6.1 Kurşun akülerin özellik ve fonksiyon prensipleri

Transkript

1 6.0 Aküler Şebekeye bağlı olmayan(insel) sistemlerde, güneş enerjisinden üretilen elektrik enerjisinin depolanması, merkezi bir sorundur. Çünkü, enerjinin üretilmesi ve harcanması aynı zamana tekabül etmemektedir. Örneğin, güneş battıktan sonra elektrik tüketimi gerçekleşecek, fakat sistemde elektrik üretimi gerçekleşmiyecektir. Bu nedenle, gündüz saatlerinde üretilen enerji, akülerde depolanmak zorundadır. Şebekeden bağımsız sistemlerde enerji depolayıcı olarak, genelde, kurşun aküleri kullanılmaktadır. Bu tip aküler, ucuz olmalarına rağmen, oldukça yüksek etkin değerleri ile kulanıcıların ihtiyaçlarına rahatlıkla cevap verebilirler. Çok genel olarak foto voltaik Şebekeden bağımsız sistemlerde, elektrik depolama kapasitesi, 0,1-100 kwh dir. Diğer, örneğin, Nikel-kadmiyum, Lityum-Iyon aküleri, genelde saatler, el lambaları, notebooke lar için kullanılır. 6.1 Kurşun akülerin özellik ve fonksiyon prensipleri Kurşun aküleri, 2 voltluk gerilime sahip bir çok tekli hücrelerden oluşur. Tüm hücreler, bir blok içerisinde toplanmışlardır. Büyük foto voltaik sistemlerde ise, ihtiyacın gerektirdiği aküler, birbirlerine bağlanırlar. Bir den fazla akünün ihtiyaç duyulduğu sistemlerde,aküler, seri yada paralel olarak bağlanabilirler. Akü hücresi, farklı polariteye sahip iki plakanın arasında doldurulmuş seyreltilmiş sülfirik asit ( H 2 SO 4 )den oluşan elektrolitin doldurulması ile oluşur. Plakalar, elektrolit olarak görev yaparlar ve ağ şeklinde kurşun taşıyıcılar ile aktif malzemelerden oluşurlar. Poröz aktiv malzemenin görevi, elektro kimyasal reaksiyonların gerçekleşebileceği, sünger şeklindeki yüzeyleri sayesinde, gelen elektrik enerjisini depolamaktır. Aktif malzeme, elektrik ile doldurulmuş durumda eksi elektrod Kurşun (Pb) ve artı elektrod Kurşunoksid (PbO 2 ) içerisindedir. Artı ve eksi elktrodların izole edilerek birbirinden ayrılması içinde separatörler kullanılır. Page 1

2 Resim Solar aküler Elektriğin akü içerisine gelmeye başlaması ile birlikte elektronlar eksi uctan, artı uca doğru akmaya başlarlar. Bu akma sırasında, plakalar ile sülfirik asit arasında kimyasal reaksiyon meydana gelir. Böylece plakaların, üzerlerinde kurşun sülfatlar (PbSO4) oluşmaya başlarken, aktiv malzeme, asit den ayrışan sülfitler ile bağ yapar. Aküden, elektrik kullanımı sırasında, akü içerisindeki elektrolit de azalma başladığı için, asit miktari düşmeye başlar. Bu özellik sayesinde de akülerin dolma miktarları kolayca tespit edilir. Akünün, solar enerjinin ürettiği elektrik ile dolması sırasında, elektronlar diğer yöne doğru harekete geçerler. Böylece akü içerisinde, bir önceki olayda ortaya çıkan reaksiyonun tersine, kimyasal bir reaksiyon başlar. Bu proses, tamamen reversibel değildir. Az bir miktar Kurşunsülfat çözünmeden kalır. Bu nedenden dolayıdır ki, akü de doldurma ve boşalma sırasında az da olsa bir güç düşüşü gözlenir. Bu güç düşüşü, akülerin tamamen boşaltılması sırasında daha fazla gözlenir. Aşağıdaki resimde bir akünün tamamen boşaltılma oranı, ile şarj sayısı arasındaki orantı görülmektedir. Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 2

