ElektronikEnerjiSolar EnerjiYenilenebilir Enerji

Şarj Kontrol Cihazı Nedir ? Nasıl Seçilir ?

0
Şarj kontrol cihazı

Fotovoltaik sistemler güneş enerjisi ile elektrik üretim sistemleri arasında en yaygın olan sistemdir. Fotovoltaik sistemler de şebekeden bağımsız ve şebekeye bağlı olmak üzere ikiye ayrılır. Şebekeden bağımsız off grid fotovoltaik solar enerji sistemlerinde kullanılan şarj kontrol cihazı sistem verimliliği açısından oldukça önemlidir. Bu yazımızda da bu önemli cihazı inceleyeceğiz.

Şarj Kontrol Cihazı Nedir ?

Şarj kontrol cihazı, akü ve panel arasında bulunan, akülerin verimli olarak şarj edilmesini sağlayan ve akülerden panellere gidebilecek ters akımları önleyen off-grid solar PV sistemler için oldukça önemli bir cihazdır. Devresinde bulunan transistörler anahtarlama görevi yaparak, panellerin gerilimi akü geriliminden yüksek olmadıkça herhangi bir akım geçişine izin vermez.

Şarj Kontrol Cihazı Nasıl Çalışır ?

Şarj kontrol cihazı, güneş panel modülüyle akü grubu arasında olduğundan asıl görevi bu iki sistem bileşeninin birbirine zarar vermesini engellemektir. Yani bu cihaz içerisindeki devre ile güneş panellerin toplam çıkış gerilimi toplam akü geriliminin üzerine çıktığı an sistem şarj konumuna geçerek kontrol cihazı panellerden akülere akım akmasına izin verir. Ancak güneş panellerinin çıkış gerilimi akü geriliminin altına düştüğü an akülerden panellere olabilecek akım akışına izin vermez.

Şarj kontrol cihazı bir nevi DC-DC düzenleyicidir. Yani güneş panellerinde sabit olarak üretilemeyen gerilim ve akımı sabitleyerek akülerin daha verimli şarj olmasını sağlar. Genellikle 12 V gerilime sahip akülerin tam olarak şarj olabilmesi için 14-14.5 V civarında gerilime ihtiyacı vardır. Güneş panelinden gelen 18-20 V düzeyindeki gerilim düzenlenmezse akü aşırı şarjdan zarar görür. Kontrol cihazı da bu yüksek voltajı akü şarj düzeyine indirgeyerek düzenler.

İlgini Çekebilir  Termal Enerji Depolama Tesisi

Şarj Kontrol Cihazı Ne İşe Yarar ?

Şarj kontrol cihazları,

  • Akülerden panellere ters akım akmasını önleyerek güneş panellerini korur.
  • Aküler paneller tarafından tam olarak şarj edildiği zaman, panellerden gelen gücü keserek akülerin aşırı şarj olmasını engeller.
  • Güneş panellerinde üretilen ve değişken olan voltajı ve akımı sabitleyerek aküleri şarj eder. Bu da akülerin verimli olarak şarj olmasını sağlar.
  • Akülerin aşırı deşarjını yani boşalmasını da önler.

Şarj Kontrol Cihazı Çeşitleri ?

Şarj kontrol cihazları PWM kontrol ve MPPT kontrol cihazı olmak üzere ikiye ayrılır.

PWM Şarj Kontrol Cihazı

PWM (Pulse Width Modulation) , “darbe genişlik modülasyonu”nun kısaltmasıdır. PWM kontrol cihazı, sabit bir çıkış yerine şarj edilen aküye kısa dolum darbeleri gönderir. Kontrol cihazı darbelerin uzunluğunu ve gönderim aralığını akünün şarj durumuna göre belirler. Eğer akü boşalmış ise cihazın aküye gönderdiği akım darbeleri uzun ve süreklidir. Fakat akü şarj olduğu zaman ise bu darbeler kısa ve birkaç saniye aralıklarla gönderilir.

PWM şarj kontrol cihazı
PWM şarj kontrol cihazı

Solar enerji sektöründe ucuz olması bakımından en çok kullanılan kontrol cihazı PWM’dir. Küçük off-grid uygulamaları için çok ideal bir sistem olmasına karşın daha büyük sistemlerde de genellikle MPPT tercih edilir.

MPPT Şarj Kontrol Cihazı

Açılımı “Maksimum güç noktası izleyicisi” olan MPPT (Maximum Power Point Tracking), PV panellerinden üretilen elektriği sistemin çalışmasına en uygun gerilim ve akım seviyesine dönüştürerek aküleri şarj eder. Bu cihaz gerilim değeri belli bir düzeye geldiği zaman batarya grubunun gerilimini takip eder ve buna göre panellerden akülere akım akışına izin verir veya şarjı keser.

İlgini Çekebilir  Yenilenebilir Enerji Nedir ? Çeşitleri Nelerdir ?

MPPT kontrol cihazı, aşırı gerilimi akıma dönüştürebilir. Bu özelliğiyle aküleri şarj etmek için gereken süre kısalır. Bu da sistemin her daim etkin olarak çalışmasını sağlayarak sistemin verimliliğini arttırır.

MPPT Şarj Kontrol Cihazı
MPPT Şarj Kontrol Cihazı

MPPT kontrol cihazı, PWM kontrol cihazına göre daha pahalı olmasına rağmen sisteme sağladığı faydalar aradaki fiyat farkını önemsiz kılar. Bu yüzden genellikle 5kW ve üstü off-grid uygulamalarında MPPT kontrol cihazı tercih edilir.

Şarj Kontrol Cihazı Nasıl Seçilir ?

