IEC Standartlarına Göre PV Santrallerin Sınıflandırması ve Sensör Çeşitleri

Fotovoltaik (PV) izleme sistemleri performans takibi için PV tesisinde sensörler yardımıyla ölçülen parametreleri toplar ve analiz eder. Herhangi bir PV sisteminin güvenilir ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için etkin bir izleme sistemi şarttır. Modern tesislerin hepsinde bu sensörler ve izleme sistemleri kullanılır.

1. Neden İhtiyaç Var?

Performans izleme sistemlerinin kullanılmasının farklı sebepleri olabilir ve bunlar temel olarak aşağıdakiler gibi sıralanabilir:

• PV sistem performansının tasarım beklentileri ve garantileriyle karşılaştırılması;
• PV sisteminde performans eğilimlerinin belirlenmesi;
• PV sistemindeki olası arızaların lokalizasyonu;
• Farklı konfigürasyonlardaki PV sistemlerinin karşılaştırılması;
• Farklı konumlardaki PV sistemlerinin karşılaştırılması.

Bu çeşitli amaçlar, çeşitli gereksinimlere yol açar ve PV izleme sisteminde kullanılacak sensörler ve analiz yöntemleri, belirlenen amaca bağlı olarak değişiklik gösterir.

İzleme sistemi, PV sisteminin boyutuna ve kullanıcı gereksinimlerine göre şekillendirilebilir. Genel olarak, daha büyük ve daha pahalı PV santralleri, daha küçük ve daha düşük maliyetli PV santrallerine göre daha fazla izleme noktasına ve daha yüksek doğrulukta sensörlere sahip olmalıdır. ‘’IEC 61724 Photovoltaic system performance’’ standardının ‘’Part 1: Monitoring’’ kısmında PV santralin boyutu ve kullanıcı hedefleri gözetilerek farklılaştırılmış gereksinimlere sahip üç izleme sistemi sınıflandırması tanımlanmıştır.

2. İzleme Sistemi Sınıflandırması

İzleme sistemleri IEC 61724 -1 standardına göre Tablo 1’de gösterildiği gibi ‘’A Sınıfı, B Sınıfı, C Sınıfı’’ veya ‘’Yüksek Doğruluk, Orta Doğruluk, Temel Doğruluk’’ olmak üzere iki farklı şekilde üç sınıfa ayrılmıştır. A Sınıfı veya B Sınıfı, kamu hizmeti ölçeğinde ve büyük ticari kurulumlar gibi büyük PV santralleri için daha uygun izleme sistemleri olurken, B Sınıfı veya C Sınıfı izleme sistemleri daha küçük ticari ve konut kurulumları gibi küçük sistemler için daha uygun sistemler olacaktır. Ancak, kullanıcılar PV santral boyutundan bağımsız olarak kendi uygulamaları için herhangi bir sınıflandırma belirleyebilir.

Tipik uygulamalar	A Sınıfı Yüksek doğruluk	B Sınıfı Orta doğruluk	C Sınıfı Temel doğruluk
Temel sistem performans değerlendirmesi	X	X	X
Performans garantisinin belgelenmesi	X	X
Sistem kayıpları analizi	X	X
Elektrik şebekesi etkileşim değerlendirmesi	X
Arıza lokalizasyonu	X
PV teknolojisi değerlendirmesi	X
Hassas PV sistem bozulma ölçümü	X

  Tablo 1 – İzleme sistemi sınıflandırmaları ve önerilen uygulamalar

Belirlenen amaca uygun olarak PV santrale kurulan izleme sistemi belirli periyotlarla denetlenmelidir. A Sınıfı ve B Sınıfı izleme sistemleri en az yılda bir kez ve tercihen daha sık aralıklarla denetlenmeli, C Sınıfı izleme sistemleri ise sahaya özel gereksinimlere göre belirlenen aralıklarla denetlenebilir. Denetimde, sensörlerde hasar veya yer değiştirme, muhafazalarda rutubet veya haşere kalıntıları, sensörlerde veya muhafazalar içinde gevşek kablo bağlantıları, sıcaklık sensörlerinin ayrılması, ek parçalarının gevrekleşmesi ve diğer olası sorunlar kontrol edilmelidir.

