IEC61724’e göre Panel Sıcaklık Sensör Seçimi

Güneş enerji santrallerinde, sahanın performansını doğrudan etkileyen önemli faktörler vardır.Bunlar; PV dizisi düzlemindeki ışınım, PV hücre sıcaklığı ve kirlenme ya da kar nedeniyle oluşan panelin ışınım almasını engelleyen gölgeleme kayıplarıdır. Hücre sıcaklığının PV santralin performansı üzerindeki etkisi şu şekilde açıklanabilir:

Fotovoltaik paneller güneşten gelen ışınımı aldıkları zaman elektrik üretmeye başlarlar. Güneşten gelen ışınımın bir kısmı elektrik enerjisine dönüşürken bir kısmı da ısı enerjisi olarak ortaya çıkar. Bu olay PV hücrelerin ısınmasına neden olur. PV hücrelerinin ısınması ile PV modüllerinin kısa devre akımı (I) artarken, açık devre voltajı (V) azalır ve böylece elektriksel verim düşer.

PV panel sıcaklığının PV santrallerin performansı üzerindeki etkisini belirlemek için bir veya birden fazla panele takılan sıcaklık sensörleri ile PV panel sıcaklığı ölçülür. “IEC 61724 Fotovoltaik sistem performansı – Bölüm 1: İzleme” standardında belirtildiği üzere sistem boyutuna göre kullanılacak sensör sayısı Tablo 1’de verilmiştir. Yine IEC 61724-1’e göre sıcaklık sensörlerinin ölçüm belirsizliği ≤ 2 °C olmalıdır.

Panel sıcaklığı, her panel ve dizi boyunca değişir ve sıcaklıkta önemli farklılıklar gözlemlenebilir. Örneğin, panel yüzeylerine paralel esen kuvvetli rüzgarlar > 5 °C’lik bir sıcaklık farkına neden olabilir. Benzer şekilde, bir modülün çerçevesi montaj rafına sabitlenmiş ise modül daha soğuk olabilir, çünkü montaj rafı bir ısı emici görevi görebilir.Yoğunlaştırıcı modüller, ısı alıcının dış kenarları ile konsantre ışığa en yakın olan ısı alıcı arasında daha da büyük farklılıklar gösterebilir.

Bu nedenle sıcaklık sensörlerinin istenilen bilgilerin elde edileceği şekilde yerleştirilmesine özen gösterilmelidir. Performans izleme için, ortalama sıcaklığın belirlenebilmesi için sistem boyunca bir dizi sıcaklık sensörünün dağıtılması gerekir.

Ek olarak, PV paneller birden fazla panel tipinden oluştuğunda veya birden fazla yön içerdiğinde ya da sıcaklığı etkileyebilecek diğer durumlar söz konusu olduğunda, her panel tipi veya yön için en az bir sıcaklık sensörü ve gerekirse buna göre ek diğer sensörler gereklidir.

PANEL SICAKLIK SENSÖRÜ VE MALZEME SEÇİMİ

Çeşitli ölçüm hatalarına yol açabileceğinden dolayı, ölçülen sıcaklık üzerinde sensör tipinin ve bağlantı yönteminin önemli etkileri vardır. Bu hatalar öncelikle sensör ile panelin arka yüzeyi arasındaki temastan, sensör üzerine yerleştirilen yalıtımın miktarından ve tipinden, kullanılan yapıştırıcı miktarı ve tipinden kaynaklanır.

Olması gereken sensör tipleri ve bantlar IEC 61724-1’de şu şekilde açıklanmaktadır:

Özellikle uzun süreli yüzey ölçümleri için tasarlanmış düz problar tercih edilmelidir. Genellikle T veya E tipi ince filmli termokapıllar kabul edilebilir. Bant kaplaması uygulanırken hava boşluklarının en aza indirilmesini sağlayan küçük form faktörlü RTD ve termistör elemanları kullanılabilir. Ancak, boncuk termokupllar, paketlenmemiş dirençli elemanlar ve silindirik prob kafaları içine yerleştirilmiş cihazlardan mümkün olduğunda kaçınmalıdır.

Hataları en aza indirmek ve sıcaklık sensörünü hava koşullarına dayanıklı hale getirmek için sensör ve sensör uçlarının güçlendirilmesi önerilir. Bu işlem, yapışkan bir kaplama veya bant uygulanarak gerçekleştirilebilir.

Yapışkan kaplamalar ve bantlar, sıcaklık, nem ve ultraviyole ışınlarının etkilerine dayanıklı malzemelerden üretilmelidir. Yapısal olarak zayıf olabileceğinden ve yapışkanları zamanla kuruma veya yüksek sıcaklıklarda akma eğiliminde olduğundan elektrik bandı, koli bandı, aluminize edilmiş bant, folyo bant veya ambalaj bandı gibi sensörlerin yüzeylere sabitlenmesi için kullanılması amaçlanmayan bantlar kullanmamak gerekir. Polyamid bantların (Kapton gibi) oksijen (hava) varlığında ultraviyole ışınlarına ve neme maruz kaldığında gevrekleşmeye duyarlı oldukları bilinmektedir ve uzun süreli kurulumlarda kullanılmamaları gerekir. Polyester, muhtemelen en uygun kaplama malzemesidir, çünkü birçok arka tabaka çok katmanlı polyesterden yapılmıştır ve bu malzeme neme, sıcaklığa ve UV ışınlarına karşı iyi dayanır. Basınca duyarlı silikon yapıştırıcı genellikle polyester bantlar için uygulanır ve tavsiye edilir.

