POA (Plane of Array) Işınım Türü Nedir?

POA (Plane array) ışınımı, güneş panellerinin yüzeyine tam olarak yerleştirildikleri açıda (eğim ve yön) düşen toplam güneş enerjisi miktarıdır. Bir güneş enerjisi santralinin (GES) gerçekte ne kadar elektrik üreteceğini hesaplamak için kullanılan en kritik meteorolojik veridir.

POA ölçümü için GES sahalarında en çok kullanılan Visionsen adı altında PERC hücreye sahip ışınım sensörleri bulunmaktadır. Bunlardan bazıları şunlardır;isionsen PERC Hücre APIRS(Açılı Işınım Sensörü), CAPIRS(Çift Açılı Işınım Sensörü)

POA Neden Önemlidir?

Güneş enerjisi sektöründe performansı ölçmek için gökyüzünden gelen standart ışınım verileri (GHI, DNI gibi) tek başına yeterli olmaz. Çünkü güneş panelleri genellikle yeryüzüne düz bir şekilde konumlandırılmaz güneşi en iyi yakalayacak şekilde belirli bir eğimle yerleştirilir.

POA ışınımı, tam olarak bu panellerin üzerine düştüğü gerçek ışınımı temsil eder. Aslında POA ışınımı güneş panelinin gözünden dünyaya bakış olarak düşünebiliriz. Bu bakışı güçlendirmek ve doğru veriler elde etmek için Visionsen Perc Hücre Işınım Sensörü kullanarak verimliliği takip edebilirsiniz.

POA Işınımının Bileşenleri Nelerdir?

POA ışınımı tek bir kaynaktan gelmez. Üç farklı güneş ışığı türünün birleşiminden oluşur. Matematiksel olarak formülü şu şekildedir:

POA toplam ışınımı (G_POA )

G_POA = G_b.POA+ G_d.POA+ G_r.POA

• Direct Irradiance (Doğrudan POA Işınımı): Bulut gibi engellere çarpmadan, doğrudan güneşten panelin yüzeyine gelen dik ışınlardır. Panelin eğim açısına göre (cosθ ile) doğrudan ölçeklenir.

G_b.POA = DIN x cos(θ)

• Diffuse Irradiance (Yayılan POA Işınımı): Atmosferdeki bulutlar, tozlar veya nem tarafından saçılarak panele farklı açılardan ulaşan ışınlardır. Panel eğim açısına (β) göre şöyle formüle edilir. Sky-diffuse olarak da bilinir.

G_d.POA = DIN x (( 1 + cos(β)) / 2)

• Reflected Irradiance (Albedo (Yansıyan) POA Işınımı): Güneş ışınlarının önce yere (çim, beton, kar veya yan binanın çatısı) çarpıp, oradan panelin yüzeyine geri yansımasıyla oluşan ışınımdır. Özellikle çift yüzeyli (bifacial) paneller için hayati önem taşır. Zeminin yansıtma katsayısı olan Albedo (ρ) değerine bağlıdır:

G_r.POA= GHI x (ρ) x (( 1 – cos(β)) / 2)

• Albedo(ρ): Zemin yansıtma katsayısı (Örn: Taze kar için 0.80, yeşil çim için 0.20, asfalt için 0.15.)

Eğim açısı⁡(β) ve Azimut açısı hakkında buradan detaylı bilgiye ulaşabilirsiniz. (Tilt-azimut-ve-altitude-acisi-nedir-ve-ges-uygulamalari-icin-neden-onemlidir)

POA Hesaplamadaki Önemli Noktalar

Teoride bir paneli optimum bir eğim açısıyla (örneğin 30 derece) sabitlediğinizde, yıl boyunca en iyi verimi alacağınızı varsayarsınız. Pratikte dünya ekseninin eğikliği nedeniyle güneşin gökyüzündeki yüksekliği mevsimsel olarak sürekli değişir. Yazın güneş tam tepedeyken dik açıyla gelen ışınları yakalamak için panelin daha düz (düşük eğim) durması gerekir. Kışın ise güneş ufka çok yakın olduğu için panelin daha dik (yüksek eğim) durması gerekir.

