Güneş Enerji Santralleri'nin Aşırı Gerilim ve Yıldırımdan Korunması

Güneş enerji santrallerinin aşırı gerilim ve yıldırımdan korunması sistemin güvenliği ve çalışması açısından büyük önem taşımaktadır. Yıldırımdan korunma ve topraklama sistemi bir bütün olarak ele alınmalı; topraklama, eşpotansiyel sistem, dış yıldırımlık sistemi ve iç yıldırımlık sistemi entegreli bir şekilde dizayn edilmelidir. Bu yazımızda öncelikli olarak iç yıldırımlık sistemleri ve dış yıldırımlık sistemlerinin dizaynı konusunda tespitler sunacağız.

A- A+

07.04.2014 tarihli yazı 54440 kez okunmuştur.

Güneş Panelleri Yıldırımdan Nasıl Korunur?

Fotovoltaik sistemler ülkemizde son zamanlardaki üstün gayretlerle birlikte oldukça yaygın hale gelmektedir. Sektörün hacmi her geçen gün büyümekte; ekonomik döngüye onlarca yeni firma ve yatırımcı eklenmektedir.

Güneş Enerji Sistemlerindeki büyüme ülkemiz ve geleceğimiz adına oldukça olumlu bir gelişme olarak görülmektedir. Bu aşamada belirtmeliyiz ki, bu konudaki gelişime paralel olarak projelendirme, uygulama, devreye alma ve malzeme seçimi gibi temel konularda mevcut standartlar ülkemizde henüz tam olarak oturmadı. Bu durumu aşmak adına doğru ve fizibiletisi uygun sistemler kurmak için sürekli araştırıp, yeniliklere açık olmak zorundayız.

Fotovoltaik sistemlerinin yatırım boyutları ele alındığında uzun yıllar sistem sürekliliği sağlanabilmelidir. Bu nedenle projelendirme aşamasından sistemin kabulüne kadar her aşamada standartlara uygun, teknik açıdan doğru ürün seçilmeli ve sistem güvenliği sağlanmak zorundadır.

Şekil 1: Fotovoltaik sistemlerin yatırım boyutları ele alındığında uzun yıllar sistem sürekliliği sağlanmak zorundadır. Bu nedenle projelendirme aşamasından sistemin kabulüne kadar her aşamada standartlara uygun, teknik açıdan doğru ürün seçilmeli ve sistem güvenliği sağlanmak zorundadır.

Güneş enerjisi yatırımlarının gerçekleştiği araziler genellikle yıldırım darbelerinin kolaylıkla ulaşacağı açık alanlardır. Çatı kurumlarında risk daha ciddi boyutlara ulaşmaktadır. Yıldırım darbesinin, çevrede yakın bir noktaya düşmesi de tesisimiz için risk oluşturmaktadır.

Yıldırım dışında şebeke geri dönüşlerinden kaynaklanacak ani gerilim değişimleri fotovoltaik hücrelere ve inverterlere zarar vermektedir. GES projelerinde paneller ve sistemin diğer tüm elemanları birbirlerine oldukça yakın noktada oldukları için tesise vuracak bir yıldırım darbesi ufak direnç farklılarından dolayı tüm sisteme çok hızlı bir şekilde yayılabilmektedir. Saha tecrübelerimizden edindiğimiz bilgiler ışığında milyonlarca liralık bir yatırım bir anda devre dışı kalıp, tamamen zarar görebilmektedir.

Yıldırım darbesi maksimum 200 kA değere ulaşabilen, nanosaniyeler mertebesinde sistemde ilerleyebilen, 28.000°C sıcaklığa kadar ulaşabilen bir doğal afettir. Böyle bir darbenin zararlarına karşı milyonlarca lira yatırım ile oluşturduğumuz projemizi mutlaka korumak zorundayız. Bu nedenle Güneş Enerji Santralleri'nde Yıldırım ve Ani Aşırı Gerilimlere karşı koruma sistemleri mutlaka düzgün projelendirilmeli; doğru ürün ve sistem seçimiyle koruma VDE IEC 62305 -5, DIN VDE 0100 Kısım 712/E ve DIN IEC 64/1123/CD Standartları ışığında maksimum düzeyde gerçekleşmelidir.

