Kısmi Gölgelenme Durumundaki Seri Bağlı Fotovoltaik (FV) Panellerde Bypass Diyotunun Kullanılmasının Sistem Gücü Üzerine Etkisi

Öz

Gerilimin yüksek değerde olması istenilen fotovoltaik (FV) sistemlerde paneller seri olarak bağlanır. Seri bağlanan FV sistemlerde en önemli sorunlardan biri bina, ağaç, direk vb. nedenlerden dolayı panel üzerinde kısmi gölgenin oluşmasıdır. Kısmi gölgeleme, panel üzerinde sıcak noktaların oluşmasını neden olarak hem panele zarar verir hem de sistemin verimini düşürür. Bu olumsuz durumların engellenebilmesi için panellere paralel olarak bypass diyotları bağlanır. Bu çalışmada, kısmi gölgelenme durumundaki seri bağlı FV panel sayısının sırasıyla 2, 4 ve 6 olacak şekilde arttırılarak sistemde bypass diyotunun kullanılıp kullanılmamasına göre meydana gelen kayıp oranı incelenmiştir. Panel sayısı arttırılırken sistemin toplam gölgelenme oranı da azaltılmıştır. Çalışma, PSIM benzetim programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan inceleme sonucunda kısmi gölgelenmeye maruz kalmış seri bağlı FV panellerde panel sayısı arttırılıp toplam gölgelenme oranı düştükçe bypass diyotunun kullanıldığı sistemlerde kayıp oranı azalmaktadır. Bypass diyotunun kullanılmadığı sistemlerde ise panel sayısı arttırılıp toplam gölgelenme oranının düşürülmesi kayıp oranını azaltmamakta aksine arttırmaktadır. Yani; bypass diyotsuz sistemlerde seri bağlı FV panel sayısı arttırıldığında düşük gölgelenme oranlarının bile verimliliği önemli ölçüde düşürdüğü görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Kısmi Gölgelenme
• Bypass Diyot
• Fotovoltaik Panel

The Effect of Using Bypass Diode in Series Connected Photovoltaic (PV) Panels on System Power in Partial Shading Condition

Öz

Panels are connected in series in photovoltaic (PV) systems where high voltage is desired. One of the most important problems in PV systems connected in series is the formation of partial shading due to the factors as building, tree, pole etc. Partial shading causes the formation of hot spots on the panel, damaging the panel and reducing the efficiency of the system. In order to prevent these negative situations, bypass diodes are connected parallel to the panels. In this study, the number of PV panels connected in series in partial shading is increased in a way to be 2, 4 and 6, respectively, and therefore the rate of losses when the bypass diode is used and is not used not in the system are investigated. While the number of panels was increased, the total shading rate of the system was also reduced. The study was carried out using the PSIM simulation program. As a result of the examination, as the number of panels in series connected PV panels and exposed to partial shading is increased and the total shading rate decreases, the loss rate in systems using bypass diodes decreases. On the contrary,in systems where bypass diode is not used, increasing the number of panels and decreasing the total shading rate does not reduce the loss rate. Therefore, it was seen that when the number of PV panels connected in series was increased in systems where bypass diode was not used, even low shading rates significantly reduced the efficiency.

