Solar Şarj Kontrol Cihazı Nedir?

Bu yazımızda, solar şarj kontrol cihazı nedir veya solar şarj regülatörü nedir sorularına cevap vermeye çalışacağız. Şarj kontrol cihazı, güneş panellerinden gelen voltajı ve akımı düzenler. Akü grubunuzun yüksek voltajla veya fazla şarj olarak zarar görmesini engellemeye yarayan cihazlardır. Sistemin, akü tipine göre belirli sabit bir voltajla şarj olmasını sağlamak ve akü tam dolu voltaj değerine ulaşılınca şarj akımını kesmek şarj kontrol cihazının en temel iki işlevidir. Şarj kontrol cihazı nedir sorusunun özet açıklaması bu temel işlevler olsa da, şarj kontrol cihazları daha fazla fonksiyona sahiptir.

Neden Şarj Kontrol Cihazı Kullanmak Gerekir?

Güneş enerjisi ile elektrik üretim sistemlerinde güvenlik göz önünde bulundurulduğunda, sistemde bir solar şarj regülatörü mutlaka bulunması gerekir. Standart olarak Güneş panelleri, 12 veya 24 Volt gerilim değerlerinde üretilir. Ancak bu panellerin açık devre gerilimleri 18V – 31V seviyelerindedir. Bu farkın nedeni, panellerin bulutlu havalarda ve yüksek sıcaklık altında da verimli çalışmasını sağlamaktır. Örneğin, 160W gücündeki bir panelin açık devre gerilimi 18V yerine 12V olsaydı, panel sadece dik açılı tam güneş ışığı altında ve 25°C altında 12V gerilim üretebilirdi. Ek olarak şarj akımı altında akü voltajı 13,6 – 14,4V arasında olacağından akü grubunu doldurmak için yeterli enerji üretilemezdi. 

Özetle, tasarımı gereği güneş panelleri ihtiyaç fazlası voltaj üreteceğinden, bu gerilimi direkt olarak akülere beslemek, akü ömrünü azaltmanın yanı sıra yangın ve patlama riski de oluşturur. Bu nedenle mutlaka şarj kontrol cihazı kullanmak gerekir. Sabit voltajla akım beslendiği durumda dahi, aküler dolunca şarj akımının kesilmesi de akü güvenliği ve akü ömrü açısından çok önemlidir. Bunlara ek olarak güneş panelleri, güneş ışığı almadığı akşam saatlerinde, depolanmış enerjiyi ısı enerjisine çevirerek aküleri boşaltabilir. Şarj regülatörleri akımı tek taraflı geçirerek bu durumu engellemeye yönelik tasarlanmıştır. Günümüzde kullanılan solar şarj kontrol cihazları genel olarak ekranlı ve ayarlanabilir fonksiyonlara sahiptir. LCD ekran üstünden sistemin izlenebilirliği açısından da oldukça kullanışlı cihazlardır.

Solar Şarj Kontrol Cihazı Nasıl Bağlanır?

Solar şarj regülatörü bağlantısı yapılırken, öncelikli olarak aldığınız cihazın kullanma kılavuzunu dikkatlice okuyarak orada belirtilen kurallara uymanızı öneririz. Ancak genel olarak yapılan hatalar sonucunda yazımıza bu kısmı ekledik. Tipik olarak şarj kontrol cihazlarında Panel + -, Akü + – ve DC yükler + – bağlantıları olmak üzere 6 bağlantı noktası mevcuttur. Neredeyse tüm cihazlarda ortak olarak kullanılan 12/24V/48V otomatik tanıma fonksiyonunun doğru çalıştırılması adına, şarj kontrol cihazı bağlanırken, ilk önce akü grubunun solar şarj regülatörüne bağlanması gerekir. Aküler cihaza bağlandığında sistem voltajını tanıyacak, panel bağlantılarını ve varsa yük bağlantılarını yaptığınızda tüm işlem tamamlanmış olacaktır

Şarj Kontrol Cihazı Türleri

Şarj kontrol cihazı nedir sorusunu biraz daha açmak için ulaşılabilen türlerini inceleyelim. Şarj kontrol cihazları, ilk kullanılmaya başladığı yıllarda mekanik röleli sistemler olarak tasarlanmıştır. Günümüzde mekanik sistemler neredeyse hiç kullanılmasa da, yüksek voltajlı sistemlerde güvenlik amaçlı olarak nadiren rastlanmaktadır. Mekanik sistemler dışında solar şarj regülatörleri, PWM(Pulse Width Modulation – darbe genişlik modülasyonu) ve MPPT (Maximum Power Point Tracker – azami güç noktası izleyici) olarak ikiye ayrılır.

PWM Solar Şarj Kontrol Cihazı nedir?