3. Ölçülen Parametreler

Sistem boyutuna ve kullanıcı gereksinimlerine bağlı olarak, izleme sistemi, PV santralin farklı bileşenleri veya alt bölümleri için sensör çeşitleri ve/veya sensör sayıları değişebilir. Tablo 2’de IEC 61724-1 standardına uygun olarak ölçülen parametreler ve ölçüm gereksinimleri listelenmiştir. Sensörler ile ilgili teknik verilerin, tabloların, bakım ve kalibrasyon gereksinimlerinin ayrıca kullanım nedenleririnin tamamı ‘’IEC 61724 Photovoltaic system performance – Part 1: Monitoring’’ standardına uygun bir şekilde hazırlanmıştır.

Parametre	Sembol	Birim	İzleme amacı	Gereklilik			Sensör sayısı
				A sınıfı Yüksek doğruluk	B Sınıfı Orta doğruluk	C sınıfı Temel doğruluk
Dizi düzlemindeki ışınım (POA)	Gi	W/m2	Güneş kaynağı	√	√ veya E	√ veya E	Tablo 4 Sütun 1
Küresel yatay ışınım	GHI	W/m2	Güneş kaynağı, geçmiş ve uydu verileriyle ilişki	√	√ veya E
Doğrudan normal ışınım	DNI	W/m2	Güneş kaynağı, yoğunlaştırıcı	√ CPV için	√ veya E CPV için		Tablo 4 Sütun 1
Dağınık ışınım	Gd	W/m2		√ < 20× konsantrasyonlu CPV için	√ veya E < 20× konsantrasyonlu CPV için
PV modül sıcaklığı	Tmod	°C	Sıcaklıkla ilgili kayıpların belirlenmesi	√	√ veya E		Tablo 4 Sütun 1
Ortam hava sıcaklığı	Tamb	°C	Geçmiş verilerle ilişki ve ayrıca PV sıcaklıklarının tahmini	√	√ veya E	√ veya E
Rüzgar hızı		m/s	PV sıcaklıklarının tahmini	√	√ veya E		Tablo 4 Sütun 1
Rüzgar yönü		degrees		√
Kirlilik oranı	SR		Kirlenmeye bağlı kayıpların belirlenmesi	√ kirlenme kayıplarının olması bekleniyorsa >2 %			Tablo 4 Sütun 2
Yağış		Cm	Kirlilik kayıplarının tahmini	√	√ veya E
Kar			Karla ilgili kayıpların tahmini				Tablo 4 Sütun 1
Nem			Spektral varyasyonların tahmini

Tablo 2 – Her izleme sistemi sınıfı için ölçülen parametreler ve gereksinimler

Tablo 2’deki bir onay işareti (√ ), sahada ölçülmesi gereken bir parametreyi belirtir. Tablo 2, IEC 61724-1 standardında da belirtildiği gibi Tablo 3’e atıfta bulunarak, sahadaki minimum sensör sayısını listeler. Hiçbir sayının verilmediği durumlarda, genellikle yedek sensörler tavsiye edilse de yalnızca bir sensör kullanılması yeterlidir. Birden fazla sensör gerekli olduğunda, bunlar PV tesisi boyunca dağıtılacak veya tabloda belirtilen izleme noktalarına yerleştirilecektir. Tablo 2’deki “E” sembolü, sahada ölçülmek yerine yerel veya bölgesel meteorolojik verilere veya uydu verilerine dayalı olarak tahmin edilebilecek bir parametreyi gösterir. Tablo 2’deki boş hücreler, belirli sistem gereksinimleri veya proje özelliklerini karşılamak için seçilebilecek isteğe bağlı parametreleri gösterir. PV santralin performansı üzerindeki en önemli ve doğrudan etkiler, PV dizisi düzlemindeki ışınım, PV hücre sıcaklığı ve kirlenme veya kar nedeniyle oluşan gölgeleme kayıplarıdır.

Sistem boyutu (AC)	Sensör Sayısı
	Sütun 1	Sütun 2
< 5 MW	1	6
≥ 5 MW to < 40 MW	2	12
≥ 40 MW to < 100 MW	3	18
≥ 100 MW to < 200 MW	4	24
≥ 200 MW to < 300 MW	5	30
≥ 300 MW to < 500 MW	6	36
≥ 500 MW to < 750 MW	7	42
≥ 750 MW	8	48

       Tablo 3 – Sistem boyutu (AC) ile Tablo 3’te belirtilen belirli sensörler için sensör sayısı arasındaki ilişki

3.1 Işınım sensörleri

PV izleme sistemlerinde IEC 61724-1 standardına göre kullanıma uygun ışınım sensörleri aşağıdaki gibi listelenebilir:

• Termopil piranometreler;
• PV piranometreler (Referans hücre ışınım sensörleri);
• Fotodiyot sensörler.

