Şebekeden Bağımsız Küçük Güçlü Uygulamalar İçin Fotovoltaik Panel-lityum Demir Fosfat Batarya Tabanlı Karma Enerji Yönetim Sistemi

Abstract

Günümüzde sıklıkla kullanılan ve batarya teknolojileri arasında belki de en ilkeli olarak sınıflandırılabilecek kurşun kimyasına sahip batarya hücreleri ucuz gibi görünseler de düşük çevrim ömürleri nedeniyle yüksek bakım ve değiştirme maliyetlerini de eklediğimizde toplamda daha fazla bir maliyete sahiptirler. Kurşun kimyasına sahip batarya hücreleri ile kıyaslandığında yüksek çevrim ömürleri ve enerji yoğunlukları ile öne çıkan lityum hücreler sahada bakım ve işletme maliyetlerini minimize etmiş ve daha küçük alanda daha yüksek enerjinin depolanmasına imkan sağlamıştır. Lityum demir fosfat kimyasına sahip bataryaların geliştirilmesi ile lityum bataryaların maliyetleri düşmüş ve yangın riski asgari seviyeye indirilmiştir. Maliyetlerin düşmesi ile birlikte lityum kimyasına sahip bataryalar kurşun asit bataryalarla rekabet edebilir seviyeye gelmişlerdir. Ülkemiz şebekeden bağımsız küçük güçlü uygulamalar için uygun bir yapıya sahiptir. Acil durum yol işaretçileri, trafik hız kontrol sistemleri, sınır gözetleme sistemleri gibi uygulamalarda halihazırda fotovoltaik panel ve batarya hücresinden oluşan karma sistemler kullanılmaktadır. Ortaya konulan yenilik ise kurşun asit batarya hücrelerinin ortaya çıkardığı sorunları yok edecek ve toplam bakım işletme maliyetlerini düşürecek lityum tabanlı bir karma güç yönetim sistemidir. Burada asıl amaç lityum kimyasına uygun bir batarya yönetim sistemini de içerecek şekilde bir güç yönetim donanımın tasarlanmasıdır. Tasarlanan ve gerçeklenen devrenin performansı irdelenmiş, saha testinden elde edilen verilerden hücre gerilimleri üzerinden dengeleme işlevinin gerçekleşip gerçekleşmediği incelenmiştir. Aynı zamanda batarya paketinde yer alan hücrelerin aşırı şarj, aşırı deşarj olup olmadığı durumu araştırılmıştır. Tasarımı yapılan sistemden elde edilen veriler ışığında dengeleme işlevinin ve şarj-deşarj kontrol fonksiyonlarının başarılı bir şekilde çalıştığı gözlemlenmiştir.

Lead acid batteries are most preferable and primitive technology. They are assumed low cost solution but when we take their charge cycle, maintenance cost and replacement cost into consideration their cost getting much higher. Comparing to lead acid batteries, lithium batteries have advantage of higher charge cycle, energy density, lower maintenance and operation cost. They provide to store more energy in this space. With the development of lithium iron phospate battery the cost of lithium batteries and the fire risk is reduced to minimum also. Lithium chemistry batteries have come to complete with lead acid batteries with the fall in the the cost level. Our country has suitable structure for small power off grid applications. Photovoltaic panel and hybrid systems made by battery cells are used in applications such as emergency road markers, traffic speed control systems and border security monitoring systems. This study brings out the alternative solution to classical energy back-up systems via lithium iron phosphate battery cell technology that consists at solar panels and lead acid batteries. This works innovative point is replacement lead acid batteries by lithium iron phosphate batteries and designing a low cost and reliable battery management system including charge and discharge control. The performance of the designed system and developed circuit are investigated. Balancing function is examined regarding to data that gathered from the field test. Over charged and over discharged condition of battery cells are examined. Regarding to tests of the system it is succesfully managing the batteries, charge and discharge functionalities.