Teknelerde Akü ve Solar Panel Hesabı

Giriş

Geçtiğimiz yazılarımızda gündeme aldığımız denizde elektrik motor kullanımı konusundan sonra gelen sorulardan anladığımız kadarı ile bu sistemi en uygun şekilde kullanmak için ihtiyaç duyacağımız batarya ve şarj sistemlerinin kapasitelerini basitçe nasıl hesaplayabiliriz, bu konuya değinmek bir anlamda farz oldu.

Öncelikle şunu hatırlatmak isterim. Burada yapacağımız hiçbir hesap gerçek dünya ile %100 birebir örtüşmeyecektir. Her zaman biraz daha iyi veya biraz daha kötü şartlara maruz kalabiliriz. Bu ise hesaplarda bir yanılma payı olacağı anlamına gelecektir. Dolayısıyla bu tür hesaplar yapılırken herhangi bir risk almamak veya sıkıntılı bir durumla karşılaşmamak için olabilecek kötü şartları dikkate alarak kapasite hesaplarını yapmamızda fayda vardır.

Kötü şartlardan kastımız kullandığımız cihaz ve ürünlerdeki verim kayıplarının beklenenden veya üretici tarafından verilen değerlerden daha yüksek olması, akülerin ortalamalardan daha sıcak veya soğuk ortamlara maruz kalması, solar panel kullanıyor isek; bulunduğumuz lokasyonda hava şartlarından dolayı öngörülenden daha az güneşlenme süresine maruz kalmamız ve bunun gibi tabiatın bize yapacağı sürprizler gibi hususlardır.

Yapacağımız her türlü hesap belli bir varsayıma dayanacağı için hesabın doğruluğu ancak bu varsayımların tam olarak gerçekleşmesi durumunda geçerlidir. Özet olarak söylemek gerekirse ben bu hesabı yaptım işlerim hep yolunda gidecek diye bir yanılgıya düşmeyiniz. İşler yolunda gitmez ise açıkta kalabilirsiniz.

Bunları neden söylüyorum? İşimiz deniz olduğuna göre denizde hep temkinli olmak, bir parça daha korumacı ve muhafazakâr davranmak ve en kötüsü ile mümkün mertebe başa çıkacak şekilde bir donanıma sahip olmak gereklidir. Malum en iyi kaptan yolcularıyla birlikte gemisini limana salimen getiren kaptandır, gerisi gevezelikten ibarettir. Her şey unutulur geride bir tek bu kalır.

Hesaplamaların zor bir tarafı olmağını birkaç temel kavramı bilmemiz durumunda kolaylıkla yapılabileceğini de söyleyerek başlayalım.

Temel Kavramlar

Bir meseleyi analiz etmenin ilk yolu öncelikle işi yönetilebilir parçalara ayırmaktır. Bu nedenle biz de konuyu üç parçada ele alacağız. 1. Enerji ihtiyacı. 2. Akü hesabı. 3. Solar panel gereksinimi. Ancak bunlara geçmeden önce birkaç temel kavrama bakalım.

Cihazların Gücü: Tüm elektrikli cihaz ve aletlerin gücü esas olarak watt (veya kW-kilowatt) olarak ölçülür. 1000 Watt=1 kW. Dolayısıyla hesaplamalarımızı yaparken tekneden kullandığımız her cihazın watt (veya kW) cinsinden değerini bilmemiz gerekir. Bunu iki şekilde öğrenebiliriz. Üretici cihazın arkasında sağında solunda bir yere veya kullanım klavuzunda cihazın gücünü yazmıştır. Bunu doğru kabul ederiz. Ya da daha kesin bir yöntem olarak watt metre ile anlık olarak ölçeriz. Ancak bu her durumda pek pratik olmayacağı için üretici değerlerini doğru kabul etmek en kestirme yol olacaktır ki genellikle doğrudur.

