8/4/2014
İKLİM:ENERJİ
PLATFORMU
BİLGİLER PAYLAŞILDIKCA,
DAHA DA BÜYÜYORUZ...
BÖLÜM 6
www.facebook.com/iklimenerji| FV Sistemlerde PID Etkisi
Başlarken: İklim:Enerji Platformu bir süre önce, SMS-Enerjinin katkıları ile oluşturulmuş,amacı,
insanlarımızı Yenilenebilir Doğal
Enerji Kaynakları/Sistemleri konusunda bilgilendirerek,
dünyadaki gerek teorik, gerekse de pratik uygulamaları anlatan-paylaşan, yapmış olduğu
paylaşımlardan ekonomik beklentisi olmayan, herhangi bir üretici yada organizasyona bağımlı
olmayan ve hareket merkezine „doğayı atalarımızdan miras değil, gelecek nesillerden ödünç
aldık“ felsefesini yerleştirmiş bir platformdur. Platformun amacı kullanıcıların bilgilendirilmesi,
yeni teknolojilerle tanıştırılması olmakla birlikle, diğer önemli amaçlarından birisi de, pratik
uygulamalarda gözlemiş olduğu sistem ve montaj hataları konusunda da uygulayıcı firmaları
uyarmaktır. Oldukca önemli olduğunu düşündüğümüz bu konu, önümüzdeki süreçde,
insanların doğal enerji kaynaklarına yönelmesinde ciddi bir katkı yapacaktır. Uygulayıcı
firmaların, uygulamalarını doğru yapması, sistemlerin istenildiği şekilde verimli çalışması
insanların doğal kaynaklı enerjilere yönelmesinin de önünü açacaktır. Bu tespitimizden dolayı,
oldukca güncel olan fotovoltaik sistemlerle ilgili yazı dizimize konunun uzmanı ile başlamanın
doğru olduğunu düşünmekteyiz…Yaklaşık 10 bölümü içereceğini düşündüğümüz yazı dizisi,
fotovoltaik sistemlerin temel bileşimi olan Modüller ve bunlarla ilgili bilinçli yada bilinçsiz olarak
oluşturulmuş değişik önyargıların irdelendiği bölüm ile başlıyor…
Okuyucunun büyük bir dikkat ve ilgi ile izleyeceğini düşündüğümüz yazı dizilerinin oluşumunda
tüm emeği geçen dostlarımıza, bizlere, eleştirileri ile hatalarımızı gösteren/gösterecek olan tüm
okuyucularımıza şimdiden teşekkür ederiz…
İklim:Enerji Platformu
www.facebook.com/iklimenerji
mail:[email protected]
Not: Yazı dizilerimiz, kaynak belirtilerek elbet de kullanılabilinir..
Photon dergisi, 2010 yılının –yanlış hatırlamıyorsak- Aralık sayısında, tüm fotovoltaik
sistem kurucularını, fotovoltaik sistemlerde kaçak akım nedenleri ile yüksek sistem gerilimlerine
bağlı olarak ciddi verim düşüşlerinin tespit edildiği noktasında uyarmıştı. Bu sürecin ardından
gerek bağımsız araştırma kuruluşları ( TÜV vb…), gerekse de bir çok modül üreticisi olayı
detayları ile incelemeye çalışmışlar, olayın nedenlerini ortaya çıkartıp, önleyici tedbirlerin neler
olabileceğini ve hangi tip modüllerin verim düşüşlerine, hangi nedenlerden dolayı yaşadığı vb..