Şarj kontrol cihazı seçilirken şunlara dikkat edilmelidir;

  • Güneş panellerinin toplam çıkış gerilimi ve kısa devre akım değeri,
  • Akü grubunun toplam gerilim miktarı.

Güneş panellerinin toplam kısa devre akımı bazı zamanlarda ışınımın ve sıcaklığın artışından dolayı yükseleceği için toplam panel çıkış akımının 1.25 katı şarj kontrol cihazının şarj akımı kapasitesini oluşturur. Bunu aşağıdaki formül ile bulabiliriz.

ISCC : Güneş panelinin kısa devre akımı (A)
SP : Güneş paneli sayısı
ICCC : Şarj kontrol cihazının şarj akımı

Formülde payın 2’ye bölünmesinin nedeni şebekeden bağımsız solar sistemlerde güneş panelleri 2 string olacak şekilde bağlanır. Örneğin, 36 panelli bir sistem 18 panel olarak iki stringe bölünür. Bu 18 panel birbiriyle paralel bağlanır sonra diğer 18 panelli stringle seri bağlanarak sistem bağlantısı tamamlanır. Bilindiği üzere paralel bağlantı akımı arttırır yani modül üzerindeki maksimum akım 18 panelin birbiriyle paralel bağlanmasıyla her panelin ürettiği akımın birbirleriyle toplanması ile oluşur. Bu yüzden toplam panel adedi formülde ikiye bölünüyor. Güneş paneli bağlantıları ile ilgili daha fazla bilgiye “Şebekeden Bağımsız Off Grid Sistem Kurulumu” adlı yazı ile ulaşabilirsiniz.

Şarj Kontrol Cihazı Seçimi

36 adet 270 W gücünde güneş panellerinin kullanılacağı bir sistem düşünelim. Akü grubunun çıkış değerleri de 48 V/1200 Ah olsun. Bu bilgilere göre sistemimize en uygun şarj kontrol cihazını belirleyelim.

İlgini Çekebilir  MİLRES:Milli Rüzgar Enerji Santrali, Başarı mı Değil mi?

Tablo 1. 270 W Polikristal bir güneş panelinin teknik bilgileri

Maksimum Güç-Pm [W] 270
Açık Devre Voltajı-Voc [V] 38
Kısa Devre Akımı-Isc [A] 9.21
Maksimum Güç Voltajı-Vm [V] 31
Maksimum Güç Akımı-Im [A] 8,71
Modül Verimliliği-η [%] 16,45

Tablo 1’e göre;

Güneş panelinin kısa devre akımı yani ISCC =9,21 A

Güneş panelinin açık devre voltajı yani Voc= 38V

Güneş paneli adedi yani SP =36

9,21 . 36 . 1,25 . 0,5 ≤ ICCC

207 ≤ ICCC

Yukarıdaki hesaplamada da görüldüğü üzere sistemimizdeki şarj kontrol cihazının akım kapasitesi 207 A’dir. Sistemimizde akü gerilimi de 48 V olduğuna göre 48V/207A’lik bir kontrol cihazı gerekmektedir. Ancak böyle bir kapasitede kontrol cihazı olmadığı için 3 adet 48V/70A şarj kontrol cihazı kullanılması gerekmektedir.

Artık kullanılan inverterlerin çoğu kendi bünyesinde şarj kontrol cihazı barındırıyorlar. Genellikle inverter kapasitesine göre değişmekle beraber. 12V/24V/48V ile 50A/60A/70A/80A değerlerinde şarj kontrol cihazları inverterlerin içerisinde bulunmaktadır. Eğer sistemde üretilen akım miktarı inverterlerdeki şarj kontrol cihazların kapasitesini aşarsa harici bir şarj kontrol cihazı eklenerek bu sorun çözülebilir.

Şarj kontrol cihazlarının yanlış seçimi fotovoltaik solar enerji sistemlerde oluşan yangınların en büyük sebeplerinden birisidir. Çünkü güneş panelinden gelen akımı taşıyamayan kontrol cihazlarının içindeki devresi bozularak işlevini yitirir. Ardından da panel voltajı düştüğü zamanda akülerden panellere olan akım akışı sebebiyle güneş panellerinde yangına sebep olur. Ayrıca akülerin şişmelerine de neden olabilir.

Şarj kontrol cihazı ile ilgili görüş, öneri ve sorularınızı yorum kısmında belirtebilirsiniz.

Emre LEBLEBİCİOĞLU
Emre LEBLEBİCİOĞLU, 1993 yılının Ekim ayında Adana'nın Seyhan ilçesinde doğdu. İlk,orta ve lise öğrenimini burada tamamladı. 2011 yılında Karabük Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği bölümünü kazandı. 2012 yılında ise yine aynı üniversite de Mekatronik Mühendisliğinde çift anadala başladı. 2014 yılının ilk döneminde erasmus programı kapsamında Bükreş Politeknik Üniversitesi'nde eğitim aldı. 2015 yılında haziran ayında Enerji Sistemleri Mühendisliğinden, ağustos ayı sonunda ise Mekatronik Mühendisliğinden mezun oldu. Mezuniyetten sonra ise yaklaşık 2 yıl solar enerji sektöründe faaliyet gösterdi. Askerlik vazifesini de yedek subay olarak tamamladı. Şuan da ise Marmara Üniversitesi İngilizce Makine Mühendisliği bölümünde tezli yüksek lisans yapmaktadır.

Kaynak Nedir? Çeşitleri Nelerdir?

Önceki Yazı

Torna Nedir ? Torna Tezgahı Çeşitleri Nelerdir?

Sonraki Yazı

Bunları da beğenebilirsiniz

Yorum

Cevap Yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bu konuda daha fazla Elektronik