Hızla artan elektrikli araç sayısı ve buna bağlı olarak artan elektrikli araç şarj istasyonu yükleri özellikle dağıtım şebekelerinin yeterliliğini ve güvenilirliğini tehdit etmektedir. Elektrikli araç şarj istasyonlarının saatlik veya mevsimsel bazda talep güçlerini tam olarak kestirmek mümkün olmadığı için, mevcut yüklerin geçmiş yıllara ait yüklenme verileri göz önüne alınarak olasılıklı bir gelecek projeksiyonu oluşturulması ve bu gelecek projeksiyonlarına bağlı olarak elektrikli araç şarj istasyonlarının dağıtım şebekesine olan etkilerinin incelenmesi zorunlu hale gelmektedir. “Araç Şarj İstasyonlarının Dağıtım Şebekesine Entegrasyonuyla Meydana Gelen Olumsuzlukların Belirlenmesi” başlıklı bu projede elektrikli araçların ulusal şebekeye şarj istasyonları ile katılması ve dağıtık üretim sistemleri ile entegrasyonlarının sağlanması açısından sağlıklı bir altyapı oluşturulması hedeflenmiştir. Bu proje çalışmasında ortaya çıkan sonuçların bundan sonraki akademik çalışmalara ışık tutacağı düşünülmektedir. Problemlerin tespiti için yapılan bütün analizler ve çözüm önerileri, projenin sonunda yasal düzenlemenin ve standartların da belirlenmesinde faydalı olacaktır.
Bu projenin, ulusal ve uluslararası düzeyde, bilim ve teknolojiye katkı sağlamasını, iyi bir referans olmasını dilerim. Bu projede aynı zamanda power elektronik Arge merkezi çalışma grubu içerisinde yer almaktan kıvanç duyarım.
Vedat Emanet
ÖZET
Bu projede, elektrikli araç şarj istasyonlarının elektrik dağıtım şebekesine yapacağı olumsuz etkilerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Detaylı literatür taraması incelendiğinde, konunun dünyada hala güncelliğini koruduğu ve ülkemiz özelinde de incelenmeyi bekleyen pek çok mühendislik probleminin hâlihazırda beklediği anlaşılmaktadır. Elektrikli araç teknolojilerinin dağıtım şebekesi üzerine etkilerinin ülkemizde de araştırılması, özellikle yasal mevzuat ve ulusal standartlaşma çalışmalarının hız kazanması anlamında da önemlidir. Proje çalışması ile elektrikli araçların Türkiye’de yaygınlaşması ve şarj istasyonlarının dağıtım şebekesine bağlanmasının sorunsuz bir şekilde sağlanması için önemli bir altyapı çalışması gerçekleştirilmiştir.
Önümüzdeki yıllarda elektrikli araçların ve şarj istasyonlarının yaygınlaşarak şebekeye olumsuz etkilerinin artacağı düşüncesi konunun farklı açılardan incelenmesi gereğini doğurmuştur. Bu sistemlerin şebekede yaratacağı öngörülen olumsuz etkileri en aza indirmek için dağıtık üretim birimleri de bu konuya dahil edilmiştir. Dağıtık üretim sistemleri elektrik enerjisi üretiminde gün geçtikçe daha fazla önem kazanmaktadır. Fakat bu sistemler, sürekli güç kaynakları olmadıklarından dolayı güç sisteminde en uygun yerde ve en verimli şekilde yer almaları gerekmektedir. Bu amaçla, günümüzde önemi yine gün geçtikçe artan araç şarj istasyonlarının şebekede oluşturacakları kayıpları ve gerilim değişimlerini en aza indirmek için dağıtık üretim birimleriyle entegrasyonunun sağlanması her iki sistemin de daha verimli işletilmesini sağlayacaktır.
Tamamlanan çalışmada, elektrikli araçların yapısına bağlı olarak, şarj istasyonlarının şebekeye etkisi pek çok açıdan değerlendirilmiştir. Elektrikli araçların sayısı, yaygınlığı, güçleri, şarjda kalma süreleri, hangi saatlerde şarj oldukları, şebekeye hangi noktalardan bağlandıkları gibi pek çok parametre problemin tanımlanmasında kullanılmıştır. Bu gibi parametreler göz önünde bulundurularak, Türkiye’deki mevcut dağıtım transformatörlerinin yüklenmelerine, gerilim seviyelerine ve kayıp güç miktarlarına etkileri açısından incelenmiştir.
Çalışmayı şimdiye kadar yapılanlardan ayıran özgün değerlerinden biri, modelleme için kullanılan olasılık dağılımlarına uygun rastsal değişkenlerin örneklenmesi ve çıkış parametrelerinin hesaplanması için klasik Monte Carlo Örneklemesi (MCÖ) yerine, Latin Hiperküp Örneklemesi (LHÖ) yönteminin kullanılmasıdır. MCÖ yöntemini kullanarak başarılı sonuç alabilmek için çok sayıda örnekleme yapılması gerekmektedir; bu olumsuz bir durumdur. LHÖ yöntemi ise çok daha az sayıda örnek değeri üreterek başarılı bir olasılıksal modelleme yapılmasını sağlamaktadır. Üstelik bu çalışmada, farklı olasılık dağılımındaki mevcut elektrik yükleri (sanayi, konut, sokak aydınlatması gibi) ile sisteme katılacak elektrikli araç şarj istasyonlarının ve dağıtık üretim birimlerinin beraber bulunma istatistikleri yani korelasyonları da göz önünde bulundurularak modelleme ve örnekleme yapılmıştır. Bu amaçla kullanılacak algoritma ile çok daha az sayıda hesap yapılarak çok daha gerçekçi sonuçlar elde edilmiştir.
Proje kapsamında, elde edilen sonuçların doğruluğu arttırmak amacı ile Uludağ Elektrik Dağıtım AŞ (UEDAŞ) bünyesinde bulunan dağıtım merkezlerinden gerekli ölçüm değerleri alınarak mevcut şebeke modeli ve yüklenme değerleri belirlenmiştir.
Bu proje ile elektrikli araçların ulusal şebekeye şarj istasyonları ile katılması ve dağıtık üretim sistemleri ile entegrasyonlarının sağlanması açısından sağlıklı bir altyapı oluşturulması amaçlanmış; bunun için elektrikli araçlara ilişkin gelecek durum tahminleri yapılmış ve olası senaryolar istatistiksel ve olasılıksal olarak modellenmiştir. Oluşturulacak modellere ilişkin analizler ve ortaya konulacak istatistiksel ve olasılıksal indeksler sayesinde, hem elektrikli araç şarj istasyonlarının dağıtım şebekelerine yapacağı olumsuz etkiler net şekilde ortaya konulmuş hem de belirlenecek bu olumsuzlukların giderilmesi için yapılacak düzenleme ve çözüm önerileri sunulmuştur. Problemlerin tespiti için yapılan bütün analizler ve çözüm önerileri, projenin sonunda yasal düzenlemenin ve standartların da belirlenmesini sağlayacağı hedeflenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Elektrikli araçlar, şarj istasyonları, enerji dağıtımı, güç kalitesi, dağıtık üretim, akıllı şebekeler
GİRİŞ VE LİTERATÜR ÖZETİ
Petrol fiyatlarındaki dalgalanmalar, fosil yakıtlardaki dışa bağımlılık ve çevresel endişeler özellikle ulaşım alanında alternatif taşıtlara olan ilgiyi arttırmıştır (Farmer, C., 2010). Alternatif taşıt teknolojileri arasında öne çıkan hibrit elektrikli araç (HEA) ve tam elektrikli araç (TEA) modelleri günümüzde hali hazırda otomobil üreticileri tarafından üretilmektedir (New York ISO, 2009). Literatürde yapılmış araştırmalarda 2030 yılına kadar elektrikli araçların pazar payının %25-30 oranına yükseleceği öngörülmüştür (Clement K., 2009). Dünya üzerinde kullanımı gün geçtikçe artan elektrikli araçların teknolojik gelişmeleri hızla devam etmekte, yasal düzenleme ve standartlaşma çalışmaları bugün de sürmektedir. Bu projede, elektrikli araç şarj istasyonlarının dünyada ve ülkemizde yaygınlaşacağı göz önünde bulundurularak, dağıtım şebekelerinde hangi olumsuz etkilerin görülebileceğinin ortaya konulup meydana çıkabilecek bu sorunların önüne geçilmesini sağlayacak çözümlerin ortaya konulması amaçlanmaktadır. Elektrikli araç şarj istasyonlarının dağıtım şebekesine etkilerini belirlemek için; şarj karakteristikleri, şarj olma zamanları ve elektrikli araç yaygınlığı gibi kavramlar göz önünde bulundurulmalıdır (Green II vd., 2011).
