PV Santrallerde Yıldırımdan Korunma ve AG Parafudr Hesabı

PV santrallerde aşırı gerilim ve yıldırımdan korunma konusunda IEC 62305 standardını temel ilkeler olarak almamız gerekmektedir. 4 bölümden oluşan IEC 62305 standartı ülkemizde TSE EN 62305 1-2-3-4 Bölümden oluşmaktadır. Yapı ve tesislerde aşırı gerilim ve yıldırımdan korunma kriterlerini bize anlatan IEC 62305 standardı solar sistemlerde de detaylı bilgiler vermektedir. VDE 0185 olarak Almanlar tarafından kullanılan standart Ek 5 Çıkartılarak solar sistemlerde aşırı gerilim ve yıldırımdan korunma, solar sistemlerde topraklama detaylarını bize tüm hesaplarıyla sunmaktadır. Ülkemizde de solar sistemlerin korunmasına yönelik çalışmalarda bu standardın kriterlerini kullanmaktayız. Ülkemiz yıldırım darbe eğrisi olarak yoğun denebilecek bir konuma sahiptir ve santraller özellikle de Solar tarlaların yoğun olarak kurulduğu bölgelerde risk altındadır. Bu nedenle Yıldırımdan Korunma ve Topraklama konusunda gerekli hassasiyeti sağlamak zorundayız.

Solar sistemlerde Aşırı Gerilim ve Yıldırımdan Korunma konusunu  4 bölümde özetlememiz gerekmekte ve tesislerde bu 4 maddeyi kusursuz uygulamak zorundayız. 4’lü koruma prensibi güneş santrallerini uzun yıllar ayakta tutacak altın kuralların başında gelmektedir. Temel başlıklarla sıralarsak;

1-DIŞ YILDIRIMDAN KORUNMA SİSTEMİ

2-AG PARAFUDR (İÇ YILDIRIMDAN KORUNMA) SİSTEMİ

3-TOPRAKLAMA SİSTEMİ

4-EŞPOTANSİYEL SİSTEM

Tesiste bu 4 maddenin IEC normlarına uygun tasarlanması, ürünlerin ilgili test kriterlerinde seçilmesi ve uygulamaların çok uzun yıllar dayanım göz önünde bulundurularak yapılması önemlidir. Bu bölümde 4 sistemin temel olarak kurulum esaslarından bahsedeceğiz.

1-DIŞ YILDIRIMDAN KORUNMA SİSTEMİ

Dış yıldırımdan korunma sistemleri yıldırım darbesinin direk etkisine karşı tesisi ayakta tutan; fiziksel etkiye karşı panel ve diğer sistem elemanlarını koruyan; sahada çalışan ve görev yapan personeli koruyan çok önemli bir sistemdir. IEC 62305 standartı kapsamında yuvarlanan küre metodunu ve koruma açısı metotlarının kullanıldığı dış yıldırımdan korunma sistemi detay mühendislik hesapları sonucunda tasarlanmalıdır. Güneş santrallerinde pasif yakalama uçlarının tercih edilme nedeni hem riski azaltmak hem de daha güvenilir sistemler kurmaktır. Bu nedenle IEC 62305 standartı kapsamında güneş tarlalarında paratoner sistemi önerilmemektedir. Koruma açısı oluşturan yakalama uçları ile tan açısı hesaplanan sistemler panel arkasına yerleştirilmektedir, Yuvarlanan küre metoduna göre koruma alanı oluşturan sistemler ise saha çevresine yerleştirilmektedir.

Solar projelerde dış yıldırımdan korunma tasarımı gerçekleştirmeden önce mutlaka bir yıldırım risk hesabı yapılmalıdır. Risk analiz programları kullanılarak da gerçekleştirebilecek risk analizi lokasyon bilgisi, zemin etüt bilgisi, tesis boyutları, tesis çevresinde yer alan OG ve AG hatları, tesis etrafındaki yapılar, tesis çevresindeki dağlık alanlar, yıldırım gelme açısı, bölge yıldırım yoğunluğu gibi verileri kapsamaktadır. Bu veriler sonucunda solar sistemin kurulacağı alanın yıldırım risk hesabı yapılmış olur.Hesap sonucunda karşımıza 4 seviye çıkmaktadır. Seviye I, II, III, IV olarak sıralanan risk tablosu bize koruma açılarını ve yuvarlanan kürelerin yarıçapını vermektedir. Yuvarlanan küre metodunda kullanılacak yarıçap risk analizi ile direk kıyaslanmaktadır. IEC 62305 standartı tarafımızdan bizlere sunulan tablo aşağıdaki şekildedir.