3 Akü kullanma ömürleri Akü kapası testi Kullanım ömrünün bitimi Şarj sayısı Kurşun-plakaağ-aküleri KurşunJel aküleri blok aküleri OPzS-OPzVaküleri Resim Değişik akülerin kullanım ömür kapasiteleri Akülere ait teknik bilgilerde, üretici firma tarafından bir akünün %80 nin altına düşeceği kapasiteye ait şarj sayısı verilmektedir. Üretici tarafından belirtilen tehlikeli olabilecek kapasite altına aküleri kesinlikle düşürmemek gerekmektedir. Aksi halde, kapasitesi sürekli düşecek olan akü, bir dönem sonra ani güç düşüşleri ile birlikte kısa devrelere neden olacaktır. 6.2 Kurşun-Plaka-ağlı aküler ( akışkan elektrolitli) Solar piyasasında en çok kullanılan akü tipleridir. Özellikle arabalarda da kullanılıyor olmaları, bu tip akülerin seri olarak üretimini de beraberinde getirmektedir.aktif malzemelerin macun şeklinde ağ üzerine sürülebilme özelliklerinden dolayı, bu tip aküler oldukça ucuzdur. Kurşun cubuklar Aktif malzeme Resim Ağ şeklindeki palakanın kesiti Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 3

4 Blok kutusu Pozitif plakalar eksi plakalar eksi ağ Gümüş ile lehimlenmiş artı ağ Akü kutusu Canta separatör içindeki Artı plaka Artı plaka Kurşun Akünün oluşturulması Bu bölümde kısaca, herkesin merak ettiği, değişik dönemlerde bize yöneltmiş oldukları soruları yanıtlamaya çalışalım. Bu sorulardan bizce en önemlisi, bir araba aküsünün solar enerji sistemlerinde kullanılıp kullanılmayacağı olmaktadır. Araba aküleri oldukça ince ve çok sayıdaki plakalardan oluşmaktadır. Sonuç da, oldukça yüksek aktif yüzeye sahiptirler. Araba aküleri, icinde bulundurdukları ince plakalar nedeni ile, sürekli şarj etme yeteneklerini yitirirler.solar sistemler, güneş battıktan sonra enerji depolamadan, sadece enerjiyi vermek zorunda olduklarından,bu tip aküler solar sistemler icin pek de uygun değillerdir, oysa solar aküler bu tip olaylara karşı çok daha dayanıklıdırlar çünkü, solar akülerde bulunan plakalar daha kalındır ve kurşun ağların yüzeyleri Antimon ile kaplanmıştır. Solar akülerin kullanma sürelerinin uzatılması için, bu tip akülerde kullanılan elktrolitlerdeki asit miktarı, daha düşüktür. Bu sayede, yüzey aşınmasına karşı daha olumlu şartlar oluşturulmuş ve akülerin kullanma ömürleri uzatılmış olur. Aküleri kapasiteleri sadece depolamak ve vermek zorunda olduğu elektrik miktarına değil, aynı zamanda sıcaklığa da bağlıdır. Düşen sıcaklıkla kapasite azalır, artan sıcaklık ile de kapasite yükselir. Örneğin sıcaklığın 20 0C den 0 0C ye düşürülmesi durumunda akü kapasitesi %25 oranında azalır resminde verilen grafikte de, görüldüğü gibi, solar akünün kapasitesinin %30 unun kullanılıp, akünün tekrar şarj edilmesi durumunda 200 şarj lik bir kullanım ömrüne ulaşılırken, %50 sinin kullanılmasında, ömrü 400 şarj a, %80 ninde ise şarj a Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 4

5 kadar çıkmaktadır. Bu tip aküler genellikle Karavanlar, tekneler ve haftasonu evleri için daha uygundur. 6.3 Kurşun-Jel Aküleri Bir önceki bölümde kabaca incelediğimiz klasik akülerin bir gelişmiş boyutları, Kursun-Jel- Akülerdir. Bu tip akülerde elktrolit olarak kullanılan asitin içerisine bir miktar jel ilave edilerek, asitin viskozitesinin yükselmesi sağlanmıştır. Bu tip akülerin avantajları: Sülfatlanmanın az olması, rahatsız edici asit tabakasının olmaması yüksek şarj ömür sayıları Ekzotermik gaz çıkışının olmaması-havalandırmaya ihtiyaç duyulmaması- Tekneler, karavanlar için uygun olması Bakıma ihtiyaç duyulmaması, herhangi bir asit ilavesine gerek duyulmaması Akışkan elektrolit, kapalı bir sistem içerisindedir. Üst bölgesindeki kapaklar açılarak, içerisindeki elektrolit miktarı kontrol edilebilinir. Su ilavesine gerek yoktur. Tüm sistem kapalı olup, güvenlik ventilleri monte edilmiştir. Güvenlik ventilleri sayesinde oluşabilecek gazların ortamdan çıkması sağlanır. Kurşun-Jel akülerinin bakıma ihtiyaçları yoktur. Güvenlik Ventili Pol ler Akü kutusu Eksi ağ plaka Pozitif ağ plakalar Mikro poröz Separatör Resim Kurşun-Jel aküsünü oluşturan elemanlar Jel akülerin yüksek gerilime karşı çok duyarlı olmalarından dolayı, dikkat edilmesi en önemli husus, bu akülerin kullanımı Page 5

