Genel
Güneş enerjisi santrallerinde inverter seçimi
Utku Polat, Elektrik Yüksek Mühendisi
Emre Öngay, Elektrik Mühendisi
Dünya genelinde 2040 yılına kadar enerji üretimine yapılacak yatırımın 12 trilyon dolar olacağı ve bu tutarın yaklaşık 3,9 trilyon dolarının ise güneş enerjisine yatırılacağı öngörülüyor. Ülkemizde ise güneş enerjisi santrallerine yapılan yatırım 2014 yılından sonra çok hızlı bir şekilde artmıştır. TEİAŞ’ın açıkladığı “Kurulu Güç” raporunda 2018 Haziran sonu itibariyle 4.725,9 MW ulusal şebekeye bağlı güneş enerjisi santrali bulunmaktadır. Bu rakamın önümüzdeki yıllarda daha da artması beklenilmektedir.
Şekil 1 – Türkiye Güneş Enerjisi Santralleri Kurulu Gücü
Yatırımın bu kadar hızlı arttığı güneş enerjisi santralleri tasarımında ekipmanların seçimi, yatırım maliyetinin geri dönüş hızını etkileyen en önemli faktördür. Bu seçimi yaparken ilk yatırım maliyetini göz önünde bulundururken, işletme ve bakım maliyetlerini, santralin ömrü boyunca ihtiyaç duyulacak yedek malzeme maliyetini ve santralin ömrü boyunca yapacağı üretimi de hesaplamak gerekir.
Bir güneş enerjisi santralinde, Şekil 2’de de görüleceği gibi, toplam maliyetin yaklaşık %15’ini elektrik kapsamı oluşturmaktadır. Elektrik kapsamının ise yaklaşık %50’si inverter maliyetidir. Bu nedenle güneş santrallerindeki en önemli ekipmanlardan biri olan inverterin hangi kriterlere göre seçilmesi gerektiğini inceleyeceğiz.
Şekil 2 – Güneş Enerjisi Santrali Maliyet Dağılımı
Inverter seçiminde göz önünde bulundurulan başlıca kriterler aşağıda listelenmiştir. (2)
- İlk yatırım maliyeti
- Elektrik satış fiyatı
- Santralin kurulacağı coğrafi koşullar/çevre koşulları
- Kullanılacak modülün teknik verileri
- Performans oranı
- Montaj veya alan kısıtları
- İşletme emre amadeliği
- Bakım veya tamir ihtiyacı
- Inverter uzmanlarının bölgeye ulaşabilirliliği
- Yedek malzemenin bulunma durumu
- Inverterin MPP değerleri
- Inverterin gücünün sıcaklık ile değişimi
Güneş enerjisi santrallerinde genelde iki farklı tip inverter kullanılmaktadır:
- Dizi (String) Inverter
- Merkezi (Central) Inverter
Çalışma prensipleri açısından; dizi inverterlere, birbirine seri olarak bağlantıları yapılmış olan fotovoltaik panel dizisi direkt bağlanmaktadır. Dizi inverterden alternatif akım toplayıcı bir panoya ve bu panodan da transformatör üzerinden şebekeye bağlantı sağlanmaktadır. Merkezi inverterlerde ise fotovoltaik panel dizilerinin bağlantıları bir doğru akım toplayıcı kutusunda toplanmakta ve bu kutudan merkezi invertere bağlantı sağlanmaktadır. Merkezi inverterden ise transformatör üzerinden şebekeye bağlantı sağlanılmaktadır.
Şekil 3 – Merkezi ve Dizi Inverter
Küçük ölçekli santrallerde ve çatı tipi uygulamalarda, verimlilik açısından dizi (string) inverter seçimi yapılmaktadır. Şebekeye bağlı büyük ölçekli santrallerde ise bu seçim biraz daha kafa karıştırıcı hale gelmektedir.
İlk yatırım maliyeti açısından bakıldığında, büyük ölçekli güneş enerjisi santrallerindeki inverter maliyetleri Tablo 1’de gösterilmiştir. Tablodaki değerler incelendiğinde; büyük ölçekli güneş enerjisi santrallerinde merkezi inverter kullanılmasının ilk yatırım maliyeti açısından tercih sebebi olduğu görülmektedir. Gelişen teknoloji ile beraber dizi inverter maliyetlerinde bir azalma beklenmesine rağmen merkezi inverterlerin ilk yatırım maliyeti açısından avantajlı durumda kalacağı beklenmektedir. (3) Bununla birlikte ilk yatırım maliyeti dışında diğer kriterlerin de değerlendirilmesi gerekmektedir.
Tablo 1 – Inverter fiyat karşılaştırması (4)
Merkezi inverterlerden beklenen ortalama ürün ömrü 20-30 yıl arasında değişmektedir. Gelişen teknoloji ile birlikte dizi inverterlerde 10-15 yıl arasında olan bu süre merkezi inverterlere yaklaşmaya başlamıştır. Ürünün beklenen ömrü sırasında oluşacak arızalar da maliyeti etkileyecek faktörlerden birisidir. Bu noktada göz önünde bulundurulması gereken değerlerden birisi arızalar arasındaki ortalama zamandır (MTBF: Mean Time Between Failure). Her ne kadar merkezi ve dizi inverterlerde bu süre birbirine yakın olsa da, aynı güçteki bir santralde daha fazla dizi inverter kullanılacağı için arıza olasılığı daha fazla olacaktır. Dizi inverterlerdeki arızalarda, yerinde arızaya müdahale etmek yerine ürün değişimi yapılmaktadır. Bu nedenle sahada yedek inverter tutulması gerekmektedir. Merkezi inverterlerde ise ağırlıklı olarak servis bakım anlaşmaları yapılmaktadır. Bu sayede santralin ömrü boyunca ihtiyaç duyacağı yedek malzeme maliyeti azalmaktadır.
Sonuç olarak inverter tipine karar verirken birçok husus göz önüne alınmalıdır. Engebeli arazi veya gölgelenmenin fazla olduğu, ulaşılabilirliliğin az olduğu ve gerekli yeterlilikte teknisyenin bulunmadığı bölgelerde büyük ölçekli güneş enerjisi santralleri için dizi inverter tercih sebebi olabilir. Ancak büyük ölçekli güneş enerjisi santrallerinde merkezi inverterlerin tercih edilmesi ilk yatırım maliyeti ve işletme maliyetleri açısından dizi inverterlere göre avantaj sağlamaktadır.
Kaynakça
- TEİAŞ. Sektör Raporları. Ankara : TEİAŞ, 2018.
- Distrubted vs. Central Inverters – A Comparision of Monitored PV Systems for The 25th EU PVSEC / WCPEC-5. A. Kröger-Vodde, A. Armbruster, V. Hadek, W. Heydenreich, K. Kiefer. 2010. DOI:10.4229/25thEUPVSEC2010-4BV.1.56.
- MOSKOWITZ, Scott. https://www.greentechmedia.com/articles/read/will-string-inverters-completely-replace-central-inverters-in-the-us-solar. [Çevrimiçi] 30 Haziran 2016.
- Ran Fu, David Feldman, Robert Margolis,Mike Woodhouse, and Kristen Ardani. U.S. Solar Photovoltaic System . basım yeri bilinmiyor : NREL, 2017. NREL/TP-6A20-68925.