Jel Akü Nedir, Nerelerde Kullanılır?

Farklı kaynaklardan elde edilen elektrik enerjisinin elektrokimyasal olarak depolanması ve gerektiğinde kullanımını sağlayabilen kimyasal bileşene akü denir.

Jel akü, elektrolit olarak kullanılan sıvı asite, silis tozu ilave edilip katılaştırılmasıyla oluşturulan elektrokimyasal yapı üzerinden aktif pozitif ve negatif plakalar arasındaki iyon alışverişinin sağlandığı kimyasal bileşimdir.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının artmasıyla, elektrik enerjisinin depolanma ihtiyacı da paralel olarak artış göstermektedir.

20. yy. başlarında keşfedilen jel aküler yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş ve rüzgar enerji santrallerinde, titreşim ve çevresel etkilere maruz kalınabilen sistemlerde sıklıkla kullanılmaktadır.

Katılaştırılan elektrolit sayesinde çevresel etki veya diğer sebeplere bağlı olarak korozyona neden olan buharlaşma ve dökülme riskleri ortadan kaldırılmıştır.

Akü seçimi yapılırken, aktif malzeme seçimi, kullanım amacı, elektrolit çeşidi ve uygulama yapılacak alanın özelliği etkilidir.

Akülerde kullanılan aktif malzemeler; kurşun-asit, lityum-iyon, sodyum-sülfür, sodyum-nikel klorür, nikel-kadmiyum, çinko-brom olarak çeşitlendirilmiştir. Bu şekilde farklı kimyasal bileşimlerle elektrik enerjisi depolanabilmekte ve tekrar kullanılabilmektedir.

Kullanım amacı olarak; şarj-deşarj döngüsünün fazla olabildiği ve sürekli besleme yapılabilen derin deşarj özellikli aküler ile anlık yüksek akım verebilen şarj-deşarj döngüsü daha az olan SLI (Starting-Lighting-Ignition) derin deşarj yapılamayan aküler olarak sınıflandırılmaktadır.

Elektrolit çeşitlerine göre, ıslak tip kurşun-asitli, bakımsız ıslak tip kurşun-asitli, VRLA (Valve Regulated Lead Acid), AGM (Absorbed Glass Mat) ve Jel tip olmak üzere piyasada yaygın olarak farklı özelliklere sahip aküler kullanılmaktadır.

Uygulama alanı ise çevresel koşullar, çalışacağı ortam gibi özelliklere göre yapılan seçimle ilişkilidir.

VRLA akülerin kimyasal reaksiyonları sonrasında açığa çıkan hidrojen ve oksijen gazları belirli basınca ulaştıklarında kapalı akü üzerindeki her hücreye ait emniyet tahliye valflerinden tahliye gerçekleşir.

AGM aküler, yüksek besleme akımlarında daha hızlı bir şekilde yüke aktarılması için jel akü yerine bazı durumlarda tercih edilirler.

AGM ve jel aküler, emniyet valfli, sızdırmaz, dökülmeye karşı korumalı, sıcaklık ve titreşime dayanıklıdır. Her açıda montajları yapılabilmektedir.

Şekil-1 Derin deşarj özellikli akü ve kapasite kullanımına göre şarj-deşarj döngü ömür eğrisi

Şekil-1’de üreticiye göre küçük farklılıklar olabilmekle birlikte, 25 ^oC ortam sıcaklığında derin deşarj özelliğine sahip olan jel akünün farklı kapasite kullanımlarında ne kadar şarj-deşarj yapılabileceği görülmektedir.

Grafik incelendiğinde %10 deşarj ile 5000 üzerinde tam şarj-deşarj yapılabilirken, akünün tam deşarj yani %100 kullanımıyla 350 defa tam şarj-tam deşarj yapılabilmektedir.

Ortam sıcaklığının 25 ^oC’den yüksek olduğu iklimlerde döngü sayıları daha da azalmaktadır.

Islak kurşun-asitli, VRLA, Jel ve AGM tip akülerin, üretilecek gerilim kapasitesine göre birbirine seri bağlanan akü hücrelerinin her biri 2V civarında hücre gerilimine sahiptir.

Jel aküler de dahil tüm aküler, şarj edilirken akü gerilimini, sıcaklığını izleyen ve buna bağlı olarak şarj esnasında değişen akü gerilimine uygun şarj akımını verebilen şarj cihazlarıyla şarj edilmelidir.

Sabit akımlı şarj cihazları, akü ömrünün azalmasına ve akünün zarar görmesine neden olmaktadır.

Park, bahçe ve sokak aydınlatmalarında kullanılan güneş enerjili aydınlatma armatürleri; güneş paneli, jel akü, solar şarj regülatörü, LED yükü için gerekliyse DC-DC buck-boost devresi ve LED yükünden oluşmaktadır.

Jel akünün, çevresel şartlardan diğer akülere göre daha az etkilenmesi, iç direncinin düşük olması, sürülecek LED yükünün sürekli sabit akım ile beslenecek olması, anlık yüksek akım gerektirmemesi, geceleri akü derin deşarja gideceğinden dolayı derin deşarja dayanıklı, şarj-deşarj ömrü yüksek olan  güneş enerjili aydınlatma armatürlerinde kullanımı uygun olmaktadır.

Şekil-2 Kurşun-asit akünün yapısı [1]

Şekil-2’de görüldüğü gibi kurşun asitli akü; PbO₂ pozitif aktif tabaka, elektrolit içindeki iyon akışının sağlandığı elektriksel olarak yalıtkan özellikte olan gözenekli ayırıcı (seperatör) ve Pb negatif tabakadan oluşmaktadır. Burada akü elektroliti saf su ile seyreltilen sülfirik asittir.

Kimyasal herhangi bir bileşimi olmayan elektrik şebekesine destek sistemleri de bulunmaktadır. PHS (Pumped Hydroelectric Storage) sistemi potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüştürülerek elektrik üretilmesi prensibine dayanır.

Elektrik tüketim talebinin düşük olduğu zamanlarda su, yüksek bir yere pompalanır. Puant yani elektrik tüketim talebinin yüksek olduğu zamanlarda ise yüksekte bulunan su, jeneratör türbinleri üzerine düşürülerek elektrik üretilir.

Bir diğer yöntem olan CAES (Compressed Air Energy Storage) ile puant olmayan zamanlarda kompresörle havanın sıkıştırılarak puant zamanlarda serbest bırakılıp türbinlerin hareket ettirilmesiyle elektrik üretilebilmektedir.

Referanslar:
[1] Geoffrey J. Maya, Alistair Davidson, Boris Monahov; Lead batteries for utility energy storage, Journal of Energy Storage, 145-157, 2018.