Koruma seviyesi belirlenen güneş tarlasında daha sonra kurulumu yapılacak olan dış yıldırımdan korunma sistemi belirlenir. Panel arkası ya da alan koruması şeklinde seçilebilecek sistem de dikkat edilmesi gereken en önemli nokta S koruma mesafesidir. Yıldırım geçiş iletkenleri ve sistem elemanları panellerden mutlaka hesap sonucu çıkacak ‘s’ koruma mesafesi kadar uzakta olmalıdır. S koruma mesafesi ise aşağıda formülle hesaplanabilmektedir. Örnek hesap şu şekilde yapılabilir.

Çatı üzeri sistemler de ‘s’ koruma mesafesi önemlidir;

Çatı üzeri ve arazi kurulumlarında yıldırımdan korunma tasarımları benzerlik göstermektedir. Bu noktada panel arkası kurulumlarda gölge faktörünün de hesaplanması önemlidir. Yuvarlanan küre metoduna göre yapılan sistemlerde ise çit ve köşe noktalar eş potansiyel bağlantı düşünülerek yakalama uçlarının konumlandırılması için en ideal alanlar olarak karşımıza çıkabilmektedir.

Türk Standartları Enstitüsü  tarafından Haziran 2007’de yayımlanan TS EN 62305-2’de  (Yıdırımdan Korunma-Bölüm 2:Risk Yönetimi)Standardında, bina  dışında yapılan fotovoltaik (PV) sistemlerin yıldırımdan korunması ile ilgili olarak herhangi bir hesap metodu bulunmamaktadır. Bununla birlikte TS EN  62305-3 (Yıldırımdan  Korunma- Bölüm   3:Yapılarda  Fiziksel Hasar ve  Hayati Tehlike) Standardına  2010 yılında   Fotovoltaik Güç Kaynağı Sistemleri   (PV   Power Supply   Systems)  başlığı ile  Bölüm 5   eklenmiştir.

Eklenen  bu  Bölümde 10 kW’dan daha büyük fotovoltaik enerji santrallerinde açık alanlarda Koruma Seviyesi IV (R:60m)’e göre  yıldırımlık tesis edilecektir. Yıldırımlık tesisi yapılacağı için ayrıca risk değerlendirmesi hesabı yapılmamıştır. Solar sistemler de yuvarlanan küre metoduna göre yapılan risk çalışmalarında genellikle III ve IV.seviye sonuçları çıkmaktadır bu da yuvarlanan küre metoduna göre yarıçapın 45 metre ve 60 metre alınmasına imkan tanımaktadır.

Koruma açısı oluşturma yönteminde ise panel arkalarına yerleştirilen yakalama uçlarının koruma açıları panelleri koruma kapsamına almalıdır. Yine bu nokta da yukarıda bahsetmiş olduğumuz ‘s’ koruma mesafesi önem taşımaktadır.

Sonuç olarak güneş panelleri yıldırımdan korunma sistem tasarımında koruma açısı yöntemi uygulanacak ise panel arkası yakalama uçları alan koruma tercih edilecekse yuvarlanan küre metoduna göre hesaplanan 8000 MM’ye varan tripod yakalama uçları kullanılmaktadır. Panel arkası yakalama uçları gölge faktörü nedeniyle panelleri 50 cm boyutunda aşabilir ve 5 panelde bir tabanda sabitli yakalama uçları kullanılabilir. Eşpotansiyel kavram da detaylı olarak açıklayacağımız dış yıldırımdan korunma sisteminin eşpotansiyel alınması konusu ise oldukça önemlidir. Tüm dış yıldırımdan korunma sistem topraklamaları tesis ana topraklamaları ile mutlaka bir eşpotansiyel sisteme dahil edilmelidir. Eşpotansiyel bağlantı aşamasında spark gap sönümleyici parafudr sistemleri kullanılabilir.