Elektrikli Otomobil; Mevcut sorunlar ve gelecek

model-s

Sitemizi takip edenler ya da elektrikli otomobillerle ilgili ortalama üzeri bilgisi olanların bilebileceği üzere 2015 yılı itibariyle elektrikli otomobiller ilk çağlarını yaşamakta. Bugün dünyanın neresinde sokağa çıkarsak çıkalım göreceğimiz içten yanmalı motorlu arabalar da yaklaşık 90 yıl önce aynı çağlarını yaşamaktalardı. Geçtiğimiz 90 yılda evrimsel ve çoğu radikal birçok değişiklik yaşadılar. En başta konfor ve verimlilik olmak üzere katbekat ileri gittiler. İçten yanmalı motora göre evrimsel değil devrimsel ve yıkıcı olan elektrikli otomobil teknolojisi de ilk çağını yaşadığına göre akla ister istemez peki ya elektrikli otomobillerin geleceği nasıl olacak sorusu geliyor. Bu yazımda elektrikli arabaların teknolojik olarak gideceği yönü ve elektrikli otomobillerin biraz da olsa teknik kısmını tartışacağım.


 

1923 yılında üretilmiş bir Ford Model T

İçten yanmalı motorları en popüler yapıp dünyanın her köşesine yayan devrimsel araba Ford Model T – 1923 model

İçten yanmalı motorlar tartışmasız en çok gelişimi kompleks motorların verimliliğinde yakaladıysa da elektrikli otomobiller için durum biraz daha farklı. Şuan için elektrikli otomobillerin en iyisi Tesla Model S (bize sorarsanız dünyadaki en iyi araba) ortalama tüketimi sıcaklık, hız ve kullanıma göre değişkenlik göstermekle birlikte 220Wh/km civarı. Bu rakam günümüzün en verimli benzinli motorlarının tüketimini de Wh/km’ye çevirdiğimizde çok etkileyici bir enerji tüketim değeri. Günümüzde 100km’de ortalama 7 litre yakıt tüketen bir benzinli otomobilin enerji tüketim değeri olarak gerekli çevirmeleri yaptığımızda 616wH/km değerine ulaşıyoruz. 3 kata yakın bir fark. (bu çevirinin açıklaması için aşağıda enerji yoğunluğu kısmını okuyabilirsiniz)

ELEKTRİKLİ OTOMOBİL GÜÇ TÜKETİMİ İLE İLGİLİ DAHA FAZLA BİLGİ İÇİN

Elektrikli motorlar (Tesla’nın kullandığı Alternatif Akım Endüksiyon Motoru) çok basit temellere dayalı motorlardır. İçten yanmalı motorların aksine hareketli parçaları çok az; motor yağı, oksijen, benzin karışımı, piston, filtre, kayış, buji tarzı işi komplikeleştiren parçaları yok ve en büyük avantajı bütün tork’un yine içten yanmalı motorların aksine sıfır devirden itibaren ayağınızın altında olması.

Bu gibi sebepler yüzünden içten yanmalı motorlar sadece son 10 yılda bile inanılmaz gelişmeler gösterip ortalama 12lt/100km‘den, 7lt/100km tüketim değerlerine düşebilmişken elektrikli motorlarda verimlilik alanında dramatik gelişmelere yer yok. Çünkü zaten bu haleriyle basitleştirilmiş ve verimli haldeler. Verimlilik değerini daha net bir örnek ile tanımlamak gerekirse elektrikli bir motor harcadığı enerjinin %85‘i civarını harekete çevirebilirken en verimli içten yanmalı motorlar bile %25‘i geçmekte zorlanıyorlar. Peki ya motor verimliliğinde ciddi potansiyel yoksa gelecekte en çok gelişme hangi alanda görülecek? Ya da daha doğrusu, elektrikli otomobiller önündeki en kısıtlayıcı sorun ne?

