BİLDİRİ DETAY

Metin TÜYSÜZ, Halil İbrahim OKUMUŞ
FOTOVOLTAİK SİSTEM İÇİN ARTTIRAN ÇEVİRİCİ TASARIMI VE MAKSİMUM GÜÇ NOKTASI İZLEYİCİSİ İLE KONTROLÜ VE OPTİMİZASYONU
 
Yeryüzündeki tüm güç kaynakları arasında en zararsız, en temiz ve bol olanı güneşten gelen enerjidir. Güneş enerjisi neredeyse bedava olduğu için, temel enerji kaynağımız olarak yerini almıştır. Günlük yaşamımızda geniş bir uygulama alanına sahip olup, güneş enerjisi performansını etkileyen bazı faktörler vardır. Bunlardan en önemlileri güneş ışığı eğimi, yük değişimleri, hava kütlesi ve hücre sıcaklığı gibi koşullardır. Güç dönüştürücü birimler, hücrelerden güç aktarımını düzenlemek için PV hücreleri ile ilişkilendirilmelidir. Güç çevirici ünitesinde anahtarlama cihazının iletim periyodunu sürekli olarak düzenleme yeteneğiyle, güç çıkışını maksimuma ulaştırmak için maksimum güç noktası izleme sistemleri kullanılır. Bu sistemler maksimum güç noktası izleyiciler (MPPT) olarak adlandırılmaktadır. MPPT sistemlerinde kullanılan algoritmalar, güç dönüştürücünün iletim sürelerini kontrol ederek, güçteki değişim ve değişimdeki hata gibi PV hücrelerinin çıkış değişken kombinasyonları ile güç dönüştürücünün iletim periyodunu kontrol ederek PV hücrelerinin güç çıkışlarını maksimuma çıkarır. Değiştir gözle ve artımsal iletkenlik gibi MPPT algoritmaları, bulunmakla birlikte, bulanık mantık ile yapılan kontrol sistemleri daha verimli olması ve az osilasyona sebep olması nedeniyle tercih edilmektedir. Bulanık mantık denetleyicilerinin özellikleri, insan düşüncesini simüle etme yeteneklerine göre yapılır. Konvansiyonel kontrolörlerden farklı olarak, bulanık kontrolörler, sistemin matematiksel modelini anlamak zorunda kalmadan, değişken adımlardaki kontrol sinyallerini tasarlamak için deneysel yöntemleri ve sonuçlarını kullanabilirler. Amaç: Bu çalışmanın amacı, 35 kW fotovoltaik sistem güç değeri için dc-dc artıran çeviricinin tasarlanması ve güç dönüştürücü devresinde kullanılan güç anahtarlama cihazının görev oranının ayarlanması için bulanık mantık kontrol teorisi kullanan bir güneş MPPT sisteminin tasarlanmasıdır. Tasarlanan arttıran çeviricinin PID denetimi ile çalışması gösterilmiştir. Bulanık MPPT denetleyicileri, PV panelinden voltaj ve akım sinyallerini okuyarak gereken bulanık giriş değişkenleri üretir. Bulanık giriş değişkenleri daha sonra güç çıkarımını en üst düzeye çıkarmak amacıyla PV panelinin çalışma noktasını ayarlamak için görev oranı komutunun artışını hesaplamak için kullanılabilir. Kapsam: Güneş enerji sisteminde dc bara gerilimini sabit tutmak için arttıran çeviricilerin kullanımı gerekmektedir. Bu çeviricilerin değişen güneş ışınımı, sıcaklık değerleri için kontrollerinin yapılması büyük önem ihtiva etmektedir. Bu amaçla farklı kontrol tekniklerini benzetimleri yapılarak en etkin benzetim yöntemi bulunacaktır. Bu çalışmada, PV maksimum güç noktası izleme sistemleri iki ana başlık altında incelenmiştir: ilk olarak, dc-dc arttıran dönüştürücünün tasarımı ile endüktans, kapasite, diyot ve mosfet elemanlarının değerlerinin ve özelliklerinin belirlenmesi ile devrenin bulanık mantık, artımsal iletkenlik ve MPPT’siz çalışma durumlarına ait performanslarının karşılaştırılmasını içermektedir. Sınırlıklar: Simülasyon çalışmasının uygulamasının