Voltaj Değeri: Teknemizde kullandığımız enerji kaynaklarının voltaj değeri. Genellikle bu 12V olacaktır. Eğer 24V gibi farklı bir değer var ise hesabı buna göre yapmamız gerekir. Kaldı ki hemen her teknede 220V ile çalışan cihazlar da olacağından, 220V ile çalışan cihazların enerji gereksinimi buna göre hesaplanır.

Süre: Cihazın gücünü ve gerilim değerlerini bildiğimize göre enerji gereksinimini hesaplayabiliriz ancak bu anlık bir değerdir. Fakat biz cihazlarımızı bir an için değil belli süreler boyunca kullandığımız için ihtiyacımız olan bu süreler boyunca ne kadar enerjiye gereksinim duyacağımızdır. Diğer bir değişle her bir cihazın ne kadar süre çalışacağını tahmin etmemiz veya bilmemiz gerekir. Süre hesaplama kolaylığı açısından saat (h) olarak dikkate alınır. Örnek vermek gerekirse; bir buzdolabının 365 gün 24 saat boyunca çalıştığı düşünülür. Benzer şekilde aydınlatma için kullandığımız ampüllerin karanlık bastıktan gün ağarıncaya kadar günde 6-8 saat boyunca çalıştığı, telsizin 365 gün 24 saat açık kalacağı, hidroforun işte ne kadar süreler boyunca çalışacağı, varsa webasto gibi ısıtıcıların, bilgisayarların, telefonların şarjının ne kadar süreler boyunca kullanılacağı hep birer varsayım olarak ortalama değerlerde hesaba katılmak zorundadır.

Enerji Gereksinimi: Yukarıdaki bu üç değeri her bir cihaz için bilmemiz (tahminlememiz, varsaymamız) durumda ise günlük, aylık, yıllık enerji ihtiyacımızı, buna bağlı olarak akü kapasitesini ve solar panel ihtiyacını hesaplayabiliriz. Bu noktada kritik husus hiçbir şarj kaynağına ulaşamamamız veya hep bulutlu havalara denk gelerek solar panellerin pek az işe yaraması durumunda kaç saat veya gün boyunca akülerden ihtiyacımızı karşılamak istediğimizi biliyor olmaktır. Aküleri hiç şarj etmeden bir gün bana yeter diyorsanız örneğin 100 Ah-AmperSaat bir akü size yetecek ise, iki gün idare etmek istiyorum diyorsanız bunun iki katı bir kapasite, üç gün üç katı vbg. katlanarak kapasite ihtiyacı fark edecektir. Yani kapasite biraz da sizin tercih ve ihtiyacınıza veya şartlara göre şekillenecektir. Bu husus bizim coğrafyamızda genellikle 2 gün olarak düşünülür. Akülerimi 2 gün boyunca hiç şarj edemesem de bana yetsin gibi. Zira bizim buralarda bugün hava kapasa bile yarın illaki güneş biraz yüzünü gösterir veya gider bir marinaya bağlanırım diye düşünülür. Enerji gereksinimi watt saat (Wh) cinsinden ölçüdür.

Akülerin Amper Saat Değeri: Enerji gereksinimi de bu şekilde hesapladığımıza göre ne kapasitede kaç tane aküye ihtiyacımız olduğunu nasıl hesaplayacağız diye sorabilirsiniz. Çünkü akü kapasiteleri genellikle amper saat (Ah) değeri olarak verilir. Bu da basit bir hesaplama ile Wh/Volt şeklinde hesaplanacaktır. Örneğin 120 Wh bir enerji ihtiyacınız var ve aküleriniz 12V ise; 120/12= 100Ah bir akü teorik olarak işinizi görecektir.

Teorik olarak diyoruz zira önceki yazılarımızdan hatırlayacağınız üzere hiçbir akü içinde bulunan maddelerin kimyası gereği tam kapasitesinin tüketilmesine dayanamaz hızla bozulur. Hatta kapasitelerini zorlandıkça üretebilecekleri voltaj değerleri düşeceğinden eğer cihazlarınızın tolerans aralıkları yeterli değilse elektrikli cihazlarınızı bile yakabilir.

