12V off-grid sisteme yüksek güçlü cihaz eklerken akü ve kablo kesiti hesabı

Giriş ve kapsam

Manisa'da off-grid sistem kurulumu yapan biri olarak en sık karşılaştığım hata, akü kapasitesini cihazın gücüne göre değil de "aklımdaki otonomi gün sayısına" göre直接 seçmek. Oysa işin doğru başlangıç noktası tamamen watt ve amper hesabıdır.

Bir cihazın etiketinde 800W yazıyorsa, bunu 12V sistemde çalıştırmak istediğinizde aküden çekilecek DC akım yaklaşık 66A olur. Ama işin içinde inverter verimi var; tipik bir modifiye sinüs inverter %85 verimle çalışırken, saf sinüs bir model %90 civarında çalışır. Yani 800W load için akü tarafında hesaba katmanız gereken güç 800 ÷ 0.90 = 889W'tır. 12V'da bu 74A demektir.

tam bu noktada iki kritik soru devreye giriyor: Akünüz bu akımı sağlayabilir mi ve kablolarınız bu akımı taşıyabilir mi?

Akü kapasitesi ve derin deşarj hesabı

Amper saat hesabına geçmeden önce cihazın günlük tüketimini watt saat cinsinden bulmak gerekir. Örneğin 800W'lık bir mikrodalga fırını günde 20 dakika kullanacaksanız günlük enerji 800 × 0.33 saat = 266Wh olur.

12V sistemde bu 266 ÷ 12 = 22Ah'e karşılık gelir. Ama burada derin deşarj oranı yani DoD devreye girer. Kurşun asit bir aküde %50 DoD önerilirken, jel akülerde bu oran %60-70 arası olabilir. LiFePO4 hücrelerde ise %80-90 DoD sorunsuz çalışır.

Bu nedenle 22Ah'lik gerçek ihtiyacı kurşun asit aküyle karşılamak için 22 ÷ 0.50 = 44Ah kapasite ayırmak gerekir. LiFePO4 ile çalışıyorsanız 22 ÷ 0.85 = 26Ah yeterli olur.

Otonomi gün sayısını hesaba kattığınızda ise sonucu doğrudan o gün sayısıyla çarpmak yeterli değildir. Çünkü akü sıcaklık etkisi, yaşlanma ve döngü kaybı gibi faktörler %10-15 ekstra kapasite gerektirir. Ben kişisel hesabımda her zaman %15 pay eklerim: 44 × 2 gün × 1.15 = 101Ah. Bu durumda 100Ah kurşun asit akü minimum gereksinim olarak öne çıkar.

Dikkat: LiFePO4 batarya kullanıyorsanız BMS kesme akımını mutlaka kontrol edin. Piyasada 100Ah LiFePO4 bataryaların çoğunda BMS sürekli akımı 100A'dır. 74A sürekli çekim bu batarya için sınır değerdedir; inverterin startup anındaki dalgalanma BMS'i tetikleyebilir.

Kablo kesiti ve voltaj düşümü hesabı

Kablo seçiminde iki kriter var: akım taşıma kapasitesi ve voltaj düşümü. 74A akım için minimum 10 mm² bakır kablo önerilir ama bu sadece ısınma sınırıdır.

Voltaj düşümü hesabı daha belirleyicidir. 12V sistemde %3 voltaj düşümü tolere edilebilir bir üst sınırdır; bu 0.36V demektir. Düşüm formülü şu:

V düşüm = (2 × L × I × 0.0175) ÷ S

Burada L tek yönlü kablo uzunluğu metre cinsinden, I akım amper cinsinden, S kesit mm² cinsindendir. 2 çarpanı because gidiş ve dönüş iki kablo demektir.

Örneğin akü ile inverter arası 1.5 metre ve akım 74A ise:

10 mm² için: (2 × 1.5 × 74 × 0.0175) ÷ 10 = 0.39V. Bu %3.25 düşüm demektir ve sınırın bir miktar üzerinde bulunur.

16 mm² için: (2 × 1.5 × 74 × 0.0175) ÷ 16 = 0.24V. Bu %2.0 düşümdür ve ideal kabul edilir.

Bu kadar basit: 1.5 metre mesafe ve 74A yük için 16 mm² kablo doğru seçimdir.

Güvenlik ve sorun giderme

TEHLİKE: 12V sistemlerde yüksek akım çalışması, şebeke geriliminden farklı riskler taşır. Ark çok daha uzun süre kalıcı olur ve kablo yangını riski yüksektir.

Sigorta: Akü pozitif kutbusundan en fazla 15 cm uzaklıkta, akım değerine uygun DC sigorta takın. 74A yük için 80A Midi sigorta tipik seçimdir. Sigortayı atlamayın, köprülemeyin veya by-pass etmeyin.

Terminal: Akü terminal bağlantılarında oksitlenmeyi önlemek için vazelin veya anti-oxidant compound kullanın. Tork değerine uyun; sıkı ama aşırı değil.

Kablo: İnverter kutusunda AWG22 iletişim kabloları güç kablolarından ayrı kanalda çalıştırın. EMI gürültüsü sensör okumalarını bozabilir.

Tipik sorun şu: İnce kablo yüzünden inverter düşük voltaj korumasına takılıyor. Teşhis yöntemi basittir: İnverter çalışırken akü terminaldeki voltajı ölçün, sonra inverter girişindeki voltajı ölçün. Aradaki fark 0.3V'dan fazlaysa kablo kesiti yetersiz veya terminal bağlantısı gevşektir.

Başka bir yaygın sorun da izole anahtarların contact resistance'ı. Ucuz rotary switch'ler 50A üzeri akımda ısı üreterek voltaj düşümü yaratır. Kaliteli bir DC izolatör switch tercih edin.

Topraklama: İnverter kasasını topraklayın. Şebeke bağımsız çalışan off-grid sistemlerde bile topraklama, kaçak akım rölesi ve uygun sigortalama can güvenliği için zorunludur. Bu işi yetkili bir elektrikçiye yaptırın.

Hesaplarınızı yaparken her zaman gerçek ölçümlerle doğrulayın. Etiket değerleri ile saha değerleri arasındaki fark bazen %20'yi bulur.