yapılması yüksek maliyet gerektirdiğinden, simülasyon çalışmasına ait uygulama yapılamamıştır. Yöntem: 35 KWlık Güneş enerji sistemi için tasarım gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada bulanık mantık tabanlı fotovoltaik enerji sisteminde kullanılan arttıran (boost) dönüştürücü tasarımı, MPPT'nin bulanık mantık, değiştir-gözle ile tasarımı ve iyileştirilmesi ile en iyi sistem performansını elde etmek için kullanılan yöntemler ele alınmıştır. Bulanık çıkarım sistemi parametreleri en iyi verime ulaşabilmek için optimize edilmiştir. Önerilen bulanık mantık tabanlı MPPT'nin fotovoltaik enerji çalışma durumunda, farklı çalışma koşulları altında performansı artımsal iletkenlik ve MPPT’siz çalışma durumuyla karşılaştırılmış ve performansının iyileştirilmesi ele alınmıştır. Gerekli bulanık giriş değişkenleri bulanık MPPT denetleyicileri tarafından oluşturulup PV modülünün akım ve gerilim ölçümleri, bulanık çıkarım sistemi ile bulanık girişlere dönüştürülmüştür. Daha sonra bu bulanık girdiler, görev oranının artışını tahmin etme sürecinde kullanılmıştır. Bulanık kontrolörlerin tasarımları seçilen giriş değişkenlerine göre değişir. Giriş değişkenleri olarak güçteki hata ve hatanın değişimi seçilirken çıkış olarakta görev çevrim oranı değişimi seçilmiştir. MATLAB Simulink kullanılarak önerilen MPPT topolojisi uygulanmış ve girdi ve çıktı üyelik fonksiyonlarının sınırları ve türleri belirlenmiştir. Bu üyelik fonksiyonlarının belirlenmesinden sonra, negatif büyük, negatif küçük, sıfır, pozitif küçük, pozitif büyük (NB, NS, ZE, PS, PB) isimleri ile gruplandırılmıştır. Bulgular: Güneş enerjisi için tasarımı yapılan arttıran çevirinin PID ile denetimi yapılmış ve doğruluğu gösterilmiştir. Değişen güneş ışınımı ve sıcaklık şartlarında güneş enerji sistemin bulanık mantık ile yapılan MPPT tekniğinin artımsal iletkenlik yönteminden daha verimli sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Her iki yöntemin de MPPT’siz çalışmadan daha verimli olduğu gösterilmiştir. 35 KWlık Güneş enerji sisteminde üretilen enerjinin şebekeye bağlantısı gerçekleştirilmiş ve yapılan ölçümlerde toplam enerji kabul edilebilir kayıplarla şebekeye aktarılmıştır. Sonuç: Bu çalışmada; güneş enerji sistemlerinin sürekli olarak MGN’de çalışmasını sağlayacak, bulanık mantık tabanlı MGNİ sistemi tasarlanmış ve sistemin performansını iyileştirmek için çeşitli üyelik fonksiyonları denenmiştir. Yüksek doğruluklu izleme ve çalışma koşullarındaki değişimlere hızlı cevap verebilmek için bulanık mantık denetimini farklı bir MPPT yöntemi olan artımsal iletkenlik yöntemiyle ve MPPT’siz çalışma performansları karşılaştırılmıştır. Fotovoltaik sistem, ortak DC barada birleştirilmiş ve şebekeye bağlı çalışmasında geçerliliği kanıtlanmıştır. Bulanık denetleyici tarafından üretilen kontrol çıkışı optimize edilmiştir. Çalışma noktası, maksimum güç noktasından uzak olduğunda, kontrol sinyalinin artışının adım büyüklüğü daha büyük ve çalışma noktası, maksimum güç noktasına yakın olduğunda, adım boyutları daha küçük olmaktadır. Bu sayede maksimum güçte ve düşük osilasyonda güç üretimi sağlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik enerji sistemi, Arttıran çevirici, PID denetim, Bulanık denetim, Maksimum güç noktası izleyici.



 


Keywords: