Solar mikro çevirici

Solar mikro çevirici veya kısaca mikro çevirici, fotovoltaiklerde kullanılan doğru akımı tek bir güneş modülünde alternatif akıma çevirmeye yarayan bir cihazdır. Birçok mikro çevirici çıkışı elektrik şebekesiyle beslenmektedir ve bunlarla kombin edilmişlerdir. Mikro çeviriciler merkezi güneş çeviricileriyle ve bilinen tellerle farklılık göstermektedirler. Bunlar fotovoltaik sistemlerin güneş modülleriyle bağlantılıdırlar.

Mikro çeviriciler bilinen çeviricilere kıyasla birçok avantaj sağlamaktadırlar. Bu avantajların en başında ise herhangi bir güneş modülündeki küçük miktarda gölgeleme, enkaz veya kar çizgileri veya hattan tüm modülün hatası birçok dizinin verimini orantısız bir hale getirmemelidir. Her mikro çevirici maksimum güç noktasında bağlı olduğu modül için gerekli gücü sağlamaktadır. Sistem tasarımındaki sadelik, sadeleştirilen stok yönetimi ve eklenen güvenlik mikro çevirici için bilinen diğer faktörlerdir.

Mikro çeviricilerin başta gelen dezavantajı ise her watt için gerek yüksek ekipman fiyatlarından ziyade merkez çeviricinin ortak gücüdür ve bu panellerin eşlerine kurulumunun olması gerektiğini de göstermektedir. (genellikle çatıya). Bu aynı zaman mikro çeviricileri değiştirmek ve uzaklaştırmak için zor koşullarda korumaya ve yüksek fiyata mal etmeye yol açmaktadır. Bazı üreticiler bu konuları panellerde mikro çeviricilerde belirtmişlerdir.

Mikro çeviriciye benzer olan bir diğer teknoloji ise güç düzenleyicidir ve bu aynı zamanda panel seviyesinin maksimum güç noktasında takip etmektedir fakat alternatif akımı modüllere çevirmemektedir.

Güneş panelleri doğru akımı modülün bağlı olduğu tasarıma ve ışıklandırma koşullarına uygun olan bir voltajda üretmektedir. Modern modüller 6 inç pilleri kullanırlar ve genellikle 60 pil içerirler. Ayrıca 30V üretmektedirler. Alternatif akıma dönüştürürken paneller seri olarak bağlanırlar ve tek bir geniş panelde tertibat oluşturmaktadıralr bu sırada dereceleri 300 ila 600 VDC arasındadır. Bu güç daha sonra çeviricide kullanılır bu da alternatif akım voltajına dönüştürülür, genellikle 230 VAC/ 50 Hz veya 240 VAC/60 Hz.

Zincir çeviricide ana problem panellerin zincirinin tek bir geniş panel olarak maksimum akım derecesiyle en zayıf performanslı zincire eşit olmasıdır. Örnek olarak, zincirdeki bir panel %5'ten daha fazla dirence sahipse tüm zincir %5 performansını kaybeder. Bu dinamik bir durumdur. Eğer panelin verimi keskin bir şekilde azalırsa, bu zincirin çıkışını da etkileyecektir, hatta diğer paneller işaretlenmese bile onları da etkileyecektir. Yönelimindeki küçük değişiklikler bile burada bir çıkış kaybı oluşturacaktır. Endüstride bu durum "Christmas-light effect" olarak bilinmektedir ve bu yılbaşı ağacının bir ışığının hasar görmesi durumunda diğer ışıklarının da çalışmayacağını belirtmektedir. Buna rağmen, bu etki tamamen doğrulanmış değildir ve modern zincir çevirici maksimum güç noktası ile diyottan geçen modül arasında oluşan karmaşık etkileşimleri de yok saymaktadır. Büyük mikro çevirici ile doğru akım düzenleyicisi üreten firmalar yıllık olarak eski zincir çeviricilere kıyasla daha fazla üretim yapmaktadırlar.