6 sırasında,mutlaka doldurum ayarlayıcı kullanıma zorunluluğu olmasıdır. Doldurma gerilim değerlerine mutlaka uyulmalıdır resminde görüleceği gibi, jel akülerde %50 lik şarj kapasitesine ulaşıldığında jel kez şarj edilebilir. Normal kullanımlarda %30 luk değerlerde kez şarj sayısına ulaşılır. 6.4 Panzer Plakalı sabit aküler Özellikle, evler için kurulan şebekeden bağımsız sistemlerde bu tip sabit akülerin kullanılması çok daha uygundur. Panzer plakalı aküler de, akışkan elektrolit ve özel separatörlerin yer aldığı OpzS ve aynı özelliklere sahip, ancak içinde elktrolit-jel karışımının bulunduğu OpzV aküleri olmak üzere iki çeşiti vardir. Bu tip akülerde, panzer plakalar ( korumalı plakalar) artı elektrodlar olarak görev yapar. Kutup başı Kutup başı Dış koruma Artı panzer plaka Mikro poröz separatör Eksi ağ plaka Kurşun cubuklar Koruma(pan zer) bölgesi Aktiv malzeme Resim soldaki resimde, panzer plakaların kesiti sağdaki resim de, OpzV aküsünün kesiti görülmektedir. Bu tip akülerin şarj sayıları keze kadar çıkmaktadır. OpzS akülerine 0,5 ile 3 yıl arasında bakım yapmak gerekirken, OpzV akülerine herhangi bir bakım gerekli değildir. Akışkan bir elektrolit ile doldurulmuş blok akülerde,sabit akülere bir örnektir. Bu tip akülerde, elektrod olarak çubuklar kullanılmış olup, bu çubuklar ağ şeklindeki ve panzer şeklindeki plakalar arasında monte edilmişlerdir. Akü içerisinde bulunan çubuklar, tek-tek değil de, tümü birlikte korunacak şekilde, panzer plaka tarafından çevrilmiştir. Bu nedenden dolayı da, üretim maliyetleri diğerlerine göre oldukça düşüktür. Page 6

7 Pb-cubuklar Koruma bölümü Aktif malzeme Resim6.4.2 Ogi-blok akünün kesit görünüsü 6.4 Kurşun akülerin işletme sırasındaki davranışları ve verimlilikleri Kapasiteleri Bir akünün kapasitesi C, normal şartlar altında, bir akünün tamamen boş anından, dolu anına kadar gerekli olan elektrik miktarı ile ölçülür. Bir akünün kapasitesinden, sabit olan doldurma elektriği l n ve doldurma zamanı t n hesap edilir. C n = l n X t n Bir akünün kapasitesi, akü içerisinde bulunan paralel bağlanmış hücrelerin geometrisi ve sayılarına bağlıdır. Ancak,bu rakam sabit bir rakam olmayıp, aynı zamanda sıcaklık, deşarj verilim ve elektriğine bağlıdır. Akü tarafından, elektriğin az miktarda alınması durumunda, sülfit in plakalar tarafından emilmesi yavaş olacaktır. Bu durumda, sülfit,elektriğin daha fazla olması durumuna göre çok daha plaka derinliklerine doğru hareket edebilecektir. Elektriğin yüksek olması durumunda ise, harekete geçen sülfitler, çok hızlı bir şekilde plakalar tarafından emileceği için, bir sonra gelecek moleküllerin, plakalar tarafından emilme hızlarını bloke ederler. Sonuç olarak, az elektrik miktarları ile bir aküyü doldurmaya çalışmak, diğer duruma göre çok daha verimli ve sağlıklıdır. Bundan dolayıdır ki, üreticiler tarafından akülere bu değerler teknik bilgiler kısmında verilmektedir. Aşağıdaki grafikte bir akünün deşarj edilme zamanına bağlı olarak değişen kapasitesini göstermektedir. Page 7

