Günümüzde mobil iletişim cihazlarının şarj edilmesi amacıyla kullanılan en yaygın metot elektrik şebekesine bağlı bir şarj cihazı aracılıyla cihazları şarj etmeye dayanmaktadır. Bu durum mobil iletişim cihazlarının hareket kabiliyeti sınırladığı gibi sürekli olarak elektrik şebekesine karşı bir bağımlılık yaratmaktadır. Mobil iletişim cihazlarının batarya türüne ve kullanım şekline bağlı olarak ömrünün zamanla azalması ile birlikte şebekeye duyulan ihtiyaç gittikçe artmaktadır. Bu bağımlılığı ortadan kaldırmak ve saha operasyonlarına rahatlatmak kullanım menzilini arttırabilmek için güneş enerjisi kullanılabilmektedir. Bu yazıda konum olarak Ankara kent merkezi hedef cihaz olarak da Wouxun KG-UV9D 5W el telsizi örnek olarak alınmıştır. Yazının geri kalan kısmındaki hesaplamalar ve tasarımlar buna göre yapılacaktır.
Sistemin temel bileşenleri aşağıdaki görselde yer almaktadır.
- Tüketim Bilgileri
İyi tasarlanmış bir solar şarj sisteminde daima üretilen enerjinin tüketilen enerjiden büyük olması gerekmektedir. Dolayısıyla hedef sistemin tüketim miktarının belirlenmesi gerekmektedir.
- Batarya tipi : Li-Ion
- Batarya voltajı : 7,4 V (3,7V luk 2 seri bağlı pilden oluşmaktadır.)
- Batarya kapasitesi : 2000 mAh (14,8 Wh)
Yukarıda bilgileri paylaşılan bataryanın tamamen deşarj olduğu varsayılarak gerekli olan enerji miktarı
Gereken Enerji = Batarya Kapasitesi + % 20 Şarj Kayıpları + %30 Gölge, bulut vs solar kayıplar
E = 14,8 Wh + (14,8 * 0,2) + (14,8 * 0,3) = 22 Wh lik bir enerji gerekmektedir.
- Gereken Enerji
Standart bir 18-650 Li-Ion pil için standart şarj akımı kapasitesinin % 50’ si, şarj voltajı hücre başına 4,2 V ve şarj süresi 3 saattir. Hızlı şarj uygulandığında şarj akımı kapasitesinin %150’si, şarj voltajı hücre başına 4,2 V ve şarj süresi 1 saattir.
Buna göre hızlı şarj için 7,4 V (iki hücre) 2000 mAh bir bataryanın şarj akımı 3A ve şarj voltajı 8,4 V olmalıdır.
İhtiyacımız olan 22 Wh lik enerjiyi 8,4 V 3A ile 22 Wh / (8,4 V * 3 A) = 52 dakikalık bir şarj uygulanmalıdır.
Özetle yukarıda bahsedilen bataryaya 52 dakika boyunca 8,4 V 3A uygulanmalıdır.
- Güneş Panelinin Yapımı / Temini
Kullanılacak güneş paneli hazır alınabileceği gibi elle de yapılabilmektedir. Panelin hazır alınması tercih edilir ise eğer bu bölüm atlanabilir. Düşük güçlerde panel üretimi çok sık yapılmadığı için hazır panel tedarik konusunda bu durum göz önünde bulundurulmalıdır.
Örnek alınan güneş hücresi Polikristal 156 x 156 x 0.5 mm 4,5 W 0,54V 8,8A
Bu bilgiler tek bir hücreye ait olduğu için bizim ihtiyacımıza uygun olacak şekilde birden fazla hücre birleştirilmelidir.
8,4V 3A elde etmek için;
8,4 V / 0,54 V = 17 + 7(regülasyon kayıpları için) = 24 adet hücrenin seri olarak birbirine bağlanması gerekmektedir. Hücrelerin kısa devre akımı 8,8 A bu uygulama için yeterlidir.
Panel boyutu (3×8 olarak yerleştirildi) 1,5 mt x 0,5 mt x 0, 35mt olmaktadır.
Panel boyutunun tamamen kullanılan hücrenin kalitesine bağlıdır. Daha kaliteli ve verimli hücreler ile çok daha küçük paneller yapılabilmektedir. Burada anlatılan tasarımda internette yer alan rastgele bir polikristal hücre seçilerek yapılmıştır. Daha küçük boyutlarda hazır panel bulunabilir ise eğer doğrudan hazır panelde alınabilir.
- Solar şarj cihazı
Yukarıda bahsi geçen Li-Ion pili şarj etmek için gerekli elektronik devreleri içerisinden bulunduran şarj cihazıdır. PWM ve MPPT olmak üzere iki farklı şarj cihazı üretilmektedir. MPPT özellik olanlar klasik PWM şarj cihazlarına en az % 20 daha verimlidir ancak fiyatları da PWM göre biraz daha yüksektir. Şarj cihazının verimi şarj süresini doğrudan etkilediği için daha kısa sürede şarj işlemini tamamlamak isteyenler için kesinlikle MPPT şarj cihazı kullanmalıdır.
- Evirici (Inverter)
İnverter kullanması zorunlu değildir. Opsiyonel olarak fikir vermesi amacıyla eklenmiştir. Güneş enerji sistemi kurulurken paneller daha yüksek güçlü olarak seçilip sisteme bir de akü eklendiğinde iletişim cihazları şarj edilebildiği gibi elektrik şebekesi ile birlikte çalışan cihazlarda kullanılabilmektedir. Hatta mobil iletişim cihazlarının kendi şarj aletleri doğrudan inverter’e bağlanılarak da şarj yapılabilmektedir.