Güneş Enerji Santrallerinde Performans ve Emre Amadelik Analizi: Üretim-Finansal Kazanım ve Kayıplarda Veri Odaklı Yaklaşım

Güneş Enerji Santraliniz Gerçekten Beklenen Performansı Gösteriyor mu?

Bir Güneş Enerji Santralinin başarılı bir şekilde işletilmesi yalnızca üretilen MWh miktarının takip edilmesiyle mümkün değildir.

Asıl önemli soru şudur:

Santral, sahip olduğu güneş kaynağını ne kadar verimlilikle enerjiye dönüştürüyor ?

Güneş Enerji Santrallerinin işletme performansını yorumlamak için üretim verilerinin; ışınım, sıcaklık, ekipman durumu, alarm kayıtları, duruş süreleri ve diğer operasyonel verilerle birlikte değerlendirilmesi gerekir.

İşte bu noktada Santrallerin Performans ve Emre Amadelik (Availability) Analizi, santral işletmeciliğinin en önemli araçlarından biri haline gelir.

 

Sunvera Solutions olarak performans ve emre amadelik analizlerini yalnızca bir raporlama faaliyeti olarak değil, üretim kayıplarını tespit eden, kaybın kök sebep analizini ortaya koyan ve O&M ekiplerinin doğru aksiyonu almasını sağlayan bir aracı mekanizma olarak ele alıyoruz.

 

1-SCADA Verisi: Analizin Başlangıç Noktası

 

Güneş Enerji Santrallerinde SCADA sistemi üzerinden;

• İnverter  güç ve üretimleri (DC & AC)

• Substation/ Station üretimi

• İnverter alarm ve hata kayıtları

• Işınım değerleri

• Modül sıcaklığı

• Ortam sıcaklığı

• Şebeke gerilimi ve frekansı

• Ekipman çalışma durumları

• Duruş süreleri

gibi birçok parametre takip edilebilir.

Ancak verinin mevcut olması, tek başına verinin anlamlı olduğu anlamına gelmez.

Önemli olan bu verilerin doğru zaman aralıklarında eşleştirilmesi, kalite kontrollerinden geçirilmesi ve anlamlı KPI'lara dönüştürülmesidir.

IEC 61724-1:2021, PV sistemlerinin performans izleme ve analizinde kullanılacak terminoloji, ekipman ve yöntemler için temel bir çerçeve sunmaktadır.

 

Sunvera Solutions yaklaşımında SCADA verisi;

Ham Veri → Veri Kalitesi → KPI → Performans Analizi → Kayıp Analizi → Aksiyon

zinciri içerisinde değerlendirilir.

 

2-Performance Ratio (PR): Santralin Gerçek Performansını Ölçmek

 

Performans analizi, bir güneş enerji santralinin gerçek üretiminin, mevcut güneşlenme koşulları ve santral kapasitesi dikkate alınarak değerlendirilmesidir.

IEC 61724-1 standardı, fotovoltaik sistemlerin performans izlenmesi ve analizinde kullanılacak terminoloji, ölçüm ekipmanları ve yöntemleri için temel çerçeveyi tanımlar.

Basit olarak PR;

Gerçekleşen enerji üretiminin, ölçülen güneş ışınımı altında teorik olarak elde edilebilecek enerjiye oranı olarak düşünülebilir.

Genel ifade ile:

PR = Gerçekleşen Sistem Verimi / Referans Verim

veya normalize edilmiş üretim üzerinden:

PR = Yf / Yr

şeklinde ifade edilir.

Burada:

• Yf: Final Yield / Sistem özgül üretimi

• Yr: Reference Yield / Referans üretim

PR, santralin bulunduğu bölgedeki güneşlenme seviyesinden bağımsız olarak performansı değerlendirmeye yardımcı olduğu için farklı dönemlerin ve farklı santrallerin karşılaştırılmasında önemli bir KPI'dır.

 

GES'lerde Normal PR ve Sıcaklık Arındırılmış PR Hesaplaması

 

PV modüllerin elektriksel gücü çalışma sıcaklığından etkilendiği için iki farklı PR Hesaplaması yaklaşım kullanılabilir:

• Normal PR

• Sıcaklık Arındırılmış PR (Temperature-Corrected PR / PR₍25₎)

 

Normal PR hesabında santralin gerçekleşen enerji üretimi ile panel düzlemindeki toplam ışınım karşılaştırılır.

