Fotovoltaik sistemlerde yangın risk analizi ve donanımsal yangın önleme yaklaşımları
Fire risk analysis and hardware-based fire prevention approaches in photovoltaic systems
- Tez No: 1024263
- Danışmanlar: PROF. DR. İLHAN CEYLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: FMEA, Fotovoltaik sistemler, Termografi, Yangın güvenliği, Failure Mode and Effects Analysis, Photovoltaic systems, Thermography, Fire safety
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Fotovoltaik enerji sistemleri, yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde en hızlı büyüyen teknolojiler arasında yer almaktadır. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) verilerine göre dünya genelindeki fotovoltaik kurulu güç 2024 yılı itibarıyla 2 TW seviyesini aşmıştır. Kurulu güçlerin artması ve uygulama alanlarının yaygınlaşması ile birlikte fotovoltaik sistem güvenliği konusu da önem kazanmıştır. Özellikle doğru akım (DC) tarafında meydana gelen ark hataları, bağlantı problemleri, inverter kaynaklı termal arızalar ve izolasyon bozulmaları fotovoltaik sistemlerde yangın oluşumuna neden olan başlıca risk faktörleri arasında yer almaktadır. Bu çalışmada fotovoltaik sistemlerde meydana gelen yangın riskleri kapsamlı şekilde incelenmiş ve yangın oluşum mekanizmaları teknik açıdan değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında öncelikle fotovoltaik sistemlerin yapısı, bileşenleri ve güvenlik problemleri literatür ışığında analiz edilmiştir. Daha sonra DC ark hataları, inverter kaynaklı termal arızalar ve ekipman güvenilirliği ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yangın risklerinin sistematik olarak değerlendirilmesi amacıyla Hata Türleri ve Etkileri Analizi (FMEA) yöntemi uygulanmıştır. Risk Öncelik Sayısı (RPN) değerleri kullanılarak kritik arıza türleri belirlenmiş ve risk seviyeleri karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçları, DC ark hataları, gevşek bağlantılar ve inverter kaynaklı aşırı sıcaklık oluşumlarının en yüksek risk seviyesine sahip arızalar olduğunu göstermiştir. Çalışmada ayrıca termografik denetim yöntemleri, Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI) teknolojileri, Rapid Shutdown sistemleri ve diğer donanımsal koruma yaklaşımları değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, çok katmanlı koruma yaklaşımının fotovoltaik sistemlerde yangın risklerinin azaltılmasında önemli katkılar sağladığını ortaya koymuştur. Yangın risklerinin sistematik olarak değerlendirilmesi amacıyla Hata Türleri ve Etkileri Analizi (FMEA) yöntemi uygulanmıştır. Risk Öncelik Sayısı (RPN) değerleri kullanılarak kritik arıza türleri belirlenmiştir. Analiz sonuçlarına göre DC seri ark hataları 280 RPN değeri ile en yüksek risk seviyesinde belirlenirken, gevşek bağlantılar ve MC4 konnektör kaynaklı arızalar 224 RPN, inverter kaynaklı termal arızalar ise 180 RPN değeri ile yüksek risk sınıfında değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, fotovoltaik sistem yangınlarının büyük bölümünün DC tarafta meydana gelen elektriksel arızalarla ilişkili olduğunu göstermektedir. Çalışmada ayrıca termografik denetim yöntemleri, Ark Hatası Devre Kesicisi (AFCI) teknolojileri, Rapid Shutdown sistemleri ve diğer donanımsal koruma yaklaşımları değerlendirilmiştir. Bulgular, çok katmanlı koruma yaklaşımının uygulanması durumunda yangın riski oluşturan kritik arızaların erken aşamada tespit edilebildiğini ve sistem güvenliğinin önemli ölçüde artırılabildiğini ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Photovoltaic energy systems are among the fastest-growing renewable energy technologies worldwide. According to the International Energy Agency (IEA), the global installed photovoltaic capacity exceeded 2 TW in 2024. As installed capacity and application areas continue to expand, the issue of photovoltaic system safety has gained increasing importance. In particular, direct current (DC) arc faults, connection failures, inverter-induced thermal faults, and insulation degradation are among the primary risk factors leading to fire incidents in photovoltaic systems. In this study, fire risks in photovoltaic systems were comprehensively investigated, and the mechanisms leading to fire formation were technically evaluated. First, the structure, components, and safety-related issues of photovoltaic systems were analyzed based on the existing literature. Subsequently, DC arc faults, inverter-related thermal failures, and equipment reliability were examined in detail. To systematically evaluate fire risks, the Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) method was applied. Critical failure modes were identified and prioritized using Risk Priority Number (RPN) values. The results revealed that DC arc faults, loose electrical connections, and inverter-induced overheating represent the most critical risk factors in terms of fire occurrence. Furthermore, thermographic inspection methods, Ark Hatası Devre Kesicisi (AFCI) technologies, Rapid Shutdown systems, and other hardware-based fire prevention approaches were evaluated. The findings demonstrated that a multi-layered protection strategy significantly contributes to reducing fire risks in photovoltaic installations. To systematically evaluate fire risks, the Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) method was applied. Critical failure modes were identified and prioritized using Risk Priority Number (RPN) values. According to the results, DC series arc faults exhibited the highest risk level with an RPN value of 280, while loose electrical connections and MC4 connector-related failures reached an RPN value of 224. Inverter-induced thermal failures were evaluated as high-risk events with an RPN value of 180. These findings indicate that a significant proportion of photovoltaic system fire incidents are associated with electrical faults occurring on the DC side of the system. Furthermore, thermographic inspection methods, Ark Hatası Devre Kesicisi (AFCI) technologies, Rapid Shutdown systems, and other hardware-based fire prevention approaches were evaluated. The results demonstrated that a multi-layered protection strategy enables early detection of critical failure modes and significantly improves the overall fire safety of photovoltaic installations.
Benzer Tezler
- Güneş enerjisi santrallerinde yangın risk analizine yönelik bir uygulama
An application for fire risk analysis in solar power plants
MURAT GÖROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Çalışma Ekonomisi ve Endüstri İlişkileriKocaeli Sağlık ve Teknoloji Üniversitesiİş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ŞEN
- Customer oriented new product design and analysis of design risks using fuzzy sets extensions
Müşteri odaklı yeni ürün tasarımı ve tasarım risklerinin bulanık set uzantılarıyla analizi
ELİF HAKTANIR AKTAŞ
Doktora
İngilizce
2022
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAHRAMAN
- Çift katmanlı düşürücü tip DC-DC çevirici tabanlı yeni bir adaptif mppt algoritması geliştirilmesiyle enerji verimliliğinin arttırılması
Increasing energy efficiency by developing a new adaptive mppt algorithm based on a two-legged interleaved DC-DC buck converter
SİNAN SARIKAYA
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK YAVUZ
- Forecasting solar irradiance using deep learning and big data analytics techniques in Sakarya and Damascus
Sakarya ve Şam'da derin öğrenme ve büyük veri analitiği teknikleri kullanılarak güneş ışınımının tahmini
MARYA ALHAJMOHAMMADOTHMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEYDA AKSOY TIRMIKÇI
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ BALTA
- Yüzer güneş enerjisi santrallerinin (YGES) konuşlandırılmasında bulanık örtüştürmeye dayalı bir optimizasyon metodolojisi: YGES elverişli rezervuar yüzeyi
An optimization methodology to deployment of floating photovoltaics (FPV) based on fuzzy overlay: FPV convenient reservoir surface
MEHMET SEREN KORKMAZ
Doktora
Türkçe
2023
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DURAN ŞAHİN