Konu temel olarak, çeşitli açılardan incelenirken, gün geçtikçe yaygınlığı artmakta olan dağıtık üretim birimlerinin yaratacağı etkilerin ve elektrikli araç şarj istasyonlarının enerji ihtiyacının karşılanmasında üstlenebilecekleri rolün incelenmesi de anlamlı olacaktır. Dağıtık üretim birimlerinin mevcut şebekeye entegrasyonu konusu literatürde çeşitli açılardan incelenmiş durumdadır (Walling vd., 2008; Picciariello vd., 2012). Hamedani Golshan ve Arefifar (2006) çalışmasında güç kaybının azaltılmasına değinilmiş, Bae ve Kim (2007) çalışmasında güvenilirlik analizi yapılmış, Borges ve Falcão (2006) çalışmasında güç kayıplarının azaltılması, güvenilirlik ve gerilim iyileştirmesi konuları incelenmiştir. Papaefthymiou vd. (2006) çalışmasında dağıtık üretimin belirsiz (stokastik) yapısı üzerinde durulmuş, Cossent vd. (2009) ve Lopes vd. (2007) çalışmalarında ise dağıtık üretimin genel değerlendirmeleri yapılmıştır. Önümüzdeki yıllarda elektrikli araçların ve şarj istasyonlarının yaygınlaşarak şebekeye olumsuz etkilerinin artacağı düşüncesi konunun farklı açılardan incelenmesi gereğini doğurmuştur. Bu sistemlerin şebekede yaratacağı öngörülen olumsuz etkileri en aza indirmek için dağıtık üretim birimlerinin de bu konuya dahil edilmesi faydalı olacaktır. Dağıtık üretim sistemleri elektrik enerjisi üretiminde gün geçtikçe daha fazla önem kazanmaktadır. Fakat bu sistemler, sürekli güç kaynakları olmadıklarından enerji sisteminde en uygun yerde ve en verimli şekilde yer almaları gerekmektedir. Bu amaçla, günümüzde önemi yine gün geçtikçe artan araç şarj istasyonlarının şebekede oluşturacakları kayıpları ve gerilim değişimlerini en aza indirmek için dağıtık üretim birimleriyle entegrasyonunun sağlanması her iki sistemin de daha verimli işletilmesini sağlayacaktır. Elektrikli araç şarj istasyonlarının dağıtım şebekesine etkileri incelenirken, dağıtık üretim birimlerinin ve şebekeye etkilerinin de göz önünde bulundurulması sayesinde hem şebekedeki yeni olanak ve kısıtlar daha gerçekçi olarak ortaya konulacak, hem de olumsuz etkilerin çözümü için katkı sağlanacaktır.
Konuyla ilgili olarak, literatürde yapılan çalışmalardan yola çıkılarak, elektrikli araçların dağıtım şebekesine bağlanmasının sistemde oluşturacağı olumsuz etkiler; dağıtım transformatörlerinin aşırı yüklenmesi ve kullanım ömürlerinin azalması, gerilimde yaşanacak bozulmalar, kayıp güç, aşırı ısınma, faz dengesizlikleri, güç kalitesi sorunları – özel olarak harmonik etkiler – ve güç faktöründeki bozulmalar olarak özetlenecektir. Şimdiye kadar yapılan çalışmalarda, sisteme ilişkin bu parametrelerin elektrikli araç şarj istasyonlarının bağlantısı sonrasında nasıl etkilendiği incelenmiştir. Çalışmaları birbirinden ayıran temel unsurlar; hangi olumsuz etki veya etkilerin odak noktasına alındığı ve bu etkilerin varlığını veya miktarını belirleyebilmek için hangi analiz, çözüm için ise hangi iyileştirme yöntemlerinin kullanıldığıdır. Bunun yanında, çalışmalarda gerçek sistemlere ait farklı istatistiksel veriler kullanılmış veya farklı test sistemleri göz önünde bulundurulmuştur, farklı tipte elektrikli araç şarj istasyonu yapıları değerlendirilmiştir (Papadopoulos vd., 2012).
Elektrikli araç şarj istasyonlarının herhangi bir dağıtım şebekesinde meydana getireceği etkileri inceleyebilmek için probleme özgü yöntem ve yaklaşımların kullanılması gerekmektedir. Çalışmalarda kullanılan analiz yöntemlerinin birbirinden farklılıklar gösterdiği, kimi yöntemlerin deterministik, kimi yöntemlerin ise olasılıksal yapıda olduğu görülmektedir. Son yıllarda yapılan pek çok çalışmanın olasılıksal bir nitelik gösterdiği dikkat çekmektedir. İster elektrikli araçların kullanımda olduğu süre, ister şarj edilmeye başlanan zaman dilimi, ister bataryanın doluluk oranı, isterse herhangi bir dağıtım transformatörünün elektrikli araç şarjı yüzünden aşırı yüklenmesi olasılığı söz konusu olsun, olasılık yoğunluk fonksiyonlarına başvurulduğu gözlenmektedir. Çeşitli çalışmalarda, normal dağılıma (Zhao vd., 2010; Clement-Nyns vd., 2010), tekdüze (uniform) dağılıma (Papadopoulos vd., 2012) veya binom dağılımına (Sexauer vd., 2013) başvurulmuştur. Çalışmayı şimdiye kadar yapılanlardan ayıracak özgün değerlerinden biri, modelleme için kullanılan olasılık dağılımlarına uygun rastsal değişkenlerin örneklenmesi ve çıkış parametrelerinin hesaplanması için klasik Monte Carlo Örneklemesi (MCÖ) yerine, Latin Hiperküp Örneklemesi (LHÖ) yönteminin kullanılacak olmasıdır. MCÖ yöntemini kullanarak başarılı sonuç alabilmek için çok sayıda örnekleme yapılması gerekmektedir; bu olumsuz bir durumdur. LHÖ yöntemi ise çok daha az sayıda örnek değeri üreterek başarılı bir olasılıksal modelleme yapılmasını sağlamaktadır. Üstelik bu çalışmada, farklı olasılık dağılımındaki mevcut elektrik yükleri (sanayi, konut, sokak aydınlatması gibi) ile sisteme katılacak elektrikli araç şarj istasyonlarının ve dağıtık üretim birimlerinin beraber bulunma istatistikleri yani korelasyonları da göz önünde bulundurularak modelleme ve örnekleme yapılacaktır. Bu amaçla kullanılacak algoritma ile çok daha az sayıda hesap yapılarak çok daha gerçekçi sonuçlar elde edilecektir.
