ÜRÜNLER
HABERLER
Site içi arama:
Yeniliklerden haberdar olmak için lütfen kaydolun.
Email:
Ekle   Çıkar  

 

Depolama Teknolojilerinde Temel Kavramlar

Enerji Yoğunluğu (Energy Density): Akünün birim ağırlığında veya birim hacminde depolayabileceği elektrik enerjisi miktarıdır.

 

 “Gravimetrik enerji yoğunluğu (Gravimetric energy density) “1 Kg aküde kaç Wh (watt saat) enerji depolanabileceğini belirtir ve Wh/Kg birimi ile gösterilir bazı üreticiler Ah/Kg gibi birimler de kullanır bu birimin enerjiye dönüştürülmesi için ilgili akünün kutup voltajı ile Ah/Kg değerinin çarpılması gerekir.

 

“Volümetrik enerji yoğunluğu” (Volumetric energy density) ise “1 Litre hacimde kaç Wh enerji depolanabileceğini belirtir ve Wh/Lt. olarak gösterilir. Akülerde “yüksek enerji yoğunluğu” istenir.

 

Şarj Verimliliği (Charge efficiency): Diğer bir söylemle “Enerji verimliliği” (Energy efficiency) de denilen bu parametre akünün tam şarjlı bir aküden tam deşarj olana kadar çekilen enerji miktarının, aynı akünün yeniden tam şarj edilmesi için aküye verilen enerji miktarına oranı olarak tanımlanır.

 

%100’den düşük bir rakamdır. Olabildiğince yüksek olması istenir. Sonuçta şarj sırasında verilen enerji ile aküden deşarjda çekilen enerji arasındaki fark akü içerisinde “kayıp” edilen bir enerjidir.

 

Deşarj Derinliği (Dept of Discharge-DoD):

Akünün %100 dolu durumundan %0 tam boş durumuna kadar olan deşarj edilme oranıdır. %80 DoD demek akünün Ah olarak belirtilen kapasitesinin %80’ine kadar deşarj edilmesi anlamına gelir.

 

Şarj Durumu (State of Charge-SoC):

Akünün % olarak doluluk oranını ifade eder. Genellikle akü kutup başlarındaki gerilim ile SoC değeri arasındaki ilişki akünün teknolojisine göre değişir.

 

Çevrim Ömrü (Cycle Life):

Akünün belli bir DoD seviyesine kadar deşarj ve sonra tam şarj edilmesine bir “çevrim” denir. Akü Ah olarak belirtilen kapasitesini %80’e kadar koruyacak şekilde kaç kez şarj/deşarj “çevrimine” sokulabiliyor ise o akünün “çevrim ömrü” o sayıya eşittir.

 

Yani bir X Ah bir akü kaç kez şarj deşarj edilirse 0.8 X Ah kapasiteye düşüyor ise o sayı çevrim ömrü sayısıdır. Ancak çevrim ömrü sayısının gösteriminde mutlaka çalışma sıcaklığı ve DoD değerlerinin de birlikte söylenmesi gerekir. Örneğin %20 DoD ve 25 °C’deki çevrim ömrü ile  %80 DoD ve 40 °C’deki çevrim ömrü birbirinden çok farklı sayılar olabilir.

 

Kurşun Asit Aküler

 

Elektrokimyasal Yapı

Kurşun-asit en eski ve en üzerinde en çok geliştirme yapılmış akü teknolojilerinden biridir. Güç kalitesi ve uygun maliyeti nedeniyle en popüler elektrik depolama ALTERNATİFİDİR.

 

Nispeten düşük şarj/deşarj çevrim ömürleri ( 500-800) temel dezavantajını oluşturur. 25-40 Wh/kg (Gravimetrik) ve 60-75 Wh/lt. (Volümetrik) enerji yoğunluğu ve %80-95 şarj verimliliği ile kabul edilebilir bir performansa sahiptirler.

 

Deşarj Sırasındaki Kimyasal Reaksiyon

Pozitif plakayı oluşturan kurşun oksit (PbO2) malzemesi elektriksel olarak yüksek potansiyele (1.69V) ve negatif plakayı oluşturan kurşun (Pb) malzemesi ise tersine düşük potansiyele sahiptir (-0.358 V). Akünün kutupları elektrik akımı akabilecek bir yüke bağlandığında plakalar arasındaki bu potansiyel farkı nedeniyle elektrolitte iyonlaşmalara sebep olarak sülfürik asit (H2SO4 ) ve su (H2O) moleküllerinin iyonlarına ayrılıp H+, SO42-, OH- oluşmasına neden olur.

