Güneş Panelleri için Basit Bir Regülatör Devresi
 | Bu ay temiz enerji olan güneş enerjisiyle ilgili proje geliştiriyoruz. Projemiz fotovoltaik pillerde regülatör devresi uygulaması |
Fotovoltaik güneş panelleri için önerilen regülatör devreleri, farklı tercihlerin farklı ürünleri olarak karşımıza çıkıyor. Bu alanda bulabileceğimiz en basit devre; "AÇ/KAPAT" tipinde tasarımlanan şöntlenmiş regülatörler. Bu gibi devrelerin en önemli avantajları; basitlik, çok düşük enerji kayıpları ile çalışabilir olması, imalat maliyetinin düşüklüğü ve güvenilir çalışma performansı olarak özetlenebilir. Bütün bu avantajlara karşılık olarak tartışmaya açılabilecek tereddütler de var. Bu olumsuzluklar, batarya üzerinde ölçülebilen voltajın aşağı-yukarı sürekli dalgalanıyor olması, bataryanın tam yük altında veya sıfır yük altında olduğu hallerde yaşanan "aç/kapat" mecburiyeti ve bataryanın devre dışı bırakıldığı anda regülatörde oluşan yüksek voltaj değerleri olarak özetlenebilir.
Diyelim ki bir regülatör yapacaksınız… Kullanacağınız regülatörü tasarımlarken, kullanmayı düşündüğünüz güneş paneli tesisatıyla uyumlu bir seçim yapmanız gerekiyor. (Bunu kim söylüyor? Bu projeyi geliştiren tasarımcı ve uygulamacı beyefendi söylüyor ve kendi ifadesiyle devam ediyor…<çevirenin notu.> )
Yapmış olduğum çok sayıda güneş paneli tesisatında kendi tasarımım olan lineer regülatörleri kullandım. Bu tasarımın düzgün voltaj regülasyonu ve sistemin düşük voltaj ürettiği anlarda devreye girmemesi gibi avantajlarına karşılık, daha pahalıya mal olması, daha büyük boyutlu olması ve daha büyük kayıplara yol açması gibi olumsuzlukları da vardı.
Özel bir teknede kullanılmak için güneş regülatörü yapmam istendiğinde farklı bir yaklaşım içine girmem gerekiyordu. Teknenin sadece 3.1 Amper'lik bir güneş paneli olmasına karşılık, toplamı 300 Amper/Saat gibi bir akümülatör bataryası bulunuyordu. Bu durumda, kullanma alışkanlığı içinde olduğum lineer regülatör yerine daha küçük ve basit bir uygulamaya ihtiyaç olduğu anlaşıldı.
Aşağıda bulacağınız regülatör, bu amaca yönelik olarak tasarlandı ve imal edildi. Benzer kullanım alanları için yaptığınızda, yararlı olduğunu göreceksiniz. Büyük kapasiteli bir batarya grubunun, küçük üretim kapasiteli bir güneş paneli kullanılarak doldurulması işlemi, tasarıma etki eden en önemli faktör oldu. Bu, aynı zamanda düşük maliyetli, imalatı kolay ve güvenilir bir devrenin, lineer regülasyon stabilitesinden daha önemli kabul edildiği bazı özel durumlar için de geçerli.
Regülatör, delikli plaka üzerine monte edildi ve plastik bir kutu içinde korundu. Kutunun arkasına eklenen alüminyum plaka ile montaj kolaylığı sağlandı. (Büyük ihtimalle "loksallı" Alüminyum kullanılmıştır <çevirenin notu> ) Altta görülen bağlantı terminalleri, sert deniz koşullarına ve çoğu zaman karşılaştığımız beceriksiz/acemi kullanıcılara karşı çok sağlam malzemeden seçildi. (Bu parçaların da krom veya kromaj kaplamalı olduğu düşünülebilir <ç.n.> )
DEVREYİ İNCELERSEK….
Güneş panelinde herhangi bir enerji üretimi yoksa, devre kapalı durumda ve bataryadan herhangi bir akım çekilmiyor. Diyelim ki güneş doğdu, yükseldi ve güneş paneli en az 10 Volt gibi bir üretime başladı. Tam bu anda LED ışıkları ve iki küçük transistör devreye giriyor ve regülatörü çalıştırıyor. Bataryada ölçülen voltaj 14 Volt seviyesinin altında olduğu sürece, devredeki amplifikatör MOSFET'i kapalı tutmaya devam ediyor ve böylece güneş panelinde oluşan voltaj ‘Schottky' diot üzerinden bataryaya akıyor.