Richardson vd. (2012) ile Sundstrom ve Binding (2012) çalışmalarında, dağıtım şebekesine ilişkin parametrelerin istenen sınırlar içerisinde kalması için çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Çalışmalarda olasılıksal güç akışına başvurulduğu (Li ve Zhang, 2012), çeşitli olasılıksal modellerin kullanıldığı (Au ve Ortega-Vazquez, 2013), stokastik analizlerin yapıldığı (Leou vd., 2014) görülmektedir. Genel anlamda elektrikli araçların dağıtım şebekelerine etkisi; transformatörlerin yüklenmesi, ısınması ve yaşlanması gibi olumsuz etkiler (Au ve Ortega-Vazquez, 2013; Weckx vd., 2014; Hoog vd., 2014), sistemdeki toplam güç kaybı (Verzijlbergh vd., 2012; Liu vd., 2013; Shafiee vd., 2013; Leou vd., 2014), şebeke geriliminin istenen sınırlar içerisinde kalıp kalmayacağı (Au ve Ortega-Vazquez, 2013; Liu vd., 2013; Weckx vd., 2014; Hua vd., 2014), gerilim dengesizliği (Shahnia vd., 2013; Hua vd., 2014), gerilim kararlılığı (Hoog vd., 2014) açısından değerlendirilmiş durumdadır. Ayrıca, Liu vd. (2013) çalışmasında, optimal elektrikli araç şarj istasyonu tasarımı yapılırken güç sistemlerindeki harmonikler de göz önünde bulundurulmuş, Richardson vd. (2012) çalışmasında ise transformatör yüklenmelerinin yanı sıra kabloların ısıl yüklenmeleri de dikkate alınarak analizler yapılmıştır.
Yapılan çalışmalarda, dağıtım transformatörlerinin elektrikli araçların varlığından nasıl etkileneceği yaygın olarak ve çeşitli açılardan incelenmiştir. Gomez ve Morcos (2003)’un çalışmalarında, elektrikli araçların şarj algoritmalarının transformatörün ömrünü etkilediği gösterilmiş ve bu doğrultuda analizler gerçekleştirilmiş; böylesi bir durumda, aşırı yüklenme sonucu transformatörlerde fazla ısınma olacağı ve fazladan kayıp güçlerin oluşacağı aktarılmıştır. Shao vd. (2009) çalışmasına göre, elektrikli araçların şarj hızlarının transformatörlerin yüklenmesine etkisi olacak, hızlı şarjda trafo aşırı yüklenebilecektir. Yapılan başka bir çalışmada ise, örnek bir sistem üzerinde, dağıtım transformatörlerinin aşırı yüklenme yaşaması olasılığı hesaplanmış, elektrikli araçların şarj stratejilerine karşılık transformatörlerin kaç tanesinin ve hangilerinin daha büyük güçlü olanlarıyla değiştirilmesi gerekeceği hesaplanmıştır. Taylor vd. (2009) çalışmasında, elektrikli araç sayısıyla dağıtım transformatörünün yaşlanması arasındaki ilişki gösterilmiştir. Farmer vd. (2010) çalışmasında, yine elektrikli araçların eklenmesinin dağıtım transformatörlerinin yaşlanmasına etkisi incelenmiş, bunun için elektrikli araçların transformatör sargılarının ısınmasına etkisi üzerinden gidilmiş, böylece hem ısınma hem de yaşlanmaya ilişkin çıkarımlar yapılmıştır.
Çeşitli çalışmalarda, dağıtım şebekelerinde, gerilim düzeyinin içinde tutulması gereken sınırlar üzerinden yola çıkılarak elektrikli araç şarj istasyonlarının şebekeye bağlandığı durumda, bu sınırların aşılıp aşılmadığı incelenmiştir (Putrus vd., 2009; Clement- Nyns vd., 2010; Papadopoulos vd., 2012). Elektrikli araçların gerilim profiline etkisi, Clement- Nyns vd. (2009) çalışmasında IEEE 34 baralı test sistemi üzerinde, Valsera-Naranjo vd. (2011) çalışmasında ise rüzgar üretimi eklenmiş bir Danimarka sistemi üzerinde incelenmiştir. Yapılan bir çalışmada elektrikli araçların şarj olayının gerilime etkisinden söz edilmiş (Taylor vd., 2009), başka bir çalışmada ise elektrikli araçların yaygın olarak tek fazlı bağlantı üzerinden şarj edilmelerinden yola çıkılarak faz dengesizliğine etkileri incelenmiştir (Putrus vd., 2009). Elektrikli araç şarj istasyonlarının en belirgin etkilerinden birinin, şebeke gerilimindeki bozulmalar ve düzensizlikler olacağı, yapılan çalışmalardan çıkarılabilecek sonuçlardandır.
Elektrikli araçların sistemde yaratacağı diğer bir önemli etkinin de kayıp güçler olacağı, çeşitli çalışmalarda söz konusu edilmiş ve incelenmiştir (Taylor vd., 2009, Clement-Nyns vd., 2010). Soares vd. (2010) çalışmasında, farklı elektrikli araç yaygınlık değerleri için güç kaybı değerleri hesapları yapılmış; Acha vd. (2010) çalışmasında, güç kayıplarını azaltmak için optimizasyon tekniğine başvurulmuştur. Clement-Nyns vd. (2009) çalışmasında da benzer şekilde, elektrikli araçların sistemde yaratacağı güç kayıplarının azaltılması sorunu üzerinde durulmuştur. Elektrikli araçlar için rastgele bir şarj programının sistemde güç kayıplarına neden olduğu gösterilmiştir. Bu konunun da elektrikli araç şarj istasyonlarının şebekemize yapacağı etkiler içerisinde incelenmesi gereken önemli unsurlardan biri olduğu anlaşılmaktadır.
Yapılan çalışmalar göstermektedir ki iyileştirme yöntemleri arasında, akıllı şarj yöntemleri ön plana çıkmaktadır. Pek çok çalışmada, şarj karakteristik ve stratejilerinin öneminden söz edilmiş (Green II vd., 2011; Taylor vd., 2009), akıllı şarj yöntemleri kullanılarak dağıtım şebekesinde gerçekleşmesi olası olumsuz etkilerin azaltılmasının veya yok edilmesinin mümkün olacağı gösterilmiştir (Clement-Nyns vd., 2010). Bunun dışında, tüketici tarafı denetimi ile de benzer iyileşmelerin yapılabileceği açıklanmaktadır (Shao vd., 2009; Sexauer vd., 2013).
Dünya genelinde elektrikli araç şarj istasyonları ile ilgili farklı standartlar ortaya konulmuştur. Japonya CHAdeMO standardını benimsemiş olup araçları doğru akım ile şarj eden üniteler geliştirmektedir. Burada alternatif akımı doğrultma işlemi şarj istasyonunun içerisinde yapılarak doğru akım elde edilir ve buradan doğru akımla şarj edilir. Bu şekilde araçlara 62.5 kW’a kadar enerji aktarımı yapabilmektedir. Avrupa’da benimsenen IEC 62196 standardı ise AC şarj ile 3 faz 43.5 kW’a kadar enerji aktarımı yapabilmektedir. Burada da alternatif akımı doğrultma işlemi ve elektrikli aracın üzerinde yapılmaktadır. Amerika ise SAE J1772 standardı ile 19.2kW’a kadar şarj yapabilmektedir (Sen vd., 2011; Basu vd., 2004; Wenge vd., 2011).
2 – ÜRÜNÜN GELİŞİMİ
Sahip olduğu modüler ve ölçeklenebilir yapısı ile elektrikli araçların şebekeye bağlanması ve akıllı şebekeler kavramı içinde şebekeye entegrasyonuna yönelik uygulamaları da içine alan yenilenebilir enerji destekli özgün tasarımlar ile tamamen yerli, çift yönlü enerji aktarımı ve V2G teknolojisini içeren, DC hızlı şarj istasyonları için bir platform üretilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca proje kapsamında elektrikli araç şarj sistemlerinin; yenilenebilir enerji kaynakları, enerji depolama çözümleri ve elektrik şebekesine entegrasyonu ve etkileri de araştırılacaktır.
3 – FAYDALI Yönleri
Projede, tek yönlü enerji akışına sahip bir devre şekli ve AC şarj istasyonu yerine; akıllı şebeke uygulamalarına uyumlu, yenilenebilir enerji kaynakları ile birlikte çalışabilen,V2G yani elektrikli araç ile şebeke arasında çift yönlü enerji akışına müsaade eden bir Elektrikli Araç DC Şarj İstasyonu platformu geliştirilecektir. Böylelikle hem şebeke hem de yenilenebilir enerji kaynakları ile elektrikli araç entegrasyonu sağlanmakta ve şebeke ve araç arasında her yönde enerji alışverişi mümkün olabilmektedir.
