Güneş Enerji Yatırımlarında Solar Kablo Çözümleri

Jan Mastny
APAC ve UK Satış Direktörü
Studer Kablo

Hayatın çoğu alanında kalitenin lüksle ilişkilendirildiğini biliyorsunuz. Ancak PV endüstrisinde durumlar farklı işliyor. Burada kalite, öncelikle kurulumun güvenliği anlamına gelir. Sadece sistemin güvenilir olması değil, aynı zamanda hazırlık ve tasarım aşamasının, geliştirme aşamasının ve tabii ki kurulum aşamasının da güvenilir olması gerekiyor.

Peki, kaliteyi gerçekten ne belirler?

PV kablolarından bahsederken, çok sayıda önemli bakış açısı vardır ve bunlar kablo değerini etkileyen faktörlerdir.

Bu sunumda size üç ana konudan bahsetmek istiyorum: Plastik kullanımı, çapraz bağlama prosedürü ve sertifikasyon.

Plastik, PV kablolar için önemli bileşenlerden biridir. Biz kablolar için kendi ham bileşiklerimizi üretiyoruz. Bir kablo üretmek istediğinizde, pazarda bulunan ve ticari olarak temin edilebilen bir bileşimi kullanabilir ya da kendiniz imal edebilirsiniz. Ana fark, kendi üretiminizde malzemenin özelliklerini ve uzun vadeli faktörlerini kendinizin belirleyebilmesidir. PV konusunda spesifik ve özgün kriterleriniz varsa, bileşiğinizin kimyasal ve fiziksel özelliklerini bu şekilde önceden tanımlayabilirsiniz. Bu da ürünü özgün kılar, çünkü kullanılacağı yer için özel olarak üretilmiştir.

Ayrıca üretimde kullandığınız plastik bileşikleri ve plastik malzemeleri nasıl işlediğiniz de çok önemli. Kabloda kullanılan kimyasal özelliklerle beraber çapraz bağlama işlemine dayalı bir işleme yöntemini de kullanma seçeneğiniz vardır, fakat bunun dezavantajı bu kimyasalların kalıcı olarak kabloda kalmasıdır.

Bu durum, her kabloda ve her polimerik malzemede gerçekleşen çapraz bağlama işleminin aslında sonu gelmeyen bir süreç olduğu anlamına gelir. Bu da belirli bir zaman içinde hızlandırılmış yaşlanma faktörüne dönüşür. Ayrıca eğer elektron ışını ile çapraz bağlama yapılan bir kablo kullanıyorsanız, fabrikamızda uygulanan elektron ışını işleminin, belirli bir süre ve yoğunluk sınırlamasıyla gerçekleştiğini ve bu işlemin belirli özgün niteliklere sahip kablolar için yapıldığını söyleyebilirim.

Bu, kabloların ömrü boyunca aynı mekanik özelliklere ve esnekliğe sahip olduğu; kabloların kırılgan veya sertleşme eğiliminde olmadığı ve yalıtım özelliklerini tehlikeye atan mikro çatlaklar ve diğer sapmaların görülmediği anlamına gelir.

Örneğin eğer ‘mükemmel bir akşam yemeği’ keyfi yaşamak istiyorsanız, öncelikle mükemmel malzemeler kullanmanız ve yemeğinizi uygun şekilde ve uygun ekipmanlarla pişirmeniz gerekir. Aynı durum kablolar için de geçerlidir. Plastik bileşikler malzeme olarak kullanılır ve diğer işlemlerle birlikte elektron ışını, çapraz bağlama ile gerçekleştirilir. Burada en önemli noktalardan biri, kabloların farklı sıcaklık koşullarında ve belirli bir süre boyunca nasıl hareket edeceğini belirleyen Ranius eğrisidir.