Standart kurşun asit veya AGM akülerde bu oran (DOD değeri) %50’dir. Lityum akülerde ise ortalama %80 civarındadır. Yani AGM bir akünün normal bir ömüre sahip olmasını istiyorsanız ancak yarı kapasitesini kullanabilirsiniz.

100Ah bir ihtiyaç hesaplanmış ise ve AGM akü kullanacaksanız 100/0.50=200 Ah değerinde bir akü bankı oluşturmanız gerekir. Yok eğer lityum bir batarya grubu kullanacaksanız 100/0.80= 125Ah bir lityum akü veya akü grubu oluşturmanız gerekir.

Burada maliyet ve nakit ödeme gücü faktörü devreye girer. Lityum aküler daha pahalıdır. Ancak daha uzun ömürlüdür. Uzun ömürden kastımız bozulup işe yaramaz hale gelinceye kadar daha fazla sayıda şarj/deşarj edilebilir.

İlk anda harcayacak yeterli paranız var ise tabiki lityum aküler toplam sahip olma maliyeti açısından daha ucuza gelir. Çünkü daha uzun ömürlüdür. Ama peşin para ister. Yok benim bugün bu işe ayıracak büyük param yok ama hemen denize çıkmak istiyorum diyorsanız o zaman AGM aküleri tercih edersiniz ama birkaç sene sonra yenilemeniz gerekir ve bunun gibi.

Bu temel kavramlarda anlaştığımıza göre bundan sonrası kolay. Şöyle bir tablo oluşturarak hesabımızı yapabiliriz.

Enerji İhtiyaç Hesabı

Her teknenin elektrikli cihaz donanımı elbette kendine göredir. Kiminde daha fazla aydınlatma vardır, kiminde hidrofor yoktur, kiminde webasto vardır. Kimi tekne bir cihazı daha uzun kullanır kimi daha kısa süreler kullanır. Herkesin buzdolabının çektiği güç farklı olabilir.

Dolayısıyla hesabınızı kendi teknenizde bulunan cihazlara ve kullanım sürenize göre yapmanız gerekir. Biz burada örnek bir tablo oluşturacağız. Liste uzar veya kısalır, süreler artar veya eksilir, bu hususları kendi donanım ve kullanımınıza göre düzenlemeniz gerekir.

Öncelikle tablomuzu 12V ve 220V ile çalışan cihazlar diye iki kısıma ayıracağız. Zira 12V ile çalışan cihazlar direk aküden enerji çekse de, 220V ile çalışan cihazlar bir 12/220 invertör üzerinden enerji çekeceği için bu invertörün verim kayıplarının hesaba katılması gerekir ki bu da yaklaşık marka ve kalitesine göre değişmesine rağmen ortalama %15 civarında olacaktır diye varsayabiliriz. Diğer bir değişle invertör %85 verim ile çalışır. Kalan enerjiyi ısı olarak kaybeder.

Örnek tablomuz şu şekilde olsun:

Bu tabloyu okumak istersek: Teknemizde 1 adet hidrofor olduğunu varsayalım. Ortalama bir gezi teknesi hidroforu yaklaşık 20W güce sahiptir. Bu cihazın günde yarım saat çalışacağını varsayarsak 1*20W*0,5h=10Wh olarak günlük tüketimini hesaplayabiliriz.

Benzer şekilde 1 adet pruva, 2 adet borda ve 1 pupa, toplam 4 adet seyir fenerimiz olduğuna göre ve günde 3 saat gece seyri yaptığımızı varsayarsak onların enerji ihtiyacı 4*10*3=120Wh olacaktır. Daha uzun gece seyri yaparız ya da daha kısa bilemem. Herkes kendine göre ortalama bir değer düşünebilir. Yok ben gece seyri yapmayacağım deniliyorsa doğal olarak seyir feneri kullanmayacaksınız ve bunun için enerji ihtiyacınız olmayacak demektir. Ama denizin bin türlü hali vardır. Böyle demesek iyi olur.