8 Doldurul abilecek kapasite Ah Desarj süresi ( saat) Resim Bir akünün deşarj zamanı ile kapasitesi arasındaki ilinti Örneğin; 100 saatlik bir deşarj zamanında akünün kapasitesi C100 = 100 Ah dir. Ancak ayni akü 10 saat içerisinde 80 Ah lik bir değere ulaşır. Yani C10 = 80 Ah Elektrik Bir akünün eleltriksel kapasitesi, akünün doldurma ve deşarj özellikleri ile belirtilmiştir. Solar akülerin akım değerleri aşağıdaki gibidir. Maksimum doldurma elektriği Ortalama doldurma elektriği Ortalama deşarj elektriği l20 = C20 / 20 saat l50 = C50 / 50 saat l120 = C120 / 120 saat Gerilim Bir kurşun akünün gerilim kapasitesi hücre başına 2,0 Volt (V) dur. Genelde kullanılan, normal akülerde, 6 ve 12 hücre bulunduğuna göre, bunlara ait gerilim kapasiteleri 12 V ce 24 V dur. Akünün çalışma durumunda, elektrodların gerilimi, akünün bulunduğu şartlara bağlı olarak, değişiklik gösterir. Akülerin korunması için, üreticiler tarafından üst sınır olarak doldurma bitiş gerilim, alt sınır olarak da deşarj bitiş gerilimi verilir. Üreticiler tarafından verilen üçüncü değer ise, gazlaşma gerilimidir.( Akülerin içerisinde, doldurulma sırasında, kimyasal reaksiyonlar nedeni ile gaz oluşmaya başlar.) Üreticiler tarafından verilen bu değerlere Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 8

9 akülerin sağlıklı ve verimli çalışabilmeleri için mutlaka özen göstermek gerekmektedir. Akülerin çalışmadığı ( doldurma yada deşarj işleminin olmadığı durumda) oluşan gerilime, durgunluk gerilimi adı verilir ve bu değer ölçülebilinen bir değerdir. Durgunluk gerilimi, akü içerisinde bulunan elktrolitin konsantrasyonuna bağlıdır.her akünün kapasitesine bağlı olarak bu değer her hücre için, 1,96 V ile 2,12 V arasında değişiklik gösterir. Gerçek hayat da bu değer, 12 V luk bir akü için 12,0 V ve 12,7 V arasındadır. Bir akünün doldurulması sırasında, akü içerisindeki gerilimde artmaya başlar. Bu artış bir süre sonra öyle bir değere ulaşır ki, akü içerisindeki su, hidrojen ve oksije atomlarına ayrışarak, akü içerisinde gaz çıkışı başlar. Akü içerisinden çıkmaya başlayan bu gaz, yüksek bir patlama etkisine sahip bir gazdır. Bundan dolayıdır ki, akü üreticileri, aküleri için maksimum doldurma bitiş gerilim değerini teknik detaylarında vermektedirler. Akü üreticileri tarafından verilen bu değerler, bir şarj deşarj kontrol cihazı tarafından kontrol altında tutulmalı, akülerin asıl deşarj ve şarj işlemlerini engellemelidir. Aksi taktirde, kontrolsüz yapılacak şarj ve deşarj, sistemlerde çok büyük zararlara neden olabilir. Şarj bitiş gerilimi, aynı zamanda, sıcaklığa bağlı bir değer olduğundan, kullanılacak kontrol cihazlarında mutlaka sıcaklık kontrol fonksiyonlarının olmasına dikkat edilmelidir. Akü icerisindeki hücrelere ait doldurma bitis gerilim degerleri (Volt) 0 Sicaklik ( C ) Resim Akü içerisindeki hücrelere ait doldurma bitiş gerilim değerlerinin sıcaklık ile değişmeleri Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 9