Bu enerji meskun olarak veya reklam olarak binalarda önce veya sonra gelir ölçüsü olarak kullanılabilir. Tüketicinin enerji tüketimi veya sadece enerji farkı, bilinen enerji üretimi bağımsız olarak hesaplanmış olsa da olmasa da bir farklılık oluşmaktadır. Şebeke bağlantılı sistemler boyutları bakımından meskunlardan güç istasyonlarına kadar farklılık göstermektedirler. Bu da merkezsizleşmiş elektrik üretiminin bir türüdür. Elektriğin şebeke içindeki beslenmesinden doğru akımın alternatif akıma doğru taşınması gerekmektedir. Bu taşıma da özel olarak tasarlanmış olan şebeke ağ çeviricisinin senkronlanmış halinden yapılır. Kilovat boyutunda üretilmiş doğru akım voltajı ohmik kayıp boyutu kadar yüksektir (tipik olarak 1000V, Amerikan 600 V hariç). Birçok modül (60 veya 72 kristal silikon pilleri) 160W’dan 300W’a kadar 36 voltta üretim yapmaktadırlar. Bu da bazen istenilen düzeydedir veya gereksinim halindedir ve modüller özel olarak seri yetrine paralel olarak bağlanmışlardır. Bir modül seti ise seri olarak bağlanmıştır ve buna ‘yay’ adı verilmiştir.

Üretilen elektrik dağıtım şebeke gücünde merkezi üretim tarafından beslenmektedir (şebeke bağlantılı veya şebekeye bağlı sistemler) veya biriyle veya daha fazlasıyla bağlantılı sistemler evde kullanılan elektrik üreticileri küçük bir elektrik şebekesinde beslenmektedirler. (hibrit ürün). Çok nadir durumlarda üretilen elektrik direkt olarak adalarda depolanır veya tüketilir. Fotovoltaik sistemler gene olarak yüksek enerji ürününü istenilen yatırıma sağlamak amacıyla tasarlanmışlardır. Bazı geniş fotovoltaik güç istasyonları, örneğin Solar Star, Waldpolenz Solar Park ve Topaz Solar Farm onlarca hatta yüzlerce hektarlık alan kaplamaktadırlar ve yüzlerce megavata kadar güç üretimi sağlamaktadırlar.

Elektriksel verim olarak çok büyük hassasiyete ve ışığa karşı korumaya sahiptir. Bu korumanın etkisi çok iyi bilinmektedir. Küçük bir pil bile olsa veya dizi korumaya alınmış bile olsa, geriye kalan kısım güneş ışığında, verimi hızlı bir şekilde içten kaynaklanan kısa devreden dolayı (elektronlar belli bölge boyunca geri dönebilmektedirler. Eğer birçok pil dizisinden çekilmiş akım belirtilen pilden büyük değilse, dizi tarafından üretilen pil ve güç sınırlıdır. Eğer geriye kalan pil dizisinden yeterli voltaj mümkünse, akım pil boyunca birleşme yerinde belirli kısımda zorlanacaktır. Bu çöküş gerilimi 10 volt ila 30 volt arasında genellikle bilindik haldedir. Panel tarafından üretilmiş olana güç eklemek yerine, pil güç soğuracaktır ve bunu ısıya çevirecektir. Belirlenen pilin ters gerilimi gelecekteki aydınlatılmış pilin geriliminden daha büyük olduğundan beri, bir pil diğer dizideki pillerin soğuracağı gücün hepsini soğurabilir, oransız bir biçimde panel verimini de etkileyebilir. Örnek verecek olursak, pil 8 volta düşerse, 0.5 volt akım eklemek yerine belirli bir akım seviyesinde, dolayısıyla diğer 16 pilden üretilen gücü soğuracaktır. Bu da fotovoltaik gelişmelerin ağaçlarla veya diğer engellerle gölgelenemeyecek olmasını belirtmektedir. Birçok methodlar ağaçlardan fotovoltaik sisteme doğru oluşan kaybı belirleme amacıyla geliştirilmişlerdir ve geniş bölgelerde LİDAR kullanılmıştır. Fakat, bireysel sistem seviyesinde sketchup kullanmışlardır. Birçok modüller ikinci yol diyodunu her pil arasında veya pil dizisinde gölgeleme etkisini minimum düzeye getirme amacıyla kullanmışlardır ve sadece gölgelenen miktarda dizinin gücünü kaybetmiştir.Bunların dışarıdaki kullanımlarından dolayı, güneş kabloları özel olarak UV ışınlarına ve yüksek sıcaklık değişimlerine karşın dirençli olmaları bakımından tasarlanmışlardır. Ayrıca genellikle hava koşullarından etkilenmemektedirler. Fotovoltaik sistemde elektrik kablolarının kullanımını birkaç standartlar özelleştirmektedirler. Bunlara örnek olarak, International Electrotechnical Commission tarafından üretilen IEC 60364, “ Solar photovoltaic (PV) power supply systems”, İngiliz standartlarında BS 7671, mikrojenerasyonla alakalı olan düzenlemeleri birleştirme ve US UL 4703 standardı, 4703 “Photovoltaic wire” ile alakalıdır.

