Okumaya Başlamadan Önce!
Bu yazıda geçen Li-Ion bazlı bataryalar ile ilgili temel kavramlara dair daha detaylı bir bilgi için - Temel Batarya Kavramları ve Nitelikleri isimli yazımızı okuyabilirsiniz.
“Basitleştirilmiş Batarya Degradasyon Hesaplama” adlı bu çalışmamız Li-Ion özellikle de LFP tipindeki bataryaların eskime (degradasyon) hesabı için basit bir fikir sağlama amacı ile ile Ratio Enerji uzmanları tarafından hazırlanmıştır. Gerçekte batarya degradasyonu ve eskimesi çok daha karmaşık bir konu olup, çok kapsamlı simülasyonlar ve mühendislik hesapları ile hesaplanan bir değerdir. Bu çalışmada yer alan bilgi ve açıklamalardan dolayı Ratio Enerji A.Ş. ye sorumluluk iddiasında bulunamaz. Konu ile ilgili daha kapsamlı bilgi edinmek için ratiosim.com adresimizi ziyaret edebilir ya da contact@ratioenergy.co adresinden uzmanlarımız ile iletişime geçebilirsiniz.
Basitleştirilmiş Batarya Eskime (Degradasyon) Hesabı
Giriş
Bir batarya üreticisi / EPC’den teklif aldığınızda genellikle basit olarak şuna benzer eskime değerleri görürsünüz:
- Örnek 1: SOH@EOL % = %60 (EOY20) * 1Cycle / Day
- Örnek 2: 0.5P - Number of cycles / year = 365 - SoH@ 10Y %81.4 - SoH@ 20Y = %70.28
- Örnek 3: 0.33P Constant power charge/discharge at %50 DoD & below 40℃ 7300 Cycle EoL
Firmanın ne kadar ayrıntı paylaşmak istediğine bağlı olarak yalnızca bu kadar kısa bilgilerle yetinebilir veya sayfalarca ayrıntılı döngü ömrü tabloları görebilirsiniz. Ancak yukarıdaki satırlar, ilk bakışta yeterli görünse de kritik parametrelerin çoğunu atlar.
Nedir Bu Degradasyon?
Bataryalarda degradasyonun fiziko-kimyasal olarak ne olduğu ve gerçekte ne anlama geldiği ile ilgili daha önceki yazılarımızda değinmiştik. Bu yazımızda ise ilgili degradasyonun santral sahibi / işletmecisi nezdinde daha çok önem arz eden yanlarına değineceğiz.
Li-Ion bataryaların eskimesi (degradasyon) iki ana başlık altında ele alınabilir.
- Kullanıma Dayalı Eskime (Cycle Aging)
- Zamana Dayalı Eskime (Calendar Aging)
Kullanıma Dayalı Eskime - Cycle Aging
Kullanıma dayalı eskime, bataryanın her bir döngü ile ömrünün ne kadar azalacağını ve efektif kapasitesinin ne kadar düşeceğini takip etmeyi sağlar. Burada dikkat edilmesi gereken, her döngünün eşit olmadığı gerçeğidir. Örneğin
- Ortam sıcaklığı 25℃ iken gerçekleşen 1 döngü ile 40℃ iken gerçekleşen bir döngü,
- Batarya %50 doluluğa sahipken %90’a çıkıp tekrar %50’ye inmesi ile; %10 doluluğa sahipken %50 doluluğa çıkıp tekrar %10 doluluğa inmesi şeklinde gerçekleşen döngü,
- Bataryanın bir süredir çalışmadığı durumdaki 1 döngü ile, 1 saat önce halihazırda çalışırken tekrar eden saatte yapılan 1 döngü,
bataryanın ömrünü aynı şekilde etkilemez.
Bu nedenle, üreticiler genel olarak kullanıma bağlı eskime değerlerini verirken aşağıdakine benzer bir tablo sunarlar.
Tablo 1: Örnek degradasyon tablosu (gerçek veriler gizlilik nedeni ile değiştirilmiştir)
Daha basit proje ön teklif dokümanlarında ise bu değer 1C’de 6000 döngü, 0.5C’de 8000 döngü vb. olarak toplu şekilde yazılır ve her döngünün ortalamada benzer koşullarda gerçekleşeceği varsayımına dayanır.