Enerji Yoğunluğu

eski elektrikli araba reklamı

1920’li yıllardan elektrikle çalışan araba reklamı

Çoğu kişi bilmese de aslında otomobiller ilk olarak Edison tarafından elektrikli olarak vizyonlanmıştı ama sonraları özellikle Ford Model T’nin yapabildiklerine kıyasla karşılanabilir bir fiyatı olması ve petrolün inanılmaz enerji yoğunluğu elektrikli arabaları 100 yıl kadar erteledi. Otomobil gibi genelde bir tondan ağır taşıtları ciddi hızlara çıkartmak için tabii ki ciddi enerjiye ihtiyacımız var ve petrol bunu o günün aşırı verimsiz içten yanmalı motorlarıyla bile fazlasıyla karşılıyordu.

Peki pillerin enerji yoğunluğu ile petrolünkini nasıl kıyaslayacağız?

Fizik veya mühendislik uzmanlık alanım olmasa da enerji türleri birbiriyle MegaJul cinsinden(MJ) kıyaslanabiliyor. Tesla Model S ve Tesla Roadster‘da kullanılanlar gibi şarj edilebilir bir lithium-ion pilde, kg başına türüne göre değişkenlik gösterse de, 0.36 ila 0.88 MJ enerji depolanabiliyor. Buna karşılık bu rakam 1 litre benzinde 32.4MJ. Arada en iyi ihtimallerde bile 36 kat bir enerji yoğunluğu farkı var. Ama 36 katlık bu enerji yoğunluğu farkı elektrikli motorların müthiş verimi ile bir sorun olmaktan çıkıyor.

Daha net ve anlaşılır bir kıyas için direk elektrik birimlerine çevirirsek bir litre benzinde 8.8kWh enerji eşdeğeri mevcut. Piyasadaki en büyük pile sahip (dolayısıyla en uzun menzilli) elektrikli araba Tesla Model S‘in pili 85kWh iken rakiplerinden sadece birisi olan BMW 5 serisinde 70 litre yakıt depolama kapasitesi, yani düz bir hesapla 616kWh(!) eşdeğeri enerji depolama kapasitesi mevcut. Ya da diğer yönde çevirirsek Tesla Model S sadece 9.5 litrelik bir benzin deposuna sahip ve 2.5 tonluk gövdesi ile performans aracı olmasına rağmen elektrikli motorun müthiş avantajıyla 450km yakıt(elektrik) almadan gidebiliyor. Yani ortalamada petrol eşdeğeri tüketimi 2.0lt/100km’nin bile altında. BMW 5 serisinde 9.5litre benzin deposu olsa en fazla 120km bir depo ile gidebilirdi ama petrolün enerji yoğunluğu avantajı 70 litrelik bir depoya 600kWh’dan fazla enerjiyi rahatça yükleyip ağırlığını hafif tutmayı sağlıyor.

Peki bu kadar az enerji yoğunluğu ile bu kadar çok mesafe kat etmeyi sağlayan farklar nelerdir?

Model S’in 85kWh’lık enerji ile (~9 litre civarı benzin) 500km’ye yakın yol kat edebilmesini sağlayan verimli performans elektrikli motoru haricinde etmenler de var.

“ReGen” Frenleme

Tesla Model S ReGen fren yaparken (a

Tesla Model S ReGen fren yaparken hız göstergesindeki güç harcama kısmı negatife inip pillerin şarj olduğunu belirtiyor.

Bu özellik yine benzinli motorlarda asla olamayacak çok önemli bir özellik çünkü kayıp enerjiyi geri kazanmayı sağlıyor. Yukarıda da bahsettiğim gibi arabaların koca ve ağır gövdelerini hareket ettirmek için ciddi enerjiler harcıyoruz. Daha sonra yavaşlamak ve durmak için frene bastığımızda az önce hareket etmek için harcadığımız enerjiyi çöpe atmış oluyoruz. Bunun etkisi en çok dur kalk trafikte yaşanıyor.