Ranius eğrileri, her on santigrat derecelik artışta polimerik malzemenin ömrünün %50 azaldığı bilgisini verir. Bu gerçekten çok önemli bir faktördür, on santigrat derecelik bir artış, kabloların kullanım ömrünün %50 azalması anlamına gelir. Grafikteki eğride sıcaklık ve sıcaklık endeksine bağlı gelişen kullanım ömrünü görebilirsiniz. Herhangi bir şüphe duyduğunuzda, sahip olduğunuz kablonun kalitesi veya performansı hakkındaki sıcaklık indeksini sormanızı öneririm. Herşeyin doğru ve olması gereken oranlarda yapıldığını açıkça belirten bir diyagram düzenleyebilirsiniz.

Kalite Anlayışımızı Oluşturan Standartlar

Günümüzde birçok kişi endüstride standart gereksinimleri yerine getirmenin ya da üreticiden belirli bir standarta dayalı sertifikasyon talep etmenin kalite açısından yeterli olduğunu düşünüyor. Fakat bu doğru bir düşünce değil.

Temel olarak, standartların nasıl oluşturulduğunu ve hangi koşullar altında yapıldığını anlamak önemlidir. Öncelikle, standartların genellikle küresel ölçütlerle belirlendiğini bilmeniz gerekir. IEC örneğinde olduğu gibi, çoğunlukla temel olarak Avrupa düzeyinde hazırlanırlar. Eğer bir standart yayınlamak istiyorsanız, tüm ilgili tarafların görüşlerini belirtebileceği, üzerinde uzlaşılmış bir çözüm bulmanız gerekir.

Böylece standart, normal bir süreç içinde kabul edilebilir ve yayınlanabilir hale gelir. Standartlar, standartı belirleyen tüm üyeler için ortak veya kabul edilebilir olan verileri korur. Bu süreçte, farklı paydaşların görüşleri ve talepleri dikkate alınır ve standartta yer alacak unsurlar genellikle tüm tarafların kabul edebileceği ortak bir temelde belirlenir.

Böylece bu standartlar, geniş bir kullanıcı kitlesi tarafından uygulanabilir ve kabul edilebilir hale gelir. Diğer önemli bir önemli nokta ise, çift taraflı PV, yüzen PV araçları, entegre PV gibi yeni alt segmentlerin ortaya çıktığı fotovoltaik gibi çok dinamik bir endüstride, yeni bir standart oluşturmanın son derece uzun bir zaman almasıdır.

Standart komiteleri -yüzer gesler konusunda olduğu gibi- pazarın gereksinimleri karşısında yeteri kadar hızlı reaksiyon alamıyorlar. İlgili standartların yokluğu, endüstri için gerçekten neyin gerekli, neyin gereksiz olduğunu belirleme konusunda baş ağrılarına neden oluyor. Dolayısıyla standartlar, PV kurulumlarınızda mutlaka dikkate almanız gereken çok temel bir konudur.

PV standartı, kurulumunuzun kalitesinin başladığı yerdir.

PV standartlarına, kullanmak istediğiniz ürünleri belirleyerek ulaştığınızda, kurulumunuzun özel koşullarını da düşünmeniz gerekir. Ve bu her şey olabilir. Çok yüksek kar yükü, şiddetli rüzgar, kirlenme, su vs. Bu tür olağanüstü parametreleri düşünmeniz ve mevcut standartların üzerinde malzemeler seçmeniz gerekecektir. Çünkü standartlar bu olağanüstü koşulları dikkate almıyor.

Yüzen PV, fotovoltaik endüstrisi içinde nispeten yeni bir segment. Yüzen PV’lerin su üzerinde kullanılacağına dair hiç kimsenin bir fikri olmadığı dönemde, aslında standartlarla çalışıyorduk. Su üzerindeki ek mekanik yük ve dinamik yük PV kurulumunu etkilerken, PV üzerindeki nem ve su maruziyeti de büyük ölçüde artmış olur. Bu gibi göz önünde bulundurulmamış faktörler, değerlendirilmesi gereken önemli unsurlardır.

Günümüzde bu konuda ilgili standartlar belirleniyor. Zaten yüzen PV kabloları için, daha doğrusu suya dayanıklı kablolar için, iki tane IEC standartımız var. Çok yakında yüzen PV’ye bağlı paneller, konnektörler ve diğer ekipmanlar için daha fazla gereklilik ortaya çıkacaktır.