Bir kaplama veya bant kullanılırken, hava boşluklarının mümkün olduğunca en az olması gerekir. Sıkışmış hava boşlukları, sensör tepkisini yumuşatacak ve böylece ölçüm sisteminin performansını olumsuz yönde etkileyecektir.

PANEL SICAKLIK SENSÖR BAĞLANTILARI

PV modülüne bir sıcaklık sensörünün nasıl bağlanacağı “IEC 61724 Fotovoltaik sistem performansı – Bölüm 1: İzleme” standardında açıkça belirtilmiştir. Bu standarda göre sıcaklık sensörleri, sıcaklık ölçüm sonuçlarının kullanım alanına göre PV panele kalıcı veya geçici olmak üzere iki farklı şekilde bağlanabilir. IEC 61724-1’de PV panele sıcaklık sensörlerinin nasıl bağlanacağı ile ilgili kısımlar bulunmaktadır.

SENSÖR BAĞLANTI YERLERİ

Sensörün konumlandırıldığı yer hücreler arası boşluklara denk gelmemelidir.Sensör konumlandırılırken PV sistemin en merkezi hücresi seçilmelidir ve PV modül sıcaklık sensörü de bu merkezi hücrenin tam ortasına konumlandırılmalıdır.

Sıcaklık sensörü üzerindeki kuvveti azaltmak için 2 ila 4 noktada termal polyester bant kullanarak sensör kablosunu modülün arkasına sabitlemelidir.

KALICI VE GEÇİCİ SENSÖR BAĞLANTI YÖNTEMİ

Uzun süreli izleme istendiğinde ve sensörün çıkarılmayacağı veya yeri değiştirilemeyeceği durumlarda kalıcı bağlantı önerilir. Örneğin, modülün arkasındaki sıcaklık ölçümlerini sahada bir veri toplama sistemine dahil ederken.

Devreye alma veya periyodik bakım gibi, izlemenin kısa vadeli olması nedeniyle ölçüm sensörünün yerinin değiştirilmesi veya çıkarılması gerektiğinde geçici bağlantı önerilir.

Aşağıda bir sıcaklık sensörünün IEC 61724-1 standardına göre kalıcı ve geçici takma yöntemlerinin adımları ayrıntılı olarak verilmiştir.

• %70 izopropil alkol solüsyonuyla nemlendirilmiş tüy/parçacık bırakmayan bezler kullanarak panelin arka yüzeyi yağ ve tozdan temizlenmelidir, sonrasında temizlenmiş yüzeylerin tamamen kurumasını beklemek gerekir.
• Sensörü uygun yöntemi kullanarak takmak gerekir.
• Kalıcı (bkz. Şekil 4):
• Panelin uzun vadeli bütünlüğünü etkilememek için yapıştırıcının arka tabaka malzemesiyle uyumlu olduğu onaylanmalıdır.
• Üretici talimatlarına göre termal olarak iletken bir epoksi ile karıştırmak gerekir.
• Sensörün panel yüzeyine temas etmesi amaçlanan tarafına yapıştırıcı sürülmelidir. Yapıştırıcıyı aşırı uygulamamak gerekir; mümkün olduğu kadar ince olmalı, ancak sensörün yüzeyini tamamen kaplamalıdır.
• Sensör seçilen konuma yerleştirilmelidir. Bu işlem yapılırken hava kabarcığı oluşmamasına dikkat edilmelidir.
• Yapışkan sertleşirken sensör konumunu korumak ve sensörün uzun süreli korunmasını sağlamak için bir polyester bant kaplaması uygulanmalıdır. Yuvarlak kalıp kesim şekilleri, köşeleri olmaması delaminasyon potansiyelini azalttığı için idealdir. Yuvarlak şekiller mevcut değilse, bandın köşelerini makas kullanarak önemli ölçüde yuvarlamak gerekir.

Şekil:4-Sensör Bağlantısı(Kalıcı)

İnce film sensör kapsüllemesini (bant gibi) sensör elemanının yaklaşık 3 mm yakınında olacak şekilde kesilerek tüm kesilmiş köşeleri yuvarlanması gerekir.

Sensörü yapışkan taraftaki yuvarlak polyester noktanın veya yuvarlak polyester bandın ortasına, silikon yapıştırıcı ile üretilmiş bantlar ile yapıştırılır.

Sensörü seçilen konuma hava kabarcıkları kalmayacak şekilde yerleştirmek gerekir.

Şekil:5-Sensör Bağlantısı(Geçici)

Sensör üzerindeki gerilimi azaltmak için 2 ila 4 noktada polyester bant kullanarak sensör kablosunu panelin arka tabakasına sabitleyerek (bkz. Şekil 6) bant bölümlerinin yaklaşık 2 cm genişliğinde ve 5 cm uzunluğunda olması gerekmeyecektir. Sabitlemek için mümkün olduğunca az bant kullanmak gerekir.

Şekil:6-Sensörün tel gerilimi azaltma

RTD’ler veya termistörler için ölçüm devresi bir tamamlama direnci gerektirebilir. Bu durumda ≤ 10 gibi düşük sıcaklık katsayılı bir direnç seçmek gerekir.