Elektrikli arabalarda ise ReGen frenleme frenleri kullanmadan ayağınızı gazdan çekince arabayı yavaşlatırken ileri momentumunu kullanarak arabanın pillerini şarj ediyor. Yani dur kalk trafikte, ya da çıktığınız bir yokuşu inerken uğruna harcadığınız enerjiyi geri kazanıyorsunuz. Bu çok ciddi verimlilik sağlamanın yanında fren disklerinizi de eskitmiyor çünkü alıştıktan sonra neredeyse hiç kullanma ihtiyacı hissetmiyorsunuz.

Aerodinamik Avantajlar

Rüzgar tünelinde bir Tesla Model S. Rüzgarın nasıl çok sürtünme yaratmadan gittiğini görebilirsiniz.

Rüzgar tünelinde bir Tesla Model S. Rüzgarın nasıl çok sürtünme yaratmadan gittiğini görebilirsiniz.

Hava direnci her otomobilin verimliliğine etki etse de enerji yoğunluğu 36 kat kadar daha az olan elektrikli arabalarda aerodinamik olmanın önemi çok artıyor. Yüksek hızlarda daha büyük etkileri olan sürtünme ne kadar az olur ise o kadar verimlilik, yani menzil kazanılıyor. Model S alt kısmının tamamen pil olmasının avantajı (yani dümdüz) kapı kollarının kullanılmadığı zamanlarda gövde içine çekilmesi ve aerodinamikliğin dizayn sırasında ön planda tutulması sonucunda dünyadaki sürtünme katsayısı en düşük araba. Aslında hava sürtünmesinin azaltılmasındaki amaç yine harcanan enerjinin kaybını aynı ReGen frenlemede olduğu gibi minimuma indirmek. Çünkü araba ilerlerken karşıdan gelen rüzgar da arabaya eş bir kuvvet uygulayarak durdurmaya çalışıyor. Sürtünme de ne kadar az olursa kaybolan enerji o kadar az oluyor, verimlilik ve menzil artıyor. Yine aynı sebepten Tesla yeni çıkacak arabası Model X‘te dikiz aynalardan kurtulup onlar yerine kamera koymak istiyordu ve menzilde %6’ya kadar bir gelişme sağlayacaktı ancak bu konuda yasal sıkıntılarla karşılaştılar. (en son sızan görüntülerde aynalar olsa da yasal sıkıntıların aşılıp aşılamadığını bu yaz Model X çıkınca göreceğiz)

Maliyet

CEO Elon Musk tarafından 9 yıl kadar önce açıklanan Tesla Motors gizli ana planından da okuyabileceğiniz gibi Tesla’nın varoluş amacı elektrikli arabaları yaygınlaştırıp daha temiz ve iyi bir geleceğe geçmeyi hızlandırmak. Ama madem elektrikli motorlar ve teknoloji daha iyi, neden bu geçiş zaten kendi kendine Tesla olmadan olmuyor?

Cevap pek çok şeyde olduğu gibi para. Son yıllarda inanılmaz azalmış maliyetlere göre bile Model S üretiminde bütün pilin maliyetinin $12,000 civarında olduğu tahmin ediliyor. Bunun dışında pilin ağırlığını telafi etmesi için arabanın olabildiğince hafif, ve aynı zamanda dayanıklı olması lazım. Bunun çözümü de Model S’de aluminyum kullanarak yapıldı ancak aluminyum da maliyeti artıran en önemli etmenler arasında.

Geleceğe Bakış

Aslında Model S‘in mevcut 450km menzili kullanımlarının %99’u için fazlasıyla yeterli olsa da pillerin az enerji yoğunluğu yüksek hızda yapılan uzun süreli yolculuklarda problem olmaya başlıyor. Çünkü otomobilin hızı arttıkça havanın uyguladığı direnç artıyor, dolayısıyla o hızı sürdürmek, ya da daha da hızlanmak için gereken enerji katlarca artıyor. (ortalama 100km/s hızla giderken tek şarj ile 400km gidebiliyorken ortalama hızınız 160km’ye çıkarsa bu tek şarj menzili 250km altına düşebiliyor) Bu durumdayken bile elektrikli motorlar en verimli içten yanmalı motorun en verimli halinden çok daha verimli oluyor. Ama elektrikli arabalarda enerji yoğunluğu az olduğundan tüketim artınca menzil düşüşü daha göze batar oluyor. Yüksek hızlarda yaşanan bu hava direnci etmeni her arabada, hatta diğer arabalarda aslında daha fazla, olsa da petrolün 36 kat daha enerji yoğun olması bu özelliği petrolle çalışan arabalarda göze batmaz hale getiriyor.