yoğun bir araştırma içerisine girmişlerdir…Tüm bu süreç sonunda ortaya çıkan gerçek; bu
olayın sistemlerde %30 lara kadar verim düşüşlerine neden olduğu ve yüksek ortam sıcaklıkları
ile yüksek ortam rutubetlerinin bu olayı – PID olarak adlandırılan, „Topraga karşı potansiyel
farkina bağli verim düşüşleri“ olarak açıklayabileceğimiz—daha da tetiklediği ve en önemlisi,
kullanılan kapsülleme malzemesi(EVA) ve Hücre Antirefleks kaplama malzemesinin bu olayın
gerçekleşmesinde çok ciddi bir rol oynadığının ortaya çıkması olmuştur…
Ülkemizin yaz aylarında avrupa ülkelerine kıyasla oldukca yüksek sıcaklıklara maruz kaldığı,
havadaki tuzlu rutubetin yine avrupa ülkelerine göre çok daha yüksek düzeylerde olduğu, tüm
bunların yanı sıra, bir çok sistem kurucu firmanın „ihaleleri alabilmek“ için oldukca kalitesiz, ucuz
modüllerle ihalelere girerek, ihaleleri alması ,ileride ülkemizde ortaya çıkacak çok ciddi
sorunların habercisi olmaktadır. Bu sorunların en başında, yatırımcının güneş enerjisi
sistemlerine, yaşadıkları verim düşüşleri, buna bağlı olarak yatırımlarının geri dönüş süreçlerinin
hesaplanan teorik değerlerden oldukca büyük sapmalar göstermesi nedenleri ile güven
duymayacak ve bu güvenin tekrar geri kazanılması için yoğun bir çaba ortaya konacaktır. Her
şeyin ötesinde ülkenin ekonomik kaynaklari heba edilecek, ülkemiz ileride bir modül çöplüğüne
dönüşecektir.
Şirketimiz SMS Enerji , oluşturmuş olduğu İklim:Enerji Platformu aracı ile FV Sistemleri
ilgilendiren bir çok önemli konuyu detayları ile inceleyerek, yapılan/yapılması muhtemel hataları
bilimsel bir çerçevede inceleyerek/derleyerek, tüm sistem kurucu firmaları ve yatırımcıları
uyarmayı ertelenemiyecek bir görev olarak görmüstür. Bu anlamda ülkemiz PV sistemleri için
oldukca önemli bir sorun olan PID nedenli sistem verim düşüşlerini mercek altına alarak, bu
derlemenin gerekli olduğunu düşünmekteyiz…
PID(Potential Induced Degradation)- Potensiyal Farkına Bağlı Verim DüşüşleriHer ne kadar bu sorunun ortaya çıkışı 2010 yılı olarak bilinse de, aslında Photon Dergisi
2006/2007 yılllarında yayınlanan bazı sayılarında, kontaklama bölgeleri modüllerin arka
kısmında olan yüksek verimli modüllerde sorunu tespit etmiştir. Yine Photon Dergisinin 1-2008
ve 8-2008 aylarındaki sayılarda bu sorunun SunPower ve bazı Evergreen modüllerinde de tespit
edildiği yayınlanmıştır. 2010 yılına kadar standart modüller olarak adlandırılan (p-tip silisyum
hücrelerden oluşan) modüllerde PID olayı mercek altına alınmış değildi. Her ne kadar , o
dönemde “bilinmeyen nedenlerden dolayı “ sistemlerdeki verim düşüşleri biliniyor olsa da, gerek
bağımsız test kuruluşlarının, gerekse de modül üreticilerinin bu konu üzerinde yoğunlaştığı
söylenemez. Sistemlerdeki verim düşüşlerinin artık sürekli yaşanır bir durum alması, Fotovoltaik
piyasasının çok ciddi zararları yaşamasının eşiğinde olduğu bir dönemde, olayın aydınlatılması
ve nedenlerinin ortadan kaldırılması için başta TÜV ve bazı modül üreticileri olmak üzere bir çok
ciddi çalışmalara yönelinmiştir.
PID Nedir ve Nasıl Oluşur?
Topraklanmamış fotovoltaik sistemde, toprağa karşı artı yada eksi bir potansiyel fark
oluştuğu bilinmektedir. Bu potansiyel fark , herhangi bir dizinin (string) baslangıç yada
sonlarında oluşur( genel olarak dizin(String) sonlarında gözlenir).Herhangi bir kristalize standart
modülde ( P-Tip Silisyum) toprağa karşı eksi bir gerilimin ortaya çıkması ile , kaçak akımın
hücreden, kapsülleme malzemesi (EVA) ne , EVA üzerinden modül camına ve buradan da
Modül kasası üzerinde toplanacağı bilinmektedir( Sekil 1.)
Sekil 1. Iyonların Alüminyum çerçeve üzerinde kaçak akım oluşturma mekanizmaları.