Benzer şekilde her satır kendi içinde bazı varsayımlara dayandırılmıştır. Mesela bu teknede telsizle her gün 5 dk (0,08 saat eder) konuşma yapıldığı, kalan 24 saat boyunca telsizin dinlemede kaldığı varsayılmıştır. Telsiz aktif veya pasif durumda olmasına göre farklı güç çekeceğinden tablomuzda bu şekilde ayırmak yoluna gidilmiştir. 

Bunun gibi her gece demirlediğimizi 8 saat saat demir üstündeyiz demek için demir (liman) fenerimizi yaktığımızı varsaydık.

Sintine pompamız ise günde 10 dk boyunca devreye girmiş gibi kabul edebiliriz.

Cihazların watt değerleri ise ortalama bir gezi teknesinde ortalama sıradan birer cihaz oldukları varsayımından hareket ile verilmiştir. Herkes kendi teknesinde kullandığı aletin gücünü ayrıca tespit edebilir.

220V cihazları ayırmamızın sebebi ise yukarıda anlattığımız invertör kayıplarının hesaba katılması içindir. Eğer bu hesabı bir ev için yapıyor olsaydık her şey zaten ve genellikle 220V ile çalışacağı için sadece tek bir tablo ile yetinebilirdik.

Bütün bu cihazlar içinde 24 saat boyunca aktif olan ve motorunun watt değerinden hareketle değil yıllık çektiği ortalama enerjiden hareketle buzdolabı güç hesabı biraz daha farklı şekilde tabloya ilave edilmiştir.

Buzdolapları 24 saat çalışır durumdadır. İçine koyulan malzemenin durumu, ortam sıcaklığı, kapağını açma kapama, kapağı açık bırakma durumuna göre de çalışma süreleri dolayısıyla enerji ihtiyacı değişkenlik gösterecektir. Dolayısıyla bir buzdolabının kesin enerji ihtiyacı tam olarak bilinemez ancak ortalama bir değer alınabilir. Bu nedenle buzdolabın üzerinde bulunan etiket veya kullanım klavuzunda yazan değerlere bakılır. Buzdolabımızın üzerinde Şekil 2’de görüldüğü gibi bir etiket olduğunu varsayalım. Burada “112 kWh/annum” şeklinde bir ifade vardır. Yani bu buzdolabı normal kullanım şartlarında yılda 112kWh= 112.000 Wh enerji tüketecek demektir.

Biz hesabımızı günlük kullanım süresi üzerinden yaptığımız için bunu önce günlük bir değere çevirmemiz gerekir, bunun için yıllık tüketimi 365’e böleriz; 112.000/365=306,84 Wh günlük enerji ihtiyacı olacak demektir. Ancak bu değeri buzdolabında kullanımdan dolayı oluşacak sıcaklık kayıplarını bir parça tolere etmek için yaklaşık %20 gibi bir çarpan ile düzeltmekte fayda vardır. 306,84*1,20=368,21. Yaklaşık 370Wh. Buzdolabı için günlük enerji ihtiyacımız olacak diyebiliriz. 370 rakamı tabloya bu şekilde hesaplanarak eklenmiştir.

İnvertör kaybı içinde basitçe 220V cihazlar için bulunan Wh değeri (498), 0,85’e bölünerek invertör kaybı dahil 586Wh bir enerjiye ihtiyacımız olacağı varsayılmıştır.

12V cihazlar ve 220V cihazların günlük ortalama bir kullanımda enerji ihtiyacı her iki rakamın (392+586) toplamı= 978Wh ya da birazcık yukarı yuvarlayarak 1000Wh olacaktır diyebiliriz. Şimdi bunu bir kaynaktan beslememiz gerekir.

