Şebekeden bağımsız (off-grid) güneş enerjisi sistemleri; bağ evleri, yayla evleri, çiftlikler, baz istasyonları, sulama ve izleme noktaları gibi şebekeye erişimin olmadığı veya çok pahalı olduğu yerlerde kullanılır. Şebekeye bağlı bir sistemde eksik kalan enerji şebekeden karşılanır; off-grid sistemde ise böyle bir yedek yoktur. Bu yüzden boyutlandırma hatası doğrudan "elektrik kesildi" şikâyetine dönüşür. Bu rehberde bir off-grid sistemi adım adım, örnek değerlerle boyutlandırıyoruz.
1. Adım: Günlük enerji ihtiyacını çıkarın
Her cihazın gücünü ve günlük çalışma süresini listeleyin. Buzdolabı gibi kompresörlü cihazlarda etiket gücü yerine günlük ortalama tüketimi kullanmak daha doğrudur, çünkü kompresör sürekli çalışmaz.
| Cihaz (örnek) | Güç (W) | Süre (saat/gün) | Enerji (Wh/gün) |
|---|---|---|---|
| LED aydınlatma (8 adet × 10 W) | 80 | 5 | 400 |
| Buzdolabı (ortalama) | 150 | 8 | 1.200 |
| Televizyon | 100 | 4 | 400 |
| Hidrofor pompası | 750 | 1 | 750 |
| Şarj cihazları, dizüstü bilgisayar | 100 | 3 | 300 |
| Çamaşır makinesi (ortalama) | 550 | 1 | 550 |
| Toplam | 3.600 |
AC yükler inverter üzerinden beslendiği için inverter kaybını ekleyin. Örnek inverter verimi %90 kabul edilirse aküden çekilmesi gereken günlük enerji 3.600 / 0,90 = 4.000 Wh olur. Mevsimsel farkları da düşünün: kışın aydınlatma süresi uzar, yazın buzdolabı ve pompa daha çok çalışır. Boyutlandırmayı tüketimin en yüksek ve güneşin en zayıf olduğu döneme göre yapın.
2. Adım: Akü kapasitesini hesaplayın
Akü hesabı üç değere dayanır: günlük enerji, otonomi günü (güneşsiz geçebilecek gün sayısı) ve kullanılabilir deşarj derinliği (DoD).
- Otonomi: Örnek olarak 2 gün seçelim. Depolanması gereken enerji 4.000 × 2 = 8.000 Wh.
- Deşarj derinliği: Aküyü tamamen boşaltmak ömrünü kısaltır. Örnek olarak lityum (LiFePO4) için %80 DoD alırsak gereken nominal kapasite 8.000 / 0,80 = 10.000 Wh olur.
- Sistem gerilimi: Bu güç seviyesinde 48 V sistem, 12 V'a göre akımı dört kat düşürür; kablo kesiti ve kayıplar azalır. 10.000 Wh / 48 V ≈ 208 Ah. Buna en yakın üst standart kapasite seçilir.
Aynı hesabı jel akü ile yapalım. Jel akülerde çevrim ömrünü korumak için genellikle %50 civarında DoD önerilir. 8.000 / 0,50 = 16.000 Wh; 16.000 / 48 ≈ 333 Ah. 12 V 200 Ah jel akülerle 48 V elde etmek için 4 akü seri bağlanır (200 Ah); 333 Ah'ı karşılamak için bu seri gruptan 2 tane paralel bağlanır ve toplam 400 Ah, yani 8 akü gerekir. Görüldüğü gibi aynı ihtiyaç için jel akü, lityuma göre belirgin biçimde daha büyük nominal kapasite ister.
Soğuk ortamda akü kapasitesinin düştüğünü, aküler yaşlandıkça kapasitenin azaldığını unutmayın. Akünün soğuk bir depoda duracağı projelerde üreticinin sıcaklık düzeltme verilerine bakın.
3. Adım: İnverteri seçin
İnverter iki ayrı değere göre seçilir: sürekli güç ve kalkış (tepe) gücü.
- Sürekli güç: Aynı anda çalışabilecek yüklerin toplamıdır. Örneğimizde buzdolabı (150 W), pompa (750 W), televizyon (100 W), aydınlatma (80 W) ve şarj cihazları (100 W) aynı anda çalışabilir: toplam 1.180 W. Buna pay eklenerek sürekli gücü bunun rahatça üzerinde bir inverter seçilir.
- Kalkış gücü: Motorlu yükler (pompa, kompresör) ilk anda nominal güçlerinin birkaç katını çeker. Örnek olarak 3 kat alırsak pompa 750 × 3 = 2.250 W, buzdolabı 150 × 3 = 450 W çeker. Diğer yükler (280 W) eklenince en kötü an için 2.980 W tepe güç çıkar. İnverterin kısa süreli tepe gücü kataloğunda bu değeri karşılamalıdır. Gerçek kalkış katsayısı motor tipine göre değişir; mümkünse ölçün veya üretici verisine bakın.
Bu örnekte yaklaşık 3 kW sınıfında, tepe gücü kataloğa göre kalkışı karşılayan bir inverter makul bir seçimdir. İnverterin giriş gerilimi akü sistem gerilimiyle (48 V) uyumlu olmalıdır.