Tesla Model S ve Tesla Roadster'ın hız vs. menzili. 4 senede yakalanan gelişmeyi görebilirsiniz. (Birimler 'mil' cinsindendir)

Tesla Model S ve Tesla Roadster’ın sabit hız vs. menzil grafiği. İki otomobil arasındaki 4 senede yakalanan gelişimi görebilirsiniz. (Not: Birimler ‘mil’ cinsindendir)

Ancak gelecek ümitsiz değil. 450 km menzil, hali hazırda bulunan ve hızla gelişen superchargerlar ve yakında gelecek pil değişimi programı ile mevcut Model S sahipleri uzun yol konusunda aslında sıkıntı çekmese de pil teknolojisi hızla gelişiyor. Son 4 yılda bile pillerin enerji yoğunluğunda %30 gelişme sağlanmış. Yani bundan 5 sene sonra Tesla Model S’in mevcut pil konfigürasyonu ile aynı ağırlık ve alanda 100kWh üstü, 120kWh piller bulmak hayal değil.(tek şarj ile 700+ km) Hatta bu daha bile kısa sürede gerçekleşebilir. Bu gelişmenin bir örneği Tesla’nın ilk otomobili Roadster‘a yapacağı 3.0 güncellemesi ile menzilini 550km üstüne çıkaracak olması.

Gerek pil yoğunluğu, gerek aerodinamik dizayn alanında gelişmeler yaşanmaya sürekli devam ediyor. Bir diğer problem olan maliyet probleminde bile gelecek optimist. Li-ion pil maliyetleri seneden seneye ucuzluyor ve Tesla’nın Nevada’da inşaatına başladığı 5 milyar $’lık Gigafactory pil arzını tüm dünyada iki katına çıkartarak maliyetlerde en az %30’luk bir ucuzlama sağlayacak. Bunun haricinde Model S’in piyasaya sunulduğu 2012 yılından beri maliyetler düşmekte ve Model S brüt marjları artmakta. İlk sene %10’larda olan brüt marj 2014 sonu itibariyle %30’lara dayanmış durumda.

Piller ucuzlayıp hafifledikçe, maliyetler azaldıkça 2017 sonuna doğru ilk Tesla Model 3‘leri göreceğiz ve tahmin edilen 35.000$’lık giriş fiyatı ile Tesla’nın misyonu olan herkes için elektrikli araba hayaline çok yakın olacağız.

Bundan 10 sene sonra sokakta bugün gördüğünüz her araba değersiz birer hurda olursa demişti dersiniz.

11 Cevaplar

  1. Sacit Boztaş diyor ki:

    Bataryası boş olan bir Tesla Model S, A şehrinden B şehrine gitmek istiyor. Tesla Model S ev tipi şarj ile 10 saatte 85 kWh bataryasını tamamen doldurabildiğine göre ve A ile B şehri arası 300 km olduğuna göre Model S minimum kaç saatte A şehrinden B şehrine gider?
    ( Model S in hız-menzil grafiği yukarıda verilmiştir. Süreye sarj süresi dahildir.)

    By Sacit

  2. ismail yiğitel diyor ki:

    Merhaba,
    Yaklaşık 9,01 saatte gideceğini düşünüyorum.
    Selamlar.

  3. newage diyor ki:

    neden ev tipi şarj,neden boş batarya.bu açıdan benzinli araçlar içinde sorunlu bir denklem kurabiliriz.mesela yağı değiştirilmemiş ve birçok peryodik bakım onarımı aksatılmış bir benzinli araç,tesladan daha dakik olamayacaktır.tarafsız eleştiri önemli.