5 – Ekonomik YÖNLERİ
Dünyada yeni kullanılmaya başlanan V2G teknolojisiyle ilgili en geniş kapsamlı uygulamalı çalışma Ovo Energy ve Cenex tarafından İngiltere’de yapılmıştır. Yapılan bu çalışma sonrası Elektrikli Araç sahibi bir kişinin, V2G teknolojisi ile enerjiyi şebekeye geri vermesi ile yıllık 15.600 TL ye kadar tasarruf edebileceği görülmüştür. Son kullanıcı için tasarruf aynı zamanda elektrik üretiminde de tasarruf ve optimizasyon anlamına gelmektedir. Hat, trafo ve anahtarlama kayıpları göz önünde bulundurmadan yaptığımız bir öngörüye göre, puant zamanda Elektrikli Araç Bataryalarının kullanılması, günlük 600 MWh daha az enerji gereksinimi anlamına gelmektedir. (20.000 EV araç). Bu da günlük tüketimin %0,06 lik kısmına denk gelmektedir. Bu da yıllık 100 Milyar USD lik enerji ithalatı düşünüldüğünde 600 Milyon USD lik kazanç anlamına gelmektedir.
FAYDALI YÖNLERLE İLGİLİ DETAY BİLGİLER
1- Yurtdışına bağımlı olunan teknolojilerde rekabetçi yerli teknolojilerin kazanılması
Halihazırda ithalatı olmayan bir üründür. Ancak hedef 2025 yılı düşünüldüğünde, ülkemizin ihtiyacı olan ürünlerin ithalatının önüne geçilmiş olacaktır.
2- Güçlü ticarileşme potansiyeline sahip teknolojik ürünlerin geliştirilmesi
Pazarda kullanımı olan bir ürün olmadığı için global olarak satışını gerçekleştirebileceğimiz bir üründür. Proje kapsamında ekonomik hedefleri, mevzuatların gelişimine bağlı olarak belirledik. İlgili mevzuatlar beklentinin aksine 2027 yılında önce genel kabul görecek şekilde yayınlanması halinde global pazarda milyon adetlerde satılabilecek bir üründür.
3- Üniversite işbirliği ile Ar-Ge ve yenilik projeleri yapabilme yetkinliğinin kazandırılması
Power Elektronik Ar-Ge Merkezi olarak, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığının geliştirilmesi gereken yönler olarak belirttiği konulardan biridir. Özellikle Üniversitelerle işbirliği kültürünün kazanılması, proje sürecinde elde edilen bilginin makale, bildiri vb ile yayılmasının sağlanması ve ileride uluslararası Ar-Ge fonları ve ortak projelere yol açması beklenmektedir.
2 – Projenin genel amacını açıklayınız. Proje ile çözülmesi amaçlanan problemi tanımlayınız.
Dünyada nüfusun artması ile birlikte enerji ihtiyacında gerçekleşen büyük artış fosil kaynakların hızlı bir şekilde tükenmesine neden olmaktadır. Fosil yakıtlara olan bağımlılıktan kurtulmak ve sera gazı emisyonlarını azaltmak için ülkeler düşük karbon stratejisi uygulamaktadır. Gelişmiş ülkelerin elektrikli araçlar (EV) teknolojisine yaptığı yatırımlar göz önüne alındığında artan EV şarj gücünün elektrik şebekesine olumsuz şekilde yansıyacağı öngörülmektedir. Bunun yanında, EV şarj gücünü avantaja çevirmek adına EV bataryalarında depolanan enerjinin şebekeye aktarılabildiği, araçtan şebekeye (Vehicle to Grid-V2G) kavramı önem kazanmaktadır. Puant zamanlarda, V2G şarj istasyonları şebekede dağıtık üretim kaynağı olarak değerlendirilebilmektedir
V2G, “araçtan şebekeye” anlamına gelir ve enerjinin bir elektrikli otomobilin aküsünden elektrik şebekesine geri verilmesini sağlayan bir teknolojidir. Arabadan şebekeye olarak da bilinen elektrikli araçtan şebekeye teknolojisiyle, bir araba aküsü, enerji üretimi veya yakınlardaki tüketim gibi farklı sinyallere dayalı olarak şarj edilebilir ve deşarj edilebilir.
Özetle, araçtan şebekeye arkasındaki fikir, normal akıllı şarja benzer. V1G şarjı olarak da bilinen akıllı şarj, elektrikli arabaların şarjını gerektiğinde şarj gücünün artırılıp azaltılabilmesini sağlayacak şekilde kontrol etmemizi sağlıyor. Araçtan şebekeye bir adım daha ileri giderek, enerji üretimi ve tüketimindeki değişiklikleri dengelemek için şarjlı gücün araba akülerinden anlık olarak şebekeye geri verilmesini sağlar.
3 – Proje amaçlarına ulaşmak için önerilen çözümü açıklayınız.
Araçtan şebekeye, enerji sistemimizin giderek daha fazla yenilenebilir enerjiyi dengelemesine izin vererek iklim değişikliğini azaltmaya yardımcı olur. Ancak iklim kriziyle mücadelede başarılı olmak için enerji ve mobilite sektörlerinde üç şeyin gerçekleşmesi gerekiyor: Karbonsuzlaştırma, enerji verimliliği ve elektrifikasyon. Enerji üretimi bağlamında dekarbonizasyon, güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının konuşlandırılması anlamına gelir. Bu, enerji depolama sorununu ortaya çıkarır. Fosil yakıtlar, yandıklarında enerji açığa çıktıkları için bir enerji depolama şekli olarak görülebilirken, rüzgar ve güneş enerjisi farklı işlev görür. Enerji ya üretildiği yerde kullanılmalı ya da daha sonra kullanılmak üzere bir yerde saklanmalıdır. Bu nedenle, yenilenebilir kaynakların büyümesi kaçınılmaz olarak enerji sistemimizi daha değişken hale getiriyor ve kullanılacak enerjiyi dengelemek ve depolamak için yeni yollar gerektiriyor. Aynı zamanda ulaşım sektörü de karbon azaltımından payına düşeni alıyor ve bunun en önemli kanıtı olarak elektrikli araç sayısı giderek artıyor. Elektrikli araç pilleri, donanıma ek yatırım gerektirmediklerinden, açık farkla en uygun maliyetli enerji depolama şeklidir. Tek yönlü akıllı şarj ilekarşılaştırıldığında, V2G ile pil kapasitesi daha verimli kullanılabilir. V2X, elektrikli araç şarjını elektrik talebi yanıtından bir pil çözümüne dönüştürür. Pilin tek yönlü akıllı şarja göre 10 kat daha verimli kullanılmasını sağlar. 2030 yılına kadar küresel olarak 140-240 milyon elektrikli araç olacak. Bu, toplam 7 TWh depolama kapasitesine sahip tekerlekler üzerinde en az 140 milyon minik enerji deposuna sahip olacağımız anlamına geliyor. Sabit enerji depoları – bir anlamda büyük güç bankaları – daha yaygın hale geliyor. Örneğin, büyük güneş enerjisi santrallerinden gelen enerjiyi depolamanın kullanışlı bir yoludur. Örneğin Tesla ve Nissan, tüketiciler için de ev pilleri sunuyor. Bu ev pilleri, güneş panelleri ve ev EV şarj istasyonları ile birlikte, müstakil evlerde veya küçük topluluklarda enerji üretimi ve tüketimini dengelemek için harika bir yoldur. Şu anda, en yaygın depolama biçimlerinden biri, suyun enerji depolamak için yukarı ve aşağı pompalandığı pompa istasyonlarıdır. Daha büyük ölçekte ve elektrikli araçlarla karşılaştırıldığında, bu enerji depolarının tedariki daha pahalıdır ve önemli yatırımlar gerektirir. Elektrikli otomobillerin sayısı sürekli arttığından, elektrikli otomobiller ekstra maliyet olmadan bir depolama seçeneği sunuyor.