Güneş enerjisi elektrik üretimi sistemlerinde en yaygın olarak kullanılan solar şarj regülatör tipi PWM dir. Çalışma prensibi, güneş panellerinden gelen nominal voltajı, akünün o anki voltajına eşitleyerek (indirgeyerek) aküleri yüksek voltajdan korumak ve tanımlanan dolu akü voltaj değerine ulaşıldığında akımı kesmek şeklindedir. Bunu, anlık akımlar gönderip, voltaj ölçümü yapıp bir sonraki akımı göndereceği voltajı belirleyerek gerçekleştirir.

PWM şarj kontrol cihazı, voltajı akü ile eşit şekilde ayarlarken, mevcut üretilen akımı da sabit tutar. Örneğin, ideal koşullarda, 12V 160W bir güneş panelini 12V’luk bir aküye bağladık. PWM regülatör, panel voltajı ile akünün o anki voltajını eşitleyerek şarj etmeye başladı. Normalde panelden alabileceğimiz 160W gücü, akım değeri (160W / 18V = 8,88A) sabit kalacağı için,  12V x 8,88A = 106W olarak kullanmaya başlayıp, akü dolarken de 13,4V x 8,88A = 120W olarak kullandık ve akü dolduğu için şarj akımı kesildi. Sonuçta, aküleri doldururken yaklaşık %29 luk bir kayıp yaşandı. Bu kayıp, sistem tasarımında depolamanın tüketime oranı ve maliyet konuları göz önüne alındığında ihmal edilebilir. Yani, akülerin dolma süresinin günde bir – iki saat uzamasının göz ardı edilebileceği, konut tipi düşük bütçeli uygulamalarda PWM solar şarj regülatörleri rahatlıkla tercih edilebilir. PWM solar şarj regülatörü fiyatları MPPT regülatörlere göre çok daha ucuzdur.

MPPT Solar Şarj Kontrol Cihazı nedir?

MPPT solar şarj regülatörleri, isminde de geçen “maksimum güç noktası” tayini yaparak, voltajı aküye göre ayarlarken gücü sabit tutar ve şarj akımını yükseltebilir özellikte cihazlardır. PWM regülatörlerde olduğu gibi, akünün yüksek voltajla dolmasını önlemek ve tam dolu halde şarj akımını keserek fazla şarj olmasını engellemek fonksiyonlarına sahiptir.

Az önceki örnekte olduğu gibi, ideal koşullarda 12V 160W bir güneş paneli 12V’luk bir aküye MPPT solar şarj kontrol cihazı ile bağlandığında, (160W / 18V = 8,88A veya 8,88A x 18V = 160W) toplam güç değerini koruyarak (160W / 12V = 13,3A) 13,3A ile şarj etmeye başlayacaktır. Voltaj değeri yükseldikçe akım değeri düşse de, MPPT solar şarj regülatörü, mevcut üretilen gücün tamamını kullanarak şarj etmeye devam ederek akü dolu hale gelene kadar bu durumu devam ettirir. PWM örneğinde yaşanan %29 luk kayıp burada yaşanmaz. En ufak kayıpların dikkate alınacağı ticari dönüşü olan sistemlerde MPPT şarj kontrol cihazları tercih edilir. MPPT şarj kontrol cihazı fiyatları, PWM cihazlara göre daha pahalıdır.

Güneş Enerji Sistemi Tasarımında Solar Şarj Kontrol Cihazı Seçimi

Solar Şarj Kontrol Cihazı özelliklerinden ters akım koruması, gece panellerin aküleri boşaltmasını engeller. Düşük voltaj koruması, akülere bağlı olan DC yüklerin, daha önce ayarlanan belirli bir voltaj değerinin altına düşüldüğünde akımın kesilmesini sağlar. Bu şekilde akülerin boşalmasını engeller. Ayarlanabilir ışıklandırma kontrolü, regülatör üzerinden DC aydınlatma fonksiyonunun karanlıkta veya istenilen saatlerde kullanılmasını sağlar. LCD ekran ise anlık olarak akü voltajı, panel akımı, sıcaklık gibi değerlerin takibini sağlar. Tüm bu özellikler, günümüzde piyasada bulunan hemen hemen tüm cihazlarda standart olarak sunulmaktadır.

Solar Şarj Regülatörü seçiminde PWM veya MPPT devresi kullanımı tasarımda karar vereceğimiz kriterlerinden biridir. Burada sistem tasarımı göz önünde bulundurularak, genelde aküleri dolu olacak, akülerin backup (yedek) amaçlı bulundurulduğu sistemlerde PWM devresi kullanımı tavsiye edilir. Verimliliğin maksimum seviyede olmasını istediğimiz ticari uygulamalarda, akünün buffer (tampon) olarak kullanıldığı sistemlerde MPPT devresi seçimi, fiyat/performans olarak bize en iyi sonucu verecektir. PWM regülatörler, MPPT regülatörlere göre oldukça ucuzdur.