Akü Kapasitesinin Belirlenmesi

Yukarıda temel kavramlar kısmında anlattığımız gibi basit bir hesapla bulduğumuz enerji ihtiyacımızı ne büyüklükte bir akü grubundan karşılayacağımızı hesaplamak için basitçe enerji ihtiyacı, akü voltaj değerine bölünür.

1000Wh/12V= 83Ah bir akü grubu ile işimizi görebiliriz.

Peki gerçekten görebilir miyiz? Hayır göremeyiz!

Nedeni ise akülerin DOD değeridir. Hatırlayalım. Hiçbir akü sonuna kadar deşarj olmaktan hoşlanmaz demiştik. AGM akülerde bu oran %50, lityum akülerde ise ortalama %80 kabul edilmekte idi.

Dolayısıyla eğer AGM bir akü grubu seçecek isek; 83Ah/0,50=166Ah. Yani aslında 166Ah bir aküye ihtiyacımız olacak demektir. Çünkü akünün ancak yarısını kullanabiliriz. Daha fazlasını kullanmak istersek iki şey olur; akülerin ömrü hızla tükenir, bozulur ve/veya cihazlarımıza zarar verebilir.

Eğer biraz daha para harcayıp lityum akü seçecek isek; 83Ah/0,80=103,75Ah bir akü lazım diyebiliriz.

Fakat mesele burada da bitmiyor. Zira dikkate almamız gereken bir husus daha vardır. Bütün bu hesap bir gün içindir. Ben her gün sonunda veya aralarda akülerimi doldurabileceğim varsayımı vardır. Peki ya dolduramazsak?

Tam da bu nedenle bu hesap genellikle gene ortalama bir gezi teknesinde 2 veya 3 gün üzerinden yapılır. Daha uzun süreler şarj kaynaklarına ulaşamayacaksanız da katlanarak gider. Biz 2 gün boyunca hiçbir şekilde akülerimizi dolduramayacağımızı kabul edelim. Bu durumda bulduğumuz kapasiteyi 2 ile çarpmamız gerekir.

AGM aküler için bu hesabı yaparsak. 166Ah*2gün= 332Ah  değerine ulaşırız.

Buda pratikte piyasada satılan marine akülerin 90, 125, 180, 200Ah değerlerine sahip olduğunu düşünürsek ihtiyacımızın kabaca bir üst değeri olan 2 tane 180Ah (toplam 360Ah) akü almamız gerektiği anlamına gelir.

Farklı amper saat (Ah) değerlerinde akülerin birlikte kullanılması önerilmez. Yani bir 200Ah bir de 180 alayım 380Ah ile sağlam olsun mantığı ile hareket edilmez. Bir akü grubunda paralel veya seri nasıl bağlanırsa bağlansın farklı volt veya amper saat değerine sahip aküler birlikte kullanılmamaya gayret gösterilir. Böyle bir tercih yapılması ve daha güçlü bir altyapı kurulmak isteniyorsa 3 tane 125 veya 2 tane 200 kullanmanızda fayda vardır.

Ancak unutmayınızki daha güçlü bir alt yapı için aynı zamanda daha güçlü bir şarj sistemine ihtiyacınız olacak anlamına gelecektir. Yoksa akülerinizi tam şarj etmek için daha uzun süreler beklemek zorunda kalacaksınız demektir. Tekneye yükleyeceğiniz ağırlık, aküleri güvenle koyacak yer bulmak gibi sorunları ise ayrıca ilgilenmek gerekecektir.

Güneş Paneli Hesabı

Yukarıda ilk bölümde bulduğumuz günlük enerji ihtiyacımız toplamda 1000Wh idi. Demekki her gün tükettiğim bu enerjiyi yerine geri koymamız gerekecek diye düşünebiliriz. Bunu da solar paneller ile yaptığımızı düşünürsek şöyle bir hesap yapabiliriz.