Bugün yüzen bir kurulum yaptığınızda, gerçekten standartların üzerine çıkacak bazı gereklilikleri dikkate almanız gerekecektir. PV kurulumunuzun bu gereklilikleri karşılamasını sağlamak için, bu konuyu gerçekten anlayan ve sizi gereklilikler listesi konusunda yönlendirebilecek doğru kişilerle çalışmanız önemlidir.

Yukarıdaki fotoğraflarda, kurulumunuzu düzgün bir şekilde yapmadığınızda nelerle karşılaşabileceğinizin örneklerini görebilirsiniz. Eğer standart ürünleri kullanırsanız, gördüğünüz gibi malzemeler yaşlanır, 25 yıllık kullanım ömrü çok daha hızlı bir şekilde tükenir ve PV tesisinin tamamı bu şekilde hızla bozulur. Bu yüzden planlama aşamasına ve güç planının tasarım aşamasına dikkat etmek son derece önemlidir.

Tasarımın ve tüm bileşenlerin birbirine uyumlu ve zorlu koşullara dayanabilecek malzemeler ile yapıldığından emin olmak gerekir. Tasarım aşamasında, kabloların taşıma kapasitesini dikkate almalısınız, bu sayede -fotoğraflarda gördüğünüz gibi -gelecekteki felaketlerden korunabilirsiniz. Son olarak belirtmeliyim ki, ne kadar kaliteli veya pahalı ürünler kullanırsanız kullanın, kurulumu doğru şekilde yapmadığınızda sorunlarla karşılaşacaksınız.

Bu yüzden, lütfen geliştirme aşamasının yanı sıra kurulum için kullanılan yöntem ve metotlara da dikkat edin, böylece çok ciddi durumları önleyebilirsiniz. Son olarak, kalitenin her şey olmadığını, ancak kalite olmadan da hiçbir şeyi gerçekleştiremeyeceğinizi söylemek istiyorum…

___________________

 

Güneş Enerji Yatırımlarında Konnektör Çözümleri

Guido Volberg
Staubli Kıdemli Danışmanı

Solar sektörde fiyat ve boyut olarak küçük olan konnektörlerin büyük bir önemi ve etkisi vardır. Fotovoltaik endüstride rekabet gücünü, verimliliği, güvenilirliği ve karlılığı artırmak için yapılan farklı çabalar, stratejiler ve gelişmeler gerçekten önemlidir.

Ancak verimlilik, güvenilirlik ve karlılık hakkında konuşurken, temel konuları da göz önünde bulundurmamız gerekiyor. PV’de kablo bileşenleri gibi temel konuları göz ardı ettiğinizde çok fazla maliyetle karşılaşabilirsiniz. Bu nedenle özellikle yatırım sahipleri için bunun önemli bir konu olduğuna inanıyoruz.

Burada iki ana konuya odaklanacağım: Başarılı PV sistemlerindeki mükemmel bileşen kalitesinin önemi ve PV sistemlerinde en tehlikeli arızalardan biri olan çapraz eşleme veya bağlantı hatası. Öncelikle çalıştığım şirket hakkında kısa bir genel bilgi vermek istiyorum. Staubli Group, tekstil, robotik ve konnektörler alanında (sıvı ve elektriksel) uzmanlaşmıştır.

130 yıllık deneyime sahip bir şirket olarak bu sürenin 25 yılını PV endüstrisinde geçirdik. 29 ülkede 5700’den fazla çalışanımız var ve yaklaşık 615 gigavatlık toplam kurulu PV kapasitesine sahibiz, bu da dünya genelindeki PV kapasitesinin yaklaşık %50’sine denk geliyor.