Şekil 2: İnverter öncesi ve sonrası AC ve DC hatlarda; ana dağıtım panosunda, data hatlarında ve her panel öncesinde parafudr sisteminin kurulması tesisin sürekliliğini ve güvenirliğini sağlayacaktır. Seri bağlanan panellerin inverter girişinde DC , inverter çıkışlarında AC ürün kullanabiliriz.

Güneş Panellerinde "Yıldırımdan ve Ani Aşırı Gerilimden Korunma" Projemizi Nasıl Oluşturmalıyız?

Güneş Santrallerinin projelendirme aşaması aşırı gerilim ve yıldırımdan korunması açısından büyük önem taşımaktadır. Sistemi bir bütün olarak ele almalı ve "topraklama, eşpotansiyel sistem, dış yıldırımlık sistemi ve iç yıldırımlık sistemi" entegreli bir şekilde dizayn edilmelidir. Bu yazımızda öncelikli olarak iç yıldırımlık sistemleri ve dış yıldırımlık sistemlerinin dizaynı konusunda tespitler sunacağız.

Projemizin yıldırım ve ani aşırı gerilim darbelerinden korunmasını istiyorsak istisnasız olarak enerji ve data hatlarında iç yıldırımlık sistemi (surge arrester) kullanmak zorundayız. İnverter enerji giriş ve çıkış bağlantı noktalarında (AC çıkış ve DC Giriş), ana dağıtım panosunda, data hatlarında ve hatta her panel öncesinde parafudr sisteminin kurulması tesisin sürekliliğini ve güvenliğini sağlayacaktır.

İç yıldırımlık sistemlerinin seçiminde dikkat etmemiz gereken en önemli noktalardan ilki ürünün koruma sınıfıdır. Parafudr sistemlerinde B sınıfı yıldırım darbelerine karşı koruma sağlarken C sınıfı ürünler sadece şebeke darbelerine karşı koruma sağlamaktadır. Bu nedenle hem AC hem de DC hatlarda mutlaka B+C sınıfı ürün seçilmesi önem taşımaktadır. Seri bağlanan panellerin inverter girişinde DC, inverter çıkışlarında AC ürün kullanılmalıdır.

İkinci olarak dikkat etmemiz gereken konu ise ürünün dayanabileceği maksimum sürekli gerilimdir. DC olarak panellerin sürekli gerilimi 1000 V'a kadar çıkabilmektedir. Eğer 1000 V gerilim değerine sahip bir sistemde 600 V test edilmiş bir ürün kullanılırsa surge arrester’a bu noktada zarar veririz.

Bu nedenle sürekli test gerilimi önem taşımaktadır. Üzerinde durmamız gereken bir diğer konu da parafudr'un koruma değeridir. Bu genellikle bölgesel olarak ve tesisin fiziksel durumuna göre değişkenlik göstermekle beraber ortalama olarak 50 kA koruma seviyesinde bir ürün inverter öncesi ve sonrası için uygundur. Enerjinin sisteme aktarımı noktasındaki Ana pano da ise 150 kA koruma değerinde, spark gap teknolojili B sınıfı ürünlerin kullanılması sistem güvenliğini üst düzeye çıkarır.

Şekil 3: Güneş Enerjisi yatırımlarının gerçekleştiği araziler genellikle yıldırım darbesinin kolaylıkla ulaşacağı açık alanlardır, çatı sistemlerinde risk daha da ciddi boyutlara ulaşmaktadır.

► İlginizi Çekebilir : Yıldırım ve Aşırı Gerilimden Korunma Yöntemleri

Eğer tesiste üretilen enerjinin uzaktan izlemesi yapılıyor ve haberleşme modülleri kullanılıyorsa bu noktada da D sınıfı ürünler kullanılabilir. 24V, 48V, 120V şeklinde değişkenlik gösteren haberleşme modülü korumaları, sistem karakteristiğine göre uzman mühendisler tarafından seçilebilir. Parafudrların montajı B+C sınıflarında sisteme paralel, 16 milimetrekare kesitli kablo ile yapılmaktadır.

D sınıflarında ise seri bir bağlantı uygundur. Ürün seçimi kadar sistem sürekliliği için montaj da büyük önem taşımaktadır. İç Yıldırımlık sistemlerinin tasarımı ile güneş santralimize ve ekipmanlarımıza yönelecek her türlü darbeyi sisteme ulaşmadan sönümleriz.

Şekil 4: Tasarım standartları gereğince; toplayıcı çubukla ile güneş panelleri arasında belli bir açı mevcut olmalıdır, açı uygun kriterlere göre hesaplanmalıdır.