Ortaya çıkan kaçak akım, artı iyonların hücre (antirefleks kaplama üzerinde) üzerinde
toplanmasına/yoğunlaşmasına neden olacaktır. Hücre yüzeyinde yoğunlaşan artı yüklü iyonlar,
eksi yüklü iyonları hücre yüzeyine doğru çekeceği için sistem, üretmesi gereken akımı
üretemeyecek ve sistemde verim düşmeleri ortaya çıkacaktır.
Sekil2. Kaçak akım/ sistem gerilimleri arasındaki ilişkiyi açık bir şekilde göstermektedir. Sistem
gerilimi ne denli yüksek olursa, toprağa karşı oluşan potansiyel farkı ve buna bağlı olarak da
ortaya çıkan kaçak akım değeri o denli yüksek olur.
Sekil 2. Solar Jenaratör geriliminin (VSG) Toprak Potansiyeline karşı simetrik dağılımı
Modüllerin eksi uçlarının topraklanması ile , toprağa karşı artı bir potansiyel ortaya
çıkacaktır. Bu durumda , yukarıda anlatılan olayın tersi gerçekleşerek, sistem bir süre sonra
kendisini tekrar normale dönüştürecektir.
Solar modüllerin toprağa karşı gerilimlerine bağlı olarak, sistemler azda olsa bir miktar kaçak
akımın hücrelerden çıkarak, EVA ve cam üzerinden modül kasasına ulaşıp, kasa üzerinde
toplandığı bir gerçektir. Hücreler üzerinde hangi yüklü ( artı yada eksi) iyonların toplanacağı
tamamen hücrenin üretim teknolojisine bağlıdır. Yukarıda bahsetmiş olduğumuz arka kısım
kontaklı yüksek verimli SunPower modüllerinde kullanılan hücreler n-katkılı hücrelerdir. Toprağa
karşı artı bir potansiyelin oluşması ile bu tip hücre yüzeylerine hücre/sistem verimini oldukca
düşürecek eksi yüklü iyonlar çekilecektir. P-katkılı hücrelerin kullanıldığı modüllerde, hücreler
üzerinde, bir önceki durumun tersi olarak, artı yüklü iyonlar çekilecektir.Artı yüklü iyonların
yoğunlaşması nedeniyle de toprağa karşı oldukca yüksek eksi bir gerilim ortaya çıkacaktır ki, bu
durumda da sistem verimleri oldukca düşecektir. Birinci durumda orataya çıkan durumun geriye
döndürülerek nötralize edilebilmesi için sistemin eksi ucunun topraklanması gerekir.
Modüllerin PID e karşı dayanım testleri ve test yöntemleri:
Yukarıda bahsetmiş olduğumuz gibi, gerek TÜV gerekse de bir çok Modül üreticisi
firmaların PID sorununa eğilmesi ile birlikte bir dizi değisik test yöntemleri geliştirilmiş, bunlar
içerisinde herkesin hemfikir oldugu test yöntemi tüm sektör tarafından kabul görmüştür. Bu test
yönteminde Şekil 3. de görüldüğü gibi modüller 1000V a kadar kademeli olarak yükselen bir
gerilime tabi tutulurlar. Test süresi 336 (3 hafta) saattir. Belirli süreler sonunda belirli gerilimlere
tabi tutulan modüllerin Elektrolimünenz (EL) çekimleri ve Nominal güç ölçümleri gerçekleştirilir.
Sekil 3. Modüllerin PID Test düzenekleri
PID Testi öncesi Modülün EL Fotoğrafı
PID Testi sonrası Modülün EL Fotoğrafı
Sekil 4. Bir Poli Kristal Modül PID öncesi ve sonrası EL çekimleri ile Akım/Gerilim Eğrileri
Aşağıdaki şekillerde bir polikristal modülün açıklanan test yöntemi ile teste tabi tutulması sonunda çekilen
EL fotoğrafları ile akım/gerilim eğrileri görülmektedir. Test edilen modül, 85°C lik çevre sıcaklığı ve %85 lik ortam
rutubeti içerisinde yaklaşık 30 saat sonunda nominal gücünde yaklaşık olarak %80 lik bir güç kaybına maruz
kalmıştır.