Örneğin, bir çalışma , herhangi bir V2G altyapısı olmadan, Çin’in Guangzhou bölgesinde 1 milyon EV’nin tanıtılmasının, en yüksek ve en düşük yükleme süreleri arasındaki farkı %43 oranında azaltacağını buldu. V2G yerinde olduğunda, bu azalma %50’ye yükselecektir. Çift yönlü V2G sistemleri puant yük tıraşlama, reaktif güç desteği, gerilim ve frekans regülasyonu gibi yardımcı servisler olarak kullanılabilirler. Dahası çift yönlü V2G sistemleri, depolama kaynağı olarak yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik şebekesine entegrasyonunda da önemli rol oynayabilir. V2G sistemleri aşağıdaki faydaları sağlamaktadır.
– Elektrikli araçlar, elektrik şebekesi için güç kaynağı olarak kullanılabilir.
– Dağıtım hatlarındaki gerilim düşümlerini ve kayıpları azaltır.
– Şebeke güvenilirliğini arttırır.
– Frekans dalgalanmalarını azaltarak güç kalitesinin artmasını sağlar.
– Gerilim dengesizliklerini düzenler.
4 – Önerilen çözüm ile ulaşılması planlanan hedefleri açıklayınız.
Projemizin ana hedefi Araçtan Şebekeye (V2G) özellikli Çift yönlü DC-DC konvertör geliştirmektir. Elektriksel olarak çift yönlü DC-DC konvertör mühendislik yöntemleriyle yapılabilmektedir. Ancak bu ünitenin V2G cihazında hangi yönde ve hangi güçte çalışacağı konusu henüz netlik kazanmamıştır.
Akıllı şebekeler yaygınlaştıkça, şebeke ile haberleşebilen bu tip cihazlar önem kazanacaktır. Bu sebeple geliştireceğimiz cihaz şebeke ilehaberleşerek, cihaza bağlı EV’nin batarya doluluk oranını, araç sahibinin şebekeye elektriğin geri basılmasına onayı olup olmadığını hatta mali açıdan mahsuplaşma için araç sahibinin benzersiz kimliğini (unique ID) ve araç sahibi izin verdiyse ne kadarlık bir gücü kullanabileceğini şebeke operatörüne anlık olarak aktarmalıdır. Şebeke operatörü sahadan gelen – gelecekte binlerce – veriyi işleyerek, talep yoğun anlarda araç bataryalarını kaynak olarak kullanma komutlarını V2G cihaza göndermelidir. Buna bağlı olarak iletim şebekesinden ya da enerji santralinden alınacak enerji miktarını hesaplayarak buna göre arz güvenliği sağlanmalıdır. Mevcutta lisanssız güneş enerjisi yönetmeliğinin izin verdiği ölçüde, belirli kurulu güçteki güneş panelleri ürettiği enerjiyi direk olarak şebekeye vermekte, şebeke operatörü bu panellerden gelen elektrik gücünü ölçen sistemleri ile bu süreci yönetmektedir. Ancak V2G teknolojisi ile anlık haberleşme önem kazanmaktadır. Projede şebeke ile haberleşme önemli bir konudur ve bunun için ülkemizdeki dağıtım şebekesi işletmeleriyle görüşülmüştür. Bu kapsamda SEDAŞ’tan iyi niyet mektubu alınmış, BEDAŞ ve YEDAŞ’tan ise iyi niyet mektupları beklenmektedir. Önümüzdeki dönemde Enerjisa ile de görüşülecektir. V2G cihazının bir diğer özelliği ise araç ile haberleşmedir. Mevcut elektrikli araç şarj cihazları sadece batarya modülü ile haberleşerek şarj başlatma-durdurma özelliğine sahiptir. Ayrıca ticari şarj cihazları tüketiciler için benzersiz kimlik ve ödeme sistemi entegrasyonu da sunmaktadır. V2G cihazlar ise batarya doluluk oranı, araç sahibinin kimliği ve ne kadarlık bir gücün şebekeye aktarılmasına izin verildiği gibi verileri de araç cihaza bağlı olduğu sürece kayıt altında tutmalıdır.
– Önerilen projenin nihai faydalanıcılarını tanımlayıp bu hedef grubun seçilme nedenlerini gerekçelendiriniz.
Konutlar ve İşyerleri için; Bir şarj cihazı kurarken, bir numaralı adım binanın elektrik sistemini gözden geçirmektir. Elektrik bağlantısı, elektrikli araç şarj kurulum projesi için bir engel haline gelebilir veya bağlantının yükseltilmesi gerektiğinde maliyetleri önemli ölçüde artırabilir. Araçtan şebekeye ve Dinamik Yük Yönetimi (DLM) gibi diğer akıllı enerji yönetimi özellikleri, EV’lerin çevre, konum veya tesis ne olursa olsun her yerde şarj olmasına yardımcı olur.
V2G’nin binalar için faydaları, araba akülerinden gelen elektrik en çok ihtiyaç duyulan yerde kullanıldığında görülür. Araçtan şebekeye, elektrik talebini dengelemeye ve bir elektrik sistemi kurmak için gereksiz maliyetleri önlemeye yardımcı olur. V2G ile binadaki anlık elektrik tüketim artışları elektrikli arabalar yardımıyla dengelenebilir ve şebekeden ekstra enerji tüketilmesine gerek kalmaz.
Elektrik şebekesi için Güç tüketimi arttığında, o bölgedeki elektrik şebekesine aşırı yük binebilir. Bir binanın elektrik talebini V2G şarj istasyonlarıyla dengeleme yeteneği, elektrik şebekesine daha büyük ölçekte yardımcı olur.
Bu, şebekede rüzgar ve güneş ile üretilen yenilenebilir enerji miktarı arttığında işe yarayacaktır. Yenilenebilir enerji kaynakları depolanması zor kaynaklardır ve rüzgar ve güneş enerjisine dayanan alanlar için zorluklar yaratır.
Bu koşullar, elektriğin hedefine ulaşmasını engelleyebilecek “şebeke tıkanıklığına” veya darboğazlara neden olur. Neyse ki, akıllıca kontrol edilen EV’ler, şebeke tıkanıklığına bir çözüm sunabilir ve pahalı şebeke altyapısı yükseltmelerine duyulan ihtiyacı önleyebilir.Araçtan şebekeye teknolojisi olmadan, yedek santrallerden enerji satın alınması gerekiyor, bu da yoğun saatlerde elektrik fiyatlarını artırıyor, çünkü bu ekstra santralleri devreye almak pahalıdır. Üstelik ülkemiz gibi enerji ihtiyacını ithalat ile karşılayan ülkelerde tüketimdeki artış zamanları (puant)elektrik üretim maliyetleri ile birlikte dış ticaret açığını da arttırmaktadır.
Tüketiciler için Tüketiciler neden bir talep yanıtı olarak araçtan şebekeye katılsınlar? Onlara zararı yok ama faydası da var mı?Araçtan şebekeye çözümlerin enerji şirketleri için finansal açıdan faydalı bir özellik olması beklendiğinden, tüketicileri katılmaya teşvik etmek için açık bir teşvikleri var. Ne de olsa V2G teknolojisiyle uyumlu teknoloji, cihazlar ve araçlar yeterli değil – tüketicilerin yer alması, fişe takması ve araç akülerinin V2G için kullanılmasını sağlaması gerekiyor. Gelecekte daha büyük ölçekte tüketicilerin, araba akülerinin denge unsuru olarak kullanılmasını sağlamaya istekli olmaları halinde ödüllendirileceğini bekleyebiliriz.
