Gezi Teknelerinde Elektrik Sistemleri Tasarımı

Bölüm 1 Enerji Kaynaklarının Bağlantısı

Uyarı

Aşağıda anlatılan tüm bilgiler küçük bir gezi teknesinde temel elektrik şema ve bağlantıları hakkında genel bir bilgi sahibi olmak dolayısıyla denizde yaşanabilecek elektrik arızalarına belki ilk müdahaleyi yapabilmek, sistemde ne olup bittiğini anlamak adına verilmiştir. Elektrik şaka kaldırmaz. Bu tür sistemlerin tasarım ve kurulumları ehliyetli ve konusunda yetkin kişiler tarafından uygun evsafta cihazlar kullanılarak yapılmalıdır.

Giriş

Bu yazımızda en temel seviye ama tüm bileşenleri ile küçük bir gezi teknesinde bir elektrik sistemi nasıl tasarlanır bağlantıları nasıl yapılır adım adım inceleyeceğiz.

Öncelikle kavramsal seviyede genel görünüme bir bakalım.

1. Eğer bir yerde elektrik kullacak ise öncelikle bir takım elektrik üreten kaynaklara ihtiyacımız olacaktır.
2. Hareket halinde bir teknede elektrik kaynaklarına her zaman ulaşma imkânımız olamayacağı için daha sonra kullanabilmek için depolama (akü) üniteleri gerekecektir.
3. Doğal olarak elektrikli cihazlarımız olacaktır ki bunlara genel anlamda -yük denir.

Bu yapıyı basitçe şöyle aşağıdaki şemada olduğu gibi ifade edebiliriz. Elektrik kaynağı veya kaynakları akülerimizi besler. Aküler elektriği depolar. Cihazlar depolanan bu enerjiyi kullanır.

Şekil 1 Genel Görünüm

Burada hemen şunu hatırlatmakta fayda var; teknelerimizde elektrik sistemi genellikle 12V olarak tasarlanır. Bunun sebebi voltajı yükseltmek istediğimizde akülerin doğası gereği bu voltajı elde etmek için çok sayıda aküye ihtiyaç duyulacak dolayısıyla bunları koyacak yer bulmak ve ağırlık büyük sorun olacaktır. 12V gerilim değerine sahip bir aküden 24V bir sistem kurmak istersek aynı aküden iki tanesini seri bağlamamız gerekir. 48V istersek 4 tane ve böylece artarak devam eder. Benzer şekilde piyasada bulup satın alabileceğimiz pek çok cihaz (örneğin aydınlatmalar) tam da bu nedenle 12V kullanacak şekilde üretilir.

"Bu noktada ayrıca dikkat edilmesi gereken bir husus daha vardır; aynı değerde bir yük, bir cihaz (örneğin 100W bir buzdolabı) yüksek voltajda daha düşük akım (amper) çekerken, aynı işi yapmak için düşük bir voltajda çok daha fazla akım çeker.  (I=W/V). Bu da bizi kablo evsafı, kalınlıkları ve hatta uzunluklarını ve araya koyacağımız sigorta değerlerini titizlikle hesaplayıp kullanmak hususuna özel bir dikkat sarf etmemiz noktasına getirir. Diğer bir değiş ile sistemin her bileşeni taşıyacağı yük ve geçireceği akım değeri ile uygun olacak şekilde farklı kalınlıklarda uygun nitelikte kablolar kullanılarak birbirine bağlanmak zorundadır. Kablo gereğinden fazla ince olursa kablo yanar ve yangına sebebiyet verir, fazla kalın olursa pratik olmaz ve pahalı olur.."

Kablo kalınlığı ve sigorta hesabı nasıl yapılır en baştan kafaları karıştırmamak için daha sonraki yazılarımızda ayrıca değineceğiz. Dolayısıyla bundan sonra yapacağımız tüm bağlantılarda kablo kalınlık ve sigorta değerlerini dikkate almadan sadece bağlantılara odaklanıyor olacağız.

Sistemimizin merkezinde aküler vardır. Tüm olay bunun etrafında döner. Ya aküleri besleriz ya tüketiriz ya da her ikisini aynı anda yapabiliriz.

Şimdi bağlantılarımızı teker teker yapmaya başlayalım.

Elektrik kaynakları

Öncelikle yaşam akülerimizi nasıl dolduracağımıza bakalım. Neticede akülerimizi dolduramazsak sistem hiçbir işe yaramayacaktır.

Bir teknede elektrik üreten kaynaklar birkaç şekilde olabilir.

