Simulation of maximum power point tracking with buck-boost convertor for thermoelectric generators

Enerji çevrim verimliliği %10’lara kadar çıkabilen endüstriyel Termoelektrik Jeneratörler (TEJ) atık ısılardan elektrik enerjisi elde ediniminde kullanılarak enerji verimliliğine katkıda bulunurlar. TEJ iç direnci ile yük direncinin eşit olmaması verim değerini oldukça düşürür. İç direnç ile yük direnci arasındaki dengesizliğin ortadan kaldırılması veya en aza indirilmesi için Maksimum Güç Noktası İzleyici (MGNİ) algoritmaları kullanılır. Bu çalışmada, iç direnç ile yük direnci arasındaki eşitliği sağlamak için Karıştır ve Gözlemle (K&G) metodu temelinde MGNİ algoritması, alçaltan-yükselten çevirici kullanılarak MATLAB/Simulink ile modellenmiştir. İlk olarak, Seebeck sabitine ve sıcaklık farkına bağlı olarak bir TEJ modellemesi yapılmıştır. Bu modellemede, seri ve paralel bağlanacak TEJ’ler belirlendikten sonra, TEJ modelinin çıkışına doğrudan değişken yük direnci bağlanmıştır. Yük direnci ve sıcaklık farkı değişim değerleri için çıkış gücü hesaplanmıştır. Bu durumda, MGNİ’siz TEJ’in yük değişimlerinden oldukça etkilendiği tespit edilmiştir. Verim değeri de buna bağlı olarak sürekli salınımlar yapmıştır. Daha sonra, bu sıcaklık farkı değişimi ve değişken yük K&G MGNİ’li alçaltan-yükselten çevirici sistemine uygulanmıştır. Geliştirilen K&G MGNİ algoritmalı TEJ’in yük ve sıcaklık değişimlerine rağmen Maksimum Güç Noktasını (MGN) %98.72 bir doğrulukla izlediği görülmüş ve TEJ en yüksek verimlilikle her koşulda çalıştırılmıştır. Geliştirilen bu K&G MGNİ algoritması ile kontrol edilen, alçaltanyükselten çeviricili bir TEJ sisteminin modeli sayesinde tasarımcılar için yalnızca Seebeck sabitinin ve seri-paralel bağlı TEJ sayılarının girilmesinin yeterli olacağı bir benzetim çalışması sunulmuştur. Industrial Thermoelectric Generators (TEGs) with up to 10% energy conversion efficiency contribute to energy efficiency by using electrical energy to obtain heat from waste heat. The TEG internal resistance and the unequal load resistance considerably reduce the efficiency. Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithms are used to eliminate or minimize the imbalance between internal resistance and load resistance. In this study, the MPPT algorithm was modeled with MATLAB/Simulink by using the buck-boost converter to ensure the matching between internal resistance and load resistance based on Perturb and Observe (P&O). First, a TEG modeling was performed based on the Seebeck constant and temperature difference. In this modeling, after determining the TEGs to be connected in series and parallel, the variable load resistance was directly connected to the output of the TEG model. The output power of the TEG is calculated for the load resistance and the temperature difference values. In this case, it was determined that TEG without MPPT was highly affected by the load changes. The efficiency value is therefore continuously oscillating. Subsequently, this temperature difference change and the variable load were applied to the TEG system buck-boost converter with P&O MPPT. The TEG system with P&O MPPT algorithm was observed to track the Maximum Power Point (MPP) with an accuracy of 98.72% despite load and temperature changes. Thanks to the developed TEG system modeling of the P&O MPPT buck-boost converter, a simulation study is provided for the designers who will design the TEG system only to enter the Seebeck constant, seriesparallel connected TEG numbers.