Enerji depolama

Enerji depolama işlemi bir cihaz veya depolama ortamı içerisinde enerjinin kimyasal, elektriksel veya ısıl gibi farklı formlarda saklanmasıdır[1]. Isıl enerji depolama enerjinin sürekliliğini sağlamak amacıyla sıcak su temininde, soğutma sistemlerinde ve güç üretim tesislerinde kullanılmaktadır. Isıl enerji depolama yöntemleri üçe ayrılmaktadır; termokimyasal, duyulur ısı ve gizli ısı. Duyulur ısıl enerji depolama, depolama ortamının sıcaklığının değiştirilmesiyle sağlanmaktadır. Duyulur ısıl enerji depolamaya verilebilecek en basit örnek bir tank içerisinde ısınan sıcak suyun gece kullanılmasıdır[1]. Tank içerisinde depolanacak toplam ısı enerjisi aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanabilir[1],

burada depolama ortamının kütlesi (kg), sıkıştırılmaz depolama ortamına ait özgül ısı (J/kgK), ve ise sırasıyla depolama ortamının başlangıç ve son sıcaklıklarını belirtmektedir.

Gizli ısıl enerji depolama uygulamalarında ise depolama ortamında sıcaklık ve faz değişimi işlemleri bir arada meydana gelmektedir. Faz değişimi katı-katı, katı-sıvı ve sıvı-gaz olarak üç şekilde gerçekleştirilebilir[2]. Uygulama kolaylığı ve hacim - basınç değişiminin düşük olmasından dolayı katı-sıvı (sıvı-katı) faz değişimi ısıl sistemlerde tercih edilmektedir[1]. Gizli ısıl enerji depolama sistemlerin kullanılan malzemeler faz değişim malzemeleri (FDM) olarak adlandırılmaktadır[3]. Gizli ısıl enerji depolama ortamında meydana gelen toplam enerji değişimi aşağıdaki şekilde tanımlanabilir[1]

burada ve katı ve sıvı fazın özgül ısı değerleridir (J/kgK). faz değişim malzemesinin erime veya donma sıcaklığı, ise faz değişim malzemesinin gizli ısısıdır (veya faz değişim entalpisi) (J/kg). Su için faz değişim gizli ısısı 333400 J/kg'dır[3].

Elektrik enerjisi depolama işleminde kondansatörler plakaları arasındaki yalıtkanın dielektrik katsayısına bağlı olarak değeri değişen elektrik yükünü depo edebilir ve bu özelliği ile küçük bir pile benzetilebilir. Kondansatöre bir DC kaynak bağlandığı zaman, kısa sürede yükü depolar ve dolar. Bu şekilde devreden ayrılan bir kondansatör yüklüdür ve plakaları arasında bir gerilim değeri okunur. İçindeki yükü ise kendisine bağlanan direnç değerine göre belli bir sürede boşaltır. Piller kimyasal maddelerden üretildiğinden yük üretimi yapar ve daha uzun süre dayanırlar. Kondansatörler ise devreye bağlandığı zaman kısa süre içinde yüklerini tüketirler, çünkü içlerindeki yük pile göre hem azdır hem de yeni yük üretimi yapamaz. Kondansatöre kısa devre yapıldığında bu yükün kıvılcım çıkartacak derecede hızlı aktığı görülür. Hem enerjiyi depolama hem de yükü aniden devreye sokma özelliklerinden dolayı, kaynağın devre dışı kalacağı durumlarda ve ani yük akışına ihtiyaç olan alanlarda kondansatörler kullanılabilir.

Fotoğraf makinesi flaşının ani patlaması kondansatör sayesindedir.

Fotoğraf makinesi flaşlarının çalışması için enerji depolayan araçlar kondansatörlerdir. Flaş, fotoğraf çekimi için ışığın yetersiz olduğu mekanlarda ortamın aydınlatılması için kullanılır. Fotoğrafın çekilmesi için mekanın sürekli aydınlık olması gerekmemekte, tam çekim anında sağlanan yüksek aydınlık düzeyi çekim için yeterli olmaktadır. Bu sebeple flaşa bağlanmış olan kondansatör çekim anında devreye sokulur ve depolanmış yüksek enerji bir anda boşaltılır, böylece anlık olarak yüksek aydınlık elde edilmiş olur. Kondansatörde depolanan elektrik enerjisinin çoğu ışık enerjisine bir kısmı da ısı enerjisine dönüşür, ancak flaş patladıktan sonra elle temasla flaşın ne kadar ısındığına bakılıp, depolanan enerjinin ne kadar büyük olduğu anlaşılabilir. Flaşın anlık olarak biriktirilen tüm enerjiyi harcaması kondansatör sayesinde olmaktadır. Kondansatörün aniden boşalması flaş ışığının parlak olmasını sağlar. Bundan dolayı flaşlar uzun süreli yanıp, lamba olarak kullanılamazlar, çünkü sadece bir anlık parlamaları için bile ihtiyaçları olan enerji yeterince yüksektir, dolayısıyla lamba olarak kullanılmaları çok daha yüksek enerji gerektireceğinden imkânsızdır.[4]

Hoparlörlerin kapandıktan sonra bir süre daha ses vermelerinin sebebi kondansatörlerdir.