Sekil 5. Poli Kristan bir Modülün PID testi sürecinde değişik saatlerde çekilen EL görüntüleri ile Akım/Gerilim
eğrileri
(Test Şartları: Ortam Sıcaklığı 85°C, Ortam Rutubeti %85, Gerilim : -1000 Volt)
Ortam rutubeti (%85) sabit tutularak, iki farklı sıcaklık değerlerinde ( 25°C ve 85°C)
yapılan testlerde Modüllerin EL çekimlerinde 85°C de teste tutulan aynı modülün 25°C deki test
sonuçlarına göre yaklaşık %92 olduğu tespit edilmiştir.
Yukarıdaki fotoğraflardan da gözlenebileceği gibi, yüksek ortam sıcaklıkları ve ortam
rutubetleri modüller üzerinde oluşan PID etkili verim düşüşlerini tetiklemektedir.
Sekil 6. Modüllere sabit ortam rutubeti(%85) ve değişik sıcaklıklardaki PID etkisi
Yukarıdaki şekilde görülebileceği gibi, ortam rutubetlerinin sabit tutularak sadece
sıcaklığın 25°C den 85°C ye çıkarılması sonucunda modül nominal güç değerinde %95 lik bir
değer düşüşü tespit edilmiştir. Verim düşüşleri nedeniyle hücrelerin görmüş olduğu zarar EL
fotoğraflarında da gözlenmektedir.
Genel anlamı ile PID e dayanım testi sonunda nominal güçlerinde %5 ve daha altında
değer kaybeden modüllerin “PID e dayanımlı” olduğu Kabul edilerek, bu tip modüller A sınıfı
Modüller olarak değerlendirilirler. Test sonunda nominal güçlerinde %5 ile %30 arasında değer
kaybeden modüller ise B Sınıfı modülleri, yine testler sonucunda nominal güç değerlerinde %30
un üzerinde değer kaybeden modüller ise C Sınıfı Modüller olarak sınıflandırılırlar.
Modüllerin PID Kalite Sınıfları;
A Sınıfı ΔP < 5%
B Sınıfı5% < ΔP < 30%
C Sınıfı ΔP > 30%
Şekil 7.) 50 farklı modul üzerinde yapılan test sonuçları
Almanya da yapılan 50 farklı modül üreticisine ait 50 farklı modülde PID testleri
sonucunda, testleri yapılan modüllerin ancak %22 si A Sınıfı Modüller, %9 civarında modüller B
Sınıfı Modüller ve geri kalan %70 e yakın modüller ise C Sınıfı Modüller olarak
sınıflandırılmışlardır.
Sonuç ve alınması gereken önlemler:
Şekil 7. deki grafikte görüldüğü gibi, Almanya da 50 farklı modül üreticisinin üretmiş
olduğu modüllerin testleri sırasında modüllerden ancak %22 sinin A sınıfı içerisinde
sınıflandırılmış olması, sorunun ne denli ciddi ve ertelenemez olduğunu bizlere göstermektedir.
PID e karşı yapılması gerekenler;
a.) Mümkün olduğunca, modül üreticilerinden, kullanılacak modüllere ait „PID’e
dayanım Sertifikaları“nın talep edilmesi.
b.) Bu sertifikaların bulunmaması ve sertifikasız modüllerin kullanılması durumunda
modül üreticilerinden mutlaka modüllerinde hangi tip hücre kullanıldığı ( p ya da n-tip)
ve modüllerin hangi pol ( artı ya da eksi) üzerinden topraklanmaları gerektiği bilgisini
talep ederek, modül üreticisinin vermiş olduğu bu bilgiye istinaden tüm sistemler, artı
ya da eksi pol üzerinden topraklanmalıdır ( Topraklama konusundaki teknik desteği
SMS Enerji mühendislerinden talep edebilirsiniz)
c.) Sistemlerin montajlarının bitirilmesi sonucunda sistemlerin toprağa karşı potansiyel
farkını mutlaka evomex tarafından geliştirilen özel ölçüm cihazları ile ( bkz. Sekil 8.