Elektrikli araç sahipleri için bir diğer konu ise batarya ömrüdür. Böyle bir kullanımda batarya ömrünün daha kısa sürede dolacağı düşüncesiyle V2G teknolojisine sıcak bakılmayabilir. Ancak yapılan çalışmalar elektrikli araç bataryalarının V2G ile kullanıldığında 5 yıl sonunda batarya veriminin %1,3 azaldığını göstermektedir. Normal kullanımda %96,5 e düşen batarya verimliliği, V2G sistemine bağlı olduğunda %95,2 ye düşmektedir. Bu ve benzeri çalışmalar arttıkça, hem firmamız hem de sektörün diğer paydaşları (Enerji Bakanlığı, TEİAŞ, Dağıtım Şebekesi Operatörleri ve Çevre kuruluşları) bilinçlendirme çalışmaları yaparak bu durumu anlatabiliriz.
6 – Uygulanacak yöntemleri ve bu yöntemlerin seçilme gerekçelerini detaylı olarak açıklayınız.
Elektrik modüllerinin matematiksel modeli, seçilecek komponentlerin değerlerinin belirlenmesi için önemlidir. Bu sebeple Matlab ile bir model oluşturulup simule edilmesi planlanmıştır. Daha sonra bu parametreler kullanılarak komponentler belirlenecek ve Altium Designer kullanılarak devre modelleri oluşturulacaktır. Oluşturulan devre modellerinin simülasyonları için giriş sinyalleri belirlenecek ve belirlenen bu sinyallere tasarımın verdiği çıkışlar incelenecektir. Daha sonra her Ar-ge projesinde standart olan modül prototipleri yapılarak fonksiyon testlerine tabii tutulacaktır. Mekanik tasarımda, hali hazırda kullandığımız Solidworks yazılımı kullanılacaktır. Solidworks ile cihazın 3D modeli oluşturulacak mekanik dayanımı incelenecektir. Ayrıca elektriksel tasarım ile koordineli bir şekilde ısı kaynakları ve bu ısı kaynaklarının yerleşimi belirlenerek cihazın ısıl modeli oluşturulacaktır. Isıl model cihazın devamlı çalışma modunda belirli sıcaklığın üstüne çıkılmamasını sağlayacak şekilde optimize edilecek ve modül yerleşimleri buna göre revize edilecektir. Simülasyon sonucu eğer cihaz içi ısı belirlenen değerin üstünde ise pasif veya aktif soğutma sistemleri (fan vb) tasarıma eklenerek sonuç incelenecektir. Haberleşme için CanBus yazılımı tercih edilmiştir. CanBus otomotiv sektöründe genel kabul gören, veri iletimi hataları minimum bir haberleşme yazılımıdır. Bu sayede araçlarla iletişim daha kolay gerçekleşecektir. Şebeke haberleşmesi ise şebeke operatörleri ile yapılacak görüşmeler ile belirlenecektir. Ancak IoT sistemlerin temeli olan MQQT protokolü öncelikli olarak tercih edilecektir. HTTP gibi protokoller gereksiz veri yoğunluğuna sebep olmaktadır ve bundan dolayı hızlı iletişimin gerekli olduğu çok sayıda kullanıcının sisteme bağlı olduğu topolojilerde tercih edilmemektedir.
Tasarım aşaması tamamlandıktan sonra prototip ürün için komponent ve alt parçalar tedarik edilecektir. Prototip ürün ilk önce Ar-Ge laboratuarında elektriksel güvenlik, mekanik güvenlik ve dayanım ve fonksiyon testlerine tabii tutulacaktır. Haberleşme testleri için ISO 15118 serisi standartlar esas teşkil etmektedir. Bu standartların bir kısmında halen çalışmalar devam etmektedir. Bu standart çalışmalarının 2023 yılında tamamlanması beklenmektedir.Prototip cihazların şebekeye bağlanarak test edilebilmesi için şebeke operatörleri ile görüşülmüştür. Şebeke ile haberleşmede, şebekeoperatörlerinin tercih ettiği/edeceği protokoller kullanılacaktır. Hangi verilerin gerektiği, yani araçtan hangi verilerin şebeke operatörüne iletileceği,şebeke operatöründen araca hangi konutların iletileceği bu çalışmada netlik kazanacaktır.
7 – (Çağrı metninde yer alan öncelikli alanlar bağlantısı inceleyerek projenizin bu alanlarda bulunan “Öncelikli Ar-Ge ve Yenilik Konuları”na yönelikgeliştirip geliştirilmediğini belirtiniz. (Öncelikli Ürün ve Teknolojiler başlıklarında yer alan açıklamaları ve Teknoloji Hazırlık Seviyesi(THS) dikkatealınması önerilmektedir.)
Seçim Yapılmış Projenizin Öncelikli Alanı: Şarj Ekosistemi Teknolojileri
8 – Öncelikli Alan Gerekçesi
Maliyet etkin, düşük güç şarj sistemleridir. Yüksek güç şarj altyapılarının şebekelerle akıllı entegrasyonu ile yakından ilgilidir. Ayrıca proje konusu, Enerji Alanı – Elektrik Güç Dönüşümü, Elektrik İletim ve Dağıtımı – Akıllı Şebekeler için Gelecek Nesil Güç Elektroniği alt başlığında yer alan, elektrikli araçların ve şarj istasyonların şebeke entegrasyonu (Konu ile doğrudan ilgili), Dağıtım sistemlerinde güç kalitesini iyileştiren sistemler ile yakından ilgilidir.
Ülkemizde ve dünyada Elektrikli araç kullanımları her geçen gün daha da artmaktadır. Günümüzde, çok sayıda elektrikli araç şarj istasyonuna ihtiyaç duymaktadır. Şarj istasyonları ve EA şarj süreçlerinin sürdürülebilirliği için Yenilenebilir Enerji Kaynaklarına Entegrasyonu, Akıllı Şebekeye ve çift yönlü enerji yönetimine yönelik yaklaşımların gerçekleştirilmesi çok önem kazanmıştır. Şarj ağında yer alan şarj ünitelerinin en az % 5’i ile Karayolları Genel Müdürlüğü’nün sorumluluğu altında bulunan otoyollar ve devlet otoyollarında yer alan şarj ünitelerinin en az % 50’sinin DC yüksek güçlü şarj niteliğinde olması zorunlu hale gelmiştir. (Resmi Gazete ŞARJ HİZMETİ YÖNETMELİĞİ 2 Nisan 2022 – Sayı : 31797)
Ayrıca Çevre ve Şehircilik Bakanlığı’nca hazırlanan ve çıkarılan yeni otopark yönetmeliğe göre, 20 ve üzeri araçlık otopark alanlarının yüzde 5’i elektrikli araçlara ayrılacak ve şarj ünitesi zorunlu olacaktır. Bununla birlikte TOGG için yeni hedef! ”Sanayi ve Teknoloji Bakanlığımız vasıtası ile 81 ilimizin tamamında 1500’den fazla yüksek hızlı şarj istasyonu kurulmasına yönelik çalışmalara 300 milyon liralık destek sağlıyoruz” açıklaması yapılmıştır.
T.C. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından “Elektrikli Araçlar için Şarj İstasyonları Çağrısı” ile şarj altyapısının serbest piyasa koşullarında gelişmesini teminen özel sektör tarafından kurulacak şarj üniteleri için hibe desteği sağlanarak yatırımların hızlandırılması hedeflenmektedir. Resmi Gazete’de yayımlanan teşvik paketine göre, elektrikli şarj istasyonu kurmak isteyen yatırımcılara, yatırım bedelinin yüzde 75’ine ve 20 milyon TL’ye kadar geri ödemesiz destek sağlanacak. Yönetmeliğe göre Ar-Ge çalışmaları ile ortaya çıkan teknolojik ürünlerin geliştirilmesi için de proje bedelinin yüzde 60’ına ve 10 milyon TL’ye kadar geri ödemesiz destek verilecek. Burada yatırımcılar teminat vermeleri durumunda paranın yüzde 25’ini ön ödeme olarak alabilecekler. Dünyaya baktığımızda ise Volkswagen, BP ile iş birliğine giderek 2024 sonuna kadar Avrupa’da 8.000 elektrikli araç şarj istasyonu açmaya karar vermiştir. Kendi depolama ünitesine sahip Volkswagen üretimi şarj üniteleri, aynı anda iki araca 150 kW DC şarj sağlayabileceği ifade edilmektedir.