Termopil piranometreler, ISO 9060 veya WMO No. 8’e göre sınıflandırılır.

A sınıfı sistemler için, piranometre ölçümlerinde geliş açısı ve sıcaklık düzeltmeleri dikkate alınmalıdır.

Referans hücre ışınım sensörleri, IEC 60904-2’ye uygun olmalı ve buradaki prosedürlere göre kalibre edilmeli ve bakımı yapılmalıdır. Cihazlar, IEC 60904-10’un kısa devre akımına karşı ışınım doğrusallığı gereksinimlerini karşılamalıdır. Referans hücre ışınım sensörü kalibrasyonu, IEC 60904-3’te sağlanan referans spektrumuna göre yapılmalıdır.

Tablo 4, PV dizi düzlemindeki ışınım ve küresel ışınım ölçümü için sensör seçimlerini ve doğruluk gereksinimlerini IEC 61724-1 standardında bahsedildiği gibi listeler. Sensör, en az 0 W/m² ila 1500 W/m² arasında bir ölçüm aralığı ve ≤ 1 W/m² çözünürlük değerlerini sağlamalıdır.

Sensör Tipi	A Sınıfı Yüksek doğruluk	B Sınıfı Orta doğruluk	C Sınıfı Temel doğruluk
Termopil piranometre	ISO 9060’a göre ‘’Secondary standard’’ veya WMO Guide No. 8’e göre ‘’High quality’’ (Saatlik toplamlar için belirsizlik ≤ %3)	ISO 9060’a göre ‘’First class’’ veya WMO Guide No. 8’e göre ‘’Good quality’’ (Saatlik toplamlar için belirsizlik ≤ %8)	Herhangi biri
Referans hücre ışınım sensörü	Belirsizlik ≤ %3 100 W/m2’den 1500 W/m2’ye kadar	Belirsizlik ≤ %8 100 W/m2’den 1500 W/m2’ye kadar	Herhangi biri
Fotodiyot sensörler	Uygulanamaz	Uygulanamaz	Herhangi biri

                    Tablo 4 – Dizi düzlemindeki ve küresel ışınım için sensör seçenekleri ve gereksinimleri

Her ışınım sensörü tipinin avantajları vardır:

• Termopil piranometreler tipik spektral değişimlere karşı duyarsızdır ve bu nedenle toplam güneş ışınımını ölçer. Bu ölçülen ışınım değeri PV modül tarafından kullanılabilir ışınımdan %1 ila %3 arasında değişiklik gösterebilir. Ayrıca termopil piranometreler, referans hücre ışınım sensörleri ve fotodiyotlara kıyasla daha uzun tepki sürelerine sahiptir.
• Referans hücre ışınım sensörleri izlenen PV sistem çıkışıyla ilişkili olan güneş ışınımının PV tarafından kullanılabilir kısmını ölçer. Ayrıca maliyet bakımından termopil piranometrelere göre oldukça uygundur.
• Fotodiyot sensörlerin maliyeti diğer iki tipten önemli ölçüde daha düşüktür ve daha küçük veya daha düşük maliyetli sistemler için uygundur, ancak genellikle daha az hassastır.

Çeşitli sensörlerin açısal hassasiyeti birbirinden ve PV sistemininkinden farklı olabilir, bu da özellikle küresel yatay ışımayı (GHI) kışın veya geliş açısının normalden uzak olabileceği zamanlarda ölçerken bir faktör haline gelebilir. Dizi düzlemindeki ışınım ölçümlerinde, sabit eğimli veya takip sistemleri için, ışınım sensörleri modüllerle aynı eğim açısına ya doğrudan modül çerçevesine ya da aynı eğim açısında tutulan bir uzatma koluna yerleştirilmelidir.

