Bifacial güneş paneli sistemlerinde Performans Oranı (PR) panellerin iki yüzlü olmasından kaynaklı sadece ön yüzeye düşen ışınım miktarı ile hesaplanamaz. Bu nedenle bu sistemlerdeki PR hesaplaması monofacial sistemlerden farklıdır. IEC 61724-1 standardı, bu farkı “BIF” (bifacial irradiance factor) adı verilen bir düzeltme katsayısıyla açıklar. Bu BIF değeri, sahada ölçülen arka yüzey ışınımının ön yüzey ışınımına oranı olan “rear-side in-plane irradiance ratio (ρᵢ)” üzerinden hesaplanır.
MONOFACIAL VE BIFACIAL SİSTEMLERDE PR HESAPLANMASI
Monofacial sistemlerde PR hesabında ölçülen enerji üretimi hesaplamasında panel düzlemi (POA – Plane of Array) ışınımı değeri kullanılır. Yalnızca ön yüzey ışınımı dikkate alınır. Panelin arka yüzeyi backsheet ile kapalıdır. Bifacial panellerde ise sistemin gördüğü gerçek ışınım değeri yalnızca ön yüzeye düşen POA değil arka yüzeyin de katkısını içeren bir efektif ışınım değeri ile hesaplanır. PR formülünde POA değerinin BIF katsayısı ile çarpılması gerekir. Bu fark göz ardı edildiğinde bifacial bir sistemin PR değeri yanlış çıkar. Çünkü üretilen enerji hem ön hem de arka ışınımı içerirken, referans ışınım yalnızca ön yüzeyi kullanır.
IEC 61724-1 STANDARDINDA BIFACIAL SİSTEMLER PR HESAPLAMASI
Standartta geçen formül şu şekildedir:
PRbifacial: Üretilen gerçek enerjinin, sistemin ideal koşullar altında üretmesi beklenen enerjiye oranını temsil eder.
EAC: İnverter çıkışında ölçülen AC enerji üretimidir (kWh).
PSTC: Sistemin Standart test koşulları altındaki nominal DC gücüdür (kWp). 1000 W/m² ışınım, 25 °C hücre sıcaklığı ve AM 1.5 spektrum koşullarındaki etiket gücüne karşılık gelir.
POA (Plane of Array): Panel ön yüzeyinin gördüğü düzlem ışınımıdır (W/m²). Panel ile aynı eğimde monte edilmiş bir piranometre ya da ışınım sensörü ile ölçülür.
GSTC: Standart test koşullarındaki ışınım değeridir ve sabit olarak 1000 W/m² alınır. Sistemin nominal güç tanımının yapıldığı referans ışınım seviyesidir.
τ: Her ölçüm aralığının süresidir. Işınım şiddetinin bu süreyle çarpılması, toplamı ışınım enerjisine dönüştürür. Örneğin 15 dakikalık verilerde τ = 0.25 saat demektir.
BIF (Bifacial Irradiance Factor): Panel ön yüzeyine düşen POA değerini, arka yüzey katkısını da içeren bir efektif ışınıma dönüştüren düzeltme faktörüdür. Standart, monofacial PR formülünün üzerine bu BIF çarpanını ekleyerek hesabı bifacial koşullara uyarlar.
BIF formülü ise şu şekildedir:
ρᵢ: Bir panelin arka yüzey ışınımının, ön yüzeyine ışınımına oranıdır (Grear / Gfront). Genellikle %5 ile %15 arasındadır. Parlak zemin veya kar üzerinde %25’e ulaşabilir.
Grear: Panelin arka yüzüne yansıyan ışınım (W/m²). Yerden yansıma (albedo) ve saçılan ışıktan kaynaklanır.
Gfront: Panelin ön yüzüne yansıyan ışınım (W/m²). POA değerine eşittir.