B.2. Projenin Teknoloji Düzeyi
Teknolojinin güncel durumu ile ilgili detaylı bilgi 12-13 Nisan 2019 tarihinde yapılan IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 561, First International Conference on Materials Science and Manufacturing Technology konferansında Samir M Shariff, Danish Iqbal, M Saad Alam ve Furkan Ahmad tarafından sunulan “A State of the Art Review of Electric Vehicle to Grid (V2G) technology” dökümanında mevcuttur. İlgili döküman eklerde sunulmuştur.
Elektrikli Araç sektörü halen gelişme sürecinde olan yeni bir pazardır. Akıllı şebekelerde çift yönlü bilgi ve enerji akışı sebebiyle V2G özelliğine sahip şarj istasyonları şebekenin desteklenmesi amacıyla özellikle puant saatlerde dağıtık üretim kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Bunun için V2G elektrikli araç şarj istasyonları dağıtım sisteminin en uygun noktasına en uygun kapasite ile yerleştirilmelidir. Bir başka deyişle V2G cihazı kadar, şebeke altyapısı, enerji arz-talebi ve V2G cihazın sahada konumlandırılması gibi uygulamaya dönük pek çok alanda araştırma ve geliştirmeler devam etmektedir.
Elektrikli Araçlarla ilgili ülkemizin durumu Sabancı Üniversitesi IICEC tarafından hazırlanan “Türkiye Elektrikli Araçlar Görünümü 2021” raporunda özetlenmiştir. Dökümana aşağıdaki linkten ulaşılabilmektedir.
h t t p s : / / i i c e c . s a b a n c i u n i v . e d u / s i t e s / i i c e c . s a b a n c i u n i v . e d u / f i l e s / i n l i n e -f i l e s / T u % C C % 8 8 r k i y e _ E l e k t r i k l i _ A r a c % C C % A 7 l a r _ G o % C C % 8 8 r u % C C % 8 8 n u % C C % 8 8 m u % C C % 8 8 _ 2 0 2 1 _ 0 . p d f
Teknik/Teknolojik Belirsizlik ve Zorluklar
Projede Teknik/Teknolojik Belirsizlik veya Zorluk olarak adlandırabileceğimiz 2 ana konu vardır.
1- Cihazın elektriksel temeli Bidirectional DC-DC Konvertör tasarımıdır. Elektriksel giriş-çıkış değerleri belirli olduğunda devrenin tasarımı, modelleme ve simülasyonları yapılabilmektedir. Ancak V2G teknolojisinde henüz standartlar ve yönetmelikler oluşmadığından birçok farklı teknik değerde çözüm üretilmesi gerekmektedir. Özellikle elektrikli araç üreticileri farklı güçlerde batarya ve şarj üniteleri kullanmaktadır. Benzer şekilde Araçtan Şebekeye konusunda araç üreticileri arasında standart bir yapı oluşmamıştır. Bu konuda global beklenti teknolojinin 2025 yılında olgunluk seviyesine ulaşarak standartlaşma çalışmalarının tamamlanacağıdır.
2- Haberleşme:
V2G cihazı hem elektrikli araç ile hem de şebeke ile haberleşmesi gereken bir cihazdır. Bunun için ise akıllı şebeke kavramı altında hazır bir şebeke olmalı ve puant zamanlarda cihaz ile haberleşerek araçtan şebekeye enerji aktarımını gerçekleştirmelidir. Talebin arttığı dönemde, talep olan bölgede kaç aracın şebekeye bağlı olduğu, araç sahiplerinin ne kadar şarjı şebekeye aktarmaya izin verdiği veya cihaza bağlı araçların ayrılması vb gibi değerler anlık olarak takip edilerek otomatik karar verecek bir sistem olmalıdır. Geliştireceğimiz cihaz farklı marka-model araçlarla haberleşmesi gerekmektedir. Bu alanda da henüz standart protokoller oluşmamıştır. Araç şarj etme tarafında büyük oranda aşılan bu problem araçtan şebekeye veri aktarımı konusunda oldukça yenidir. Benzer şekilde şebeke tarafından hangi bilgilerin talep edileceği, bir bölgede bulunan araçlardan şebekeye eşzamanlı ne kadarlık bir elektrik aktarımına şebeke altyapısının izin vereceği gibi konular proje sürecinde yapılacak çalışmalar ve bu alanda yapılacak akademik çalışmalar ışığında çözüme kavuşturulacaktır.
Teknik ön fizibilite çalışmalarının –yapıldı ise- özet bulguları:
Teknik fizibilite çalışmaları devam etmektedir. Bu alanda birkaç farklı firmanın V2H olarak adlandırdığı ürünleri mevcutsa da kıyaslamalı bir teknik çalışma yapılamamıştır. Üründe anahtarlama için 1200V’luk SiC tabanlı FET kullanımı düşünülmektedir. Bu ürünler Si tabanlı FET lere göre daha az kayıp ve yüksek verimliliğe sahip olsa da fiyat açısından ürünün ticarileşmesini engelleyebilir. Cihazın araç ve şebekeyle haberleşmesi için proje sürecinde haberleşeme ile ilgili yeni bir standart yayınlanmadığı sürece,. CanBus kullanılacaktır. CanBus otomotiv sektöründe standart araç içi haberleşmesi olarak tercih edilmektedir.
Proje çıktısına ilişkin takip edilecek standartlar / şartnameler:
ISO 15118-1:2019 Road vehicles — Vehicle to grid communication interface — Part 1: General information and use-case definition
ISO/DIS 15118-2 Road vehicles — Vehicle-to-grid communication interface — Part 2: Network and application protocol requirements [Under development]
ISO/FDIS 15118-9 Road vehicles — Vehicle to grid communication interface — Part 9: Physical and data link layer conformance test for wireless communication [Under development]
ISO 15118-20: Road vehicles — Vehicle to grid communication interface — Part 20: 2nd generation network layer and application layer requirements
EMC uyumluluk için 2014/30/EU direktifi altında
EN 50065-2 serisi standartlar – Signalling on low-voltage electrical installations in the frequency range 3 kHz to 148,5 kHz
EN 61000-3 serisi standartlar – Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 3-2: Limits – Limits for harmonic current emissions
EN 61000-6-2:2005: Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 6-2: Generic standards – Immunity for industrial environments
LVD uyumluluk için 2014/35/EU direktifi altında
EN IEC 61558-1: Safety of transformers, reactors, power supply units and combinations thereof – Part 1: General requirements and tests
EN 61558-2 serisi standartlar
Ar-Ge Sürecinde Kullanılacak Yöntemler
Elektrik devresinin matematiksel modeli Matlab/Simulink ile geliştirilerek simule edilecektir. Elde edilen teknik parametreler doğrultusunda komponent seçimi yapılarak Altuim Designer’de devreler tasarlanacak ve simule edilecektir. Cihaz içi gömülü sistem için ilk etapta DSP mikrokontrolcüler düşünülmektedir. Güç ünitesi için SiC tabanlı 1200 V’luk FET ler düşünülmektedir. Özellikle anahtarlama kayıpları ve bu kayıpların cihaz içi ısıya dönüştüğü düşünüldüğünde teknik olarak en uygun çözümdür. Mekanik tasarım Solidworks ile yapılacak ve yine aynı program ile mekanik dayanım simülasyonları ile ısıl davranış modellemesi yapılacaktır. Isıl model, termal kamera ile yapılan ölçümlerle kıyaslanarak revize edilecektir. Böylece hem bu projede hem de bundan sonra yapılacak Ar-Ge projeleri için kaynak teşkil edecektir. Haberleşme protokolü olarak CanBus kullanılacaktır.
