Büyük ölçekli güneş enerjisi santrallerinde inverter seçimi

Ülkemizde, güneş enerjisi santrallerine yapılan yatırım 2014’ten sonra çok hızlı bir şekilde artmıştır. ‘Kurulu Güç Raporu’na göre, 2018 haziran sonu itibari ile 4.725,9 MW ulusal şebekeye bağlı güneş enerjisi santrali bulunuyor.

A+ A-

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 güneş enerjisine yatırılacağı öngörülüyor. Ülkemizde ise, güneş enerjisi santrallerine yapılan yatırım 2014 yılından sonra çok hızlı bir şekilde arttı. TEİAŞ’ın açıkladığı ‘Kurulu Güç Raporu’nda, 2018’in haziran sonu itibari ile 4.725,9 MW ulusal şebekeye bağlı güneş enerjisi santrali bulunuyor. Söz konusu rakamın önümüzdeki yıllarda daha da artması bekleniyor.
Yatırımın bu kadar hızlı arttığı güneş enerjisi santrallerinin tasarımında ekipmanların seçimi, yatırım maliyetinin geri dönüş hızını etkileyen en önemli faktördür. Bu seçimi yaparken ve ilk yatırım maliyeti göz önünde bulundururken; işletme ve bakım maliyetlerini, santralin ömrü boyunca ihtiyaç duyulacak yedek malzeme maliyetini ve santralin ömrü boyunca yapacağı üretimi de hesaplamak gerekmektedir.
Bir güneş enerjisi santralinde, toplam maliyetin yaklaşık yüzde 15’ini elektrik kapsamı oluşturmaktadır. Elektrik kapsamının ise yaklaşık yüzde 50’si inverter maliyetidir. Bu nedenle, güneş santrallerindeki en önemli ekipmanlardan biri olan inverterin hangi kriterlere göre seçilmesi gerektiğini inceleyeceğiz.

Başlıca seçim kriterleri:
Inverter seçiminde göz önünde bulundurulan başlıca kriterler aşağıda listelenmiştir:
- İlk yatırım maliyeti,
- Elektrik satış fiyatı,
- Santralin kurulacağı coğrafi koşullar/çevre koşulları,
- Kullanılacak modulün 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.

Fotovoltaik panel dizisi direkt bağlanıyor
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 transformatör üzerinden şebekeye bağlantı sağlanılmaktadır.
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.
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 kalması beklenmektedir. Bununla birlikte, ilk yatırım maliyeti dışında diğer kriterlerin de değerlendirilmesi gerekmektedir.

Ürün ömrü 20-30 yıl arasında
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:
1. TEİAŞ. Sektör Raporları. Ankara: TEİAŞ, 2018.
2. 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.
3. Moskowitz, Scott. 30 Haziran 2016.
4. Ran Fu, David Feldman, Robert Margolis,Mike Woodhouse, and Kristen Ardani. U.S. Solar Photovoltaic System . s.l.: NREL, 2017. NREL/TP-6A20-68925.