Zamana Dayalı Eskime - Cycle Aging
Her eşyada olduğu gibi bataryalarda da takvim ömrü dediğimiz, kullanımdan bağımsız gerçekleşen bir eskime söz konusudur. Bugün aldığınız bir Li-Ion sistem, hiç kullanılmasa dahi 2 yıl sonra aynı performans ve verimlilikte çalışmayacaktır.
Li-Ion bataryaların şebeke ölçekli sistemlerdeki yaygın kullanım alanlarının çoğunda bataryalar haftada en az 1-2 döngü yaptığı için, Takvim Yaşlanması sebebiyle batarya eskimeleri Cycle Aging’ e kıyasla görmezden gelinecek kadar az bir etkiye sahiptir. Bu nedenle üreticiler genellikle bu kapsamda çok detaylı bir bilgiyi sağlamak yerine, ‘10 Yıl’ raf ömrü gibi basite indirgenmiş değerler sağlamaktadır.
Biz de bu yazımızda bataryaların eskimesinin döngü sayısı temelinde nasıl gerçekleştiğine dair basit bir hesap sağlayıp, takvim yaşlanmasına (calendar aging) değinmeyeceğiz.
Doğru Degradasyon (Eskime) Hesabı Neleri İçermeli?
1. Neden “Tek Satırlık” Ömür Verileri Yetersizdir?
Li-ion bataryalar, sıcaklık, akım şiddeti, bekleme süresi ve hücre kimyasına bağlı olarak çok boyutlu fiziko-kimyasal süreçlerle yaşlanır. Bu yüzden, “SOH@EOL %60 (20 Yıl, 1 cycle/gün)” gibi özet satırlar karar vermek için asla yeterli değildir.
2. Tam Bir Eskime Analizi İçin Gerekli Temel Parametreler
Teklif aldığınız EPC/üretici bu başlıklarda veri paylaşmıyorsa, Garanti/SLA görüşmelerinde yazılı olarak talep edin. Bu veriler olmadan garanti ifadeleri pratikte uygulanamaz.
3. Lineer Eskime Varsayımının Riski
Çoğu “hızlı hesap” (bakkal hesabı) her döngüde eşit oranda kapasite kaybı olduğunu varsayar. Gerçekte ise:
- Erken dönem (ilk 100 – 1 000 döngü): Kimyasal dengeye geçiş kaynaklı ani SoH düşüşü.
- Orta dönem (nominal ömür): Görece daha yavaş lineer kayıp.
- Geç dönem (EoL’e yakın): Elektrolit bozulması & SEI kalınlaşması ile ivmelenen kayıp.
Bu üç faz, tek satırlık “7 300 cycle → EoL” ifadesine bakılarak anlaşılmaz.
4. Verimlilik ve Hızlanan Eskime Etkileşimi
SoH düştükçe hücre iç direnci artar, dolayısıyla verimlilik azalır. Aynı net enerji için bataryaya giren-çıkan brüt enerji artar → çevrim sayısı fiilen yükselir → eskime hızı daha da hızlanır.
5. Çözüm: Döngü Bazlı Simülasyon
RATIO SIM, her döngüyü ayrı ayrı ele alarak:
- Anlık DoD, sıcaklık, C-rate ve dinlenme süresini okur,
- Hücre kimyasına özel yaşlanma fonksiyonlarını uygular,
- Verimlilik-SoH geri beslemesini hesaba katar,
- Yıllara yayılmış gerçekçi kapasite kaybı ve garanti doğrulama raporları üretir.
Böylece bankaların talep ettiği bankable feasibility dokümanları ve EPC ile imzalanacak garanti şartnameleri için sayısal, izlenebilir ve güvenilir bir temel sağlar.
Basitleştirilmiş Eskime (Degradasyon) Hesabı
Ön teklif aşamasında çoğu üretici ayrıntılı yaşlanma eğrilerini paylaşmaz. Yine de kabaca bir “bakkal hesabı” yaparak farklı teklifleri karşılaştırmak veya hızlı bir ön fizibilite çıkarmak mümkündür.
Aşağıdaki adımlar, elinizde yalnızca toplam döngü sayısı ve EoL (End-of-Life) SoH bilgisi varsa izleyebileceğiniz pratik bir yöntemdir. Örnek olarak 100MWh’lik enerji kapasitesine (rated energy) sahip bir batarya ele alalım. Bu bataryanın kullanıma dayalı eskimesini hesaplamak için aşağıdaki varsayımları kullanalım:
1. Varsayımlar
2. İlk Günkü Efektif Kapasite
- E_eff,0 = Rated Energy × DoD × Efficiency
- E_eff,0 = 100 MWh × 0.90 × 0.90 = 81 MWh
3. EoL’de (SoH %60) Efektif Kapasite
- E_eff,EoL = E_eff,0 × SoH_EoL
- E_eff,EoL = 81 MWh × 0.60 = 48.6 MWh
Özetle batarya ömrünün sonunda ilk günkü efektif kapasitenin % 40’ı kaybolur.