Ek bileşen veya şebekeden bağımsız sistem elektrik şebekesine bağlı değildir. Bağımsız sistemler boyut ve uygulama alanlarında saatlerden hesap makinalarına kadar değişiklik göstermektedirler. Bunlara uzaktan kumandalar ve uzay araçları da dahildirler. Güneş ışınlarından bağımsız olarak yük yüklenirse, üretilen güç depo edilecektir ve bataryaya bağlanacaktır. Taşınamayan uygulamalarda ağırlık bir sorun haline gelmezse, örnek olarak binalar, kurşun asit bataryaları hem fiyat olarak hem de suistimal toleransı olarak en çok kullanılanlar arasındadırlar. Batarya kontrol cihazları sistemle birleşmiş bir haldedir ve batarya darbelerinden korumak ve fazla şarj ve deşarj olmasından korumaktadır. Güneş enerjisi sağlayan tertibattan maksimum güç takip tekniğini kullanarak (MPPT) üretimin optimize edilmesine yardımcı olmaktadır. Buna rağmen, basit fotovoltaik sistemlerde, fotovoltaiklerin voltajının batarya voltajıyla eşleştiği yerlerde, MPPT elektroniklerini kullanarak geneliikle gereksiz oldukları düşünülmüşlerdir, batarya voltajı yeterli seviyede dayanıklı olup ve fotovoltaik modül için toplanan gücü maksimum seviyede sağladığından beri bu şekilde gereksiz oldukları düşünülmüştür. Küçük cihazlarda (hesap makinaları, park metreleri) sadece doğru akım tüketmektedirler. Büyük sistemlerde ise (binalarda, uzaktan su pompalarında) alternatif akım genellikle gereklidir. Doğru akımı modüllerden veya bataryalardan alternatif akıma redresör kullanarak çevirirler. Tarımsal düzenlemelerde, doğru akım pompalarında direkt olarak bu tertibat kullanılmaktadır ve redresör kullanmak gerekli değildir.

Mikeo çeviriciler genel olarak zincir çeviricilerden daha az verime sahipken, toplam verim her çevirici/panel birimi için bağımsız olarak arttırılamaktadır. Zincir düzenlemelerinde, zincir üzerindeki panel gölgelenirse, tü zincir panellerinin verimi en düşük seviyede üretilen panelin seviyesine iner. Bu da mikro çeviricilerde görülen bir durum değildir.

Çıkış verimi gelecekteki panellerde bulunacak bir özelliktir. Herhangi iki panelin dereceli çıkışı aynı üretimdeyken 10% civarında bir farklılıkla çalışmaktadırlar. Bu da zincir düzenlemesiyle yatıştırılmıştır fakat mikroçeviricilerde görülmeyen bir durumdur. Mikro çevirici tertibatından maksimum güç toplanması da sonuçlar arasında yer almaktadır.

Görüntüleme ve koruma aynı zamanda mikrıo çevirici üreticilerinin ürünlerinde sağladığı uygulamalar veya internet siteleriyle çıkış gücünü ünitelerinde belirtirler. Bazı durumlarda, mal shipleri bulunmaktadır. Fakat, bu her zaman gerçekkleşen bir durum değildir. Enecsys'i takip eden malın bırakılması ve sonradan gelen sitelerine yakınlık, birçok özel sitenin,örnek olarak Enecsys-Monitoring, sahiplerini yetkilendirmek için yayılarak kendi sistemlerini görüntülemeye devam etmektedirler.

Doğru akımın alternatif akıma olan verim dönüşümü panelden depolanması gereken bir enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Bu sırada, panelin alternatif akım gerilimi sıfıra yakın bir değerdedir. Daha sonra yükselirken tekrar bırakılmaktadır. Bu gözle görülür bir miktarda enerji depolamasını küçük bir pakette gerektirmektedir. Düşük maliyetli seçenek ise gerekli depolama miktarı için elektrolitik kapasitör gerektirir fakat yıllar baz alınırken bu durum daha kısa yaşam süresini göstermektedir. Ayrıca, güneş panellerinden çatı tipli olanlarına oranla daha kısadır. Bu da mikro çevirici yeniliklerinde gözle görülür bir çaba göstermektedir. Bunu yapan kişiler çeşit çeşit düşük depolama gerekliliklerine sahip topolojilerle, bazıları ise daha az kapasiteli fakat uzun yaşam ömürlü kapasitörleri uygun oldukları yerlerdekullanmaktadırlar.