Sabit açılı sistemlerde POA hesabı yaparken, her ay güneşin açısının değiştiğini ve sabit panelin yılın sadece belirli dönemlerinde “kusursuz” POA değerine ulaşabildiğini, diğer aylarda ise sürekli ödün verdiğini (optimumdan saptığını) görebiliriz.

Teoride Kuzey Yarımküre’deyseniz, panelleri tam güneye (0° Azimut) çevirmek altın kuraldır. Pratikte gün içinde güneş doğudan batıya doğru hareket ederken, sabit yönlü bir panel sabah ve akşam saatlerinde direkt ışınları (Beam) çok dar bir açıyla alır. Bu da gün içindeki POA değerinin devasa dalgalanmalar göstermesine neden olur.

Tek veya çift eksenli güneş takip sistemlerinin (Tracker) kullanımı bu konuda büyük önem taşımaktadır. Tracker sistemler, azimut ve eğim açısını sürekli değiştirerek gün boyunca POA değerini her zaman en tepe noktada (maksimumda) tutmaya çalışırlar. Anlık hareket eden bir yüzeyin ışınımını hesaplamak tam bir matematiksel simülasyon gerektirir.

Teoride Işık gökyüzünden gelir ve panele çarpar. Yerden ne yansıdığı çok da önemli değildir. Pratikte POA formülünün en tahmin edilemez ve hesaplaması en zor bileşeni Albedo’dur. Albedo, çevredeki yüzeylerin güneş ışığını yansıtma kapasitesidir.

Sahaya kar yağdığında, zemin adeta dev bir ayna gibi davranır. Albedo katsayısı %20’lerden %80’lere fırlar. Bu durum, özellikle arka yüzeyi de elektrik üreten çift yüzeyli (bifacial) panellerde POA değerini uçurur.

Tam tersine, panelin önüne koyu renkli bir asfalt dökülürse veya zemin çamurlu/koyu topraksa, ışığı emer ve yansıtma oranı %10’lara kadar düşer.

Hava durumu tahmin modelleri gökyüzünü tahmin edebilir ama yerdeki karın ne zaman eriyeceğini, çimlerin ne kadar uzayacağını veya sahanın ne kadar tozlanacağını bilemez. Bu yüzden Albedo, POA hesaplamalarındaki en büyük “bilinmeyen” faktördür.

POA Ölçümünün Sektördeki Etkisi Nedir?

Güneş enerjisi yatırımlarında “tahmini verilerle” değil, “gerçek verilerle” hareket etmek zorundasınız. Milyon dolarlık bir güneş enerjisi santralinin (GES) kaderi, panellerin üzerine düşen POA ışınımının ne kadar doğru ölçüldüğüne bağlıdır. Sektör, bu kritik veriyi elde etmek için iki temel teknolojiye güvenir ve bu veriyi santralin kalbini ölçmek için kullanır.

Termopil Piranometreler (Thermopile Pyranometer)

Piranometreler, gökyüzünün tamamından gelen küresel ışınımı ölçmek için tasarlanmış yüksek hassasiyetli meteorolojik sensörlerdir. Sahada POA ölçümü yapmak için bu cihazlar, uydurma açılarla değil, tam olarak panellerin yerleştirildiği eğim ve azimut açısıyla (POA düzleminde) monte edilir.

Çalışma Mantığı

Geniş bir spektrumdaki tüm güneş ışığını absorbe ederek ısıya dönüştürür ve elektriksel sinyal üretir. Çok hassas olmalarına rağmen, tozlanmadan hızlı etkilenirler ve panel malzemesiyle (silikon) aynı optik tepkiyi vermezler. Piranometre tozlanması ile alakalı yazımıza buradanulaşabilirsiniz. (https://www.visionsen.com/en/dirty-pyranometer-hidden-irradiance-measurement-errors-affecting-solar-plant-performance/)

Referans Hücreler (Reference Cells)

Visionsen PERC hücre teknolojisi ile gerçekçi Ölçüm işte teorinin bittiği ve sahadaki gerçek üretimin başladığı yer burasıdır. Piranometreler genel ışığı ölçerken, referans hücreler doğrudan güneş paneli gibi düşünür ve davranır. Visionsen olarak geliştirdiğimiz referans hücre çözümlerinde, endüstri standardı olan sıradan silikonlar yerine PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) hücre teknolojisini kullanıyoruz.

