PV sistemlerdeki MPPT performansının interleaved dönüştürücü ile artırılması
Increasing MPPT performance in PV systems with interleaved converter
Yazar: ALPER ÇANDIR
Danışman: PROF. DR. SELİM BÖREKCİ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Güneş enerjisi yenilenebilir enerji kaynakları arasında en çok tercih edilen kaynaklardan biridir. Güneş enerjisi ile elektrik üretimi için PV paneller kullanılır. PV panellerin çıkış güçleri ortamdaki ışınım miktarı, sıcaklık ve bağlanan yüke göre değişiklik gösterir. Değişen çıkış güçlerine rağmen, panellerin içinde bulunduğu sıcaklık ve ışınımda üretebildikleri bir maksimum güç değeri bulunmaktadır. MPPT (maksimum güç noktası izleme) uygulamaları ile değişen ışıma ve sıcaklıklarda PV panellerden maksimum güç elde edilebilmektedir. MPPT üzerine hem akademik hem de ticari olarak üretilmiş pek çok çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada PV paneller için MPPT işlemini gerçekleştiren, her katı kritik akım modunda çalışan 4 katlı interleaved boost dönüştürücü tasarlanmıştır. Kritik akım modu ile sıfır akımda anahtarlama yapılarak anahtarlama kayıplarında azalma sağlanırken, interleaved yapı ile panelden çekilen akım dalgalanmasının azaltılması sağlanmıştır. Tasarlanan dönüştürücünün kritik akım modunda çalışması open loop kontrol metodu ile sağlanmış, paneli maksimum güç noktasına ulaştırması için ise değiştir-gözetle (P&O) ve kısa devre akım (SCC) metotlarının beraber kullanıldığı bir hibrit MPPT algoritması tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem hem simülasyon ortamında hem de gerçek ortamda test edilmiştir. Simülasyonda PLECS programı kullanılmıştır. Gerçek ortamda yapılan testler sonucunda tasarlanan dönüştürücünün MPPT veriminin %98 olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca tasarlanan 4 katlı kritik modda çalışan interleaved dönüştürücü, panelden aynı akım dalgalanmasını çekecek şekilde tasarlanmış bir tek katlı sürekli akım modunda çalışan geleneksel boost dönüştürücü ile simülasyon ortamında karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda, çalışmada tasarlanan ve her katında 1mH bobin bulunan 4 katlı kritik modda çalışan interleaved boost dönüştürücünün panelden çektiği akımdaki dalgalanma 0.07A bulunmuştur. Panelden aynı akım dalgalanmasını geleneksel tek katlı sürekli modda çalışan boost dönüştürücü 11.4mH bobin ile sağlayabilmiştir.

Abstract:
Solar energy is one of the most preferred renewable energy sources. PV panels are used to generate electricity with solar energy. Output power of PV panels varies according to the amount of radiation in the environment, temperature and connected load. Despite the varying output powers, there is a maximum power value that the panels can produce in the temperature and radiation they are in. With MPPT (maximum power point tracking) applications, maximum power can be obtained from PV panels at varying irradiance and temperatures. There are many studies on MPPT produced both academically and commercially. In this study, a 4-phase boost converter that performs MPPT operation for PV panels and operates in critical current mode is designed. While the switching losses are reduced by switching at zero current with the critical current mode, the current ripple drawn from the panel is reduced with the interleaved structure. The operation of the designed converter in critical current mode is ensured by the open loop control method, and a hybrid MPPT algorithm, in which perturb and observe (P&O) and short circuit current (SCC) methods are used together, is designed to bring the panel to the maximum power point. The designed system has been tested both in the simulation environment and in the real environment. PLECS program was used in the simulation. As a result of the tests carried out in the real environment, it has been observed that the MPPT efficiency of the designed converter is 98%. In addition, the designed 4-phase converter is compared with a conventional boost converter operating in a single-stage continuous current mode designed to draw the same current ripple from the panel in the simulation environment. As a result of the comparison, the ripple in the current drawn from the panel of the interleaved boost converter, which is designed in the study and works in the 4-phase critical mode with 1mH inductor on each floor, was found to be 0.07A. The same current ripple from the panel can be achieved with the 11.4mH inductor of the boost converter operating in the traditional single-phase continuous mode.