Temel formül:

PR = EAC / [P₀ × (HPOA / Gref)] × 100

Burada:

• PR = Performance Ratio (%)

• EAC = Ölçülen AC enerji üretimi (kWh)

• P₀ = PV sisteminin nominal DC kurulu gücü (kWp)

• HPOA = Panel düzlemindeki toplam ışınım (kWh/m²)

• Gref = Referans ışınım (1 kW/m²)

Aynı hesap Final Yield ve Reference Yield üzerinden de ifade edilebilir:

Yf = EAC / P₀

Yr = HPOA / Gref

Dolayısıyla:

PR = Yf / Yr × 100

 

Örneğin;

 

1 MWp kurulu güce sahip bir GES'in bir ay içerisinde:

AC üretimi: 150 MWh

POA Işınımı: 180 kWh/m² olduğunu düşünelim.

 

Öncelikle üretimi kWh'a çevirelim: 150 MWh = 150.000 kWh

 

PR:

 

PR = 150.000 / [1.000 × (180 / 1)] × 100 PR = 83,33%

 

Sonuç:

 

Normal PR = %83,33 Bu değer, santralin ilgili dönemdeki gerçek üretiminin, ölçülen ışınım ve kurulu güç dikkate alınarak hesaplanan referans üretime oranını gösterir.

 

Normal PR hesabında PV modülünün nominal gücü, esas olarak STC koşullarındaki 25 °C hücre sıcaklığı referans alınarak kullanılır.Ancak gerçek işletme koşullarında modül sıcaklığı çoğu zaman 25 °C'nin üzerindedir.

Örneğin yaz aylarında:

POA = 900 W/m²

Modül sıcaklığı = 55 °C olabilir.

 

PV modülünün sıcaklığı arttıkça maksimum güç değeri azalır.

Örneğin modülün maksimum güç sıcaklık katsayısı:

γPmax = -0,35 %/°C

ise modül sıcaklığının 25 °C'den 55 °C'ye çıkması:

55 - 25 = 30 °C

olduğundan, teorik güç değişimi:

30 × (-0,35%) = -10,5% olacaktır.

 

Yani modül sıcaklığı nedeniyle modülün maksimum güç kapasitesi yaklaşık %10,5 azalabilir. Bu sıcaklık etkisi normal PR'nin içerisinde görülür.Sıcaklık arındırılmış PR'nin amacı, modül sıcaklığının PV modülünün güç üretimi üzerindeki etkisini performans değerlendirmesinden ayırmaktır.

 

Öncelikle her zaman aralığı için sıcaklık düzeltme katsayısı hesaplanır.

Ctemp = 1 + γPmax × (Tmod - 25)

Burada:

• Ctemp = Sıcaklık düzeltme katsayısı

• γPmax = Modül maksimum güç sıcaklık katsayısı (/°C)

• Tmod = Modül sıcaklığı (°C)

• 25 = STC referans sıcaklığı (°C)

Örneğin:

γPmax = -0,0035 /°C

Tmod = 55 °C

ise:

Ctemp = 1 + [-0,0035 × (55 - 25)]

Ctemp = 0,895

olur.

Bu değer, 55 °C modül sıcaklığında modülün nominal gücünün sıcaklık etkisi nedeniyle yaklaşık %89,5'i seviyesinde olduğunu ifade eder.

 

Sıcaklık arındırılmış PR hesabında referans üretim, modül sıcaklığı dikkate alınarak düzeltilir.

Temel formül:

PR₂₅ = EAC / Σ[P₀ × Ctemp × (GPOA / Gref) × Δt] × 100

Burada:

• PR₂₅ = 25 °C'ye sıcaklık arındırılmış PR

• EAC = Gerçekleşen AC enerji

• P₀ = DC kurulu güç

• Ctemp = Sıcaklık düzeltme katsayısı

• GPOA = İlgili zaman aralığındaki POA ışınımı

• Gref = 1.000 W/m²

• Δt = Ölçüm zaman aralığı

Buradaki önemli fark, beklenen üretimin her zaman aralığında modül sıcaklığına göre düzeltilmesidir.

 

Bir GES'in:

• DC gücü: 1 MWp

• Aylık POA: 180 kWh/m²

• AC üretimi: 150 MWh

• Ortalama modül sıcaklığı: 45 °C

• γPmax: -0,35 %/°C

olsun.

Öncelikle sıcaklık düzeltme katsayısı:

Ctemp = 1 + [-0,0035 × (45 - 25)]

Ctemp = 0,93

olarak bulunur.