10 Yukarıdaki grafikde görüldüğü gibi, her bir hücreye ait doldurma bitiş gerilim 20 0 C de 2,3 ile 2,35 V iken, 40 0 C de 2,25 ile 2,3 V, 0 0 C de ise 2,4 ile 2,45 V arasında değişim gösterir. Elbet de bir akünün yeni yada eski olması, bu değerleri değiştiren faktörlerden birisidir. Lem solar in şebekeden bağımsız sistemlerde kullanmış olduğu kontrol cihazları, doldurma bitiş gerilimin kontrolü sırasında akülerin eski yada yeni olup olmadıklarını göz önüne alarak, sistem için en yüksek güvenliği sağlamaktadır. Bilindiği gibi, şebekeden bağımsız foto voltaik sistemlerde kullanılan akülerin, doldurma ve deşarj zamanları çok değişken olabilmektedir. Genelde fotovoltaik sistemin elektrik ürettiği gündüz vakitlerinde akü, üretilen enerjiyi depolamalı, güneşin battıkdan sonraki döneminde ( sistemin çok az enerji ürettiği anlarda) ise, depoladığı elektrik enerjisini kullanıcıya vermelidir. Buna bir de, yaz ve kış aylarındaki güneş ışın değerlerinin değişimlerini eklediğimiz de, akülerin ne denli kontrol altında tutulmalarının önemi ortaya çıkmaktadır. Akülerin Şarj kapasiteleri Akülerin elektrik depolama miktarları Şarj kapasiteleri olarak adlandırılır. Kullanıcı için, deposunda ne kadar elektrik olduğunu bilmek elbet de önemlidir. Ancak şebekeden bağımsız foto voltaik sistemlerde, elektrik üretim zamanı, elektrik tüketim zamanı birbirinden çok bağımsız olabileceği için, bunu bilmek çok da kolay değildir. Bu değerin bilinmesi çok kolay olmamasına rağmen, yine de bir iki basit ölçüm ile depomuzun ( akümüzün) şarj kapasitesini bulabiliriz. İçerisinde akışkan elktrolit bulunan, kapalı bir akünün içerisindeki asit in yoğunluğu bir sensör yardımı ile ölçülür.ancak burada dikkat edilmesi gereken husus, asit in akü içerisinde mümkün olduğunca iyi bir karışıma sahip olmasıdır. Ölçülen asit yoğunluğu, asitin konsanstarsyonu ile bağlantılı olduğundan, asit konsantrasyonu hesap edilir. Aşağıdaki çizelgede bazı aküler için bu değer verilmiştir. Şarj kapasitesi Kurşun-ağ palak aküleri- Asit yoğunluğu Durgun haldeki gerilim U0 OpzS-Aküleri Asit yoğunluğu % 0 1,10 g/cm3 1,96 V 1,1 g/cm3 Page 10

11 %20 1,13 g/cm3 1,99 V 1,13 g/cm3 %40 1,16 g/cm3 2,01 V 1,16 g/cm3 %60 1,20 g/cm3 2,05 V 1,19 g/cm3 %80 1,24 g/cm3 2,08 V 1,22 g/cm3 %100 1,28 G/cm3 2,12 V 1,24 g/cm3 Çizelge Her ne kadar bu tip akülerin asit yoğunluklarından çıkılarak asit konsantrasyonu hesaplanabiliniyor olsa da, kapalı akülerde böyle bir olanak olmadığı için, kapalı akülerin kapasiteleri gerilim ölçerler tarafından tespit edilir. Yüksek kapasiteli foto voltaik sistemlere ait akülerin, kapasite ölçümlerinde, Lemsolar olarak voltmetre ile akü gerilim ölçümünü önermekteyiz. Ve hatta mümkünse, sabit bir ampermetre ile, sürekli, akünün değişen şartlardaki durumu tespit edilmelidir. Akülerin elektrik depolamama durumlarında dahi, elktrodlarda sürekli olarak kimyasal reaksiyon gerçekleşmesi nedeni ile aküler kendi kendilerine deşarj etmeye başlar. Bu durumun kontrol altında tutularak, akülerin kendi kendilerine ayda %3 ün üzerinde deşarj etmemelerine dikkat etmek gerekmektedir. Doldurma faktörü, doldurma etkin değeri ve enerji etkin değeri Doldurma faktörü, verilen enerjinin ( Ah olarak elektrik enerjisinin) akü tarafından alınan miktarına doldurma faktörü denilir.ideal olarak doldurma faktörünün 1 olması gerekir. Değiştirme faktörü pratikte, min. Şarj miktarına bağlı olarak, 1,02 ve 1,2 arasındadır. Doldurma faktörünün, dönüştürme değeri %83 ile % 98 arasındadır. Akü üreticileri tarafından bu değerin verilmemesi durumunda, aşağıdaki çizelgeden kurşun akülerin doldurma etkinlik değerleri hesaplanabilir. Bunun dışında yeni akülerde, min. deşarj değerlerine göre enerji etkin değeri %70 ile %85 aralığındadır. Doluluk değeri %90 %75 <%50 Ah-Etkin >%85 >%90 >%95 değeri Çizelge6.4.4 Akülerin Eskimesi Page 11