4. Döngü Başına Ortalama SoH Kaybı
Toplam SoH düşüşü = 100 % – 60 % = 40%
Ortalama SoH kaybı / döngü = 40% / 6 000 ≈ 0.0067 %
- 1 döngü/gün ⇒ yaklaşık 0.0067 % günlük SoH azalışı
- 2 döngü/gün ⇒ değer iki katına çıkar, vb.
Not: Bu hesap lineer varsayıma dayanır. Gerçekte Li-ion hücrelerinde ilk ve son evrelerde eskime hızı genellikle daha yüksektir.
5. Döngü Başına Ortalama SoH Kaybı
- Her tedarikçi için (ΔSoH / Toplam Döngü) oranını bulun.
- Aynı DoD ve sıcaklık koşullarını varsayarak kim daha yavaş lineer kayıp sunuyor, karşılaştırın.
- Nihai sözleşme öncesinde ayrıntılı sıcaklık, C-rate ve DoD profilini talep edin ve RATIO SIM gibi döngü-bazlı modellerle sonuçları doğrulayın.
Bu basit yaklaşım, eksik veriyle dahi teklifleri ilk elemeden geçirmenizi sağlar; ayrıntılı garanti müzakeresi içinse mutlaka tam parametre setini istemeyi unutmayın.
Türkiye’ye Özel Kapasite Kriteri
5. Yıl ≥ %85 – Sonrasında ≥ %80 Teslim Edilebilir Kapasite
“Elektrik Piyasası Dengeleme ve Uzlaştırma Yönetmeliğinde Değişiklik Yapılmasına Dair Yönetmelik” ile DUY’a eklenen 81/A maddesinin ikinci fıkrasına göre
Bu “kapasite”, SoH değil, bataryanın şebekeye verebileceği aktif enerjinin, lisans sözleşmesinde belirtilen AC güçe oranıdır. Aşağıdaki örnekler, aynı DoD (%5–95 SoC),round-trip verimlilik (%90) ve C-rate varsayımlarıyla (aksi belirtilmedikçe 1 cycle/gün) mevzuata uymayan ve uyması muhtemel senaryoları gösterir.
Basitleştirilmiş Eskime Hesabı – Vaka Çalışmaları
Ortak Varsayımlar
- Min SoC / Max SoC : 5 % / 95 %
- DoD : 90 %
- Round-Trip η : 90 %
- SoH@EoL : %70
- Cycle Life (1 C unless noted) ⇒ 7 000 (Örnek 1-2) / 10 000 (Örnek 3)
Formül (gün 1):
Efektif Kapasite = DC_Energy × DoD × η
Örnek 1 — 10 MW / 10 MWh
❗ Uygun Değil — Batarya, daha ilk günden %85 eşiğinin altında.
Örnek 2 — 10 MW / 12.35 MWh
⚠️ Sınırda — İlk 5 yıl koşulu karşılanır; 13. yılda %80’in altına düşeceği için repowering gerekebilir.
Örnek 3 — 10 MW / 24.7 MWh (0.5 C, 2 yarım döngü/gün)
✅ Uygun — Daha düşük C-rate, aynı enerji throughput’una rağmen eskimeyi yavaşlatarak kapasiteyi uzun yıllar mevzuat üstünde tutar.
Öne Çıkan Dersler
- DoD + Verimlilik kısıtları dâhil edilmediğinde “5 yıl → %85” hedefi kolayca kaçırılabilir.
- Başlangıç DC-MWh’si lisans gücünün oldukça üstünde tasarlanırsa(oversizing), mevzuata uymak daha kolaydır ancak yatırım maliyeti artar.
- C-rate düşürmek (yüksek güç yerine yüksek enerji)çevrim başına stres düşürür → daha düşük eskime hızı.
- Gerçek projede, sıcaklık & çalışma profili dâhil tam yaşlanma modeli kullanmak ve garanti sözleşmelerini bu modele dayandırmak kritiktir.