Sıcaklık etkisi dikkate alınmış referans üretim:

Eexpected,temp = 1000 × 180 × 0,93

Eexpected,temp = 167.400 kWh

olur.

Gerçekleşen üretim:

EAC = 150.000 kWh

olduğuna göre:

PR₂₅ = 150.000 / 167.400 × 100

PR₂₅ = %89,61

Normal PR, gerçek saha koşullarındaki performansı gösterirken; sıcaklık arındırılmış PR, modül sıcaklığının güç üzerindeki etkisini normalize ederek performansı 25 °C referansına göre değerlendirmeye yardımcı olur. Hem Normal PR hem de Sıcaklığından arındırılmış PR hesaplamarında sağlıklı bir  performans analizi için yalnızca sayaç üretimi ve sıcaklık verileri yeterli değildir.Data güvenirliliği başta olmak üzere analizde mümkün olduğunca aşağıdaki veriler hem referans kullanım hem de kök sebep analiz yorumlaması için  birlikte değerlendirilmelidir:

 

Meteorolojik Veriler

 

• Global yatay ışınım (GHI)

• Panel düzlemindeki ışınım (POA)

• Modül sıcaklığı

• Ortam sıcaklığı

• Rüzgâr hızı

• Rüzgâr yönü

 

Elektriksel Veriler

 

• AC enerji üretimi

• DC enerji üretimi

• İnverter güçleri

• String akımları

• String gerilimleri

• DC/AC gerilim ve akım değerleri

• Şebeke gerilimi ve frekansı

 

Operasyonel Veriler

 

• İnverter alarm ve hata kayıtları

• Şebeke kesintileri

• Haberleşme problemleri

• Data reliability

• Bakım çalışmaları

• Planlı ve plansız duruşlar

Bu verilerin zaman senkronizasyonu sağlanarak analiz edilmesi, hatalı sonuçların önüne geçilmesi açısından kritik öneme sahiptir.

 

Bir GES'in teorik üretimi ile gerçek üretimi arasında fark oluşmasının birçok nedeni vardır.

 

Başlıca kayıplar şunlardır:

 

*Modül Sıcaklık Kayıpları

-PV modüllerin sıcaklığı arttıkça elektriksel güç çıkışı azalır. Özellikle yaz aylarında yüksek modül sıcaklıkları PR üzerinde belirgin bir etki oluşturabilir.

 

*Kirlenme Kayıpları

-Toz, polen, çamur ve diğer yüzey kirleticileri modül üzerine ulaşan ışınımı azaltarak üretimi düşürür.

 

*Gölgeleme Kayıpları

-Ağaçlar, yapılar, enerji nakil hatları veya santral içindeki diğer yapılar nedeniyle oluşan gölgelenmeler özellikle belirli saatlerde üretim kaybına neden olabilir.

 

*Mismatch Kayıpları

-Modüller arasındaki elektriksel karakteristik farklılıklar, string tasarımı ve çalışma koşulları mismatch kayıplarına neden olabilir.

 

*İnverter Kayıpları

-DC enerjinin AC enerjiye dönüştürülmesi sırasında inverter veriminden kaynaklanan kayıplar meydana gelir.

 

*Kablo ve Trafo Kayıpları

-DC kablolar, AC kablolar, trafolar ve diğer elektriksel ekipmanlarda oluşan kayıplar toplam santral performansını etkiler.

 

*Ekipman Arızaları

-İnverter, string, trafo, OG hücreleri, SCADA veya diğer ekipmanlarda meydana gelen arızalar üretim kaybına neden olabilir.

 

Bu nedenle düşük bir PR değerinin tek başına "inverter arızası" veya "panel problemi" anlamına gelmediği unutulmamalıdır. Performans analizinin temel amacı, toplam kaybın kaynağını belirlemektir.

 

PR önemli bir KPI olmasına rağmen santralin tamamını tek başına açıklamaz.

Profesyonel GES performans yönetiminde PR ile birlikte:

*Availability

*Specific Yield

*Capacity Factor

*Energy Loss

*Inverter Performance

*Irradiance Performance

*Temperature Analysis

*Grid Availability

gibi KPI'ların da değerlendirilmesi gerekir.

 

Özellikle büyük GES portföylerinde PR + Availability + Loss Analysis üçlüsü, santralin gerçek işletme performansını anlamak için güçlü bir temel oluşturur.