Bu noktada hemen şu hususu belirtmekte fayda vardır. Solar panellerin de diğer pek çok cihazda olduğu gibi gerçek hayatta kitabında yazan teorik verim değerlerine ulaşması çok zordur ve hep bir takım kayıplar yaşanacağı varsayılır ve güvenli bölgede kalmak için hesaba katılır.

Bu rakamlar tecrübe ile elde edilmiş rakamlardır. Paneller kirlenir ışığı yeterince alamaz verimi düşer, hava çok sıcaktır, aşırı sıcakta gene verimi düşer, arada kablolarda kayıplar yaşanır ve bunun gibi. Bunu da yaklaşık ortalama %30 bir kayıp olacak diye kabul edilir. Tersinden düşünürsek paneller vaat ettiği değerin ancak %70’ini bize sağlayabilir. Dolayısıyla bir o kadar daha çok panele ihtiyaç duyacağız anlamına gelir.

Bu hesapta bir diğer parametre ise bulunduğunuz bölgenin güneşlenme süresidir. Teorik olarak ekvatora yaklaştıkça güneşlenme süreleri artar, kutuplara gittikçe azalır. Türkiye bu anlamda oldukça şanslı bir konumdadır ve yıllık ortalamada 5 saat tam güneşlenme süresine sahiptir. Bu tabiki bölgeye göre değişir ancak ortalama bir rakamdır. Güneşlenme süresi İstanbul’da daha az, Göcek’te daha fazladır. Ancak hesap bu ortalama değerin (5 saat) üzerinden yapılabilir.

Bunun için günlük ihtiyamız olan enerjiyi (1000Wh) 5 saatte geri koyabildiğime göre 1000Wh/5saat=200W gücünde panel işimi görecek demektir. 200W üretebilen bir panel 5 saat tam ışık alırsa 5*200=1000Wh enerji üretebilir.

Ancak yukarıda açıkladığımız gibi verim kayıpları olacaktır. Yani 200W bir panel alıp kullanırsak, bu panel aslında 200 değil saatte 140W (200*0,7) güç üretebilecektir. Oysa bizim net 200W üretebilen bir düzeneğe ihtiyamız vardır. Bunun için 200/0,7 yaparsak net ihtiyacımızı bulabiliriz. Dolayısıyla bizim en az 200/0,7=285W bir panel kapasitesi kurmamız gerekir.

Gene pratik hayattan örnek vermek gerekirse; 150W güce sahip 2 tane paneli birbirine bağlar isek 300 eder. İşimizi fazlasıyla görür. Geriye bir tek teknede bunları koyacak doğru yeri bulmak kalır.

Bu noktada her iki panelin de aynı şekilde ışık alacağını varsaydığımızı söylemek isterim. Örneğin güverteye panelleri yan yana koydunuz ancak belli bir saatten sonra panellerden birinin üzerine bumbanın gölgesi düşmeye başladı ve artık daha az ışık alıyor. Sistemde birden fazla panel var ise tüm paneller en az ışık alana göre enerji üretmeye başlar. Bir diğeri daha güzel ışık alsa bile. Bu hususa da ayrıca dikkat etmek gerekir.

Yoksa ben hesabımı yapmıştım, ama yetmiyor şikayetleri başlayabilir. Dolayısıyla tekne ne tarafa dönerse dönsün, güneş ne taraftan gelirse gelsin sisteme bağlı tüm paneller mümkün mertebe aynı oranda ışık alacak şekilde en yükseğe ve gölgelenmeden en uzak noktaya konumlandırılmalıdır.

Bu durumla başa çıkmak için teknoloji bazı çözümler sunar ama tekne her zaman güneye bakan sabit bir çatı uygulamasından farklı olarak çok hareketli ve değişken şartlara maruz kaldığından tam verimliliği tutturmanın çok zor hatta imkânsız olacağını bilip bu hususu kabullenmemiz gerekecektir. Şimdilik böyle.

Baharı yaşamaya başladığımız şu günlerde bol güneşli ve sağlıklı bir deniz mevsimi geçirmeniz dileği ile…

Mehmet Özer

12/04/2021