‘’IEC 61724-1’’ standardının ‘’7.2.1.4 Irradiance sensors’’ bölümünde belirtildiği gibi termopil piranometreler GHI ölçümü için en uygun sensörler olabilirken, referans hücre ışınım sensörleri ise dizi düzlemindeki ışınım (POA) ölçümleri için en uygun ışınım sensörleridir.

3.1.1. Kalibrasyon

Işınım sensörü kalibrasyon gereksinimleri IEC 61724-1 standardı referans alınarak Tablo 5’de listelenmiştir.

Öğe	A Sınıfı Yüksek doğruluk	B Sınıfı Orta doğruluk	C Sınıfı Temel doğruluk
Yeniden kalibrasyon	Yılda bir kez	2 yılda bir	Üreticinin gereksinimlerine göre
Temizlik	Haftada en az bir kez	İsteğe bağlı
Yoğuşma ve/veya donmuş yağış birikmesini önlemek için ısıtma	Yoğuşma ve/veya donmuş yağışın yılda 7 günden fazla ölçümleri etkileyeceği yerlerde gereklidir	Yoğuşma ve/veya donmuş yağışın yılda 14 günden fazla ölçümleri etkileyeceği yerlerde gereklidir
Havalandırma (termopil piranometreler için)	Gerekli	İsteğe bağlı
Kurutucu kontrolü ve değişimi (termopil piranometreler için)	Üreticinin gereksinimlerine göre	Üreticinin gereksinimlerine göre	Üreticinin gereksinimlerine göre

    Tablo 5 – Işınım sensörü bakım gereksinimleri

Sensörlerin kullanım dışı olduğu süreyi en aza indirmek için mümkün olduğunda sensörlerin yeniden kalibrasyonu sahada yapılmalıdır. Sensörler laboratuvar yeniden kalibrasyonu için saha dışına gönderilecekse, saha yedek sensörler olacak şekilde tasarlanmalı veya izlemenin kesintiye uğramaması için kalibrasyon için alınan sensörler yerine yedek sensörler kullanılmalıdır. Doğru sıfır noktası kalibrasyonunu sağlamak için gece verileri kontrol edilmelidir. Ancak, termopil piranometrelerin gece saatlerinde –1 W/m² ila –3 W/m² arasında küçük bir negatif sinyal göstermesi yaygındır.

Işınım sensörlerinin modülleri temizlemeden temizlenmesi, ölçülen PV sistem performans oranının düşmesine neden olabilir.

3.2 PV modül sıcaklığı

PV modül sıcaklığı, bir veya daha fazla modülün arkasına yapıştırılmış sıcaklık sensörü ile ölçülür. Sıcaklık sensörlerinin ölçüm belirsizliği ≤ 2 °C olmalıdır.

Sıcaklık sensörleri, Tablo 6’ya göre değiştirilmeli veya yeniden kalibre edilmelidir.

Öğe	A Sınıfı Yüksek doğruluk	B Sınıfı Orta doğruluk	C Sınıfı Temel doğruluk
Yeniden kalibrasyon	2 yılda bir	Üreticinin tavsiyelerine göre	Uygulanamaz

   Tablo 6 – PV modül sıcaklık sensörü bakım gereksinimleri

Sıcaklık sensörünü modülün arka yüzeyine yapıştırmak için yapıştırıcı kullanılıyorsa, yapıştırıcının saha koşullarında uzun süreli dış mekân kullanımına uygun olması ve modülün arkasındaki yüzey malzemesi ile uyumlu olup olmadığı kontrol edilmelidir. Sıcaklık sensörü ile modülün arka yüzeyi arasındaki yapıştırıcı termal olarak iletken olmalıdır. Modülün arka yüzeyi ile sıcaklık sensörü arasındaki maksimum sıcaklık farkını yaklaşık 1 K düzeyinde tutmak için yapıştırıcı termal iletkenliği 500 W/m^2*K veya daha fazla olmalıdır.

Hücre bağlantı sıcaklıkları, modül yapısına bağlı olarak, modülün arka yüzeyinde ölçülen sıcaklıktan tipik olarak 1 °C ila 3 °C daha yüksektir.