Staubli, fotovoltaik sistemlerin DC tarafı için tam bir bileşen portföyü sunuyor. Görselde konnektörlerimizi görebilirsiniz. Herkesin bildiği gibi, MC4 ve MC4 Evo olarak iki tip kablo konnektörümüz ve ilgili panel prizleri var. Batarya ve enerji depolama sistemleri için konnektörlerimiz, branşman konnektörlerimiz ve eBOS bileşenleri olarak adlandırılan ayırıcılar ve hat içi sigorta gibi bileşenlerimiz de var, ki bu da güç santralleri için çok önemlidir. Ayrıca PV telleri de sunuyoruz.

Konnektör, toplam sistem maliyetine göre hem fiziksel olarak hem de ağırlık açısından küçük bir parça olabilir. Fakat büyük miktarda para yatırdığınızı, doğru modülleri ve doğru sistem tasarımını seçtiğinizi düşünürsek, ürettiğiniz enerjinin verimli bir şekilde iletilmesini istersiniz ve enerjinin aktığı parça da konnektördür. Burada temel konu konnektörlerin yüksek kalitesidir.

Bu nedenle, size bir konnektörün anatomisi hakkında kısa bir genel bakış vermek istiyorum. PV konnektörünün her bir parçası ayrı bir işlevselliğe sahiptir ve bu da ilgili malzemelerin ve teknolojilerin kullanılmasını gerektirir. Yukarıdaki görsel üretilen gücün istikrarlı iletimini sağlamak için bu bağlantının çalışma şeklini anlamamıza yardımcı olur.

Konnektörlerimizin en önemli parçası, çok katmanlı temas elemanıdır. Benzersiz çok katmanlı temas teknolojisi, termal görüntülerde aşağıda gördüğünüz gibi çeşitli pozisyonlarda mükemmel ve güvenilir bir bağlantı sağlar. Çalışma sıcaklıklarını düşük tutar. Temas direnci sürekli düşüktür.

 

Çok katmanlı temas teknolojisi, Staubli elektrik bağlantı çözümlerinin temelidir ve aynı zamanda Staubli’nin orijinal MC4’ünün temas kalitesi için anahtardır. Bir Staubli markası olan MC4, Staubli tarafından yaratılan PV konnektörünün adıdır ve İsviçre tarafından tasarlanıp Fransa, Almanya ve İsviçre’de üretilmektedir.

En önemlisi MC4 bir standart değildir ve farklı PV konnektör markalarıyla teknik olarak uyumlu değildir. Eğer biri size “konnektörüm MC4 uyumlu” derse, buna inanmayın.

Enerjinin iyi iletimini sağlamak ve tüm gereksinimleri karşılamak için yüksek kaliteli bir konnektörün en önemli faktörü düşük temas direncidir. Bu sadece yeni olduğu zaman değil, tüm hizmet ömrü boyunca da böyledir.

Yüksek kaliteyi sağlamak ve kontrol etmek için standart gereksinimlerin de ötesinde testler uyguluyoruz. Bu testleri burada görebilirsiniz, bunu sadece yeni bir konnektör geliştirme sürecinde değil, kullanım ömrü boyunca düzenli olarak yapıyoruz. MC4 konnektörü, laboratuvar sonuçlarına göre 10.000 döngü boyunca düşük temas direncini gösteriyor, bu da yaklaşık 20 yılı temsil eder.

Sadece laboratuvar testleri yapmıyoruz, aynı zamanda sahadaki konnektörlerimizi de takip ediyoruz. Örneğin görselde yer alan sonuçlar, bir çatı üstü fotovoltaik sisteminde başlangıçta ve on iki yıl boyunca işletme süresince izlenen dirençleri gösteriyor. Gördüğünüz gibi direnç çok kararlı. Diğer görseldeki test ise 400 sıcaklık döngüsü ve 1000 saatlik sönüm testinin sonucunu gösteriyor.

Bu arada rakip markaları da düzenli olarak izliyoruz, aksi halde iyi bir şirket olamazdık. Aralarında iyi olanlar da var ancak sahada birçok düşük kaliteli konnektör de mevcut.

Kaliteli bir konnektör olan MC4 burada sıcaklık ve temas direnci açısından neredeyse tamamen kararlıdır. Bununla birlikte, güçlü bir şekilde artan temas direnci eğrisinin gösterdiği gibi düşük kaliteli konnektörlerin kullanılması çok risklidir.

