GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİNDE (GES) KOMPANZASYON
Güneş enerjisi sistemleri, yenilenebilir enerji dönüşümünün merkezinde yer alırken, enerji kalitesini sürdürülebilir hale getirmek için önemli bir konu daha gündeme gelmektedir: reaktif güç yönetimi. Fotovoltaik (PV) sistemler, yapıları gereği şebekeye bağlandıklarında özellikle kapasitif karakterli reaktif güç üretme eğilimindedir. Bu da endüktif yüklerle çalışan sistemlerde gerilim dengesizliği, enerji kayıpları ve şebekeye zarar verebilecek problemler yaratabilir.
Güneş Enerjisi Santrallerinde Reaktif Güç Problemi
PV panellerden gelen DC güç, invertörler aracılığıyla AC’ye çevrilir. Bu çevrim sürecinde invertör yapısı nedeniyle kapasitif reaktif güç bileşeni oluşur. Öte yandan endüstriyel yüklerin (örneğin asenkron motorlar) büyük çoğunluğu endüktif karakterli olduğundan şebekeden reaktif güç çekerler. Bu iki zıt reaktif karakter, uygun şekilde denetlenirse bir denge mekanizması kurulabilir. GES sistemleri tarafından üretilen kapasitif reaktif güç, endüktif yüklerin çektiği reaktif gücü bastırabilir.
GES Fotovoltaik (PV ) Sistemlerinde Reaktif Güç Neden Önemlidir?
Geleneksel motorlu yüklerde olduğu gibi, fotovoltaik sistemler doğrudan endüktif yük üretmez. Ancak invertörlerin yapısı ve bağlandığı yükler nedeniyle kapasitif reaktif güç oluşabilir. Ayrıca şebekeye paralel çalışan PV sistemlerinde şebeke stabilitesini sağlamak için belirli oranlarda reaktif güç desteği zorunlu hale gelmiştir (örneğin TEİAŞ ve TEDAŞ yönetmelikleri gereği).
Güneş Enerjisi Sistemlerinde Reaktif Problemler:
İnvertör kaynaklı kapasitif karakter
Uzun kablo mesafelerinde oluşan gerilim yükselmeleri
Reaktif güç dengesizliği nedeniyle trafoya binen ekstra yük
Dağıtım şirketleri tarafından kesilen reaktif ceza bedelleri
GES ve Şebeke Etkileşiminde Reaktif Güç Yönetimi: Üç Temel Senaryo
Senaryo 1: Tesisin Aktif Güç Talebinin GES Üretiminden Yüksek Olduğu Durum
İşletmenin anlık aktif güç ihtiyacı, güneş enerji santralinin (GES) üretim kapasitesini aştığında, yükün bir bölümü GES tarafından karşılanırken geri kalan kısım doğrudan şebekeden temin edilir. Bu senaryoda sistem, halen şebekeye bağlı bir tüketici olarak kabul edildiğinden dolayı, yürürlükteki reaktif güç sınır değerlerine uyum zorunluluğu devam eder.
Ancak, GES üretiminin artmasıyla birlikte şebekeden çekilen aktif güç azaldığında, Qend/P oranı hızla yükselerek %20 limitini aşabilir. Bu da işletmeyi endüktif reaktif enerji limit ihlali nedeniyle cezai tarifeye maruz bırakır. Özellikle GES üretiminin maksimuma ulaştığı gündüz saatlerinde bu durum kritik hale gelir. Sektörde bu olumsuz etkiye sıklıkla "gün ışığı etkisi" veya daha çarpıcı bir ifadeyle "gün ışığı kâbusu" adı verilir.
Senaryo 2: GES Üretiminin Tesis Talebinden Fazla Olduğu Durum
GES’in üretim kapasitesinin işletme yükünü tam olarak karşılaması ve fazlasının şebekeye aktarılması halinde, işletme hem tüketici hem de üretici konumundadır. Bu koşulda aktif güç tüketimi sıfıra yakınsa veya negatifse, sayaç üzerinden reaktif gücün ölçüm yöntemi daha karmaşık bir hal alır.
Bu durumda reaktif güç kompanzasyonu, sayacın hangi yönde (iç yük mü, şebeke mi) ölçüm yaptığına göre dinamik şekilde yönetilmelidir. Aksi halde kompanzasyon sisteminin sabit ayarlı olması, sınırların ihlaline ve cezaların doğmasına neden olabilir.
Senaryo 3: GES’in Üretim Yapmadığı (Gece) Saatler
Gece saatlerinde güneş ışınımı olmadığı için GES üretimi sıfıra düşer ve işletmenin tüm enerji ihtiyacı şebekeden karşılanır. Ancak invertörler devrede kaldıkları sürece sistemin kapasitif karakteri baskın hale gelir. Bu durumda, kompanzasyon sisteminin hâlen çalışır durumda olması ve uygun endüktif yükleri devreye almaması durumunda, sistem kapasitif reaktif enerji limitini aşarak cezai uygulamalara maruz kalabilir.
Dolayısıyla, gece çalışma senaryosu göz önüne alınarak kompanzasyon panosunun hem gündüz hem gece koşullarına göre dinamik olarak konfigüre edilmesi, sistem güvenliği ve ceza riskini ortadan kaldırmak açısından kritik önemdedir. Gerektiğinde reaktif dengeleme için şönt reaktörler veya endüktif karakterli yükler devreye alınmalıdır.
Güneş Enerjisi Santrali (GES) Uygulamalarında Kompanzasyon Nasıl Yapılır?
PV sistemlerde kompanzasyon uygulaması, klasik sanayi tesislerinden farklıdır. Buradaki temel amaç, hem kapasitif hem de endüktif yüklerin dengelenmesidir. Aşağıdaki yöntemler kullanılır:
a) Otomatik Kompanzasyon Panoları
GES bağlantı noktasına (şalt sahası veya OG hücre) kurulan otomatik reaktif güç kompanzasyon panosu, yük durumuna göre kondansatör veya reaktör kademelerini devreye alır. Reaktif güç rölesi, cosφ değerini 0.99 seviyesinde tutacak şekilde çalışır.
b) Harmonik Filtreli Kompanzasyon
PV invertörlerin switching yapısı harmonik üretir. Bu harmonikler kondansatörlerle rezonansa girmemesi için harmonik filtreli kompanzasyon uygulanmalıdır. Tipik olarak 189 Hz – 210 Hz aralığında ayarlanmış detuned reaktörler kullanılır.
c) Şönt Reaktörler
Sistemde kapasitif güç baskınsa, aktif yük düşük olduğunda cosφ > 1 olabilir. Bu durumda şönt reaktör kullanılarak kapasitif reaktif dengelemesi yapılır. Özellikle gece saatlerinde GES’lerde yük yokken invertör DC’den enerji üretmediği halde, AC tarafında kapasitif karakter devam edebilir.
d) Tristör Kontrollü Kompanzasyon
Ani yük değişimlerinin olduğu PV-Dizel hibrit sistemlerde veya şebeke kararsızlıklarında, hızlı anahtarlamalı tristör kompanzasyon sistemleri (TCR) tercih edilir.