12 Kurşun akülerin en büyük dezavantajları, ömürlerinin çok uzun olmamasıdır. Kurşun aküler, yaklaşık doldurulma periyotu sonunda ( 3-8 yıl) ömürlerini tamamlarken, bu süre Panzer akülerde 10 ile 15 yıldır. Akülerin ömürlerini doldurmasının nedenleri ise, akü içerisinde gerçekleşen reversibel ve irreversibel reaksiyonlardır. Asit tabakasının oluşumu(reversibel): Akü içerisinde bulunan asitin zaman içerisinde ağırlaşarak dibe çökmesi ve alt bölümdeki hücreler üzerinde asit tabakasının oluşumu ( önlem: Her bakımda akü içerisindeki asitin iyi bir şekilde karıştırılması) Sulfatlaşma (irreversibel): Eğer akü, deşarj sonucunda, tam olarak doldurulmaz ise, zaman içerisinde büyüyen sülfat kristalleri nedeni ile, kurşun içerisinde kurşunoksid oluşamaz. Bundan dolayıdır ki, zaman içerisinde aktif malzemede azalma görülerek, aküdeki doldurulabilinecek kapasite azalmaya başlar.özellikle alt bölgelerdeki hücrelerde tam olarak akünün şarj edilmesi gerçekleşmediği için, bu bölgelerde sülfatlaşma başlar. Korozyon (irreversibel): Akülerdeki artı kutubun kurşun ağları üzerinde oldukça yüksek artı bir potansiyel farkı oluştuğundan bu bölgelerde zaman içerisinde korozyon oluşur. Çamurlaşma (irreversibel): Akülerin deşarj edilmeleri ve doldurulmaları sırasında aktif malzemede hacim değişiklikleri nedeni ile, aktif malzeme, zaman içerisinde sahip olduğu yapıyı kaybetmeye, çözülmeye başlar. Çözünmeye başlayan bu aktif malzeme, kurşun çamuru olarak akülerin alt tarafında çökmeye başlarlar. 6.5 Akü seçim kriterleri Akülerin kalite ve ömürlerinin uzun olması, yukarıda anlatmaya çalıştığımız gibi, bir çok faktöre bağımlıdır. Akü seçiminde hangi kriterlerin önemli olduğunun tespit edilmesi, tamamen kullanıcının, satın almak istediği aküyü yılda kaç saat kullanacağı, akünün haftada kaç kez deşarj ve şarj edileceği, enerji üreten sistemin büyüklüğü-küçüklüğüne bağlıdır. Ama çok genel olarak aşağıda sıraladığımız maddeler, bizce kriter olarak alınması gereken noktalardır. Page 12

13 Fiatın uygun olması Bakım giderlerinin düşük olması Oldukça uzun kullanım ömrünün olması Yüksek enerji etkin değerine sahip olması Çok düşük enerji akışlarında bile şarj edebiliyor olması Yüksek enerji ve verimliliğe sahip olması Seyyar sistemler için, nakliye edilebilir olması Insana ve çevreye zararlı olmaması geri dönüşebilecek maddelerden üretilmiş olması Bunların yanısıra ayrıca, akü üreticilerinin vermiş oldukları teknik değerleri de dikkate almak gerekmektedir. Bunları da kısaca özetlersek; Kapasitesi ve deşarj süresi. Özellikle C 10, C 100 değerleri Asit yoğunluğu, hacmi ve ağırlığı Min. deşarj ile kullanım ömrü arasındaki ilintinin grafiklendirilmesi (resim deki gibi), ki kullanıcı ucuz ürün ile pahalı ürünün arasındaki farkı gözlemleyebilsin. 7.1 Akü şarj kontrol cihazları Insel -şebekeden bagımsız- foto voltaik jenaratörlerin sistem gerilimleri, kullanılan aküler ile uyumlu olmak zorundadır.genel olarak, foto voltaik sistemlerde, sistem gerilimleri ve 48 Volt aralığındadır.akünün şarj gerilimleri, akü-geriliminden daha yüksek olmak zorundadır.örneğin: 12 Volt luk bir akü için bu değer 14,4 olmalıdır solar hücreden oluşan kristalize bir standart modül, yaklaşık olarak 15 ile 18 volt arasında bir gerilim üretir. Bu modülde kullanılacak olan akünün, şarj gerilimi 15 ile 18 Volt dan daha düşük olmak zorundadır ki, yüksek sıcaklıklardaki MPP-gerilimi, aküyü doldurmak için yeterli olabilsin. Elbet de, sistemde ortaya çıkacak gerilim kayıplarını ( kablolar ve blok diotlari nedeni ile) da dikkate almak gerekir. Bu gerilim kayıpları %1 ile % 2 arasındadır. 24 Volt luk bir akünün, sisteme bağlı olduğunu düşünelim. Bu sistemde, düşük sıcaklıkta üretilecek MPP gerilimin 21 Volt olduğunu düşünürsek, bu sistemin, sistem çalışmadığı durumda üreteceği gerilim 25 Volt a çıkacağınden, akünün şarj gerilim değeri aşılacaktır.bu sistemde herhangi bir şarj kontrol ünitesinin olması durumunda, şarj kontrol ünitesi bunu ölçerek, Page 13