Peki, bu neden önemli?

Spektral uyum olarak sahadaki panelleriniz yüksek verimli PERC teknolojisine sahipken, bunları eski nesil veya uyumsuz sensörlerle ölçmek büyük bir hata payı doğurur. Visionsen PERC referans hücreleri, sahada elektrik üreten panellerinizle birebir aynı dalga boyundaki ışıklara aynı optik tepkiyi verir.

Sıcaklık ve Yansıma Davranışı: Paneliniz güneşte ısındıkça akım ve voltaj değerleri değişir. Visionsen referans hücreleri, içindeki entegre sıcaklık sensörleri sayesinde tıpkı ana panelleriniz gibi ısınır ve soğur. Böylece fotovoltaik hücrenin fiziksel karakterini taklit ederek, teorideki ışınımı değil, panelin elektriğe dönüştürebileceği net ve anlamlı POA ışınımını ölçer.

Performans Oranı (PR – Performance Ratio)

GES’lerin sağlık raporu diyebiliriz. Güneş enerjisi santrallerinde başarının tek bir evrensel ölçüsü Performance Ratio (PR)’dır. PR, santralin gerçekte ürettiği enerjinin, teorik olarak üretmesi gereken enerjiye oranıdır. Bu formülün paydasındaki en kritik girdi ise POA ışınımıdır.

• Yanlış POA, yanlış teşhise yol açar. Eğer POA ışınımını yanlış veya hatalı ölçerseniz, PR değeriniz de tamamen sapar. Örneğin, sensörünüz ışınımı olduğundan az ölçerse, santraliniz aslında kötü çalışırken siz onu “mükemmel” sanabilirsiniz. Ya da tam tersi durumda, gereksiz yere bakım ve arıza arayışına girerek zaman ve para kaybedersiniz.
• Mali kayıpların önüne geçmek için Visionsen PERC referans hücreleri ile elde edilen kusursuz POA verisi, yatırımcılara ve işletme-bakım (O&M) ekiplerine sapmasız, net bir PR analizi sunar. Bu sayede panellerdeki kirlenme, string (dizi) arızaları veya inverter kayıpları anında ve doğru şekilde tespit edilir.

Sonuç

Güneş enerjisi yatırımlarının başarısı ve sahadaki performans analizi (PR), ancak panellerin açısına düşen gerçek POA (Plane of Array) ışınımının en doğru şekilde ölçülmesiyle mümkündür. Sektörün en yaygın mimarisi olan PERC teknolojisinde ölçüm sapmalarını sıfıra indirmek ise ancak “benzeri benzerle ölçme” ilkesine, yani sahadaki panellerle aynı optik ve elektriksel karaktere sahip ekipmanlara bağlıdır. Visionsen’nin yenilikçi AR-GE vizyonu ile ürettiğimiz PERC hücreli referans hücreler, tam olarak bu ihtiyaca yanıt vererek yatırımcılara ve mühendislere en hassas, güvenilir veri akışını sunmaktadır. Geleceğin güneş teknolojilerinde standartları belirleyen bu yerli mühendislik çözümü, sahadaki belirsizlikleri ortadan kaldırarak maksimum verimlilik ve sürdürülebilir kazancın güvencesi olmaya devam edecektir.

Kaynak

International Electrotechnical Commission. (2021). Photovoltaic system performance – Part 1: Monitoring (IEC Standard No. 61724-1:2021)

International Organization for Standardization. (2018). Solar energy – Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation (ISO Standard No. 9060:2018)

Hasan USTA

all author posts