1. Tekne motorunun çevirdiği bir alternatör.
2. Güneş panelleri ve/veya rüzgâr jeneratörü.
3. Sahil bağlantısı (220V bir şebeke kaynağı).
4. Jeneratör

Şekil 2 Enerji Kaynakları

Alternatör Bağlantısı

Şemayı çizerken karışıklığı önlemek adına bir tane yaşam akümüz olduğunu varsayalım. Yaşam aküsü diyoruz zira bir tane de marş basmak için marş aküsüne ihtiyacımız vardır. Peki neden iki akümüz vardır? Bunun temel sebebi yedeklemek amaçlıdır; eğer tek bir akümüz olsa idi ve hem cihazlarımızı hem de tekne motorunu çalıştırmak (marş basmak) için tek bir akü kullanıyor olsaydık, bir şekilde akümüzü tamamen tüketmemiz durumunda bir daha marş basamaz ve olduğumuz yerde kalakalırdık. Bu durumu yaşamamak için teknelerde yaşam ve marş aküleri olacak şekilde iki farklı akü her zaman tercih edilir. Aküler birbirini yedekler.

Marş aküsü esas olarak alternatörden, yaşam aküsü ise diğer enerji kaynaklarından beslenir. İstenirse alternatör marş aküsü üzerinden yaşam aküsüne de bağlanabilir ve yaşam aküsünü de aynı anda besleyebilir. Tam da bu noktada marş aküsünü tamamen tüketmemek ve bize marş basacak kadar enerji bırakmasını sağlamak için araya birtakım cihazlar koymak ihtiyacı doğar. 

Bu cihazlar iki şekilde olabilir. A) Voltaj duyarlı röle (VSR) veya B) DC-DC şarj cihazı.

Biz burada DC-DC şarj cihazını kullanacağız. Zira VSR dediğimiz cihaz sadece şunu yapar. Marş aküsünden gelen voltaj belli bir değerin altına düştüğünde ceryanı yani şarjı keser. Böylelikle marş aküsünü korumaya alır. Daha fazla tüketilmesine izin vermez. Bu bizim birinci amacımızı karşılar. Ancak dikkate almamız gereken ikinci bir durum daha vardır.  Alternatörlerin amper cinsinden kapasiteleri vardır ve bu değerlerin aşılması durumun alternatör yanar ve işe yaramaz hale gelebilir. Aynı anda iki aküyü beslemeye çalışan bir alternatör gereğinden fazla yük altında kalarak ısınabilir. VSR geçen akımı kontrol edemediği için buna engel olamaz. Ancak DC-DC şarj cihazı bu durumu kontrol ederek yaşam aküsünün fazla akım çekmesine engel olur. Belki daha yavaş doldurur ama alternatörün yanıp pert olmasına da engel olur.

Şekil 3 Alternatör Bağlantısının Yapılması

Bu arada şunu hatırlatmaya gerek var mı bilmiyorum. DC bir sistemde artı ve eksi iki renk kablo kullanırız. Artılar kırmızı, eksiler siyah olarak gösterilir. Cihazlar üzerinde artı hatlar artı kutup veya soketlere, eksi kablolar ise eksi kutup veya soketlere bağlanır. Benzer şekilde her cihazın giriş (input-elektrik kaynağına bağlandığı nokta) ve çıkışları (output-beslediği cihaz/elemana bağlandığı nokta) ayrı ayrıdır. Sistemi kurarken bu bağlantılar cihaz üzerinde uygun ve klavuzunda gösterildiği şekilde yapılmalıdır.

Görüldüğü üzere ilk bağlantımızı yaptık. Ancak dikkatli bir okuyucu hemen fark edecektir; soldaki elektrik kaynaklarının her birinden artı ve eksi ikişer tane kablo şekip yaşam akümüze bağlamak istememiz durumunda hem akü bağlantıları fiziksel olarak buna izin vermeyecek, kaba saba karmakarışık dolayısıyla aslında güvenli olmayacak hem de şema gittikçe karışacaktır. Bu duruma neden olmamak için elektrik kaynakları, akü ve yüklerin hepsinin bağlantılarını tek bir noktada toplayabilmek adına “bara” veya “bus bar” dediğimiz bağlantı elemanlarını kullanırız. Bu yapı aynı zamanda sisteme daha kolay, diğer cihaz ve bağlantılara dokunmadan belli bir noktaya müdahale etmeyi kolaylaştıracaktır. Şemamızı buna uygun bir hale getirirsek;

Şekil 4 Bara Kullanımı

Bundan sonra yapacağımız bağlantılar da benzer şekilde elektrik kaynağından baralara doğru olacak ancak her bir kaynağın niteliğine uygun olarak araya bir cihaz koymamız gerekecektir. Baralardan yaşam aküsüne giden hatlara ise artık dokunmamıza gerek yoktur. Enerji nereden gelirse gelsin baralar üzerinde birleşeceğinden yaşam aküleri direk olarak baralar üzerinden tek bir hat ile beslenir veya cihazları besler.

Solar Panel Bağlantısı

Solar paneller çeşitli güç ve voltaj değerlerinde üretilirler. Prensip olarak en yüksek gücü üretebilecek bir veya birkaç paneli teknemizin fiziksel şartlarına uygun olarak en iyi ışık alacak ve en az gölgelenecek şekilde mümkün olan en yüksek bir noktaya yerleştiririz.

