BLOG

Solar Şarj Regülatörü nedir?

Şarj kontrol modülü veya şarj regülatörü, temel olarak bataryaların aşırı şarj olmasını önlemek için bir voltajı ve / veya akım değerlerini çeşitli algoritmalarla kontrol eden bir cihazdır. Güneş panelinden bataryaya güç transferini, akım, gerilim kontrolünü ve dönüşümünü(güç transferi) sağlamaktadır. Batarya sistemleri doğrudan panellere bağlanarak şarj edilebilir. Ancak bu, bataryanızın sağlığı açısından doğru bir yöntem değildir. "12 V" olarak ifade edilen panellerin verimli voltaj seviyeleri 16V ile 20 V arasındadır, Örnek olarak stand-by kullanımda bir jel akünün şarj gerilimilini 14.4V olarak ele alınırsa, panel şarj geriliminin epey yüksekte olduğu görülecektir. Akü yüksek voltajlara maruz bırakıldığında, plakaları hızla bozunuma uğrayarak akünün iç direncini artırmaktadır. Bir bataryanın iç direnci arttıkça, ömrü de aynı oranda azalmaktadır.

Bu nedenle, bataryanın düzgün şarj edilmesi hayati öneme sahiptir. PWM, MPPT gibi çeşitli verimliliklere sahip teknolojiler kullanarak aküyü fabrika değerlerinde şarj etmek amacıyla şarj modüllerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Her zaman bir şarj kontrol cihazına ihtiyaç var mı?

Her zaman değil, ama genellikle 1 ile 5 wattlık paneller gibi düşük güçlerde şarj panelleri bir şarj kontrol cihazına ihtiyaç duymaz. Genel geçer kural olarak panel bir 50 Ah'lık bataryaya yaklaşık 2 watt saat veya daha az güç veriyorsa regülatöre ihtiyaç duyulmamaktadır.

Örneğin, 210 Ah civarında bataryaya sahip standart bir elektrikli golf arabasının bakımı veya depolaması için yaklaşık 4.2 watt civarında bir panele ihtiyaç duyulmaktadır. Buna göre, seçilen değere en yakın 5 wattlık paneller için bir regülatör gerekmemektedir.

O Halde Paneller Neden 12 Volt Yerine 16-21 Volt?
Eğer bu şekilde olsaydı, paneller yalnızca mükemmel koşullar altında ve tam güneş altında güç sağlayacaklardı. Bu durum çoğu yerde güvenebileceğiniz bir durum olmaktan çıkmaktadır. Güneş ışığı gökyüzünde düşük seviyelerde olduğunda, yoğun pus, bulut örtüsü veya yüksek sıcaklıklarda panelden çıkış alabilmemiz için ekstra voltaj sağlaması gerekir. Tam şarjlı "12 V'luk" bir batarya, çalışmadığı durumda 12.7 V civarındadır ( şarj durmundayken yaklaşık 13.6 ile 14.4 civarındadır), bu nedenle panel en kötü şartlar altında üst seviyenin üzerinde gerilim üretmek zorundadır.

      * Sanılanın aksine, güneş panelleri daha düşük sıcaklıklarda daha iyi çalışır. Kabaca, oda sıcaklığında 100 watt değerinde bir panel 110 derecede 83 watt'lık bir panel olacaktır.

Şarj regülatörü, panelin 16 ile 20 V çıkışını, bataryanın ihtiyacına göre düzenleyerek, bataryanın şarj durumuna, bataryanın tipine, kontrolörün hangi modda olduğuna ve sıcaklığa bağlı olarak yaklaşık 10.5 ile 14.6 arasında değişen bir gerilim seviyesine çevirecektir. 

Şarj Regülatörü Tipleri
Pratik amaçla kullanılan en eski sistemler, belirli bir gerilime ulaşıldığında güneş panelini röle ya da MOSFET kullanarak kapatan ya da açan basit 1 ya da 2 kademeli sistemlerdir. Türkiye'de trafik sinyalizasyon sistemlerinde ne yazıkki bu mimariye sahip regülatörler çoğunluktadır. Başlangıçta maliyet avantajı sağlıyor görünse de, uzun süreli performansta akünün ömrünü kısalttığı için bakım ve idame maliyeti daha yüksektir.