14 aküyü korumaya alacaktır. Şarj kontrol ünitesi bu koruma işlemini 3 yöntemle yapar. a.) Foto voltaik sistemi devreden çıkararak b.) Kontrol ünitesine jenaratörü kısa devre bağlıyarak c.) MPP-şarj ünite gerilimini değiştirerek Güneş ışınlarının foto voltaik sisteme çok düşük gelme ve sistemin elektrik üretememe durumunda, foto voltaik sistem aküden enerji çekmeye başlar. Bu durumda şarj kontrol ünitesini içinde bulunan geri akış-elektrik-diyotu devreye girerek, akünün foto voltaik sistem tarafından deşarj olmasını engeller. Akülerin kullanım ömürlerinin uzun olmasını sağlamak için, kullanılan şarj kontrol cihazlarının, değişen koşullara uyum sağlıyacak durumda olmaları gerekmektedir. Deşarj ve şarj gerilimleri, akülerin şarj olabilme durumlarına bağlıdır. Bunların dışında, kullanılan akülerin hangi cins olduklarına ( akışkan elektrolot/ jel aküler), sıcaklık ve kullanılmış olma sürelerine dikkat edilmelidir. Akülerin sıcaklıklarının kontrol edilebilmesi için, sisteme monte edilecek şarj kontrol cihazlarında mutlaka, bu sıcaklık kontrol ünitelerin olmasına dikkat edilmelidir. Yüksek kalitedeki akü şarj kontrol cihazları sayesinde, akülerin kullanım ömürleri gözden kaçmayacak şekilde uzamaktadır. Genel olarak akü şarj ünitelerinin görevlerini sıralarsak; a.) Akülerin optimum bir şekilde şarj olmalarını sağlamak b.) Aküleri yüksek gerilimden korumak c.) Akülerin istemeyen şekilde oluşabilecek deşarjlarını engellemek d.) Akü sınırı altında deşarj olmalarını önlemek e.) Akülerin durumları hakkında kullanıcıya bilgi vermek. Resim Değişik üreticiler tarafından üretilen akü şarj kontrol cihazları Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 14

15 7.2 Seri Şarj kontrol cihazları Seri şarj kontrol cihazları, şekildeki S1 (şebeke yarı iletkeni) aracılığı ile, akünün dolum anına ait gerilimi hissetikleri anda, devreyi keserek, akünün zarar görmesini engellerler. Aynı şekilde, gerilimin düştüğü anda da, devreyi kapatarak, akünün şarj olmasını sağlarlar. Bunların en büyük dezavantajları, akü en alt düzeydeki doluluk anına ulaştığı anda, devreyi kesecek gerilim bulunmadığından, devrenin kesilememesidir. Bu dezavantajlarından dolayı, bu tip şarj kontrol cihazları, sürekli kontrol yapabilecek şekilde geliştirilmişlerdir. Foto voltaik jeneratör Şarj kontrol cihazı Akü Kullanıcı Resim Seri şarj kontrol cihazlarının çalışma prensip şeması 7.3 Paralel şarj kontrol cihazları Aküler şarj bitiş gerilim noktalarına ulaştıkları anda, paralel şarj kontrol cihazları tarafından, modüllerin, elektrik değeri sürekli olarak düşürülür. Modül elektriğinin paralel şarj kontrol cihazı tarafından düşürülmüş olmasına rağmen, foto voltaik modüller elektrik üretmeye devam ederler. Ihtiyaç fazlası elektrik modüller tarafından kısa devre elektriği olarak kullanılır ( yani sıcaklığa çevrilerek, kullanılır) Page 15

