihazlar, sistemdeki ölçüm ve izleme altyapısının çalışmasına katkı sağlamakta; ilgili ekipmanlardan alınan verilerin toplanması ve aktarılması için kullanılmaktadır.

 

Şekil 1.16. Veri izleme ve kontrol ünitesi.

 

Fotovoltaik sistemlerde performans izleme ve değerlendirme süreçleri için veri toplama sıklığı ve zaman kayıt aralığı, araştırmanın amacına ve ölçüm altyapısına göre belirlenmektedir. Veriler dakikalık, saatlik veya günlük aralıklarla kaydedilebilir. IEC 61724-1 standardı, fotovoltaik sistemlerin performans izleme, ölçüm ve analiz yöntemlerine ilişkin esasları tanımlamaktadır (IEC, 2021).

Saatlik veriler, enerji üretiminin gün içerisindeki değişimini ve meteorolojik parametrelerle ilişkisini incelemek için kullanılabilir. Ayrıca, uygun ölçüm sınırları ve veri kalitesi sağlandığında performans oranı (Performance Ratio, PR), özgül enerji üretimi ve diğer performans göstergelerinin hesaplanmasına katkı sağlar. Bununla birlikte, kullanılacak kayıt aralığı analiz amacına göre seçilmeli ve veri çözünürlüğünün hesaplamalar üzerindeki etkisi dikkate alınmalıdır.

Bu çalışmada santralden elde edilen veriler, mevcut kayıt düzeni doğrultusunda saatlik zaman çözünürlüğünde analiz edilmek üzere düzenlenmiştir. İzlenen temel parametreler arasında güneş ışınımı, PV modül sıcaklığı ve elektrik enerjisi üretimi bulunmaktadır. Şekil 1.17’de veri kayıt ve analiz sürecinin akış şeması sunulmaktadır.

 

Şekil 1.17. Veri kayıt ve analiz sürecinin akış diyagramı.

 

Enerji üretim verilerinin inverter çıkışından elde edilmesi durumunda, ölçülen değerler inverterin AC çıkışındaki enerji üretimini temsil eder. Bu ölçüm sınırı, PV modüllerinden invertere kadar olan DC taraftaki kayıpların ayrıca değerlendirilmesini gerektirebilir. İnverter çıkışında ölçülen AC enerji, inverterin dönüşüm sırasında oluşan kayıplarını fiilî çıkış değerine yansıtır; ancak ölçüm noktasının konumuna bağlı olarak inverter sonrasındaki kablo, transformatör ve diğer şebeke bağlantı ekipmanlarında meydana gelen kayıpları kapsamayabilir.

Bu nedenle performans analizlerinde ölçüm noktasının açıkça tanımlanması, enerji verilerinin hangi elektriksel sınırı temsil ettiğinin belirtilmesi ve meteorolojik verilerle zaman eşleştirmesinin yapılması gerekmektedir. Verilerin kalite kontrolünden geçirilmesi, eksik veya hatalı kayıtların belirlenmesi ve ölçüm belirsizliklerinin değerlendirilmesi, elde edilen sonuçların güvenilirliğini artıracaktır.