Şebekeden bağımsız rüzgâr, güneş ve hidrojen kaynaklı hibrit enerji sisteminin analizi
Analysis of a stand-alone wind-solar and hydrogen hybrid power system
Yazar: ERKAN DURSUN
Danışman: PROF. OSMAN KILIÇ ; DOÇ. DR. HALUK GÖRGÜN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Şebekeden bağımsız rüzgâr ve güneş enerji sistemleri, kullanım kapasitelerinin düşük olmasından dolayı, üretilen enerjinin depolanması ile birlikte üçüncü bir yedek enerji sistemine ihtiyaç duyarlar. Rüzgâr türbini, fotovoltaik paneller ve yedek enerji ünitesini proton geçirimli membran (PEM) tipi hidrojen yakıt pilinin oluşturduğu şebekeden bağımsız hibrit enerji sistemlerinin, değişken meteorolojik şartlara ve değişken yüklere hızlı cevap verebilecek güç akış kontrol algoritmalarına gereksinimleri vardır. 
Bu tez çalışmasında, hibrit güç sisteminin akü grubu enerji verimliliği, üç farklı güç kontrol algoritması kullanılarak araştırılmıştır. Sistemde yer alan proton geçirimli membran tipi elektrolizör Matlab-Simulink ortamında modellenerek, sistemin hidrojen üretim kapasitesi hesaplanmış ve deneysel yolla üretilen hidrojen miktarı ile karşılaştırılmıştır. 
Tez temel olarak dört ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, tezin amacı, tez konusu ile ilgili literatürde yer alan örnekler, sistemi oluşturan elemanlar sırasıyla tanıtılıp, sistemin kurulum aşaması ve veri toplama-işleme düzeneği sırasıyla açıklanmıştır. İkinci bölümde, şebekeden bağımsız hibrit enerji sistemini oluşturan elemanların matematiksel denklemleri ve eşdeğer devreleri verilmiştir. Üçüncü bölümde uygulama aşamasında kullanılan üç farklı güç kontrol algoritması tanıtılmış ve akü grubunun enerji verimliliği için en iyi sonucu veren algoritma diğerleri ile karşılaştırmalı olarak ortaya konulmuştur. Bu kontrol algoritmasına göre akü grubunun enerji verimliliği % 85?e ulaşmıştır. Tezin sonuç bölümünde sistemin yıllık hidrojen üretim kapasitesi, Matlab-Simulink ortamında oluşturulan modelleme aracı ile bulunmuştur. Yapılan hesaplamaya göre sistemin yıllık hidrojen üretim kapasitesi, İstanbulun 2010 meteorolojik şartlarına göre 34,3 kg olarak hesaplanmıştır. Oluşturulan model ile ölçülen gerçek değerler karşılaştırmalı olarak ortaya konulmuştur. Yapılan karşılaştırmada ortalama hata karesi (MSE) 8.28e-7 olarak hesaplanmıştır. Önerilen model, şebekeden bağımsız hibrit enerji sistemlerinin değişken meterolojik şartlardaki hidrojen üretim kapasitelerinin hesaplanabilirliği açısından örnek teşkil etmektedir.

Abstract:
Due to its low capacity factors and variable meteorological conditions, stand-alone wind and solar energy systems are requires backup power system and power flow control algorithms, which is replacement proton exchange membrane (PEM) type hydrogen fuel cell. This study presents different power management strategies of a stand-alone hybrid power system. The system consists of photovoltaic (PV) panels, a wind turbine and a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). PV and wind turbine is the main supply for the system, and the fuel cell performs as a backup power source. Therefore, continuous energy supply needs energy storing devices. The state of charge (SOC), charge-discharge currents are affecting the battery energy efficiency. In this study, the battery energy efficiency is evaluated with three different power management strategies using Matlab-Simulink. PEM type electrolyzer are modeled in Matlab-Simulink environment, hydrogen production capacity of the system is calculated and compared with the amount of hydrogen produced experimentally. Thesis mainly consists of four main sections. In the first chapter, the examples in the literature, introduced elements that constitute the system, system installation and data collection phase of the assembly process is described. In the second chapter, system parts that make up the hybrid energy system established mathematical equations and equivalent circuits. In the third chapter, we have been introduced different power control algorithm that gives the best result for the battery's energy efficiency, as compared with others. This control algorithm, the battery's energy efficiency reached by 85%. An annual production capacity of hydrogen in the system was created in the Matlab-Simulink environment with the modeling tool.