Batarya, tetikleme voltajına (14.00 Volt) ulaştığında, U1, MOSFET'i devreye sokuyor. Bu fonksiyon da paneli kısa devre durumuna alıyor. (Bütünüyle emniyetli ve güvenilir bir durum… Endişelenmeye gerek yok.) Batarya, bu noktadan itibaren besleme akımı almıyor. LED sönüyor, iki küçük transistör devre dışı kalıyor ve C2, yavaşça deşarj olurken regülatör devresini harekete geçiriyor. Yaklaşık 3 saniye içinde C2 kondansatörü yeteri kadar boşaldığında U1'in "beklenti" eşiği aşılıyor ve MOSFET devresi yeniden kapanıyor. Elbette şimdi devremiz bataryayı doldurmaya devam edecek. Ne zamana kadar? Tetikleme voltajına erişilinceye kadar. Bu durumda, regülatör devresinin, 3 saniyelik "OFF" ve bataryanın 14.00 Volt değerine ulaşması için gereken kaç saniye ise o kadar "ON" durumunu ayarlayan "dalgalı" bir gel-git süreci yaşanıyor.
Devrenin "ON" durumuna geçebilmesi için gereken zaman, Q3 tarafından kontrol altında tutulan C2 kondansatörünün dolması ile bağlantılı. Bu değer de yaklaşık 40mAmper. Bu sürenin çok kısa olduğu ve regülatör devresinin çok kısa zaman aralıklarıyla gel-git çalışma içinde olacağı bilinmeli.
NASIL YAPACAĞIZ…
Bu devreyi yapmak çok basit ve kolay. Devrede kullanılan parçalar kolaylıkla bulunabiliyor veya piyasada muadilleri var. Devrede göreceğiniz TLC271'i veya LM385-2.5'i muadilleriyle değiştirmenizi önermiyorum. Elbette bütün parametreleri bilen ve etkilerini hesaplayabilen tasarımcılar, ne yaptığının farkında olmak şartıyla değişik parçalar da kullanabilir. (Kolay Gelsin… <ç.n.> ) Bu parçaların her ikisi de düşük güçlüdür ve harcadıkları enerji miktarı, regülatör devresinin "OFF" durumuna geçme eşiğini belirler. Farklı enerji sarfiyatı olan muadil parçalar kullanılması durumunda, C2 kondansatörünün değerini değiştirmeniz gerekecektir. Elbette Q3'ün durumunu da dikkate alacaksınız ve beklenmedik sorunlar karşısında kalmamak için, önceden iyi hesap yapacaksınız.
Devredeki MOSFET'i dilediğiniz gibi değiştirebilirsiniz, yeter ki RDSON değeri düşük olsun ve fotovoltaik güneş panelinden gelen besleme voltajı, kabul edilebilir (küçük) bir kayıpla gerçekleşebilsin. Devrede D2 olarak göreceğiniz diyot konusunda da istediğiniz gibi tercih yapabilirsiniz, yeter ki seçeceğiniz diyot, panelden gelecek enerji altında yanmayacak kadar sağlam olsun. Devrede önerilmekte olan Schottky diyot'un sağladığı avantaj; piyasadaki silikon diyot'lara oranla yaklaşık %50 daha az voltaj düşüklüğü yaratmasıı ve bu nedenle yarı yarıya daha az ısınması. Yine de, piyasada bulacağınız herhangi bir diyot'u, yeterli değere sahip olmak ve düzgün monte edilmek şartlarıyla kullanabilirsiniz.
Devrede verilmiş olan parçalar, 4 Amper değerine kadar her türlü akımı rahatlıkla kontrol edecektir. Daha büyük panel yükleri karşısında, sadece MOSFET'in ve diyot'un daha yüksek değerli seçilmesi yeterli olacaktır. Böyle bir ihtiyaç karşısında, devrenin diğer parçaları aynen korunabilir. MOSFET için soğutucu ekleme ihtiyacı yoktur. Daha büyük yükler altında çalışacaksa, küçük bir soğutucu eklenmesi yararlı ve yeterli olacaktır.
Bu devrede kullanılmış olan R8 direnci 92k olarak seçilmiştir. 92k, piyasada bulunan standart bir değer olmadığı için, 82k + 10k dirençlerin seri bağlantılı kullanılması önerilir. (Yani piyasada 92k direnç aramak için boşuna uğraşmayın <ç.n.> ) Devrede göreceğiniz R8, R10 ve R6 dirençleri, voltaj kesme amaçlı olarak önemli görev yüklendikleri için, %5 hassasiyeti aşmayan düzgün parçalar kullanılmalıdır. Bu arada, %5 hassasiyetli olarak etiketlenmiş olan parçaların, aslında etiket değerinden daha hassas sonuçlar verebildiğini de eklemem lazım. Yine de, işi sağlama bağlamak istiyorsanız, %1 hassasiyet etiketli dirençler kullanın.
Son olarak; bu devrede voltajı en uygun biçimde ayarlayabilmek için üç bacaklı bir potansiyometre de kullanabilirsiniz ama tavsiye etmem. Sert deniz koşullarında ve paslanma-küflenme gibi faktörlerin etkili olduğu ortamlarda, bu gibi pot'ların hata yaparak devre dışı kaldıklarını, kendi deneyimlerimden biliyorum.
Kolay gelsin…
Benden de ‘kolay gelsin' <ç.n.> TA2CIP, Ahmet Sönmez www.antrak.org.tr/~ta2cip