Üç fazlı elektrik gücü problem için farklı farklı çözümler sunmaktadırlar. Üç fazlı devrede, güç +120 ile -120 volt arasında değişiklik göstermezken, +60 ile -120 arasında ve -60 ile -120 arasında değişkenlik göstermektedir ve değişikliğin periyodu daha da kısadır. Çeviriciler üç fazlı sistemleri yönetmek için tasarlanmışlardır ve daha az depolamaya sahiptirler. Üç fazlı mikro çevirici sıfır voltaj değişikliğini kullanarak ayrıca yüksek akım yoğunluğu ve düşük fiyat bileşenlerine sahiptir. Bu sırada dönüşüm verimini %98'in üzerine çıkararak, genel zirve aralığını %96 civarına taşımıştır.

Üç fazlı sistemler, fakat, genel olarak endüstriyel ve iletişim düzeneelerinde sıklıkla görülmektedirler. Bu piyasalarda normal olarak daha geniş diziler oluşturmaktadırlar ve fiyat hassasiyeti en yüksek seviyededirler. Üç fazlı mikro çeviricileri kavramak, herhangi bir teorik bilgiye sahip olmadan, çok düşük görülmektedir.

Mikroçevirici konsepti güneş endüstrisinde başlangıcından beri yer almaktadır. Fakat, zmin maliyetleri üretimde, diğer etrafını çevirme ve değiştirme maliyetleri gibi, boyuta ağlı olarak derecelendirilmişlerdir. Ayrıca geniş cihazların watt başına ücretlendirilen maliyet fiyatları diğerlerine oranla daha yüksektir. Küçük çeviriciler şirketlerde yaygın olarak kullanılmaktadırlar ve örnek olarak ExelTech ve diğerleri verilebilir. Fakat, bunlar geniş olanların basit ve küçük versiyonlarıır. Fiyat performans ilişkileri daha zayıftır ve uygun bir piyasaya yerleştirmek üreticilerinin amaçları arasındadır.

1991 yılında Amerikan şirketi olan Ascensin Technology neyin gerekli olduğuna karar vermek için küçültülen bir versiyonla doğrusal düzenleyiciyi, panelin üzerine sabitlenmesi ve alternatif akım paneli oluşturması için konumlandırılmıştır. Bu tasarım bilindik bir doğrusal düzenleyiciye dayandırılarak gerçekleştirilmiştir. Özellikle verimli olması ve ısıyı dağıtması gerekmemektedir. 1994 yılında ise bunu yapanlar Sandia laboratuvarlarına bir örnek göndererek test edilmesini sağlamışlardır. 1997 yılında, Ascension Amerika panel şirketi olan ASE Americas'a eşlik ederek 300 W gücünde SunSine panel adı altında bir cihaz üretmişlerdir.

Tasarımı yapılırken, bugün neyin tanınılırlığa sahip olması gerektiği " gerçek" mikroçevirici adı altında yapılmıştır ve bunu 1980 yılına kadar tarihi takip etmiştir. ISET'de (Institut für Solare Energieversorgungstechnik) Werner Kleinkauf bunu gerçekleştirmiştir. Şimdi ise Fraunhofer Enstitüsünde güneş enerjisi ve enerji sistemleri teknoloji için çalışılmaktadır. Bu tasarımlar modern yüksek frekanslı değişken güc sahip üreteç teknolojilerine dayanmaktadır, genel olarak bu daha verimli bir teknolojidir. Çalışmaları "modüle entegreli çeviriclerle" yüksek verime sahip olarak özellikle Avrupa'da gerçekleştirilmiştir.

1993 yılında, Mastervolt kendilerinin ilk şebeke bağlantılı çeviricilerini tanıtmıştır, adı ise Sunmaster 130S'dir. Çoklu bir çalışmanın ürünü olan bu panel Shell Solar, Ecofys ve ECN ile ortaklık edilerek üretilmiştir. 130 panelin doğrudan arka kısmıyla temas halinde olacak şekilde entegre edilmiştir. Hem alternatif akım hem de doğru akım çizgilerne bağlı olarak panelleri basit bir şeklilde herhangi bir duvar soketine bağlamayı sağlamıştır.

1995 yılında, OKE servislri yeni yüksek frekanslı versiyon olan geliştirilmiş verimli bir cihaz olan ve reklamsal olarak OK4-100 'e benzer bir şelilde NKF Kabel tarafından ve tekrar markalaştırılarak Amerika'da satışa Trace Microsine olarak sunulmuştur. Yeni versiyon OK4All, gelitirilmiş verimiyle ve geniş operasyon menzillerine sahiptir.