Maksimum güç noktası takibine(MPPT) sahip şarj regülatörleri geleneksel tipteki PWM şarj regülatörlerine göre panelden alınan enerjide %30'a kadar daha yüksek verim sağlamaktadır. Üstelik %94 ile %98 arasında bir dönüşüm performansı ile şarj esnasında çok düşük miktarda ısı kaybına sahiptir.

Dengeleme nedir?
Dengeleme, adından da anlaşılacağı gibi bataryadaki tüm hücrelerin gerilim seviyelerinin tam olarak eşit hale getirilme sürecidir. Genellikle 15 V ila 15.5 V aralığında aşırı şarj yapılarak gerçekleştirilerek batarya üzerindeki daha düşük gerilime sahip diğer hücrelerin tam kapasiteye ulaşması sağlanır. Dengeleme aynı zamanda özellikle uzun süre sabit şekilde bekleyen sulu akülerde, gaz kabarcıkları oluşmasını sağlayarak akü sıvısının karıştırılması gibi önemli bir işlevi de yerine getirmiş olur. Ancak düşük güce sahip panellerin kabarcık oluşması için yeterince akım sağlayamayacağı da unutulmamalıdır.

PWM nedir?
Darbe Genişliği Modülasyonu / Pulse Width Modulation anlamına gelen PWM, panelden sabit bir gerilim çıkışı almak yerine, panel gerilimini çok küçük zaman dilimi içerisinde sürekli açıp kapatarak, diğer bir tabirle anahtarlayarak, akü girişine uygulanan gerilimi düzenler. Şarj regülatörü üzerindeki kontrol devresi, panel ve batarya gerilimini, ve bataryanın kısa devre akımını takip ederek uygun darbe genişliğini ve frekansını belirler. 

PWM şarjı sırasında, yapılan anahtarlamadan dolayı yüksek frekanslı gürültüler meydana gelmektedir. Bu nedenle çok iyi bir filtre sistemi tasarımı bulundurması gerekmektedir. Özellikle radyo ve TV gibi yüksek frekansa duyarlı sistemlerde kullanıldığında, parazit oluşturarak çalışma konforunu olumsuz yönde etkileyecektir.

Yük Çıkışı ve "Düşük Voltajda kapatma"
Şarj regülatörlerinin çıkışına bağlanan elektrik cihazları yük olarak tanımlanmaktadır. Eğer yük çıkışı yerine doğrudan bataryaya bağlantı yapılsaydı, kapalı havalar, arıza vs. nedeniyle şarj yapılamaması, aşırı yüksek yük bağlanması gibi durumlarda bataryanın kritik minimum voltaj seviyesinin altına düşerek bataryanın işlevsiz hale gelmesinin önüne geçilemezdi.

Bu sıkıntılardan dolayı, düşük güçler için şarj regülatörü üzerinde bir çıkış terminali bulunmaktadır. Şarj kontrol devresi batarya gerilimini izleyerek, izin verilen aralıklarlar çıkış vermektedir. Küçük güçte olsa dahi, invertör çalıştırmak için LOAD çıkışının kullanılması tavsiye edilmez.  Invertörler, saniyenin milyonda biri gibi sürede çok kısa süreli yüksek akımlar çekebilir. Bu akımlar, şarj devresine geri dönülemez zararlar verebilir.  Bu gibi durumlarda, invertör doğrudan panele bağlanırken, yük çıkışına da bir röle bağlanarak, invertörün DC girişinin bu röle anahtarlanması sağlanmaktadır. Böylece invertörün sadece bataryanın uygun olduğu zamanlarda çalışması sağlanabilemektedir.

Diğer yandan, doğrudan invertör bağlanabilen şarj regülatörlerini bulmak da mümkündür. Ancak, maliyet parametresi göz ardı edilmemelidir.