Artan temas direnci daha yüksek sıcaklık ve güç kayıplarına yol açar ve bu döngü bu şekilde devam eder. Bu durum 200 derecenin üzerindeki sıcaklıklara ve nihayetinde yangın gibi tehlikeli durumlarda kayıplara yol açabilir. Sadece konnektörler değil, aynı zamanda paneller, kablolama sistemleri ve PV sisteminin tüm parçaları da bundan etkilenirler.

Temas direncindeki bir artışın ne zaman bir konnektör arızasına yol açacağını öngörmek neredeyse imkansızdır. Bu, üç veya altı yıl sonra olabilir, ancak er ya da geç ciddi sonuçlara yol açacaktır.

Evet düşük kaliteli bir konnektör genellikle yüksek kaliteli olanlardan daha ucuzdur. Ama buna gerçekten değer mi?

Amaç enerjinin seviyelenmiş maliyetine ve zorlu finansal koşullarda karlılığı sıkıştırmaya yöneliktir. CapEx ve OpEx’in optimal dengelemesini ve sonuç olarak optimize edilmiş bir enerji verimini bulmak kolay değildir. Dolayısıyla CapEx’i düşürmek için kablo bağlantı maliyetlerini düşürmeye çalışabilir ve düşük kaliteli ürünler veya ucuz işçilik seçebilirsiniz.

Bu bağlamda kablo bağlantısı için kullanılan bileşenlerin yalnızca yaklaşık %1’inin konnektörlerden, başlangıç ​​maliyetinin ise yalnızca %0.3’ünün PV sistemi CapEx’inin genel toplamından oluştuğunu belirtebiliriz.

Sonuç olarak, bileşen seçimleri arasındaki fiyat tasarrufları nadiren %30’dan fazlasına ulaşır. İşletme sırasında ek güvenlik riskleri ve uzun vadede azalan verimlilik ve yatırım getirilerini göz önünde bulundurduğunuzda, daha ucuz bileşenler kullanarak sağlanan yalnızca %0.1’lik bir tasarrufun çok önemli olmayabileceğini görebilirsiniz.

Bu küçük tasarrufların, neden oldukları potansiyel maliyetle hiçbir ilişkisi olmadığı açıktır. Bu nedenle, bir konnektörün kalitesinin ne kadar önemli olduğunu görebilirsiniz. Ancak sistem yanlış bir şekilde kurulursa, yüksek kaliteli bir konnektörün de önemi kalmaz. Güneş enerjisi sistemlerinin kurulumunda yapılan hatalar çeşitli arızalara, hatta yangın açısından adeta bir saatli bombaya dönüşüyor.

Kurulumda yapılan hatalardan biri yanlış araçların kullanılmasıdır. Ancak bu, yanlış bir krimp pense ile başlayan ve kesme somunu yerine kullanılması gereken bir tork anahtarı ile biten başka bir konudur. Eğer hiçbir krimp pense kullanılmamışsa ve kesme somununu sabitlemek için yanlış bir araç kullanılmışsa bu durumda da sorun yaşanabilir.

Çok daha sık görülen kurulum hatası ise, farklı üreticilerin birleştirilmiş konnektör parçalarıdır, bu duruma “çapraz eşleştirme” veya “çapraz bağlantı” denir. Uluslararası Enerji Ajansı’nın raporunda, 2021’den itibaren güneş enerjisi sistemlerindeki teknik risklerin sayısal olarak belirtilmediğini bilmek gerekir.

Çapraz eşlemenin bir PV sisteminin güvenliği ve performansı üzerinde yüksek etkiye sahip hatalardan biri olduğunu görebilirsiniz. Bu durumu üstteki grafikte
de görebilirsiniz. Belirlenen tüm riskler ciddiyeti, ortaya çıkma olasılığı ve tespit edilebilirliği açısından değerlendirilir ve bu faktörlerin çarpımı, genellikle bir sürecin FMEA’sında atanan bir sayısal değer olan risk öncelik numarası (RPN) oluşturur. Sonuçta elde edilen RPN ile risk değerlendirilir ve diğer risklerle karşılaştırılabilir, üstteki görselde gördüğünüz gibi güvenliğe etkisi önemlidir.