4. Adım: Panel gücünü en kötü aya göre belirleyin
Panel gücü, yılın en düşük güneşlenme ayına göre hesaplanır. Bu değeri panel eğimi ve yönüne göre eğimli düzlem için almak gerekir; PVGIS gibi kaynaklar aylık değerleri verir. Örnek olarak en kötü ayda (aralık) eğimli düzlemde günlük 2,5 saat tepe güneş süresi alalım. Sıcaklık, kablo, şarj kontrol cihazı ve akü şarj-deşarj kayıplarını karşılamak için örnek bir toplam verim katsayısı olarak 0,75 kullanalım.
Gerekli panel gücü = 4.000 Wh / (2,5 saat × 0,75) = 4.000 / 1,875 ≈ 2.133 Wp. Örnek 400 W panelle 2.133 / 400 ≈ 5,3 olduğu için 6 panel (2.400 Wp) seçilir. Kış performansını artırmak için off-grid sistemlerde panel eğimi çoğu zaman şebeke bağlantılı sistemlere göre daha dik tutulur.
5. Adım: MPPT şarj kontrol cihazını kontrol edin
Örnek panel değerleri: Voc 37,0 V, Vmp 31,0 V, Isc 13,7 A, Voc sıcaklık katsayısı −%0,28/°C. Örnek sahada en düşük sıcaklık −10 °C olsun.
- Soğukta açık devre gerilimi: 25 °C'den −10 °C'ye 35 °C fark vardır. 37,0 × (1 + 0,0028 × 35) = 37,0 × 1,098 ≈ 40,6 V. Örnek kontrol cihazının maksimum PV giriş gerilimi 150 V ise 150 / 40,6 ≈ 3,7, yani seride en fazla 3 panel bağlanabilir. 3 seri panelin soğuk Voc değeri ≈ 121,9 V ile 150 V sınırının altında kalır.
- Sıcakta çalışma gerilimi: Örnek Vmp katsayısı −%0,35/°C ve hücre sıcaklığı 70 °C ise 31,0 × (1 − 0,0035 × 45) ≈ 26,1 V; 3 seri panelde ≈ 78,4 V olur. Bu değer 48 V akünün şarj geriliminin yeterince üzerinde kaldığı için MPPT çalışabilir.
- Dizilim: 6 panel, 3 seri × 2 paralel (3S2P) bağlanır. PV giriş akımı 2 × 13,7 = 27,4 A; kontrol cihazının PV giriş akım sınırı bunu karşılamalıdır.
- Şarj akımı: 2.400 W / 48 V = 50 A. Bu nedenle en az 50 A, tercihen biraz üzeri (örneğin 60 A) şarj akımına sahip bir MPPT kontrol cihazı seçilir.
Seri-paralel bağlantı ve MPPT gerilim aralığının ayrıntıları için stringleme ve MPPT rehberimize bakabilirsiniz.
Jel mi, lityum mu?
| Özellik | Jel akü | Lityum (LiFePO4) |
|---|---|---|
| Önerilen kullanılabilir DoD | Genellikle %50 civarı | Genellikle %80–90 |
| Aynı ihtiyaç için nominal kapasite | Daha yüksek | Daha düşük |
| Ağırlık ve hacim | Ağır, çok yer kaplar | Daha hafif ve kompakt |
| Şarj verimi | Daha düşük | Daha yüksek |
| Çevrim ömrü | Daha kısa | Genellikle belirgin şekilde daha uzun |
| Soğukta şarj | Kapasite düşer ama şarj edilebilir | 0 °C altında ısıtma olmadan şarj edilmemeli |
| Yönetim | Doğru şarj gerilimi ayarı önemli | BMS (akü yönetim sistemi) gerekli |
| İlk yatırım | Daha düşük | Daha yüksek |
Kısa süreli veya seyrek kullanımda jel akü ekonomik olabilir. Her gün derin çevrim yapan sistemlerde ise lityumun uzun ömrü ve yüksek DoD değeri toplam maliyeti genellikle dengeler. Karşılaştırmayı üreticinin çevrim ömrü ve garanti koşullarıyla yapın.
Sık yapılan hatalar
- Panel gücünü yıllık ortalamaya göre hesaplamak; kışın akünün sürekli boş kalması.
- Kalkış akımını hesaba katmayıp inverterin pompa çalışırken kapanması.
- Aküyü tam kapasiteyle hesaplayıp DoD sınırını yok saymak.
- Soğuk hava Voc artışını hesaba katmadan seri panel sayısını belirlemek.
- Düşük sistem geriliminde yüksek güç kullanıp ince kablo ve yüksek kayıpla karşılaşmak.
PVAGE ile off-grid tasarım
PVAGE'nin off-grid modülü, cihaz kütüphanesinden yük listesi oluşturmanızı, eşzamanlılık ile günlük enerji ihtiyacını çıkarmanızı ve motorlu yükler için kalkış (demeraj) analizi yapmanızı sağlar. Otonom gün sayısını ve jel veya lityum akü seçimini belirler, MPPT konfigürasyonunu görürsünüz. Off-grid sistemler için hat akımı, sigorta ve kablo kesiti önerisi ile akü bağlantı şeması da sunulur. Kısa bir ön değerlendirme için hızlı hesaplama seçeneği vardır. Ayrıntılar için off-grid sistem tasarımı özellik sayfasına bakabilirsiniz.