Başlamasına karşın, 2003 yılında bu projelerin birçoğu sona ermiştir. Ascension Technology, Applied Power Corporation tarafından ödenerek geniş bir toplayıcı oluşturmuştur. APC Schott tarafından 2002 yılında ödenmiştir ve SunSine üretimi Schott'un yeni tasarımlarından dolayı üretimi iptal edilmiştir. NKF 2003 yılında OK4 serisinin üretimini bitirmiştir ve bu sırada desteklenen programda sona ermiştir. Mastervolt "küçük çeviriciler" grubuna taşınmıştır ve kullanımı kolaylaştıran 120 sistemiyle birleştirilerek 600W gücündeki panelleri desteklemiştir.

2001 yılındaki telekom kazalarından sonra, Martin Fornage of Cerent Corporation yeni projeler bakmaya başlamıştır. Kendi çiftliğinde yaptığı güneş enerjisi sağlayan tertibat için olan çalışmalarda zincir çeviricisinde düşük performans gördükten sonra o konu hakkında araştırma yaparken bir proje bulmuştur. 2006 yılında Enphase enerjisini üretmiştir ve bir farklı mühendisle,Raghu Belur, ayrıca kendi kendi iletişim tasarımına gelecek yılını harcayarak çevirici problemlerine çözüm üretmiştir.

2008'de yayınlandıktan sonra, Enphase M175 modeli reklamsal olarak başarılı olan ilk mikro çevirici olmuştur. Mirasçısı olan M190, 2009 yılında tanıtılmıştır ve en son model olan M215, 2011 yılında tanıtılmıştır. Özel sermaye şirketi 100 milyon dolar ücret kazanmıştır. Enphase birden yüzde 13 oranında pazar reytingine sahip olmuştur ve munu 2010 yılının ortalarında gerçekleştirmiştir. Yıl sonunda ise %20 oranında bir beklentisi vardı. 500.000 adet çeviriciyi gemi yoluyla 2011 yılında göndermişlerdir ve 1 milyonuncu ürünlerini de aynı yılın Eylül ayında yollamışlardır. 2011 yılının başlarında markayı tekrar yapılandıracaklarını duyurmuşlardı ve yeni tasarım olacağı da bilinenler arasındaaydı. Siemens yaygın distribütörlere bu ürünleri yollayacaktı.

Enphase'in başarısı göz ardı edilecek değildir ve 2010 yılından beri birçok rakip bu sisteme karşı gözlenmiştir. Birçoğu M190'la aynıdır ve hatta kaplama ve montaj konularında bile tıpa tıp aynıdırlar. Bazı farklılıklar rakipler tarafından kafa kafaya Enphase ile fiyat ve performans konularında gelmişlerdir. Bu sırada diğerleri ise piyasada yer edinmeye çalışıyorlardı.

Büyük şirketler aynı zamanda bu alana atılmışlardır: OKE-Servisleri OK4 adında bir ürün üreterek SMA tarafından satın alınmıştır ve SunnyBoy 24*'ı düşünme aşamasından sonra piyasaya sürmüştür. Bu sırada Power-One firması AURORA 250 ve 300'ü tanıtmıştır. Diğer büyük rakipler ise, Enecsys ve SolarBridge dahil olmak üzere, Kuzey Amerika piyasasında dışarıda kalmışlardır. Yalnızca Amerikan yapımı olan mikroçevirici Chilicon Power tarafından üretilmiştir. 2009'dan beri, birçok şirken Avrupa'dan Çin'e, büyük merkezi çevirici firmaları da dahil olmak üzere, mikroçeviricileri imal etmişlerdir ve üretilen teknoloji fotovoltaik sistem piyasasına gelecek yıllardan kaymıştır.

2009 ile 2012 yılları arasındak periyotta eşi benzeri görülmemiş bir fiyat düşük hareketi fotovoltaik sistem pazarında görülmüştür. Bu periyodun başlangıcında, paneller genellikle 2 dolar ile 2.50 dolar arasındaydılar ve çeviriciler 50 ila 65 cent arasındaydılar. 2012 yılının sonunda ise paneller geniş bir alana yayılmışlardır ve 65 ila 60 cent'e satılmaya başlamışlardır. Ayrıca zincir çeviriciler 30 ila 35 cent civarındaydılar. Karşılaştırma gerekirse, mikroçeviriciler bu fiyat gerilemelerine oranla benzerdirler, fiyatları 65 cent'ten 50 ila 55 cent'e gerilemiştir ve bu süreç kablolama öncesinde gerçekleşmiştir. Bu da tedariklerde yaşanan kayıplara yol açmaktadır ve firmalar aralarındaki rekabeti korumaktadırlar.