φPmax (phi Pmax): Panelin çift yüzlülük faktörüdür ve Pmax, rear değerinin Pmax, front değerine bölünmesiyle tanımlanır. Aynı ışık altında arka yüzün, ön yüze kıyasla ne kadar güç üretebileceğini gösterir. Üretici, bu değeri teknik özellik tablosunda genellikle 0,70 ile 0,90 arasında belirtir.
ρᵢ (REAR-SIDE IN-PLANE IRRADIANCE RATIO) DEĞERİ ÖLÇÜMÜ
ρᵢ değeri, panelin arka yüzey düzlem ışınımının ön yüzey düzlem ışınımına oranıdır. Bu oranı doğru ölçmek için ön ve arka yüzey sensörlerinin panel ile aynı eğimde konumlandırılması gerekmektedir.
Bu noktada 3S-Albedo ürünü devreye girer. Albedometre, montaj geometrisine göre iki farklı şekilde kullanılabilir. Yatay yüzeye monte edildiğinde okuduğu değer Albedo değeridir. Albedo zeminin yansıyıcılık oranıdır. Bu konfigürasyon zemin şekli için uygundur ancak bifacial PR hesabında doğrudan kullanılmaz. Bununla birlikte IEC 61724-1 standardı yatay albedo ile GHI/DHI ölçümlerinden arka ışınımın matematiksel bir formülle hesaplanmasına da seçenek olarak izin verir.
3S-Albedo bifacial sistemlerde panel düzlemine paralel olarak monte edildiğinde arka yüzey ışınımını doğrudan ölçer. Ürünün aynı gövdesindeki ön yüzey sensörünün ölçtüğü değerle oranlandığında ise ρᵢ değeri doğrudan ve tek bir cihazdan elde edilmiş olur. İki ayrı sensör arasındaki kalibrasyon farkı, kablolama uzunluğu veya zamanlama uyuşmazlığı gibi hata kaynakları bu sayede azalmış olur.
BIFACIAL PR HESABI İÇİN SENSÖR SEÇİMİ
Doğru bir bifacial PR hesabı için sahada iki önemli ışınım bileşeninin eş zamanlı ve aynı doğruluk sınıfında ölçülmesi gerekir. Bu ölçümün yapılışında pratikte iki yol vardır.
İlk yöntem, bu veriyi elde etmek için özel olarak tasarlanmış bir albedometre kullanmaktır. SEVEN referans hücreli albedometre ürünü bu amaçla geliştirilmiştir. Ön ve arka yüzey sensörlerini tek bir gövde içinde, aynı kalibrasyon zincirinde ve panelle aynı düzlem geometrisinde sunar. Bir başka yöntem de iki farklı piranometreyi ayrı ayrı tedarik edip biri ön yüzeyde diğeri arka yüzeyde olacak şekilde monte etmektir. SEVEN termopil albedometre ürünü, bu yönteme uygun şekilde tasarlanmıştır. Ön yüzey için panel düzlemine monte edilen bir termopil piranometre, arka yüzey için ise aynı doğruluk sınıfından ikinci bir termopil piranometre olmak üzere iki ayrı sensörle ρᵢ ölçümü gerçekleştirilebilir. Bu yöntem, farklı üreticilerin sensörlerini karıştırırken ortaya çıkan kalibrasyon ve doğruluk sınıfı uyuşmazlıklarını ortadan kaldırır. Ek olarak, yatay montajda albedo ölçümü için termopil albedometre, geniş spektral aralığı ve kosinüs tepkisi nedeniyle referans hücreye göre daha doğru sonuç verir. IEC 61724-1 PR ölçümünde her iki sensör tipine de izin verir. Referans hücreli albedometre ürünü, ölçülen albedo ya da ρᵢ değerini tek bir cihazdan okuma konusunda kolaylık sağlar.