Modül sıcaklığı, her modül ve dizi boyunca değişir ve sıcaklıkta önemli farklılıklar gözlemlenebilir. Bu nedenle performans izleme sistemlerinde, ortalama sıcaklığın belirlenebilmesi için sistem boyunca bir dizi sıcaklık sensörü yerleştirilmelidir. Ek olarak, PV santral birden fazla modül tipinden oluştuğunda veya farklı yönlere veya sıcaklığı etkileyebilecek diğer özelliklere sahip bölümler içerdiğinde, her modül tipi veya bölüm tipi için en az bir sıcaklık sensörü gereklidir.

3.3. Ortam hava sıcaklığı

PV santralin ortam hava sıcaklığı, ortam havasının serbest geçişine izin vermek için havalandırmalı ve güneş radyasyon kalkanları bulunan sıcaklık sensörleri aracılığıyla ölçülmelidir.

Sıcaklık sensörleri ≤ 0,1 °C’lik bir ölçüm çözünürlüğüne ve ±1 °C’lik maksimum belirsizliğe sahip olmalıdır.

Sıcaklık sensörleri, en yakın PV modülünden en az 1 m uzağa ve invertörlerden veya trafo köşklerinden çıkan egzozlar, asfalt veya çatı kaplama malzemeleri vb. gibi termal kaynaklardan etkilenmeyecekleri yerlere yerleştirilmelidir.

Sıcaklık sensörleri, Tablo 7’ye göre değiştirilmeli veya yeniden kalibre edilmelidir.

Öğe	A Sınıfı Yüksek doğruluk	B Sınıfı Orta doğruluk	C Sınıfı Temel doğruluk
Yeniden kalibrasyon	2 yılda bir	Üreticinin tavsiyelerine göre	Uygulanamaz

Tablo 7 – Ortam hava sıcaklığı sensörü bakım gereksinimleri

3.4 Rüzgar hızı ve yönü

Modül sıcaklıklarını tahmin etmek için rüzgar hızı ve rüzgar yönü kullanılır. Rüzgar kaynaklı hasarlarla ilgili garanti taleplerini belgelemek için de kullanılabilirler. Rüzgar sensörleri, günün veya yılın herhangi bir saatinde PV sistemini gölgelememeli ve yeterince uzak bir noktaya yerleştirilmelidir.

Rüzgar hızı sensörü ölçüm belirsizliği, 5 m/s’den küçük rüzgar hızları için ≤ 0,5 m/s ve 5 m/s’den büyük rüzgar hızları için okumanın ≤ %10’u olacaktır. Rüzgar yönü, rüzgarın estiği yön olarak tanımlanır ve coğrafi kuzeyden saat yönünde ve 5° hassasiyetle ölçülmelidir.

Rüzgar sensörleri Tablo 8’e göre yeniden kalibre edilmelidir.

Öğe	A Sınıfı Yüksek doğruluk	B Sınıfı Orta doğruluk	C Sınıfı Temel doğruluk
Yeniden kalibrasyon	2 yılda bir	Üreticinin tavsiyelerine göre	Uygulanamaz

Tablo 8 – Rüzgar sensörü bakım gereksinimleri

3.5 Kirlilik oranı

Kirlilik oranı, belirli kirlilik koşulları altında PV dizisinin gerçek güç çıkışının, PV dizisinin temiz ve kirlilikten arındırılmış olması durumunda beklenen güce oranıdır.

3.6 Yağış

Modüllerin temizliğini tahmin etmek için yağış ölçümleri kullanılabilir. Ancak kirlilik oranı ölçülürse modülün temizliği doğrudan bilinir.

3.7 Kar

Kardan kaynaklanan gölgeleme kayıplarını tahmin etmek için kar yağışı ölçüm sensörleri kullanılabilir. Ancak bu kayıplar kirlilik oranı ölçümlerine de dahil edilecektir. Bu nedenle, kirlilik oranı ölçülürse, kirlilik ölçümü için kullanılan cihazlar diziden farklı yükseklikte monte edilmedikçe kar ölçümleri gereksiz olabilir.

3.8 Nem

Bağıl nem ölçümleri, PV modülü güç çıkışını ve ayrıca ışınım sensörü okumalarını etkileyebilecek spektrumundaki değişiklikleri tahmin etmek için kullanılabilir. Sıcaklık verileriyle birlikte nem verileri, yoğuşma nedeniyle ıslaklık sürelerini hesaplamak için de kullanılabilir. Alternatif olarak, bu verileri doğrudan toplamak için yüzey yoğuşma sensörleri kullanılabilir.