 

Bu süreçte pozitif iyonlar (H+) pozitif elektrota, negatif iyonlar (OH-) ise negatif elektrota doğru akmaya başlar ve bu akü içersinde pozitif elektrottan negatife bir akım oluşmasını sağlar. Bu bağlamda pozitif elektrotta bir “indirgeme” (reduction) ve negatif elektrotta “yükseltgenme-oksidasyon” (oxidation) reaksiyonu meydana gelir.

 

Elektriksel Özellikler
Temel kimyasal tepkimeler sırasında kurşun ve kurşun dioksit’ten oluşan elektrotlarda deşarj sırasında iyonların bağlanması ve çözülmesi nedeniyle fiziksel olarak şekil değişiklikler oluşur. Bu değişiklikler zamanla plakaları malzeme kaybetmesine ve dolayısı ile eskisi kadar iyi performans vermemesine sebep olur.

Kurşun asit aküler 20°C civarlarında iyi performans gösterirken ısının 40°C’leri aşması sonrasında (özellikle AGM aküler) elektrolit ve elektrot plakalarda kalıcı hasarlar oluştuğundan çok sıcak koşullarda çalıştırılması uygun olmayan akülerdir. Temel olarak sıcaklıktaki her 10 C artış akü ömrünün yarıya inmesine sebep olur. Özellikle VRLA tipi akülerde içindeki elektrolit ve kurşun elektrotların değiştirilmesi pratik olmadığından akünün yüksek ısıl koşullarda çalıştırılması ömürlerini ciddi düşürmektedir.

Kurşun Asit akülerde açık devre gerilimi 2.1-2.2 V civarında olan “hücre”lerde seri olarak iç bağlantılar yapılarak 6V, 12V, 24V gibi değişik kutup voltajlarında aküler üretilir.

Hücre gerilimlerinin 1.80V’un altına inmemesine özen gösterilecek şekilde deşarj edilmeleri ömürlerini uzatır. 1.7 V’ların altına inecek şekilde çok defalar “derin deşarj” edilen aküler yeniden şarj edildiklerinde eskisi kadar enerji depolayamamaya başlar. Bu da örneğin 100 Ah olması gereken akü kapasitesinin zamanla 90, 80 veya 60 Ah’ler seviyesine düşmesine sebep olur.

Yedekleme için kullanılan akülerin beslenecek yükü daha kısa süre besleyebilmesine neden olan bu durum akülerin değiştirilmesi için yeni yatırım yapılmasını gerektirir.

AGM ve JEL Tipi VRLA Aküler
AGM (Absorbed Glass Mat) tipi akülerde 1/3 oranında asit ve 2/3 oranında su içeren elektrolit fiber liflerden yapılmış beze emdirilerek elektrotlar arasına sıkıştırılır. Bu sayede akü vibrasyonlara karşı da dayanıklı hale gelir ve ortamda sıvı halde elektrolit kalmaz. Jel tip akülerde elektrolit silisyum dioksit tabanlı bir jel malzeme içine emdirilmiş şekilde akünün elektrot plakalarının arasını doldurur.

Jel akülerin şarj/deşarj çevrim ömürleri AGM akülere göre yaklaşık 2 kat daha iyidir. Ancak yapıları gereği anı ve yüksek akım gerektiren uygulamalarda AGM akülere göre daha kötü performans gösterirler.

AGM tip akülerin hacimsel enerji yoğunluğu Jel’e göre daha iyidir. Diğer yandan Jel akülerin derin deşarj ömürleri AGM’e göre daha yüksektir.

AGM aküler Jel akülere göre daha az gaz çıkışına sebep olur. Jel akülerde gaz geri dönüşümü %85-95 iken AGM akülerde bu oran %97’lerdedir.

Jel aküler yüksek sıcaklıklarda AGM akülere kıyasla daha iyi performans gösterir. Diğer yandan sıfır derecenin altındaki koşullarda da AGM aküler Jel akülere göre daha iyi performans göstermektedir. Tam şarjlı bir akü deşarj olmuş bir aküye oranla daha düşük sıcaklıklarda depolanabilir. Örneğin tam dolu akü -55 / -60 °C’lere kadar depolanabilirken, deşarj olmuş bir akü en düşük -20 / -25 °C’ye kadar düşük sıcaklıkta depolanabilir.

Kurşun asit aküler şarjlı durumda depolansalar bile zamanla plakalarına Sülfat iyonları yavaş yavaş yapışmaya başlar. Bu nedenle aküler “kendiliğinden deşarj olur”. Jel akülerin kendi kendine deşarj (self discharge) karakteristikleri AGM’lere göre 2-3 kat daha iyidir. Jel aküler 1 yılda %20 deşarj olurken AGM aküler 6 ayda %20-30 deşarj olabilirler.

TÜGİAD - İTÜ Yeni Enerji Teknolojileri Platformu

Enerjide Yeni Teknolojiler

 

BU BÖLÜMDEKİ DİĞER BAZI BAŞLIKLAR