Şebeke Paralel PV Sistemlerinde Kablo Seçimi-1

28 Eylül 2009

Şebeke bağlantılı güneş enerjisi solar PV sistemlerinde kullanılacak DC kabloların cinsi ve amperaj değerleri ulusal yönetmeliklere göre belirlenir. Ülkemizde henüz bu konuyu düzenleyen bir yönetmelik yoktur. Aşağıdaki örnek Almanya’daki bir uygulamadan alınmıştır. Diğer ülkelerdeki uygulamalar farklı olabilir. Güneş enerjisi solar PV sistemlerde kullanılacak sigorta ve kablolama aksesuarları için de aynı şeyler geçerlidir.

Solar PV modüllerin yerleşimleri üzerinden ve binada yapılan keşiflerden yaklaşık kablo uzunlukları ortaya çıkarılır. Modüllerin yerleşiminin kablo uzunluklarını azaltacak şekilde tasarlanması gerekir. Bu aynı zamanda kablo kayıplarının ve ani gerilim dalgalanmalarının sebep olduğu etkileşimleri de azaltır.

Şekil 1 Solar PV sistem kablolamaları

Şekil 2 2 KW ve merkezi inverterli bir PV sistem bağlantı şeması

İlk olarak güneş enerjisi solar PV sisteminin kablolama diyagramının çizilmesi gerekir. Bu çizim sistem kurulumunda kurulumu yapan teknik ekibe kılavuzluk yapar, ayrıca sistem dokümantasyonunun bir parçası olarak saklanması gerekir.

Kabloların ölçeklendirilmesi sırasında 3 önemli kriter baz alınmalıdır:

1. Kabloların gerilim değerleri 

Güneş enerjisi solar PV sistem gerilimleri genellikle standart kablo gerilim değerlerini aşmaz (nominal gerilimler 450 Volt ile 1000 Volt arasında değişir). Uzun fotovoltaik modül dizilerine sahip büyük solar sistemlerinde PV dizisinin ya da grubunun maksimum açık devre gerilimi (-10 ⁰C’deki) göz önünde bulundurularak kabloların gerilim değerleri kontrol edilmelidir.

2. Akım taşıma kapasiteleri

Kabloların kesitleri sistemdeki olası en yüksek akım değerine göre hesaplanmalıdır. Kabloların akım taşıma kapasiteleri için IEC 60512 standardında listelenen değerlere göre seçim yapılmalıdır. Güneş enerjisi solar fotovoltaik modülünden yada panel dizisinden geçebilecek akım üreteç kısa devre akımı eksi bir dizinin kısa devre akımıdır.

Eşitlik 1

Kablo bu akımı taşıyabilecek şekilde tasarlanmış olmalıdır ya da dizi sigortaları kabloları aşırı yüklenmeden korumalıdır. I_max kablonun yada koruma cihazının akım taşıma kapasitesinden küçük ya da eşit olmalıdır.

Eşitlik 2 

 Tablo 1 Bazı firmaların ürettiği solar kablo parametreleri

Dizi kavramına göre tasarım yapılırken solar üretecin kısa devre akımının dizinin nominal akımına eşit sayıldığı unutulmamalıdır. Sigortalar çoklu ani akımlarla tetiklendiğine göre kabloları dizi sigortalarıyla korumak imkansızdır. IEC 60364-7-712’ye göre dizi kablosu, solar üreteç kısa devre akımının 1.25 katını taşıyabilmelidir ve topraklama ve kısa devre hatalarına karşı dayanıklı olacak şekilde döşenmelidir.

Kablo ölçeklendirilmesi sırasında IEC 60512 üçüncü bölümündeki kablo hattı gereksinimleri göz önüne alınmalıdır. Kabloların akım taşıma kapasiteleri, ortam sıcaklığı, diğer kablolarla etkileşim, uygulama metotları (kablo kanalı içinde gibi) gibi faktörlerden etkilenir. Çatıda sıcaklık 70 ⁰C’ye çıkabilir. Bu sıcaklığın çatıya yerleştirilen sistemlerde modül ya da dizi kablo uzunluk ve ölçeklendirme hesabı yapılırken göz önüne alınması gerekir.

Dizi sigortaları genellikle bir çok diziye sahip ve hata durumlarının büyük miktarda modül geri akımlarına yol açabileceği solar PV sistemlerde kullanılır. Bu durumda sigortalar ya da minyatür devre kesiciler (MCB) kullanılır. Modülün ya da dizinin kablo kesiti dizi sigortalarının tetikleme akımlarına göre belirlenir. Kablonun akım taşıma kapasitesi I_zCable dizi sigortasının tetikleme akımına eşit ya da daha büyük olmalıdır.

Eşitlik 3 

Sigortanın tetikleme akımı STC altındaki dizi kısa devre akımının iki katı olması gerekir.

Yanlış tetiklenmelerin önlenmesi için sigortanın nominal akım değeri nominal dizi akımının 1.25 katı olmalıdır.

Hata akımı hem pozitif hem de negatif gerilimli kablolarda olabileceği için her iki kabloya da sigorta monte edilmelidir. Sigorta ya da MCB seçimi DC çalışma koşullarına göre yapılmalıdır.

3.Kablo kayıplarının ve gerilim düşümlerinin asgari seviyeye düşürülmesi

Kablo ara kesit seçimi mümkün olan en düşük kablo kaybı ve gerilim düşümünü sağlayacak şekilde yapılmalıdır. 1998 yılında yayımlanan Alman standardı VDE 0100 Bölüm 712’ye göre; Direk gerilim devresindeki gerilim düşümü PV sistemin Standart Test Koşullarındaki (STC) nominal gerilim değerinin %1’inden fazla olamaz. Bugüne kadar gerçekleştirilen solar PV uygulamaları göstermiştir ki yüksek DC giriş gerilimleriyle (VMpp > 120) çalışan inverterlerin bulunduğu sistemlerde bu değeri tutturmak standart kablo kesitleriyle zor olmamaktadır. Dizi inverterli güneş enerjisi solar PV sistem tasarımları bu duruma güzel bir örnektir.

Daha düşük V_Mpp değerlerine sahip inverterlerin bulunduğu solar PV sistemleri (düşük gerilimli) için 6 mm² kesitli kablolarla bile % 1’lik limiti özellikle inverterle PV paneller arasında büyük mesafelerin sistemlerde aşmak mümkündür. Bu tip tasarımlarda dizi kablolarında % 1 gerilim düşümüne, ayrıca ana DC kablosunda da %1’lik bir gerilim düşümüne izin verilmektedir.

Güneş enerjisi solar PV sistemlerinde akım solar ışınım değerlerine bağlıdır ve hemen hemen her zaman için STC koşullarındaki nominal sistem akımının altındadır. Akımın nominal değerin yarısı olduğu durumlarda P=I² x R eşitliğinden dolayı gerçekleşen kablo kaybı nominal akım değerindekinin dörtte biridir. Bu yüzden STC koşulları altında %2 değerinde bir gerilim düşümüne göre kablo kesit seçimi yapmak sistemin DC tarafında yıllık yaklaşık %1’lik kayba yol açar.