Aküler Hakkında Genel Bilgi

Güneş, rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını, diğer kaynaklardan ayıran en önemli özellik, sadece belirli zamanlarda bu kaynaklardan faydalanabiliyor olmamızdır. Bu nedenle, eğer güneş enerji sistemimiz şebekeden bağımsız (off grid) ise, güneş enerjisiyle elektrik üretimi olmayan akşam saatlerinde kullanmak amacıyla gündüz güneşten ürettiğimiz elektrik enerjisinin bir kısmını depolamamız gerekir. Elektrik depolama, gece / gündüz farkı dışında çevre ve hava koşullarına da bağlı olan solar enerji üretim süreksizliğini de kullanıcıya yansıtmamak için gereklidir. Elektrik depolamak için bir çok farklı teknoloji mevcuttur. Kapasitörler, yakıt hücreleri gibi farklı sistemler mevcut olsa da, yaygın depolama biçimi batarya (akü) kullanımıdır. Bu yazımızda akü nedir sorusunu güneş enerji sistemleri açısından yanıtlamaya çalışacağız.

Akü Nedir?

Aküler genel olarak, elektrolite daldırılmış durumda, seperatörle ayrılmış iki elektrot ve koruma kutusundan oluşur. Böylece yüklü iyonlar elektrolit sıvısı içinde, elektrotlar arasında rahatlıkla hareket edebilmektedir. Aküler, elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürüp depolayarak, ihtiyaç olduğunda hızlı bir biçimde elektrik enerjisine dönüştürüp sisteme döndürürler.

Elektrolit nedir?

Elektrolit, iyonlara ayrılmış bir çözeltidir. Her madde, çözelti halinde iyonlarına ayrılmaz. Sodyum (Na), Klor (Cl), Potasyum (K), Magnezyum (Mg), Kalsiyum (Ca) maddeleri iyonlarına ayrılarak çözüldüğünden iyi birer elektrolit örnekleridir. Kısaca iyonlarına ayrılabilen çözeltiye elektrolit denir.

Elektrot nedir? 

Elektrik devresinin elektrolit veya benzeri, metal olmayan kısmıyla birleştiği uçtaki iletken malzemeye elektrot denir. Negatif yüklü elektrot katot, pozitif yüklü olanı ise anot olarak adlandırılır. Elektrot sıvısı, akü yapısında, yüklü iyonların depolandığı alan olarak düşünülebilir. Şarj durumunda sıvıya iyon pompalanır, deşarj durumunda bu iyonlar geri çekilerek kullanılır.

Kullanım yeri ve amacına göre bir çok farklı türde batarya mevcuttur. Güneş enerji sistemlerinde yaygın olarak kullanılan tipleri Lityum İyon (Li-ion) ve kurşun-asit plakalı (lead acid) tipte akülerdir.

1- Lityum İyon Akü Nedir?

Li-ion aküler, yüksek şarj/deşarj derinliğine sahiptir. Kurşun-asit akülere göre hafif yapıları sayesinde enerji yoğunlukları yüksek ancak pahalı ürünlerdir. Tüketici elektroniği ve elektrikli araçlar gibi mobil ürünlerde kullanımı daha yaygındır ve yaygınlaşmaktadır. Kullanım şartlarına göre solar sistemlerde de tercih edilmeye başlanmıştır. Enerji depolama kapasitesinin %100 e yakın olması ve uzun ömürlü olması avantajlarındandır ancak doğru kullanılmadığında çok kısa sürede kapasitesi azalır ve güvenlik riski oluşturur. Lityum iyon pillerin kullanılan projelerde sistem şarj voltajının doğru regülatör kullanımı ile eksik veya fazla olmaması, ihtiyaç olunan enerji ve pil çevrim sayıları dikkate alınarak kapasite tasarımı yapılırsa güvenli ve uzun ömürlü olur.

Lityum İyon pil fiyatları gün geçtikçe azalmaktadır. 2010 – 2016 yılları arasında Lityum İyon fiyatları %70 oranında azalmış olsa da, günümüzde bu fiyat azalışı yavaşlamıştır ve bir süre daha kurşun-asit akülerden maliyetli olacağı öngörülmektedir.

2- Kurşun-Asit Akü Nedir?

Kurşun-asit aküler, piyasada bir çok çeşitte bulunsa da, en yaygınları solar sistemlerde kullanılan VRLA (Valve Regulated Lead Acid – Sübap ayarlı kurşun-asit) aküler ve araçlarda kullanılan sulu tipte akülerdir.

a) Sulu tip aküler, otomobil marş motoru ve ateşleme sisteminin devreye alınması gibi anlık yüksek enerji ihtiyacını karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Bu tasarımı nedeniyle uzun sürelerde daha düşük güçleri karşılamakta zorlanır, gereğinden hızlı deşarj olarak yeterli performansa ulaşamadığı gibi kullanım ömrü de çok kısa olur. Bu nedenle, Güneş enerji sistemlerinde sulu tip akülerin kullanımı tavsiye edilmez, sulu tip akü fiyatları, solar akülere göre daha düşük olduğu için, başlangıçta az gibi görünen maliyet, kısa ömür ve performans alınamaması nedenleriyle ilk kullanım yılı sonunda akü değişimi maliyetini de beraberinde getirecektir. Ayrıca sulu tip akülerin elektrolit seviyelerinin düzenli kontrolü ve bakımının yapılması gerekir. Sulu tip aküler, kullanımda gaz açığa çıkarttığından havalandırılan bir mekanda kullanılması gerekir. Bakımları doğru yapılmayan ve düzgün kullanılmayan sulu tip aküler patlama ve yangın riski de oluşturur.

b) VRLA aküler, kapalı, bakım gerektirmeyen tip akülerdir. Jel Akü ve AGM olarak ikiye ayrılır. Jel Akülerde, elektrolit jel kıvamındadır, AGM (Absorbent Glass Mat) akülerde ise cam elyafına emdirilmiş şekildedir. Jel ve AGM aküler arasında elektrolit saklama yöntem farklılığı vardır, teknik özellikleri birbirine benzerdir. AGM akü fiyatları ve Jel akü fiyatları, ürün marka ve kalitelerine göre değişmekle birlikte yakın aralıktadırlar. Akü fiyat karşılaştırması yaparken amper saat başına ödenen ücret dikkate alınmalıdır. VRLA tip aküler yatay veya eğimli durumlarda kullanılabilir, gaz açığa çıkarmadığından ve bakım gerektirmediğinden daha güvenli akülerdir. Kapalı yapıda olduğundan çevreye zararı daha kontrollü seviyededir. Piyasada her iki tür akü bulunmaktadır, ancak jel akü fiyat performans değeri, güneş enerjisi sistemlerinde jel akü kullanımını yaygınlaştırmaktadır. Jel aküler, uzun süreli düşük akımlı yükleri karşılamak için en uygun akülerdir, özetle, güneş enerjisi sistemleri için en uygun akü tipi jel aküdür diyebiliriz.

Jel Akü Nedir? Jel – AGM Farkları Nelerdir?

VRLA teknik özelliklerine ek olarak, elektrolit jel kıvamındadır. Elektrolit plakaları ve seperatörler arasında jel bulunur. Seperatörler PE veya PVC malzemeden üretilmiştir. AGM akülere göre %15 ila %25 daha fazla elektrolit içerir. Jel akünün iç direnci AGM akülere göre daha yüksektir. AGM akünün avantajı daha hafif yapıda olması ve anlık yüksek akımlara daha iyi yanıt verebilmesidir. Jel akü avantajı ise düşük sıcaklıklarda daha istikrarlı olması ve uzun süreli düşük akımlı yüklerde kullanıldığında daha iyi performans göstermesidir. Ayrıca jel akü ömrü AGM akülere göre daha yüksektir. Bu avantajlarından dolayı güneş enerji sistemlerinde jel akü tercih edilir. Güneş enerji sistemi için jel akü seçimi yazımızda bu konuyu daha detaylı inceleyebilirsiniz.

Akülerin Çevreye ve İnsan Sağlığına Etkisi

Akülerin içinde bulunan kimyasallar çevreye oldukça zararlıdır. Kullanım ömrünü tamamlamış akülerin kesinlikle pil / akü geri dönüşümü yapılan bir noktaya bırakılması gerekir. Akü geri dönüşüm noktaları ve bulunduğunuz yerdeki belediyeler bu konuda yardımcı olmaktadır. 12V, 100Ah – 200Ah kapasitedeki aküler 30 – 60 kg arasında ağırlıktadır. Kurulum sırasında taşıma ve yerleştirme yapılırken doğru şekilde kaldırılıp dikkatli olunmalıdır. Ayrıca akü bağlantıları yapılırken de, tüm güneş enerjisi sistemi montajı yaparken de iş güvenliği önlemleri mutlaka alınmalıdır.