Soğuk zincir taşımacılığında kullanılan mobil soğutuculu konteynerler, özellikle ilaç, gıda ve biyolojik ürünlerin güvenliğini sağlamak açısından kritik öneme sahiptir. Ancak bu sistemler, enerji verimliliği ve karbon ayak izi açısından da değerlendirilmeli ve optimize edilmelidir. Mobil soğuk zincir lojistiğine olan artan talep, özellikle derin dondurucu koşulları gerektiren sıcaklığa duyarlı ürünler için yenilikçi ve sürdürülebilir soğutma çözümlerini zorunlu kılmaktadır. Geleneksel dizel yakıtlı üniteler, sağlam olmalarına rağmen, sera gazı emisyonlarını ve operasyonel maliyetleri arttırmaktadır. Artan enerji maliyetleri ve sürdürülebilirlik hedefleri doğrultusunda, soğutma sistemlerinde kullanılacak güç mimarisi artık çok daha stratejik bir seçim hâline gelmiştir. Doğru sistem seçiminde sadece ilk yatırım maliyeti değil, operasyonel enerji verimliliği ve karbon emisyonu da dikkate alınmalıdır.

Bu çalışmada, -20°C ile -30°C arasındaki sıcaklıkları koruyan 10 m³’lük bir mobil konteyner için beş farklı soğutma sistemi konfigürasyonunun enerji tüketimi ve karbon emisyonu açısından karşılaştırmasını sunuyoruz. Hangi sistem daha verimli? Hangi konfigürasyon daha çevreci? Tüm detaylarıyla birlikte inceliyoruz.

1. Dizel Motor Tahrikli

2. İnvertörlü AC Motorlu ve Batarya Destekli

3. DC Motorlu (invertörsüz) ve Batarya Destekli

4. İnvertörlü AC Motor + Batarya + Güneş Enerjisi Destekli

5. DC Motor (invertörsüz) + Batarya + Güneş Enerjisi Destekli

İlgili tüm elektrikli ve hibrit senaryolar için sabit bir 20 kWh Li-ion batarya kapasitesi dikkate alınmıştır. Li-ion batarya için birleşik ortalama şarj/deşarj verimliliği ortalama %90 olarak varsayılmıştır (Battery University, n.d.). Güneş enerjisi entegrasyonu, mobil konteynerin sınırlı çatı alanı (3.5m x 2.1m) nedeniyle az sayıda panel kullanılabileceği elde edilebilecek maksimum panel voltajı değerinin bile MPPT eşik voltaj değerinin altında kalacağı göz önünde bulundurularak, PWM (Pulse Width Modulation) şarj kontrolörlerinin kullanılacağı öngörülmüştür. Aynı zamanda mobil sisteme özgü gölgelenme ve seyahat sırasında değişen güneş açılarının dinamik etkileri ile ilgili kısıtlar dikkate alınmıştır.

Bu konfigürasyonda dizel motor, yakıttaki kimyasal enerjiyi soğutma kompresörünü çalıştırmak için mekanik işe dönüştürür. Soğutma kompresörü doğrudan dizel motor tarafından tahrik edilir. Bu sistem elektrik şebekesinden bağımsız çalışır ve soğutma işlemleri için batarya depolaması kullanılmaz.

Mobil konteyner uygulaması için %30'luk bir termal verimlilik varsayılmıştır (Lira, n.d.)

AC motorlu senaryolarda (Senaryo 2 ve 4) için, kompresör hızını kontrol etmek amacıyla bir invertör (Değişken Frekanslı Sürücü) kullanılmaktadır. Soğutma kompresörü, invertör tarafından kontrol edilen bir AC motorla tahrik edilir. Birincil güç kaynağı elektrik şebekesidir. 20 kWh'lik Li-ion batarya ise yedek güç sağlamaktadır.

Yapılan fiziksel testlerde invertör kayıplarının pratikte %15-%20 aralığında olduğu görülmüş; invertör verimliliği %82.5 olarak kabul edilmiştir. AC motor verimliliği ise %92 olarak varsayılmıştır. İnvertör tarafından tahrik edilen AC motor için birleşik verimlilik ise %75.9 olarak hesaplanmıştır (Danfoss, n.d.; Rigid HVAC, n.d.).

DC motorlu senaryolar (Senaryo 3 ve 5) için kullanılan fırçasız DC (BLDC) motorlarda yüksek verimlilik temel bir özelliktir. Soğutma kompresörü doğrudan bir DC motor tarafından tahrik edilir. Sistem, birincil güç kaynağı olarak elektrik şebekesinden (bir AC-DC doğrultucu aracılığıyla) veya 20 kWh'lik Li-ion bataryadan güç alır. Sistemde ayrıca bir invertör bulunmaz. Bu da özellikle batarya veya güneş enerjisi gibi DC kaynaklardan dönüşüm kayıplarını azaltır. Bu sistem bir AC şebekeye bağlandığında ise bir AC-DC doğrultucuya ihtiyaç duyulur ki burada bazı dönüşüm kayıpları söz konusudur.

BLDC motor verimliliği %95 olarak varsayılmıştır (Reddit, n.d.; Rigid HVAC, n.d.).