Anahtar Kelimeler

• Partial Shading
• Bypass Diode
• Photovoltaic Panel

Kaynakça

1. [1] Mert, B.D., Ekinci, F., Demirdelen, T. 2019. Effect of Partial Shading Conditions on Off-Grid Solar PV/Hydrogen Production in High Solar Energy Index Regions, International Journal of Hydrogen Energy, Cilt. 44(51), s. 27713-27725. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.09.011
2. [2] Karafil, A., Özbay, H., Kesler, M. 2016. Sıcaklık ve Güneş Işınım Değişimlerinin Fotovoltaik Panel Gücü Üzerindeki Etkilerinin Simülasyon Analizi. EEB 2016 Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, 11-13 Mayıs, Tokat, 106-111.
3. [3] Nguyen, K.H., Kakinaka, M. 2019. Renewable Energy Consumption, Carbon Emissions, and Development Stages: Some Evidence from Panel Cointegration Analysis, Renewable Energy, Cilt. 132, s. 1049-1057. DOI: 10.1016/j.renene.2018.08.069
4. [4] Lehtola, T., Zahedi, A. 2019. Solar Energy and Wind Power Supply Supported by Storage Technology: A Review, Sustainable Energy Technologies and Assessments, Cilt. 35, s. 25-31. DOI: 10.1016/j.seta.2019.05.013
5. [5] Ullah, A., Imran, H., Maqsood, Z., Butt, N.Z. 2019. Investigation of Optimal Tilt Angles and Effects of Soiling on PV Energy Production in Pakistan, Renewable Energy, Cilt. 139, s. 830-843. DOI: 10.1016/j.renene.2019.02.114
6. [6] Reimuth, A., Locherer, V., Danner, M., Mauser, W. 2020. How Do Changes in Climate and Consumption Loads Affect Residential PV Coupled Battery Energy Systems?, Energy, Cilt. 198, s. 117339. DOI: 10.1016/j.energy.2020.117339
7. [7] Ünlü, M., Çamur, S., Arifoğlu, B. 2015. Fotovoltaik Enerji Dönüşüm Sistemlerinde Parçalı Gölgelenme Durum Analizi, Elektrik Enerji, Elektrik, Aydınlatma, Elektronik ve Otomasyon Mühendisliği Dergisi, Cilt. 314, s. 83-87.
8. [8] Teo, J.C., Tan, R.H., Mok, V.H., Ramachandaramurthy, V.K., Tan, C. 2020. Impact of Bypass Diode Forward Voltage on Maximum Power of A Photovoltaic System Under Partial Shading Conditions, Energy, Cilt. 191, s. 116491. DOI: 10.1016/j.energy.2019.116491

9. [9] Satpathy, P.R., Sharma, R. 2020. Parametric Indicators for Partial Shading and Fault Prediction in Photovoltaic Arrays With Various Interconnection Topologies, Energy Conversion and Management, Cilt. 219, s. 113018. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113018
10. [10] Silvestre, S., Boronat, A., Chouder, A. 2009. Study of Bypass Diodes Configuration on PV Modules, Applied Energy, Cilt. 86(9), s. 1632-1640. DOI: 10.1016/j.apenergy.2009.01.020
11. [11] Wen, Z., Chen, J., Cheng, X., Niu, H., Luo, X. 2019. A New and Simple Split Series Strings Approach for Adding Bypass Diodes in Shingled Cells Modules to Reduce Shading Loss, Solar Energy, Cilt. 184, s. 497-507. DOI: 10.1016/j.solener.2019.03.099
12. [12] Abdulazeez, M., Iskender, I. 2011. Simulation and Experimental Study of Shading Effect on Series and Parallel Connected Photovoltaic PV Modules. In 7th IEEE International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO), 1-4 December, Bursa, I-28-I-32.
13. [13] Karafil, A., Ozbay, H. 2017. Investigation of the Effect of Partial Shadowing With Solar Array Simulator. International Conference on Advances and Innovations in Engineering (ICAIE), 10-12 May, Elazığ, 424-427.
14. [14] Yin, O.W., Babu, B.C. 2018. Simple and Easy Approach for Mathematical Analysis of Photovoltaic (PV) Module Under Normal and Partial Shading Conditions, Optik, Cilt. 169, s. 48-61. DOI: 10.1016/j.ijleo.2018.05.037
15. [15] Karaca, M., Mamizadeh, A., Genc, N., Sular, A. 2019. Analysis of Passive Filters for PV Inverters Under Variable Irradiances. In 8th IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 3-6 November, Brasov, 680-685.
16. [16] Teo, J.C., Tan, R.H., Mok, V.H., Ramachandaramurthy, V.K., Tan, C. 2018. Impact of Partial Shading on the PV Characteristics and the Maximum Power of A Photovoltaic String, Energies, Cilt. 11(7), s. 1860. DOI: 10.3390/en11071860
17. [17] Hu, K., Cao, S., Li, W., Zhu, F. 2019. An Improved Particle Swarm Optimization Algorithm Suitable for Photovoltaic Power Tracking Under Partial Shading Conditions, IEEE Access, Cilt. 7, s. 143217-143232. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2944964
18. [18] Ma, J., Pan, X., Man, K. L., Li, X., Wen, H., Ting, T.O. 2018. Detection and Assessment of Partial Shading Scenarios on Photovoltaic Strings, IEEE Transactions on Industry Applications, Cilt. 54(6), s. 6279-6289. DOI: 10.1109/TIA.2018.2848643