Bir Günlük Işınım Verisiyle PV Performansı Nasıl Hesaplanır?

Fotovoltaik (PV) sistem performansı değerlendirilirken, hassas ve yüksek doğruluklu ışınım sensörlerinin kullanılması çok önemlidir. Bu ışınım sensörü seçimi, sahalarda Plane of Array (POA) ölçümünü etkilemektedir. Bu yazıda bahsedilen ışınım verisi,  termopil piranometre veya ışınım sensörleri ile elde edilen POA verisidir. Bu analizde, sensörlerden alınan ışınım verisinin hesaplamalarda nasıl kullanılacağı ve anlamlandırılmasının nasıl olacağı adım adım ve örnek hesaplama ile anlatılacaktır.

Plane Of Array (POA) Verisi Nedir?

POA, güneş panellerinin yüzeyine dik gelen toplam güneş ışınımdır. Bu ışınım verisi, panel düzlemindeki gerçek koşullara bağlı ışınımı yansıtır. Bu yüzden PV performans analizinde en doğru ölçüm, POA’dır. POA verisi şu bileşenlerden oluşur:

• Direkt ışınım (beam irradiance)
• Dağınık ışınım (diffuse irradiance)
• Yansıtılan ışınım (reflected irradiance)

POA ölçümünde piranometrenin panelle aynı eğim ve azimutta konumlandırılması gerekmektedir. Bu konumlandırma, ölçüm ve hesaplama doğruluğu için son derece kritiktir. Konumlandırılma ve ölçüm hatalarının ayırt edilebilmesi için bu noktaya son derece dikkat edilmelidir.

Gerçek Saha PV üretim ve POA ışınım grafiği

Örnek Günlük POA ile PV Performans Hesaplama

Aşağıda verilen örnek sistemin özellikleri ile, bir günlük POA ışınım verisiyle PV sistemin performans analiz adımları anlatılmıştır.

• POA ölçümü için Class A Termopil Piranometre
• Işınım ölçüm aralığı 5 dakika
• Panel açısı 25° (Güney yönlü)
• Kurulu güç 100 kW (P₀)
• Günlük POA ışınım 6.80 kWh / m² (H_i)
• Günlük Gerçek Üretim 580 kWh (E_out)
• G_i,ref ise 1000 W/m²

Not: Aşağıdaki formülizasyonlar, yalnızca kaba bir yaklaşımı ifade etmektedir. Gerçek hesaplamalarda daha ayrıntılı analiz yapılmalı ve sistem kayıpları göz önünde bulundurulmalıdır.

1. Performans Oranı (PR) Hesabı

Performans Oranı hesabı, sistemin gerçek üretimi ile olması gereken teorik üretimi arasındaki orandır.

PR değeri, bir sistemin ne kadar verimli çalıştığını değerlendirmede en sık başvurulan göstergelerden biridir. PR oranı, 1’e ne kadar yakınsa sistem o kadar verimli demektir.

Yapılan örnek hesaplamada örnek sahanın, günlük performans oranı 85,3’ dir. Bu sonuç, sistemin ilgili günde çok çok iyi performans gösterdiğini gösterir. Ancak kesin bir yorum yapabilmek için daha uzun dönemli (aylık-yıllık) verilere bakmak gerekir.

PR değeri her durumda aynı çıkmaz; sistemin kurulduğu yerin iklimi, yapılan ölçümlerin doğruluğu ve hesabın hangi zaman aralığında yapıldığı gibi etkenlere göre değişebilir. Günlük hesaplarda %90’ın üstüne çıkması normaldir. Bu hesaplamalara göre tesisin gayet iyi bir performans oranı olduğunu gösterir. Ama daha uzun vadede, yani aylık ya da yıllık değerlendirmelerde, bu değer biraz daha düşük olabilir. %80 ve üzeri PR değeri kabul edilebilir bir performans oranıdır. Bu yüzden sistemi en doğru şekilde değerlendirmek için PR’ye mümkünse aylık veya yıllık olarak bakmak daha sağlıklı olacaktır.

2. Spesifik Üretim (Specific Yield)

Spesifik Üretim, bir güneş enerjisi santralinin kurulu gücüne göre ne kadar enerji ürettiğinin göstergesidir. Sistemin verimini anlamak için bu ölçüm sıkça kullanılır. Spesifik Üretim hesabı POA ışınımıyla birlikte değerlendirilir ve iklimsel, bölgesel ışınım incelemesinde kullanılır.

