Dünya üzerinde hızla tükenmekte olan petrol kaynakları, enerji sektöründe yeni arayışlara yol açarak alternatif enerji kaynaklarının kullanımı ve petrol tüketiminin azaltılması yönünde çalışmaları hızlandırmıştır. Petrol tüketimini azaltmak ve gelecekte oluşabilecek potansiyel enerji krizlerinin önüne geçmek için günümüzde elektrik enerjisi ile çalışan yüksek verimli otomobiller geliştirilmeye başlanmıştır. Trafikteki araçların tükettikleri enerji miktarı göz önüne alındığında ortaya devasa rakamlar çıkmaktadır. Elektrikli araçların yaygınlaşması ve yanmalı motorlu araçların yerini alması ile bu devasa enerji, her bir aracın içersinde tüketilen yanma enerjisi yerine, üretim, iletim ve dağıtım gibi süreçleri içeren elektrik enerjisinden karşılanacaktır. Bu nedenle elektrikli araçların enerji ihtiyaçlarını karşılamak için şarj istasyon sistemleri bir ihtiyaç olarak ortaya çıkmaktadır. Bu noktada şarj istasyon sistemleri elektrik enerjinsin dağıtım alt yapısı, enerji kalitesi kontrolü, araçların hızlı veya normal hızlarda yüksek güvenlikte şarj edilmesi ve şarjın ücretlendirilmesine kadar olan bir süreci içermektedir.

Elektrikli araçların otoyollarda yerini almaya başlaması ile beraber bu araçların şarj ihtiyacının karşılanması amacıyla kurulan alt yapı yatırımları önemli ölçüde artış göstermektedir. Oluşturulacak olan şarj alt yapısı, otomobil tüketicilerinin şarj bitmesi ve yolda kalma kaygılarını azaltarak bu teknolojiye yönelmeleri sağlayacak ve elektrikli araçlar hızlı bir şekilde yaygınlaşacaktır. Elektrikli araç teknolojisinin yaygınlaşmasında büyük bir etken olan şarj sistemi alt yapısı, içersindeki her bir bileşenin birbiriyle uyumlu, güvenli ve kontrollü olduğu bir sistem olmalıdır. Bu gerekleri yerine getirmesi için sistemin şarj ünitesinden yola çıkarak, elektrik şebekesi ve haberleşme ağı ele alınacaktır.

ŞARJ İSTASYON SİSTEMİ

Şarj istasyon sistemi, elektrik enerjisi alt yapısı ve tesisatı ile başlayan, araçlara enerji akışını ve kontrolünü gerçekleştiren üniteler ve bunların haberleşme alt yapısı ile neticelenen bir yapıdır. Bu yapı içersinde, enerji alt yapısı, şarj kapasitesini karşılayabilir kapasitede alçak gerilim tesisatını içermektedir. Bu tesisat, elektrik panosu ve şarj ünitelerini besleyen kablo ya da Busbar sistemlerini içermektedir. Ayrıca, enerji kalitesi unsurlarını yerine getirmek amacıyla kompanzasyon ve harmonik filtreleme üniteleri de bu tesisat içersinde mevcuttur.

ŞARJ ÜNİTESİ

Şarj ünitesi, enerjinin elektrikli araca akışını insan ve teknik alt yapı açısından güvenli olarak gerçekleştiren ekipmandır (Şekil 2). Şarj üniteleri Avrupa, Amerika ve Japonya gibi dünyanın çeşitli bölgelerinde farklılık gösteren yapılarda üretilmektedir. Bu farklılıklardan en önemlisi DC ve AC şarj türleridir. Japonya CHAdeMO standardını benimsemiş olup, araçları doğru akım ile şarj eden üniteler geliştirmiştir. Bu şekilde araçlara 62.5 kW’a kadar enerji aktarımı yapabilmektedir[1]. Avrupa’da benimsenen IEC 62196 standardı ise AC şarj gerçekleştirmekte olup 3 faz 43.5 kW’a kadar enerji aktarımı yapabilmektedir[2]. Amerika ise SAE J1772 standardı ile 19.2kW’a kadar şarj yapabilmektedir[3]. Bu standartlaşmalar sonucu şarj işlemi süresi Tablo 1’de görüldüğü üzere şarj gücüne ve türüne göre farklılık göstermektedir.

ŞARJ İSTASYONLARININ ENERJİ ŞEBEKESİNE ETKİLERİ

Elektrikli araçların, klasik araçların yerini alması ile trafikte tüketilen yakıt enerjisinin yerini de elektrik enerjisi alacaktır. Bu durum, enerji talebinde önemli bir artış anlamına gelmektedir. Bu talebin karşılanması, belli bir süreç ve basamakları içerecektir. Artan enerji talebi etkisi önce enerji dağıtım şebekesi üzerinde gösterecektir. Trafolarda ve diğer şebeke elemanları üzerinde aşırı yüklenmeler meydana gelecektir. Bu nedenle şarj istasyon kurulumu yaparken, bölgesel kapasite ve yüklenme durumları göz önüne alarak projelendirilme yapılması gerekir. Dağıtım şebekelerin artan şarj istasyonları ile tam kapasite kullanılması iletim şebekesinde aşırı yüklenmeye neden olacak ve neticesinde kayıplar ve gerilim düşümleri meydana gelecektir. Bu durumda trafoların çevirme oranları yeniden düzenlenmesi gerekecektir. Enerji talebinde yükselen bu artış enerji üretim kapasitesini zorlayacaktır ve yeni santraller gereksinimini ortaya çıkaracaktır. Bu sürecin minimum problem ile işletilmesi için analiz ve tahminleri içeren bir planlamanın yapılması ve bunu destekleyen hukuki alt yapının kurulması şarttır. ŞARJ SÜRES İ ENERJİ KAYNAĞ I GERİLİ M MAKSİMU M AKIM 6-8 Saat Tek Faz - 3,3kW 230 VAC 16A 2-3 Saat Üç Faz - 10kW 400 VAC 16A 3-4 Saat Tek Faz - 7kW 230 VAC 32A 1-2 Saat Üç Faz - 24kW 400 VAC 32A 20-30 Dakika Üç Faz - 43kW 400 VAC 63A 20-30 Dakika DC - 50kW 400-500 VDC 100-125A Enerji talep artırışının beraberinde getireceği problemlerin yanında enerji kalitesi problemlerinin de ortaya çıkması olasıdır. Her biri güç elektroniği yapısında olan elektrikli araç akü şarj devreleri, nonlineer yük olup şebekedeki toplam harmonik distorsiyonunu arttıracaktır. Enerji kalitesini düşüren bu durumun engellenmesi için gereken harmonik filtre cihazlarının kullanım teşviki ve yasal zorunlulukların getirilmesi gerekecektir.