 

Sunvera Solutions olarak yaklaşımımızda performans analizi yalnızca veri döngüsü ile hesaplanmalardan ibaret değildir.

 

Veri Analizini ;

 

SCADA

↓

Veri Kalite Kontrolü

↓

Işınım Analizi

↓

Üretim Analizi

↓

Final Yield

↓

Reference Yield

↓

Performance Ratio

↓

Availability

↓

Kayıp Analizi

↓

Finansal Etki

şeklinde değerlendiriyoruz.

 

Sunvera Solutions, GES performans verilerini anlamlı KPI'lara dönüştürerek santral sahiplerinin ve işletme ekiplerinin daha hızlı, daha doğru ve veri odaklı kararlar almasına yardımcı olur.

 

3-Emre Amadelik Analizi Nedir?

 

Emre amadelik ( Availability), bir GES'in üretim yapmaya teknik olarak hazır ve kullanılabilir durumda olduğu zamanın toplam değerlendirilen zamana oranını ifade eder.Özellikle büyük ölçekli GES'lerde emre amadelik, O&M performansının en önemli göstergelerinden biridir.

 

Basitleştirilmiş olarak:

 

Availability (%) = Santralin Emre Amade Olduğu Süreler Toplamı / Toplam Referans Süre × 100

 

şeklinde ifade edilebilir.

 

Ancak detaylı analizlerinde hesaplama yalnızca "inverter çalışıyor mu?" , "Transformatör Emre Amade mi ?" sorularından daha fazlasıdır. IEC TS 63019 yaklaşımında teknik availability hesabında güneş ışınımının belirli bir eşik değerinin üzerinde olduğu süre ve bu süre içerisindeki duruşlar dikkate alınır. Ayrıca sözleşmeye bağlı olarak bazı duruşlar availability hesabında hariç tutulabilir.

 

GES işletmelerinde availability hesabında iki farklı kavramla karşılaşılabilir:

 

O&M Availability ve Plant Availability

 

O&M Availability:

 

Santralin teknik olarak çalışabilir durumda olduğu süreler ile ilgili durumdur.

 

Örneğin:

 

• İnverter arızası

• Trafo arızası

• OG ekipman arızası

• String arızası

• SCADA kaynaklı üretim engeli

• Koruma sistemi açması

gibi durumlar O&M Kaynaklı duruş ya da Teknik duruş olarak değerlendirilebilir.

 

Plant Availability:

 

İşletme , Bakım&Onarım sözleşmesinde belirlenen şartlara göre hesaplanan availability değeridir. Burada aslında İşletmecinin performansının da bir veri analizi de ortaya çıkmış olur.

Bazı durumlar sözleşmeye göre O&M firmasının sorumluluğunda olmayabilir.

 

Örneğin:

 

• Şebeke kaynaklı kesintiler

• Mücbir sebepler

• Aşırı hava koşulları

• Planlı bakım

• İşletme sahibinden kaynaklanan duruşlar

gibi durumlar sözleşmede tanımlanan koşullara göre Plant Availability hesaplaması dışında bırakılabilir.

Bu nedenle bir santralin O&M Availability değeri ile Plant Availability değerini aynı olmayabilir.

 

O&M Availability ile Plant Availability'yi birbirinden ayırmak gerekiyor. Özellikle İşleten tarafından İşletmeci için bir availability garantisi isteniyorsa ve O&M için bu kullanılacaksa, “availability” hesabında ışınım eşiği, inverter bazlı ağırlıklandırma, down time ve exclusion tanımları net olarak belirlenmelidir.IEC TS 63019:2019, PV sistemlerinde availability'nin nasıl sınıflandırılacağı ve raporlanacağı için temel çerçeveyi verir; ancak IEC'nin de belirttiği üzere, sözleşmede tanımlanmamış her türlü availability metriği için tek bir zorunlu formül dayatmaz.

 

O&M Availability:

 

O&M yüklenicisinin performansını değerlendirmek için en uygun göstergelerden biridir.

 

Önce kullanılabilir zaman (Referans Süre) belirlenir:

 

Tuseful: POA ışınımının belirlenen Minimum Irradiance Threshold (MIT) değerinin üzerinde olduğu süre.

 

Ardından:

 

Tct: Santralin O&M kapsamında devre dışı olduğu süre

Texcl: Sözleşmeye göre availability hesabından çıkarılacak süre olarak tanımlanır.