Elektrikli Araç Şarj İstasyonu Rehberi
Elektrikli araç şarj istasyonu, aracınızı hem ekonomik hem de hızlı şarj edebileceğiniz son teknolojiye sahip ekipmanlardır. Elektrikli araba kullanımı son dönemlerde dünyanın birçok ülkesinde olduğu gibi Türkiye’de de yaygın hale gelmeye başlamıştır. Özellikle yakıt tüketiminin daha ekonomik boyuta indirgenmesi elektrikli otomobil kullanımının yaygınlaşmasına ortam hazırlarken aynı zamanda beraberinde elektrikli araç şarj istasyonu ihtiyacını doğurmuştur.
Konu ulaşım olduğunda hız, birçok kişi için önemli faktörlerden birisidir. Ancak hız kavramı sadece araçların hızları değil aynı zamanda bu hızı doğrudan etkileyen yakıt teminidir. Dolayısıyla da eğer bir elektrikli aracınız var ise sizin için hızı doğrudan etkileyen faktörlerden birisi de ihtiyaç duyduğunuz her an aracınızı şarj edebileceğiniz bir şarj istasyonu olacaktır.
Elektrikli Araç Şarj İstasyonu Nedir?
Elektrikli araç şarj istasyonu, elektrikli ya da diğer adıyla hibrit araçların şarj edilebilmesi için elektrik enerjisi ile kullanılan şarj cihazlarıdır. Bireysel ve ticari olarak kullanılabilen ürünler olsa da özellikle ticari olarak kullandığında mevzuata bağlı olarak birtakım hususları yerine getirmeniz gereklidir. Ancak kendi elektrikli aracınız için bir şarj istasyonu ihtiyacınız var ise evinize ya da iş yerinize bu aleti kurmak daha kolay olacaktır.
Teknolojinin sürekli bir gelişme katetmesi beraberinde ulaşım araçlarında alternatif enerji kaynaklarının kullanılması konusunda da birtakım gelişmeleri getirmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının son zamanlarda daha fazla önem kazanması sayesinde elektrikli araba kullanımlarının artmasına ve sadece Türkiye’de değil tüm dünya genelinde elektrikli araba şarj istasyonuna olan ihtiyacın da aynı oranda artış göstermesine ortam hazırlarken elektrikli şarj istasyonu yapımı da bu bağlamda birçok şirket tarafından artmaya başlamıştır.
Elektrikli araba şarj istasyonu, elektrikli araçlarınızın yakıtını elektrik enerjisiyle doldurmanızı sağlayan bir sistemdir. Bu teknolojik sistem sayesinde evinizde dinlenirken, iş yerinizde çalışırken aracınızın şarjını kolaylıkla ve hızlı bir şekilde doldurabilirsiniz. Ayrıca gittiğiniz güzergah üzerinde ticari olarak hizmet veren elektrikli şarj istasyonları sayesinde aracınızı şarj noktalarında da kolaylıkla şarj edebileceğiniz teknolojik sistemlerdir.
Elektrikli araç şarj istasyonu, bir nevi telefon şarj cihazına benzer. Dolayısıyla da bu sistemlerde elektrikli araçları şarj etmek son derece kolay olsa da maliyet ve enerji verimi birçok durum karşısında etkilenebilen hususlardır. Bu hususlar doğrultusunda uluslararası standartlara göre tüm dünya genelinde AC (Alternatif akım) ve DC (Doğru akım) olmak üzere iki şebeke kullanılır.
Elektrikli Araç Şarj İstasyonu Ücreti
Elektrikli araç şarj istasyonu ücreti, elektrikli araç kullanımının artmasıyla birlikte birçok sürünün en çok merak ettiği konulardan birisi haline gelmiştir. Günümüzde birçok firma elektrikli araç şarj üniteleri üretim ve kurulum hizmeti sunmaktadır. Ancak fiyatlar birçok hususa bağlı olarak değişkenlik göstermektedir.
Elektrikli araç istasyonu fiyatları, öncelikle modeller doğrultusunda belirlenir. Aracınızın modeli, tercih edeceğiniz şarj ünitesi gibi birçok husus ücretlerin kişiden kişiye ve araçtan araca değişkenlik göstermesinin en temel nedenleridir. Eğer ticari faaliyet gösteren araç şarj istasyonlarından birinde şarj dolumu yapacaksanız o halde şarj istasyonunun modeli ve kW derecesi, fiyatları doğrudan etkilemektedir.
AC Elektrikli Araç Şarj İstasyonu
AC yani alternatif akım, ev prizlerinin de içinde olduğu şebekelerdir. Elektrikli araçların şarj edilmesi hususunda DC istasyonuna göre daha ekonomik olsa da elektrikli araç şarj süresi daha uzun olmaktadır. AC Elektrikli Şarj İstasyonu elektrik şebekesinden gelen alternatif akımı, araçta bulunan bir dönüştürücü sayesinde doğru akıma dönüştürür ve bataryaya gönderir. Bu istasyonlarda enerji çıkışı en fazla 22 kW kadar olabilir. Bu kapasite şebekenin şarj hızı, çıkış gücü ve aracınızdaki akım dönüştürücüsünün gücüne göre değişkenlik gösterir.
Düşük kW sahibi olan bir şarj istasyonu sizin için yeterli olacak ise 3.7-2×22 kW desteği veren ve duvara montaj özelliği olan AC 22 kW Elektrikli Araç Şarj İstasyonu tercih edebilirsiniz. Ancak daha küçük boyutlu ve aynı zamanda kapsamlı bir şarj istasyonuna ihtiyacınız var ise o halde çıkış gücü 22 kW olan Elektrikli Araç Şarj İstasyonu sizin için ideal bir tercih olacaktır.
Taşınabilir Elektrikli Araç Şarj İstasyonu ise AC akımına sahip ve aynı zamanda kolay taşıma ve her yerde hızlı şarj etme olanağına sahip bir ürün olarak en çok tercih edilen modeller arasında yer almaktadır. Bu modellerin yanı sıra çantasında kolayca taşıyabileceğiniz aynı zamanda güvenilir bir taşınabilir şarj istasyonu arayışı içerisindeyseniz Taşınabilir Elektrikli Araç Şarj İstasyonu kendi çantasıyla kolay taşınabilir imkanı sunarken aynı zamanda elektrikli aracınızı güvenilir bir şekilde istediğiniz her yerde şarj etme imkanı sunar.
Her elektrikli araçta mutlaka bir dönüştürücü bulunur ve bu dönüştürücülere “araç üstü şarj cihazı” adı verilir. Bu dönüştürücüler AC akımını DC akımına dönüştürerek araç bataryasına gönderir ve bu sayede aracın şarjının dolması sağlanır. Günümüzde en fazla kullanılan şar yöntemi olmakla birlikte elektrikli araçların birçoğu AC (alternatif akım) enerjisiyle dolmaktadır.
DC Elektrikli Araç Şarj İstasyonu
DC elektrikli araç şarj istasyonu, aynı zamanda araç bataryasının kapasitesine göre de değişmekle birlikte 1 ila 4 saat gibi kısa bir sürede şarj eden şebekedir. Şebekeden gelen alternatif yani AC akım istasyonda doğru akıma dönüştürülür ve araç bataryasına iletilir. Bu nedenle de AC şebekesine göre dolum süresi daha kısa ve hızlıdır.
AC şebekelerinde maksimum 22 kW kapasitesine çıkabilirken DC şebekelerinde bu kapasite 30 ila 300 kW arasında değişkenlik gösterir. Ancak DC şebekeleri üst modeller olduğundan ücretler de AC şebekelerine göre daha maliyetli olmaktadır. Bununla birlikte DC akımına sahip tercih edebileceğiniz iki farklı model mevcuttur.
Pwr33 60-300kW Elektrikli Araç Şarj İstasyonu, orta güçte bir şarj istasyonu beklentinizi 120 kW desteği ile en üst seviyede karşılayacaktır. Ancak daha yüksek kW’a sahip bir ürün arıyorsanız o halde 300 kW destek vererek daha hızlı şarj imkanı sunan pwr33 300kW Elektrikli Araç Şarj İstasyonu sizin için alternatif bir seçenek olacaktır.