Bu arada, birçok sigorta şirketi şu anda Uluslararası Enerji Ajansı’nın raporundaki önerileri takip ediyor. Almanya’daki sigorta şirketleri derneği bu IEA raporuna dayalı bir kılavuz oluşturmuştur. Şu anda fotovoltaik alanında konnektör teknolojisi için kurulmuş standartlar yoktur.

Piyasada MC4 uyumlu, MC4 takılabilir veya bağlanabilir gibi birçok tanımlama görüyoruz. Ancak belirli bir üreticinin konnektörleri, özgün takılma aşamasına sahiptir; tam özellikleri, boyutları ve toleransları sadece üretici tarafından bilinir. İçlerinde farklı temas teknolojileri, temas ve izolasyon parçaları için farklı malzeme bileşimleri ve farklı üretim süreçleri bulunur.

Farklı üreticilere ait konnektör parçaları bir araya getirilirse bağlantı güvenli olmayabilir. Çapraz eşleştirilmiş konnektörlerin karşılıklı etkileşimi, zamanla çatlaklara, sızıntılara ve bağlantı sisteminin artan temas direncine neden olabilir ve neden olacaktır.

Televizyonumun fişini evimdeki her priz çıkışına takabiliyorum. Neden farklı konnektörlerin PV konnektör parçalarını birleştiremiyoruz? gibi sorularla karşılaşıyorum, evdeki fiş ve priz çıkışının gerçekten düşük kapasiteleri olduğunu bilmelisiniz.

Bir PV konnektörün değeri yaklaşık 1500 volt DC ve 40 amperdir yani bu konnektöre 60.000 watt uygulanır. Ayrıca, böyle bir konnektörün çok zorlu koşullarda yaklaşık 25 yıl boyunca dayanabilecek şekilde tasarlanması gerekliliği de bulunmaktadır, oysa ev tipi bir fiş veya bir USB fişi beş yıl sonra çizilir veya hasar görür.

Orijinal MC4 PV konnektörlerinin temas direnci 532 mikro Ohm iken, ortalama direnç 530 mikro Ohm’dir. Çapraz bağlantılardaki temas direnci ise 6841 mikro Ohm’dir ve bu performansta önemli bir düşüşe neden olur.

Yaptığımız direnç testleri çapraz bağlantının büyük bir güvenlik riski oluşturduğunu gösterdi. MC4 konnektörlerimiz ortalama 1660 mega Ohm izolasyon direnci sunuyor ve bu, standart güvenlik sınırı olan 400 mega Ohm’un çok üzerindedir. Çapraz bağlantılar 0.6 mega Ohm izolasyon direnci sunar. Bu değerle izolasyon direnci neredeyse yok denecek kadar azdır ve elektrik çarpması riski vardır.

Şu anda İsviçre’nin Bern Üniversitesi ile yürütülen ilginç bir proje bulunuyor ve aldığımız ilk net sonuçlara göre çapraz eşleştirme veya çapraz bağlantı, sadece teknik açıdan değil, aynı zamanda hukuki açıdan da risk kaynağı oluşturabilirken, yakın bir zamanda garanti, taahhüt ve sorumluluklarla ilgili sorunları da ortaya çıkaracaktır.

Çapraz bağlantı nedeniyle bir PV sistemi yanarsa sorumlusu kim olacaktır? Bir dava mahkemeye sunulduğunda her zaman yüksek maliyetleri beraberinde getirir ve paranızı geri alma şansınız çok düşüktür. Bu nedenle çapraz eşleştirmenin sonuçları, panellerin veya dizilerin küçük arızalarından başlar ve tüm sistemi etkileyecek büyük yangınlara kadar çeşitli kötü sonuçlar doğurabilir. ABD’deki Walmart güneş panelleri yangını ve yangının temel nedenleri bunun iyi bilinen bir örneğidir.