Kondansatörler, elektronik alet herhangi bir sebeple kaynaktan ayrılırsa aletin bir süre daha işlev görmesini sağlamakta da kullanılır. Bunlara örnek olarak hoparlörler verilebilir. Dinlenilen sesin önemli olabileceği düşüncesiyle hoparlörlerde bulunan kondansatörler, kaynak gerilimi kesildiği zaman birkaç saniyeliğine de olsa höparlörün çalışmasını ve ses kaybı olmamasını sağlarlar. Hoparlörün çalıştığı süre boyunca depolanan kondansatör, kaynağın kesintiye uğramasının ardından depoladığı yükü hoparlöre verir ve böylece ses bir süreliğine kesilmez. Fişten çekilen hoparlörden hala ses gelmesinin nedeni budur. Ayrıca sesin birden değil de azalarak kesilmesi de yine kondansatörün karakteristiğine uygundur. Çünkü kondansatörün önünde bir yük varken deşarj olma grafiği doğal logaritmik şekildedir ve gittikçe sönen bir eğriye sahiptir. Bu kullanım şekli daha da genişletilebilir, farklı farklı kullanım alanları bulunabilir. Hoparlör sadece akılda daha iyi canlanabilmesi için bir örnektir.

Nokia 3510 daha büyük kapasiteli bir kondansatöre sahip olsa 5 saniyeden daha uzun süre saat hafızasını koruyabilir.

Bazı elektronik aletler ise hafızalarını korumak için kondansatörleri kullanırlar. Kondansatör, kendisini besleyen kaynak tükendiği zaman hafızasındaki bilgiyi kaybeden elektronik aletler için geçici de olsa çözüm oluşturur. Dijital kol saatleri, bazı bilgisayar parçaları, cep telefonları bu tür aletlere örnek olarak verilebilir. Dijital saatler ve cep telefonlarında bulunan kondansatör, aletlerin pilleri tükendiği zaman devreye girerler ve özellikle saat bilgisinin ve bazı önemli bilgilerin kaybolmaması için yüklerini harcarlar. Ancak bu tabii ki yeni pil tedarik edilene ya da kaynak yeniden bağlanana kadar belli bir sürede geçerlidir. Çünkü kondansatör belli bir süre sonra yeniden depolanmadığından boşalacaktır. Bazı cep telefonlarının pillerinin birkaç saniyeliğine çıkarılıp geri takıldığında açılışta saati hatırlaması, daha uzun süreli pilsiz bırakmada ise açılışta saati yeniden sormasının sebebi de budur. Çünkü kondansatör o hafızayı sadece birkaç saniyeliğine tutacak şekilde tasarlanmıştır.

Kondansatör ani yük boşalmaları yapabildiğinden laboratuvar ortamında deney ve yapay yıldırım oluşturma amacıyla da kullanılır. Bir yapay yıldırımda aktarılan yük miktarı ve oluşan gerilim o kadar büyüktür ki, bu yükü depolamak için metrelerce uzunlukta büyük kondansatör blokları ve bu kondansatörleri doldurmak için dakikalar gerekmektedir. Depolanan enerji bir anda kısa devre edilir ve bir noktaya hedeflendirilir, böylece yapay bir yıldırım oluşturulabilir.

Kaynakça
  1. Dinçer, İbrahim, Rosen, Marc (2011). Thermal energy storage: Systems and applications. 2nd edition. Hoboken, N.J.: Wiley. ISBN 978-0-470-97073-7. OCLC 671492294.
  2. Handbook of energy storage : demand, technologies, integration. Sterner, Michael., Stadler, Ingo. Berlin. ISBN 978-3-662-55504-0. OCLC 1121274742.
  3. Mehling, Harald; Cabeza, Luisa F. (2007). Paksoy, Halime Ö (Ed.). "PHASE CHANGE MATERIALS AND THEIR BASIC PROPERTIES". Thermal Energy Storage for Sustainable Energy Consumption. NATO Science Series (İngilizce). Dordrecht: Springer Netherlands: 257-277. doi:10.1007/978-1-4020-5290-3_17. ISBN 978-1-4020-5290-3.
  4. HowStuffWorks İnternet Sitesi How Camera Flashes Work - Kamera Flaşları Nasıl Çalışır?
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.