Ancak güneşin konumuna göre ışık şiddeti ve atmosfer şartları hiçbir zaman sabit ve aynı kalmaz. Panelden elde edilen elektrik değerleri de buna bağlı olarak değişir, azalır veya çoğalır. Aküler ise cinsine bağlı olarak değişecek şekilde belli voltaj değerlerinde şarj edilmek isterler. Bu düzenlemeyi bize solar şarj kontrol cihazları yapar.

Dolayısıyla panel ile baralar (bir anlamda yaşam aküsü) arasına uygun değerlere sahip (solar panelden gelecek enerji ile baş edip aküyü doğru şekilde besleme kabiliyeti olan) bir solar şarj kontrol cihazı yerleştirilir ve artı ve eksi kutupları uygun şekilde baralara bağlanır.

Şekil 5 Solar Panel Bağlantısı

Sahil Bağlantısı

Bir diğer enerji kaynağımız sahil bağlantısıdır. Teknemiz limana girdiğinde güneşe veya motorun çalışmasına gerek kalmadan sahilde bulunan bir 220V elektrik kaynağından akülerimizi şarj etmek isteriz. Bunun için öncelikle uygun bir dış soket ve bağlantıları edinmeliyiz.

Piyasada ülke standartlarına göre değişen çeşitli soketler mevcuttur. Özellikle yurt dışı seyahat yapan dostlarımızın her birinden birer tane edinerek lüzumunda araya adaptör olarak kullanacak şekilde hazırlık yapması gerekecektir.

Enerji kaynağı 220V AC ancak bizim akülerimiz 12V DC olduğundan araya bir uygun şarj cihazı koymamız gerekecektir. Bu cihaz voltajı düşürür, AC/DC çevrimini yapar ve akülerin uygun şekilde şarj edilmesini sağlar.

Bağlantıları ise gene artı (pozitif) ve eksi (negatif) baralara uygun şekilde yapılır.

Şekil 6 Sahil Bağlantısı

Jenaratör Bağlantısı

Jeneratörümüz DC bir jeneratör olarak tasarlandığından uygun voltaj değerlerine ayarlanarak araya herhangi başka bir cihaz gerekmeden artı ve eksi baralara bağlantısı direk olarak yapılabilir.

Ancak jeneratörün AC olması durumunda gene sahil bağlantısı mantığına benzer ile araya bir şarj kontrol ünitesi konulması gerekecektir.

Şekil 7 DC Gen Bağlantısı

DC Devre Kesiciler (Sigortalar)

Şu aşamaya kadar bir teknede olası tüm elektrik enerjisi kaynaklarını akülerimize uygun şekilde bağladık. Görüldüğü üzere mesele o kadar da karışık değil. Eğer mantığını anlarsak oradan oraya giden rengarenk kablolarla başetmek o kadar da sorun olmayacaktır.

Özetlemek gerekirse: Bir şekilde çalışıp bize elektrik üreten bir kaynağımız vardır. Bu enerjiyi akülerimizde saklamak isteriz. Ancak her kaynağın üretim değerleri ve karakteri farklı olduğundan belli ve tek bir karaktere sahip akülerimizi uygun şekilde beslemek için araya bir takım düzenleyici cihazlar koymamız gerekir. Mesele bundan ibarettir. Bunu yaparken de her bir cihazın max/min voltaj ve amperaj değerlerine dikkat ederek sistemin kapasitesine uygun cihazlar kullanmak gereklidir.

Bu noktada dikkat etmemiz gereken birkaç önemli husus daha vardır.

1. Hangi değerde seçileceğine daha sonra değineceğiz ama yaptığımız her bağlantının arasına uygun değerde bir sigorta (kesici) koymamız gereklidir. Aksi takdirde hiç hoşumuza gitmeyecek hoş olmayan durumlarla karşılaşmamız işten bile değildir.  Kesiciler devre üzerinden beklenenden yüksek bir akım çekilmesi durumunda devreyi açarak (elektriği keserek) sistemi dolayısıyla bizi, canımızı ve malımızı korumaya alır.

AC ve DC sigortalar birbirinden farklıdır. Evlerimizde aşina olduğumuz üzere kullandığımız sigortalar AC sigortalardır. Bunlar yukarıdaki gibi DC devrelerde kullanılamaz. Kullanılsa da işe yaramaz.  Dolayısıyla her bir hat için uygun değerlere (izin verilen maksimum geçireceği akım) sahip DC sigortaları enerji kaynağına en yakın bir noktaya konumlandırırız.

2. Yaşam aküsünün pozitif kutbu ile pozitif bara arasına bir devre kesici anahtar elemanı koyulur. Bu sayede tek bir hareket ile akünün diğer tüm sistemler ile bağlantısı kesilebilir olur.
3. Bir sonraki bölümde değineceğimiz üzere yük bağlantıları yapılır.

Şekil 8 Devre Kesiciler

Bir sonraki bölümde: Cihaz bağlantılarının yapılması, kablo ve kesici değer hesapları.

Mehmet Özer

31/08/2021