Bu hibrit konfigürasyon, Senaryo 2'nin temel özelliklerini (invertörlü AC motor ve 20 kWh Li-ion batarya) güneş enerjisi üretimiyle birleştirir. Güneş panelleri, konteynerin çatısına monte edilmiştir ve bataryayı şarj ederek veya doğrudan soğutma sistemine güç sağlayarak şebeke bağımlılığını azaltır.

Bu hibrit konfigürasyon, Senaryo 3'ün temel özelliklerini (DC motor ve 20 kWh Li-ion batarya) güneş enerjisi üretimiyle birleştirir. Güneş panelleri doğrudan DC motoru besleyebilir veya bataryayı şarj edebilir, bu da en az enerji dönüşüm adımıyla yüksek verimlilik sağlar.

Yapılan hesaplamalar ve varsayımlar ışığında, her senaryonun günlük enerji ve karbon ayak izi aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:

Senaryo 1 (dizel tahrikli) en yüksek karbon emisyonuna sahiptir. Dizel motorlar ayrıca CO2'nin ötesinde yerel hava kirleticileri (NOx, PM, SOx) üreterek daha geniş bir çevresel ve sağlık yükü oluşturur. Bu durum, dizel sistemlerin sürdürülebilirlik açısından en az tercih edilen seçenek olduğunu göstermektedir.

Şebeke elektriği ile çalışan sistemler (Senaryo 2 ve Senaryo 3), dizel sistemlere kıyasla daha düşük karbon emisyonu sunmaktadır. Özellikle DC motorlu sistem (Senaryo 3), invertörsüz doğrudan çalışma yeteneği sayesinde daha az enerji dönüşüm kaybı yaşayarak AC motorlu sisteme (Senaryo 2) göre daha verimlidir. İnvertörlü AC motorların kendi dönüşüm kayıpları olsa da, değişken hızlı çalışma yetenekleri sayesinde genel sistem verimliliğini önemli ölçüde artırarak enerji tasarrufu sağlaması dikkate değerdir.

Güneş enerjisi entegrasyonu (Senaryo 4 ve Senaryo 5), şebekeden tüketilen enerji miktarını azaltarak karbon emisyonunu önemli ölçüde düşürmektedir. En düşük karbon emisyonu, güneş enerjisiyle desteklenen DC motorlu sistemde (Senaryo 5) gözlemlenmiştir. Bu, mobil soğutma için çevresel performansı artırmada yenilenebilir enerjinin kritik rolünü vurgulamaktadır.

Konteynerin sınırlı çatı alanı, kurulabilecek güneş paneli sayısını kısıtlamaktadır. Ayrıca, panel voltajının MPPT eşiğinin altında olması nedeniyle PWM şarj kontrolörü kullanımı, güneş enerjisi hasadında %5 ve %30 arasında önemli bir verimlilik kaybına sebep olmaktadır (DIY Solar Forum, n.d.; Morningstar Corp., n.d.; Solar 4 RVs, n.d.). Mobil bir konteynerin hareketli doğası ve değişen güneş ışınları açısı ile gölgelenme gibi faktörler, pratikte güneş panellerinin performansını daha da düşürmektedir. Dolayısıyla, şebekeden veya bataryadan hala önemli miktarda ek enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır.

20 kWh Li-ion batarya, tüm elektrikli senaryolarda kritik bir tampon görevi görmektedir. Bataryanın yüksek şarj/deşarj verimliliği %90 kabul edilmiştir. LiFePO4 0,5 C şarj/deşarj hızında %95-98'i bulmaktadır (Battery University n.d.). Bu da enerji depolama ve dağıtımında verimli bir çözüm sunmaktadır. Batarya, güneş enerjisinin yetersiz olduğu veya şebeke bağlantısının olmadığı zamanlarda sürekli soğutma sağlayarak sistem güvenilirliğini artırmaktadır.

Düşük karbon ayak izi ve yüksek enerji verimliliği göz önüne alındığında, Senaryo 5 (İnvertörsüz DC Motor, Batarya ve Güneş Enerjisi Destekli Soğutma) en ideal seçenek olarak öne çıkmaktadır. Doğrudan DC motor ile tahrik edilen kompresör ve güneş enerjisi entegrasyonu, enerji tüketimini ve çevresel etkiyi en aza indirmektedir.

Mobil konteynerlerde güneş enerjisinin potansiyelini tam olarak kullanmak için, mümkünse daha yüksek Vmp değerine sahip paneller tercih edilmelidir. Esnek veya katlanabilir paneller gibi mobiliteye uygun çözümler de değerlendirilebilir.

Batarya ömrünü uzatmak ve sistem verimliliğini optimize etmek için akıllı batarya yönetim sistemleri (BMS) entegre edilmelidir. Bu sistemler, şarj/deşarj oranlarını ve batarya sağlığını izleyerek performansı en üst düzeye çıkarabilir. 1C ve altında şarj/deşarj hızı seçilmesi hem yüksek enerji verimliliği sağlayacak hem de batarya ömrünü uzatacaktır (NenPower, 2025).