Güneş enerjisinde temel kavramlar

Güneş enerjisi sistemini doğru kurmak için önce birkaç kavramın oturması gerekir. Bu derste en sık karıştırılan kavramları sırayla anlatıyoruz.

Ah ile A farkı

Ah (amper-saat) akünün kapasitesidir: ne kadar enerji depoladığı. A (amper) o an akan akımdır. 100 Ah'lik bir akü 20 A ile yaklaşık 5 saatte boşalır. Bir akünün '100 Ah' olması ondan 100 A çekilebileceği anlamına gelmez.

C oranı

Akımı kapasiteye göre anlatır. 1C = kapasite kadar akım. 100 Ah akü için 0,2C = 20 A, 0,5C = 50 A. Ömür için jel akü ~0,1C ile şarj edilir (en fazla 0,2C), AGM 0,1–0,2C (en fazla 0,3C); lityum genellikle 0,5C ile şarj edilir, koruma devresi 0,5–1C'ye izin verir.

Seri ve paralel

Seri bağlamada voltajlar toplanır, akım aynı kalır (4 × 12 V = 48 V). Paralel bağlamada akımlar ve kapasite toplanır, voltaj aynı kalır (2 × 100 Ah = 200 Ah).

Soğukta voltaj yükselir

Panel voltajı sıcaklık düştükçe artar. 25 °C'de 500 V olan bir dize −15 °C'de 550 V'u geçebilir. İnvertörün en büyük tehlikesi kış sabahı, güneşin ilk vurduğu andır.

PWM ile MPPT farkı

PWM şarj cihazı paneli bir anahtar gibi doğrudan aküye bağlar; panel akü voltajında (12 V akü için ~14 V) çalışır. Panelin çalışma voltajı daha yüksekse (ör. 31 V) aradaki fark kullanılamaz: 410 W panelin yarısından azı aküye ulaşır. MPPT fazla voltajı akıma çevirir, gücün ~%95'ini aküye verir. PWM yalnız akü voltajına uygun 36 hücreli '12 V tipi' panellerle mantıklıdır.

MPPT

Maksimum güç noktası izleyici. Panelin her an en çok güç verdiği voltaj–akım noktasını bulur. Her MPPT girişine aynı yöne bakan, aynı sayıda panelli dizeler bağlanmalı.

Optimum voltaj

İnvertörler geniş bir aralıkta çalışır ama verimleri belli bir voltajda (nominal) en yüksektir. Dizenin tipik çalışma voltajı bu değere yakın seçilirse yıl boyunca birkaç puan daha fazla enerji alınır.

Başlangıç voltajı

İnvertörün sabah açılması için gereken en düşük voltaj. MPPT alt sınırından farklı (çoğu zaman daha yüksek) olabilir. Az panelli dizelerde invertör geç açılır.

Kırpma

Panelden gelen akım ya da güç invertörün kullanabileceğinden fazla olunca fazlası kullanılmaz. Cihaza zarar vermez ama enerji kaybıdır.

Kullanılabilir kapasite

Kurşun asit akülerin ömrü için yarısından fazlası kullanılmamalı (%50). Lityumda %80–90 kullanılabilir. Bu yüzden aynı kullanılabilir enerji için yaklaşık iki kat kurşun asit akü gerekir.

Akü haberleşmesi

Lityum akünün koruma devresi (BMS), invertöre ne kadar akımla şarj edileceğini kablo üzerinden (CAN ya da RS485) söyler. En yaygın ortak dil, piyasada "Pylon" adıyla bilinen protokoldür. 'CAN var' yazması uyumlu demek değildir.

Yüksek voltaj akü

Akü modülleri seri bağlanarak 100–600 V'a çıkar. Aynı güç düşük akımla taşınır; kablo incelir, kayıp azalır. Ama yalnız invertör üreticisinin onay listesindeki aküler çalışır.

Tepe ve sürekli akım

Belgelerdeki '1000 A (5 sn)' gibi değerler kısa süreli tepedir. Tasarımda sürekli akım değeri esas alınır.

Işınım ve güneşlenme süresi

Güneşlenme süresi güneşin göründüğü saattir. Üretimi belirleyen ise ışınımdır: bir metrekareye bir günde düşen güneş enerjisi (kWh/m²·gün). Bu sayı aynı zamanda günlük 'tepe güneş saati'dir: 5 kWh/m²·gün, panelin 5 saat tam güçte çalışması kadar enerji demektir. Uygulama her il için iki bağımsız kaynağın (PVGIS ve NASA; lisanslı sürümde MGM) 12 aylık ışınım ortalamasından her ay küçük olanı kullanır.

Panel eğimi

Güneş kışın alçak, yazın yüksektir. Şebeke bağlantılı sistemde yıllık üretim için Türkiye'de ~28–32° en iyisidir (yıllık üretimin ~%60'ı Nisan–Eylül'de gelir; 25–35° arası fark %1'den az). Yıl boyu kullanılan akülü sistemde en zor ay kış olduğu için eğim enlem + 15° alınır (Türkiye'de 51–57°): yaz üretimi biraz düşer ama kış kurtarılır. Yalnız yazın kullanılan sistemde (tarımsal sulama gibi) Nisan–Eylül'de en çok üreten açı 12–16°'dir; 15°'nin altında panel yağmurla temizlenmez, bu yüzden en az 15°.

Kullanım dönemi ve en zor ay

Akülü sistem, kullanılacağı dönemdeki en az güneşli aya göre boyutlandırılır. Tüm yıl kullanılan bir evde bu genellikle Aralık'tır; yalnız yazın kullanılan bir bağ evinde ise çok daha az panel ve akü yeter.

Panel neden tüketimden fazla seçilir?

Şebekesiz sistemde panel, en zor ayda günlük tüketimin 1,2 katını üretecek şekilde seçilir. Üretim tüketime tam eşit olsaydı bulutlu günlerde boşalan akü geri dolmazdı; %20'lik pay aküyü doldurur. Kurşun asit ve jel aküler uzun süre tam dolmazsa sülfatlaşır, ömürleri kısalır: kışın en geç ayda bir tam dolduğunu kontrol edin, dolmuyorsa jeneratör veya şebekeyle tamamlayın ya da tüketimi birkaç gün azaltın. Yazın fazla üretim boşa gider; en zor aya göre tasarımın bedeli budur.

DC ark

AC akım saniyede 100 kez sıfırdan geçtiği için ark kendiliğinden söner. DC akımda böyle bir an yoktur; ark sürer. Bu yüzden DC tarafında yalnız DC değerli şalter ve sigorta kullanılır.