Publication: PV sistemlerinde yıldırımın geçici etkilerinin incelenmesi için modelleme yöntemleri
Abstract
Fotovoltaik sistemler, sıklıkla tercih edilen yenilenebilir enerji kaynaklarındandır. PV sistemler genellikle izole alanlara kurulur ve böylece gölgelenmeyi en aza indirerek PV dizilerin yüzey alanını en üst düzeye çıkarmak ve güneş ışınım miktarını arttırmak hedeflenir. Fotovoltaik sistemlerin bu şekilde açık alanlara kuruluyor olması da sistemleri yıldırım çarpmalarına açık hale getirmektedir. PV sistemlerin güvenli ve verimli çalışma prensibinin olması enerji sektöründe de dikkat çekmektedir. Bu durum, PV kaynağına yapılan yatırımların artmasına olanak sağlamaktadır. Açık ve korunmasız alanlara kurulan PV sistemlerini, yıldırım büyük oranda olumsuz etkilemektedir. Sistem üzerinde meydana gelen yıldırım çarpmaları, sistemin çalışma mekanizmasını bozabilmekte ya da sistemin tamamen çalışmasını durdurabilmektedir. Hasarlı cihazların değiştirilmesi ve güç kaynağının kesilmesi yatırımcılar için büyük kayıplara neden olmuştur. Bu olumsuz ihtimalleri göz önünde bulundurarak sistemi yıldırıma karşı koruyabilmek için PV sistem için en uygun çözüm olan yıldırımdan korunma sistemi kurulması gerekmektedir. PV sistemlerinin yıldırımın olumsuz etkilerine karşı korunmasını sağlamak için sistemi koruyan yıldırımdan korunma sisteminin seçimini doğru yapmak gerekmektedir. Doğru bir LPS (Yıldırımdan korunma sistemi) seçimi için ise, öncelikle sistemdeki tüm risk koşullarını doğru değerlendirmek ve tespit etmek gerekmektedir. Bu çalışmada, yıldırımın sistem üzerindeki olumsuz etkilerine detaylı bir şekilde değinilmiştir ve risk değerlendirmesi yöntemi hakkında bilgi verilmiş olup, farklı bölgelere kurulan PV sistemleri incelenmiştir. Sistem için doğru bir LPS seçimini yapabilmek için PV sisteminin yıldırımın geçici etkileri altındaki davranışları analiz edilmelidir. Doğru analiz, sistem için gerekli ve yeterli olan LPS seçimini doğru yapmayı getirecektir. Çalışmada, PV sistemlerinin yıldırımın etkileri altındaki davranışlarını inceleyen modelleme yöntemlerine detaylıca değinilmiş ve özellikle elektromanyetik yöntemlerden PEEC(Kısmi eleman denklem devresi yöntemi), FDTD(Zaman alanı sonlu farklar yöntemi), MOM(Momentler yöntemi) açıklanmış ve son yıllarda yapılan çalışmalar incelenmiş ve sonuçları tartışılmıştır.
Photovoltaic systems are frequently preferred renewable energy sources. PV(photovoltaic) systems are generally installed in isolated areas, aiming to maximize the surface area of PV arrays and increase the amount of solar radiation by minimizing shading. The fact that photovoltaic systems are installed in open areas makes the systems vulnerable to lightning strikes. The safe and efficient operating principle of PV systems also attracts attention in the energy sector. This situation allows increasing investments in PV resources. Lightning negatively affects PV systems installed in open and unprotected areas. Lightning strikes occurring on the system can disrupt the operating mechanism of the system or stop the system from working completely. Replacing damaged devices and cutting off the power supply has caused huge losses for investors. Considering these negative possibilities, to protect the system against lightning, it is necessary to install a lightning protection system, which is the most suitable solution for the PV system. In order to protect PV systems from the adverse effects of lightning, it is essential to correctly select an appropriate lightning protection system (LPS). A proper LPS selection requires the accurate identification and evaluation of all risk factors associated with the system. This study provides a detailed examination of the negative impacts of lightning on PV systems and offers insights into risk assessment methodologies. Additionally, PV systems installed in various regions have been analyzed. To determine the most suitable LPS for a system, it is necessary to analyze the behavior of the PV system under transient lightning effects. Accurate analysis leads to the correct selection of an LPS that is both necessary and sufficient for protecting the system. The study extensively discusses modeling approaches used to evaluate PV system behavior under lightning influences. In particular, electromagnetic methods such as PEEC (Partial Element Equivalent Circuit), FDTD (Finite-Difference Time-Domain), and MoM (Method of Moments) are explained. Furthermore, recent studies in the field are reviewed, and their results are discussed in detail.
Photovoltaic systems are frequently preferred renewable energy sources. PV(photovoltaic) systems are generally installed in isolated areas, aiming to maximize the surface area of PV arrays and increase the amount of solar radiation by minimizing shading. The fact that photovoltaic systems are installed in open areas makes the systems vulnerable to lightning strikes. The safe and efficient operating principle of PV systems also attracts attention in the energy sector. This situation allows increasing investments in PV resources. Lightning negatively affects PV systems installed in open and unprotected areas. Lightning strikes occurring on the system can disrupt the operating mechanism of the system or stop the system from working completely. Replacing damaged devices and cutting off the power supply has caused huge losses for investors. Considering these negative possibilities, to protect the system against lightning, it is necessary to install a lightning protection system, which is the most suitable solution for the PV system. In order to protect PV systems from the adverse effects of lightning, it is essential to correctly select an appropriate lightning protection system (LPS). A proper LPS selection requires the accurate identification and evaluation of all risk factors associated with the system. This study provides a detailed examination of the negative impacts of lightning on PV systems and offers insights into risk assessment methodologies. Additionally, PV systems installed in various regions have been analyzed. To determine the most suitable LPS for a system, it is necessary to analyze the behavior of the PV system under transient lightning effects. Accurate analysis leads to the correct selection of an LPS that is both necessary and sufficient for protecting the system. The study extensively discusses modeling approaches used to evaluate PV system behavior under lightning influences. In particular, electromagnetic methods such as PEEC (Partial Element Equivalent Circuit), FDTD (Finite-Difference Time-Domain), and MoM (Method of Moments) are explained. Furthermore, recent studies in the field are reviewed, and their results are discussed in detail.