Monofacial ve Bifacial PR Karşılaştırması
ρᵢ ÖLÇÜMÜNDE EN SIK YAPILAN HATALAR
En sık yapılan hatalardan biri sensörün panelle aynı düzlemde olmamasıdır. Sensör yatay konumda monte edilirse Horizontal Albedo okunur ve bu değer ρᵢ yerine doğrudan kullanılamaz çünkü panelin arka yüzeyinin gördüğü ışınımı temsil etmez.
Karşılaşılan hatalardan biri de yerleşimin zemin ile olan mesafesidir. Standarda göre albedometre ürünlerinin doğru ölçümü yapabilmesi için en az 1 metrelik yükseklikte olması ve 80 derecelik görüş açısında ölçüm yapılan zemin dışında bir engel olmaması gerekir.
Son olarak ön ve arka yüzey hücrelerinin farklı kalibrasyon tarihlerine sahip olması veya farklı sınıflarda olmasıdır. İkisinin de aynı doğruluk sınıfında olması, ρᵢ oranının sistematik bir hata içermemesi açısından önemlidir. SEVEN Albedometre çözümünün ön ve arka yüzey sensörlerini tek üründe birleştirmesi ve SEVEN termopil albedometre ürününün aynı tepki süresine sahip olması ve aynı kalibrasyon zincirinden çıkmış olması bu hatayı ortadan kaldırır.
Sık Sorulan Sorular
Bifacial PR hesabında BIF faktörünü ihmal edersem ne olur?
BIF faktörü ihmal edilirse panelin arka yüzeyinden gelen ışınım ölçümlere yansımazken üretilen enerji payı yer alır. PR, arka yüzey katkısına bağlı olarak olması gerekenden yüksek çıkar ve sahadaki gerçek kayıplar gizlenebilir. Bu durum hem performans garantisini hem de finansal modelleri yanıltır.
Albedometre yerine iki ayrı piranometre ya da ışınım sensörü kullanarak da bu ölçümü yapabilir miyim?
Evet, yapılabilir. Ancak bu yöntem için gereklilik, her iki piranometrenin de aynı tip, aynı ölçme yöntemi, aynı doğruluk sınıfı ve aynı kalibrasyon zincirine sahip olmasıdır. Farklı üreticilerin ürünlerini birlikte kullanmak, katsayı farkları nedeniyle ρᵢ hesabına sistematik hatalar ekleyebilir. Bu yöntem için SEVEN termopil piranometre ürününden iki adet alarak, biri ön yüzeye, diğeri arka yüzeye bakacak şekilde, ürünle birlikte gelen özel montaj aleti ile panel düzlemine paralel monte edilebilir.
φPmax değerini panel üreticisi vermezse ne yapmalıyım?
Hemen hemen her ciddi üreticinin bifacial panel datasheet'inde bifaciality katsayısı yer alır. Eğer datasheet'te yoksa üreticiden bu testin sonucunu talep etmek standart bir prosedürdür. Tipik değerler 0,70 - 0,90 aralığındadır. Ancak doğru PR raporlarında üretici verisi şarttır.
ρᵢ değeri gün içinde sabit midir, yoksa değişir mi?
ρᵢ değeri gün içinde ve mevsime göre değişir. Güneşin yüksek olduğu öğle saatlerinde genellikle daha düşük, sabah ve akşam saatlerinde difüz ışınımın artmasıyla daha yüksek olabilir. Kar örtüsü, otlanma, zemin nemi gibi faktörler de albedoyu, dolayısıyla ρᵢ'yi etkiler. Bu nedenle ρᵢ anlık değil, izleme süresi boyunca sürekli kayıt altına alınmalıdır.
BIF değeri bir saha için sabit kabul edilebilir mi?
Hayır, kabul edilemez. BIF, ρᵢ'ye bağlı olduğu için zeminin durumuna ve hava koşullarına göre değişir. Dönem boyunca toplam enerji, her zaman adımında BIF ile ağırlıklandırılmış toplam ışınıma bölünür. Yani BIF de zaman serisi olarak hesaplanır ve her ölçüm aralığında POA ile birlikte toplama katılır.