Ve 9.) ölçünüz. Potansiyel farkı kullanılacak modüllere bağlı olarak
değişebilecektir.(Detaylı bilgileri SMS Enerji Mühendislerinden talep edebilirsiniz)
d.) Herhangi bir ölçümü yapılmadan kurulan sistemlerde, nedeni belirlenemeyen verim
düşüşlerinin yaşanması durumunda, SMS Enerji , EL ölcüm cihazları ile string(dizin)
son bölümleri fotoğraflanarak yada toprağa karşı potansiyel farkları ölçülerek, sistem
verim düşüşlerinin PID nedeni ile olup olmadığını tespit edebilir. Kurulan ya da
kurulacak tüm sistemleri profesyonel monitoring sistemlerine( örnegin Iplon-detaylı
bilgiyi SMS Enerji Mühendislerinden talep ediniz-) bağlanarak, özellikle DC bölüm
verimleri kontrol edilmelidir.
e.) Sistemlerde kullanacağınız akım değiştiricilerinde, DC bölümünde kacak akımın
ortaya çıkması ile , akım değiştiricinin alarm durumuna geçerek kullanıcıyı uyarma
özelliğinin olup olmamasına dikkat ediniz ( SamilPower Akım Değiştiricileri bu
özelliklere sahiptir.)
Sekil 8.) Fotovoltaik Modülün Evomex ölçüm cihazı ile İzolasyon Direncinin Ölçülmesi
Ölcüm sırasında modül şekilde görüldüğü gibi bağlanarak, artı/ eksi ve modül çerçevesi
arasında izolasyon ölçümü gerçekleştirilir.
Sistem Gerilimi
(U0 x 1,25)
< 120 V
120…500 V
> 500 V
EN 62446 e göre İzolasyon Gerilim Değerleri
Ölçüm Gerilimi
Sınır Değeri
250 V
500 V
1000 V
0,5 MΩ
1 MΩ
1 MΩ
48V
144V
VV
Sekil 9.) Fotovoltaik Modülün yada stringlerin(Dizinlerin) Topraklama Ölçüm Testleri
Ölçüm sırasında Evomex cihazının bağlantısının yapılması ile gösterge üzerinde “Açık
Devre Gerilim” değeri dışında ikinci bir değer olarak Topraklama Gerilimi görülecektir.Gösterge
üzerinde gözlenen ikinci gerilim değeri tablo sınır gerilim değerleri ile karşılaştırılarak,
topraklama gerilim değerinin sınırlar içerisinde olup olmadığı tespit edilebilinir.
Örneğin:
U0: 144V
Ue: 48V
RISO:<1MΩ
Yazının başında da altını çizmiş olduğumuz gibi, ülkemizde son bir iki yıldır fotovoltaik
sektörün baş döndürücü bir hızla ilerlediği böylesi bir süreç de, tüm EPC ( Planlama/Montaj
Firmaları) firmaları gerek kamu sektöründe ki gerekse de özel sektörde, sektörlerin
ihtiyaçlarına/istemlerine karşılık gelecek fotovoltaik sistemlerin yaşama geçirilmesi için
olabildiğince yoğun bir rekabet içerisine girmiş bulunmaktadırlar. Özellille Avrupa da sektörün
çok ciddi bir şekilde yavaşladığı durma noktasına geldiği böylesi bir süreç de dünya piyasasında
rol oynayan büyüklü küçüklü hemen hemen tüm modül ve Akım Değiştirici üreticilerini gözlerini
Türkiye pazarına dikerek, pastadan paylarını alabilme amacıyla düşük kalitelerdeki ürünlerini
ülkemiz pazarına sunmaya çalışmaktadırlar. Fiyatları her ne pahasına olursa olsun düşürerek
sistem kurulumlarını alabilmek için oldukca kalitesiz modüllerin ( en iyi modüller olarak lanse
edilerek) çok ucuz fiyatlarla piyasa da dolaştığını bizzat kendimizin yapmış olduğu EL
ölçümlerinde de yaşamış bulunmaktayız. Tüm EPC firmalarımızı ve müşterilerimizi gelecek de
çok ciddi kayıplara ve telafisi mümkün olamayacak sonuçlara neden olacak bu tip „kısa gün
karı“ anlayışlara karşı bir kez daha uyarmak isteriz.
Iklim:Enerji Platformu
http://www.smsenerji.com:8080/SmsEnerji/#post-20
www.facebook.com/iklimenerj
Download

BİLGİLER PAYLAŞILDIKCA, DAHA DA