Yani bu sistemin spesifik üretimi 5,8 kWh/kWp. Bu sonuç, sistemin her 1 kWp kurulu güç başına bir günde ortalama 5,8 kWh enerji ürettiğini ifade eder.

Türkiye’de yaz döneminde, sabit eğimli ve üretiminde herhangi bir kesinti yaşanmayan bir tesiste günlük spesifik üretimin aylık ortalama 5,5–6,5 kWh/kWp aralığında olması, çoğu durumda iyi bir performansa işaret eder. Ancak bu değer; tesisin yer aldığı bölge, o dönemdeki hava şartları ve sistemin kurulum ile işletme özelliklerine bağlı olarak belli ölçüde değişiklik gösterebilir.

3. Beklenen Üretim ile Karşılaştırma

Bir güne ait üretim performansını değerlendirebilmek için, gerçekleşen üretim değeri simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılır.

Örneğin, PVsyst gibi bir simülasyon programı aynı gün için 6,20 kWh/m² POA ışınımı altında 600 kWh üretim öngörmüştür. Gerçekte ise sistemin o gün 580 kWh üretim yaptığı kabul edilmiştir. Bu durumda, beklenen üretim ile gerçekleşen üretim karşılaştırılarak sistemin o günkü çalışma performansı değerlendirilir.

Yani üretim sapması -%3,3 olarak bulunur. Bu da gerçek üretim, beklenen üretimin %3,3 altında kalmış demektir.

Bu sonuçla, mevcut sistemin o gün beklenen üretimin biraz altında kaldığını anlayabiliriz. Beklenen üretim simülasyon programları ile öngörülebilir. Ancak, simülasyon programları genel bir fikir verir ama tek başına kesin sonuç gibi düşünülmemelidir. En doğru değerlendirme, gerçek üretim verileriyle birlikte bakıldığında yapılır.

Beklenen üretim ile gerçek üretim arasındaki farkı yorumlayabilmek için genellikle her saha için belirli bir tolerans aralığı tanımlanır. Bu aralık, kullanılan modelin doğruluk düzeyi ile ölçüm belirsizlikleri göz önünde bulundurularak belirlenmelidir. Örneğin, birçok uygulamada yaklaşık ±%10 seviyesinde bir eşik kabul edilir. Bununla birlikte, işletme koşullarına ve sistem özelliklerine bağlı olarak bu aralıklar değişiklik gösterebilir.

4. Grafiklerle Işınım ile Üretim İlişkisi

Not: Grafik, kayıplara ilişkin temsili bir gösterimdir. Kayıp oranları saha ve işletme koşullarına bağlı olarak değişiklik gösterebilir.

POA verisi ile PV üretiminin birlikte grafik üzerinde incelenmesi, sistemin davranışını anlamak için faydalıdır. Ayrıca olası sorunları fark etmek açısından oldukça yararlı olacaktır. Işınım ile üretim ilişkisi, zaman serisi olarak çizildiğinde şu durumlar kolayca analiz edilebilir:

• Sabah ve akşam saatlerindeki gölgelenmeler
• Öğle saatlerinde termal kayıplar, aşırı sıcak etkisi
• Temizlik ihtiyacına bağlı kayıplar
• Sistem kayıpları (inverter, kablolama vs.) vb.

Bu grafikler Excel, Python ya da PV izleme yazılımları kullanılarak kolayca hazırlanabilir. Düzenli takip edildiğinde ise sistemdeki performans değişimlerini erken aşamada tespit etmek için oldukça faydalı bir araç haline gelir.

Sonuç olarak, bu yazıda bir günlük POA verisiyle PV performansının hesaplamalarla nasıl analiz edildiği incelenmiştir. Bu hesaplamalar ve incelemeler ile sistem verimliliği, temizlik ihtiyacı, termal kayıplar ve olası performans düşüşleri erken tespit edilebilmektedir. Termopil piranometre ile yapılan doğru POA ölçümleri, bu analizlerin güvenilirliğini artırarak bakım planlaması ve enerji tahminlerinde yüksek doğruluk sağlamaktadır.

SEVEN 3S-TP-MB-A Termopil Piranometre POA ışınım verisini alıp, sisteminizi daha güvenli izleyebilirsiniz. Daha detaylı bilgi için SEVEN Sensor Solution ile iletişime geçebilirsiniz.