Tesisin fiziksel güvenliği için GES projemize yönelen yıldırım darbelerini kontrol altına almak ve ayrıca insan ve çevre güvenliğini sağlamak için de dış yıldırımlık sistemlerine ihtiyaç duymaktayız. Yuvarlanan küre metodu esas alınarak tasarlanacak sistemlerde pasif yıldırımdan korunma sistemlerinin kullanılması IEC 62305 standardı kapsamında tercih edilmelidir.

► İlginizi Çekebilir: Yıldırıma Karşı İşletmemizi ve Elektronik Cihazlarımızı Nasıl Koruyabiliriz?

Paratoner sistemleri tesisimiz çevresinde düşebilecek yıldırımları da sahamıza çekecektir. Bu nedenle sadece tesise yıldırım düşecekse devreye giren pasif yakalama çubukları ile koruma açısı oluşturarak yapılacak korumalar büyük önem arz etmektedir.

Bu şekilde 3 farklı koruma türü oluşturabiliriz:

1-) Panel arkasından uzun yakalama uçları ile koruma açısı oluşturarak faraday kafesi yöntemi: Tesis yüzeyinde bir mesh metodu oluşturulur.

2-) Panel üzerinden kısa yakalama uçları ile koruma açısı oluşturma: Bu yöntemde her panel eşpotansiyel sisteme mutlaka dahil edilmelidir.

3-) Saha alan koruması: Uzun izoleli yıldırım yakalama direkleri ile alan koruması yapılması-ring hat ve eşpotansiyel sistem büyük önem taşımaktadır.

Şekil 5: DIN EN 62305 E'ye göre sistem tasarımı, R: Kürenin yarıçapı, d: Toplayıcı çubuklar arasındaki mesafe, p: Küre penetrasyon derinliği

Tesisin boyutu ve fiziksel durumuna göre uygun bir keşifle koruma sistemi tesis karakteristiğine uygun bir şekilde seçilebilir. Amacımız yıldırım darbesinin, açılar hesaplanarak dizayn edilen sisteme düşmesi ve panel üzerine herhangi bir darbenin ulaşmamasıdır. 1. ve 2. Sistemde gölge problemi ile karşılaşmamak için panellerin arasındaki açıklık, panel boyunun en az 2 katı olmak zorundadır. Klasik sistemlerde de bu daha rahat çalışmayı öngördüğü için yapılmaktadır.

Yıldırım iniş ve toprak sönümlenme iletkenlerinin izole olması da önemli bir noktadır. Aksi durumda yıldırım darbesinin meydana getireceği manyetik alan, ekipmanlarda hasar oluşturabilir. Bu nedenle de mutlaka iç yıldırımlık sistemleri kullanılmalıdır. Eğer paneller arasında yapılan bağlantılar, yıldırım inişi ve topraklamasında izoleli iletken (iscon) kullanılmadıysa "s" koruma aralığı mesafesine mutlaka dikkat edilmelidir. Bu kapsamda iletkenin ekipmanlardan mesafesi IEC 62305 standardı ışığında aşağıdaki formülle hesaplanmaktadır:

Şekil 6: Tesis karakteristiğine göre uygun olan sistem uzman mühendislerce dizayn edilmeli ve uygulanmalıdır. Seçilecek her ürünün en az 25 yıl dayanım ömrü olmalı, korozyon riskine karşı tüm önlemler alınmalıdır.

Alan koruması yapılacak sistemlerde 8 metreye varan yıldırım yakalama uçları ring hat ve panellerle eşpotansiyel sisteme dahil olmakta ve çevreye düşecek her yıldırımı alan savunması ile tesise yansıtmamaktadır. Her sistemin kendi içerisinde argümanları vardır.

Güneş santrallerinin yıldırımdan korunma konusu ülkemizde (özellikle iç yıldırımlık sistemlerinin kullanımı) göz ardı edilmektedir. Milyonlarca liralık yatırımlar sırf bu yüzden devre dışı kalmakta ve çok ciddi hasarlar meydana gelmektedir. Ülkemizde yenilenebilir enerji yatırımları arttıkça TEDAŞ'ın bu konudaki üstün çalışmaları neticesinde en kısa zamanda tüm sistemlerin mükemmel bir yapıya ulaşacağından şüphemiz yoktur.

Kaynak: