Güneş Enerji Sistemlerinde Jel Akü Kullanımı

Günümüzde, çevre dostu enerji kaynaklarına olan talep giderek artmaktadır. Bu talebin önemli bir kısmını güneş enerjisi oluştururken, güneş enerjisi sistemlerinin depolama çözümleri de büyük bir önem kazanmaktadır. Off-grid sistemlerin kalbinde yer alan aküler, enerjiyi depolayarak kullanılabilir hale getirir. Güneş enerji sistemlerinin en büyük handikapı, geceleri enerji üretiminin olmamasıdır. Bunun yanı sıra kapalı, yağışlı havalarda da elektrik üretimi önemli ölçüde düşmektedir. Bu nedenle enerjinin depolanması, istenildiği an kullanıma hazır şekilde tutulması gerekmektedir.

Jel Akü Nedir?

Jel aküler, elektroliti jelleştirilmiş sülfürik asit içeren ve sızıntı yapmayan bir tür kurşun-asit aküsüdür. Bu aküler, geleneksel akülere kıyasla daha düşük bakım gereksinimine sahiptir ve genellikle derin deşarj durumlarına daha dayanıklıdır. Jel akülerin en büyük avantajlarından biri, titreşimlere ve hareketlere karşı dirençli olmasıdır, bu da sulu akülere kıyasla jel aküleri taşınabilir güneş enerjisi sistemleri için ideal bir seçenek haline getirir.

Jel Akü Tarihçesi – Güneş Enerjisinde Kullanımı

1950’lerde Almanya’da Sonnenschein tarafından geliştirilen ilk jelleştirilmiş kurşun asit akü, 1970’lerde popüler hale gelmiştir. Sülfürik asidin silika jelleştirici maddeyle karıştırılması, sıvı elektroliti yarı sert bir macuna dönüştürerek elektrolit seviyesinin azalması problemini ortadan kaldırmış, sürekli plakalara temas eden jel elektrolit sayesinde akünün bakım ihtiyacı kalmamıştır. 1990 lardan günümüze sürekli olarak elektrolit formülü ve plaka yapısı geliştirilerek derin deşarja uygun, yüksek kapasiteli jel aküler geliştirilerek telekom sektöründe, ups benzeri yedek enerji depolama sistemlerinde ve küçük elektrikli araçlarda kullanımı her geçen yıl yaygınlaşmıştır. Güneş enerji sistemlerinin popüler hale gelmesi ile jel akülerin de üretim miktarları artmış, solar sisteme özel geliştirilen şarj – deşarj karakteristiği ile yüksek çevrimli uzun ömürlü aküler üretilmeye başlanmıştır. Jel akülerin güneş enerji sistemlerinde kullanımı, kurşun karbon plaka ve farklı elektrolit formüllerinin gelişiminde önemli rol oynamıştır.

Jel Akü – AGM Akü ve Sulu Akü Karşılaştırma

Jel akü elektrolit yapısı jelleştirilmiş yapıda olduğundan plakalarla sürekli temas halindedir. AGM akülerde de cam yünü malzemeye emdirilmiş olarak ihtiva edilen elektrolit, aynı şekilde sıvı seviyesi plaka yüzeyinde değişmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Ancak sulu akülerde elektrolit seviyesinin sürekli takip edilmesi, azaldıkça saf su eklenmesi gerekmektedir. Bu da sulu akünün bakım gerektirir olması ve bakım masraflı olması anlamına gelir.

Elektrolit yapısı nedeniyle jel ve AGM aküler yatık vaziyette de kullanılabilmekte, ancak sulu aküler sabit düz bir zeminde kullanılma zorunluluğu getirmektedir. Her ne kadar yatay kullanım mümkün olsa da, jel akü gaz tahliye vanası konumuna göre uygun şekilde konumlandırılmalıdır. Jel aküler üstünde EPDM (Etylene Propylene Dianene Monomere) malzemeden gaz salımı yapan bir vana mevcuttur. Zaman içinde şarj – deşarj anında akünün şişmemesi için vananın yani akünün temiz bir ortamda muhafaza edilmesi gerekmektedir.

Jel akülerde plaka yüzeyindeki jelin ısı iletimi yüksektir. Bu nedenle akünün aşırı ısınması zordur ve uzun süre ideal sıcaklıklarda çalışır. AGM akülerde cam yünü izolasyon malzemesi gibi davranmakta, akünün daha çabuk ısınmasına neden olmaktadır. Bu nedenle jel aküler AGM akülere göre daha uzun ömürlüdür. Jel aküler yüksek sıcaklıklarda daha yüksek performansa sahiptir.

AGM akülerin de sıvı elektrotlu olduğu için iç dirençleri daha düşüktür. Düşük sıcaklıklarda daha iyi performans gösterir. Jel yapısı ve elektrolit miktarı nedeniyle jel akülerin daha yüksek iç dirence sahip olması, düşük akımlı solar enerji kullanımında sorun oluşturmasa da, anlık yüksek akım çekimi gerektiren araç marş motoru gibi sistemlerde uygun değildir. Doldurma ve tampon (float) şarj voltajlarının doğru ayarlanması gerekir.

Kullanım alanı uygunluğu ve maliyet göz önüne alındığında sulu aküler, uzun süre standby (float) vaziyette bekleyip, kısa süre yüksek akım kullanımlar için en uygun akü tipidir. Standart bir ev ihtiyacını karşılamak üzere geliştirilmiş güneş enerji sistemlerinde en uygun akü tipi jel aküdür. AGM aküler ise, elektrik motorlarının da çalıştırıldığı, anlık yüklerin yüksek olduğu bir güneş enerji sisteminde tercih edilebilir. Ancak yine de, sulama pompası ve benzeri elektrik motorlarını mümkün olduğunca aküsüz şekilde tasarlamak gerekir. Yüksek akım çekilen akülerin ömrü tahmin edilen sürelerden kısa olacaktır.

Güneş Enerji Sistemlerinde Jel Akü Kullanımının Avantajları

1. Düşük Bakım İhtiyacı: Jel aküler, sıvı elektrolitli akülere göre daha az bakım gerektirir. Sıvı elektrolitli akülerde olduğu gibi su eklemek veya elektrolit seviyelerini düzenlemek gibi işlemlere ihtiyaç duyulmaz. Bu nedenle bir bakım maliyeti de söz konusu değildir.
2. Düşük Deşarj Oranı: Jel aküler bekletildiğinde kendiliğinden deşarj olma oranı daha düşüktür. Depoladığı enerjiyi daha uzun süre korur.
3. Daha Uzun Ömür: Güneş enerji sistemlerinde, jel aküler genellikle daha uzun bir hizmet ömrüne sahiptir. Isıyı daha iyi ilettiği için, AGM akülere karşı önemli bir ömür beklenti avantajına sahiptir. Bu, güneş enerji sistemlerinin maliyet-etkinliğini artırmaktadır. Off-grid sistemlerde akü maliyeti en önemli kalemdir.
4. Hataya Karşı Dayanıklılık: Jel aküler, diğer kurşun asit kimyaları ile karşılaştırıldığında, yüksek voltaj ve akıma karşı daha dayanıklıdır ve eski haline döndürme / kurtarma işlemi sonucunda daha iyi tepkiler verir. Ancak yine de yüksek voltaj / akım ile zarar gören her tip akü ilk günkü performansına dönememektedir.
5. Daha İyi Güvenlik: Jel aküleri, sızıntı yapmayan bir tasarıma sahiptir, bu da çevresel olarak daha güvenli bir seçenek sunar. Bu özellik, iç mekan güneş enerjisi sistemlerinin kullanımı için de idealdir. Tepkime sonucunda su buharı oluşturup vanadan dışarı atar.
6. Daha İyi Performans: Jel aküleri, derin deşarj durumlarında daha iyi performans gösterebilir. Ayrıca akü kapasite seviyesi, sulu akülerle karşılaştırıldığında, ilk yıllarda yavaş, ömrünün sonlarına doğru hızlı şekilde azalır. Aküyü ömrünün son yılına kadar konforlu bir şekilde kullanmak mümkündür. Bu, güneş enerjisi sistemlerinin yatırım verimliliğini arttırmaktadır.

Güneş Enerji Sistemlerinde Jel Akü Kullanımının Dezavantajları

1. Yüksek İlk Maliyet: Jel aküleri, AGM ve sıvı elektrolitli akülere kıyasla genellikle daha yüksek bir başlangıç maliyetine sahiptir. Ancak, uzun vadede düşük bakım maliyetleri ve uzun ömürleri nedeniyle bu maliyetler genellikle haklı çıkar.
2. Daha Düşük Ani Akım Kapasitesi: Jel aküleri, sıvı elektrolitli akülere göre genellikle daha düşük ani akım kapasitesine sahiptir. Bu, bazı uygulamalarda önemli olabilir, ancak güneş enerjisi sistemlerinde genellikle sorun oluşturmaz.
3. Sülfatlanma Riski: Jel akünün güneş enerji sistemi tasarımında, sürekli dolu kalacak, her akşama dolu girecek şekilde tasarlanması gerekir. Aksi takdirde plakalarda hızlı bir şekilde sülfatlanma oluşur ve akü kapasitesi azalır. Sülfatlanma yüksek oranda kurtarılmaktadır ancak maliyetli bir işlemdir.
4. Gaz Çıkışı: Jel akülerin bulunduğu ortamda bir havalandırma sistemi veya doğal yöntemle sürekli havalandırılıyor olması gerekliliği vardır. Ayrıca gaz çıkış vanasının dolayısıyla akünün temiz, rutubetsiz, tozsuz bir ortamda muhafaza edilmesi gerekir.