  4. emin çiftçi diyor ki:

    Şu anda Elektrikli araç almak kar getirmiyor.nedeni ise nerede şarz edeceksin.
    şarzın bitti olduya yolda kaldın ne yapacaksın benim memleketim 800 km mesafede 6 kişilik aile ile
    yola çıktım şarzım bitti yolda şarz a taktım 8 saat otelde kalacağız 6 çarpı 100 tl otel ödeyelim bari ödemeyelim uçakla gidelim .
    Diyelimki arıza yaptı servisi ağı her yerde varmı
    Bu problemler biterse kesinlikle elektrikli araç alırım…

  5. Çağlar’in profil fotoğrafı Çağlar diyor ki:

    Şu an için maliyetler çok yüksek ve teknik alt yapı yetersiz. Ama şu anki teknoloji ile 2-3 seneye kalmaz Tesla daha ulaşılabilir bir araç olacağına inanıyorum.

  6. kerem diyor ki:

    Muhteşem! Hayaller gerçek oluyor!
    Sayfanın her satırını tekrar tekrar okudum Teslaya hayran kaldım, normal fiyatlara düştüğünde ise kesinlikle alırım.
    Madem hayaller gerçek oluyor bende yakın gelecekte bizi bekleyen ve ilk tesladan görmek istediğim hayalimi yazayım.
    Gelişmiş verimli güneş enerjisi panelleri ile kaplanmış (haftada toplasak ancak 5-6 saat araba kullandığımız düşünülünce kalan süreçte açık havada sürekli şarj olacak), kendi kendini şarj eden, motordan kurtulmanın sonucunda hem ön hem arkada iki adet gereksiz bagaj yerine yepyeni bir tasarımla kullanıcıya çok daha geniş bir iç hacim sunan bir tür karavana dönüşmüş birazcık nasa mars araçlarını andıran tarzda (her tür zemin koşulunda rahatlıkla gidebilmesi için) bir araç görmek isterim.
    Artık güvenlikli sitelerde trilyonluk beton mağaralara tıkılmaktansa hayatı sabit bir ev olmaktan çıkıp her yerin evi olduğunun farkına varan gelecek insanına yönelik. Kısaca araba teknolojisinde çağ açılmakta ama bu sürecin tamamlanması için cesur adımlar atılmalı ve şu klasik araba tasarımları artık tamamen terk edilmeli. dikkat edin oksijene havaya ihtiyaç duymadan çalışıyor elektrikli arabalar yani uygun donanımlı bu tip bir araçla bir gölde, denizde de gidebilirsiniz yapılabilecekler sınırsız sadece hayal edin geleceğin araçlarının aynı zamanda evlerimizde olacağına inanıyorum.
    Saygılar.

  7. Hebergeur diyor ki:

    Elektrikli otomobillerin sat?n alma fiyatlar? s?radan icten yanmal? motorlu otomobillerin fiyatlar?ndan oldukca pahal?d?r, hatta cesitli ulkelerdeki elektrikli otomobil icin devlet tesviklerine ragmen durum degismemektedir. Yuksek fiyat?n temel sebebi bataryalard?r.

  8. Oktay gursoy diyor ki:

    Arkadaşlar bende tesla s 85 var aracım şarj almıyor yardım eder bilecek bir arkadaş varmı

  9. Yayat Seyrek diyor ki:

    Vurdurmayi dene Oktay, alır o zaman.

  10. Ayna diyor ki:

    Çok güzel bir şekilde anlatmışsınız teşekkür ederim.

  11. Fatih diyor ki:

    Neden depozito piller kullanılmıyor? Bu sorunun cevabını bir türlü bulamadım. Zaten akar yakıt istasyonlarının bir ağı var. Buralara gidip on dk da boş pilimizi dolusu ile değiştirebilsek olamazmı?

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.