16 Foto voltaik jeneratör Şarj kontrol cihazı Akü Kullanıcı Resim Paralel şarj kontrol cihazının çalışma prensip şeması 7.4 Alt deşarj noktasının korunması Akülerin deşarjları sırasında, önceki bölümlerde anlattığımız gibi, olması gereken en alt deşarj noktasının kesinlikle aşılmaması gerekmektedir. Bu işlem, şarj-deşarj kontrol cihazlarının içlerine monte edilmiş cihazlar aracılığı ile sağlanır.bu tip cihazlarda önemli olan, kontrol cihazlarının içine monte edilen cihazların, akülerin ulaşmış oldukları en az doluluk oranını farkederek, elektriği kesmesi, akülerin tehlikeli olan bölgeye kadar deşarj olmalarını engellemesidir. Son dönemlerde üretilen kontrol cihazları, aynı zamanda ortam sıcaklığı ölçerler. Ancak, bu tip cihazların mümkün olduğunca akülerin yanına monte edilmeleri gerekmektedir ki, kontrol cihazları ile akü sıcaklıkları farklılıklar bulunmasın. Aksi taktirde, örneğin, kontrol cihazı kilerde bulunan akünün yanında değilde foto voltaik modüllerin bulunmuş olduğu noktaya ( çatıya) monte edilirlerse, bu durumda, kontrol cihazının ölçmüş olduğu ortam sıcaklığına göre kontrol cihazı hareket edecek, belki de,akü için tehlikeli olan bölgenin aşılması sonunda, sisteme müdahale edecektir. Tabi bu müdahale, geçikmiş bir müdahale olacak ve sistemin zarar görmesinin de nedeni olacaktır. Piyasa da bulunan kontrol cihazlarının, maksimum elektrik alma değerleri 5 ile 30 A arasındadır. Daha büyük sistemler için, ya özel üretilmiş kontrol cihazları, yada tüm sistemi guruplara ayırarak tüm gurubu uygun kontrol cihazlarına bağlamak gerekmektedir. Page 16

17 7.5 MPP-Şarj kontrol cihazları Genellikle Foto voltaik jeneratörler, optimum çalışma noktası olan MPP noktasında çalışamadıkları için, aküler de üretilen solar elektriği tam verimli kullanamazlar (depolayamazlar). Bu verimlilik düşüklüğü, akülerin gerilimine, sistem üzerine düşen güneş ışınları miktarına ve sıcaklığa bağlı olarak %10 ile %40 lara ulaşır. Bu gibi olumsuz durumlar, sistemde MPP kontrol cihazlarının kullanımı ile engellenebilir.mpp kontrol cihazları, genelde ayarlanmış doğru gerilim dönüştürücüleri içerir (Doğru akım-dc/ DC-dönüştürücüleri). Kontrol, MPP-Tracker tarafından, sistemin her 5 dakikada elektrik-gerilim-tanınma noktasını tarayarak, tüm sistemin MPP noktasını ayarlamakla gerçekleşir. Sonuçta DC/DC-dönüştürücü öyle bir ayarlanır ki, foto voltaik jeneratörün optimum verimini alğılayıp bunun akü verimine uyumlu hale getirir. Foto voltaik jeneratör MPPve Şarj kontrol cihazı Akü Kullanıcı Resim MPP-şarj kontrol cihazının fonksiyon prensip şeması DC/DC-değiştiricinin etkinlik derecesi, %90 ile %96 arasındadır.mpp-kontrol cihazları, genelde 200W ve üzerindeki verimliliklerde mantıklıdır. Daha az verimli sistemlerde, dönüşüm kaybı, kazanılacak enerjiden daha fazla olduğu için, bu tip kontrol cihazlarının 200 W dan küçük sistemlerde kullanılmaları pek doğru değildir. Page 17

18 Resim MPP kontrol cihazı Bu derleme Lemsolar a aittir. Derlemenin tümü yada bir kismi Lemsolar in yazili izni olmadan cogaltilamaz ve kullanilamaz Page 18