Fotovoltaik sistemler için parçalı gölgelenme durumlarında maksimum güç noktası izleyebilen şebeke bağlantılı yeni bir evirici tasarımı ve uygulaması
A new inverter design and implementation for grid connected photovoltaic systems with maximum power point tracking under partially shaded conditions
Yazar: MURAT ÜNLÜ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SABRİ ÇAMUR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fotovoltaik paneller güneş ışınımını elektrik enerjisine dönüştürmede düşük verimli olduğundan, fotovoltaik sistemin her bileşeni ayrı bir öneme sahiptir. Panellerden elde edilen enerji miktarını en yüksek seviyede tutmak için kullanılan maksimum güç noktası izleyicileri, fotovoltaik sistem içinde önemli bir rol oynamaktadır. Maksimum güç noktası izleyicileri fotovoltaik paneller doğrusal olamayan bir karakteristiğe sahip olduğu için gereklidir. Doğrusal olmayan bu karakteristik, paneller parçalı gölgelenme durumuna maruz kaldıklarında daha karmaşık hale gelmektedir. Bu yüzden gerçekleştirilen fotovoltaik sistemde ilk aşama, fotovoltaik panelleri homojen ışınım ve parçalı gölgelenme durumlarında, maksimum güç noktasında çalıştıracak bir izleyici tasarlamaktır. İkinci aşama ise, elde edilen maksimum gücün anlık olarak şebekeye aktarabilen ve uluslararası standartları karşılayan yüksek verimli şebeke bağlantılı eviricilerdir. 
Yapılan literatür incelemeleri ile elde edilen kazanımlar sonucunda, homojen ışınım değişimlerinde ve parçalı gölgelenme durumlarında maksimum güç noktası izleyecek yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Önerilen izleyicinin simülasyon çalışmasında kullanmak üzere FV panelin devre temelli parçalı doğrusal modeli oluşturulmuştur. Numerik analiz ile üretici bilgilerinde verilmeyen parametrelerin bulunmasından sonra elde edilen panel modeli ile gerçek panelin çıkış karakteristikleri karşılaştırılarak doğrulanmıştır.
Önerilen izleyicinin kullanılacağı şebeke bağlantılı eviriciler için literatür incelemesi yapılmış ve yeni bir Şebeke Komütasyonlu Evirici devresi tasarlanmıştır. Yapılan deneysel ve simülasyonlar sonuçları ile tasarlanan eviricinin, DA kaynaktan veya FV panellerden şebekeye birim güç faktöründe veya farklı güç faktörlerinde, toplam harmonik bozunumun (THB) uluslararası standartların altında (THBi < %5) olan sinüsoidal akım aktarabildiği gösterilmiştir. 
Tasarlanan eviricinin, sabit gerilim, artan iletkenlik ve önerilen maksimum güç noktası izleyici yöntemleri kullanılarak, homojen ışınım değişimleri ve parçalı gölgelenme durumları için simülasyon ve deneysel çalışmaları yapılmıştır. Sonuç olarak, FV sistemin önerilen MGNİ yöntemi ile tüm ışınım durumlarında geleneksel izleme yöntemlerinden farklı olarak gerçek maksimum güç noktasında çalıştığı ortaya konmuştur.

Abstract:
The efficiency of photovoltaic (PV) panel in conversion of solar radiation into electrical energy is low. Every photovoltaic system component has significant role because of the poor conversion efficiency. Maximum Power Point Trackers (MPPTs) play an important role in photovoltaic power systems in order to maximize the power output from photovoltaic panels. MPPTs are necessary because panels show a non-linear voltage-current characteristic with a unique point. Moreover, the voltage-current characteristic becomes more complicated under partially shaded conditions. As a result, the first stage of system is to design a tracker that enable the PV panels to operate effectively at maximum power under uniform radiation and partial shaded conditions. The second stage is inverter that a power electronic interface is required to connect the PV systems to the utility grid, and it inject the obtained maximum power from PV (dc) into the grid (ac) by ensuring international standards.
In consideration of literature investigations and experiences, a new MPPT method is developed for uniform radiation variations and partial shaded conditions. The circuit-based piecewise linear model of PV was built in MATLAB/Simulink in order to test simulation studies of the proposed method. The numerical method is used to define the unknown parameters of the PV panel using information from the datasheet. The output characteristics of this PV model were compared to real PV panel and verified.
The grid connected inverters for PV systems are discussed, and then a new Line Commutated Inverter (LCI), which overcomes the drawbacks of the conventional the line commutated inverter is designed. The experimental and simulation results confirmed the developed inverter's ability to inject sinusoidal current from PV panels or the dc supply to the grid at unity or different power factors. The total harmonic distortion (THD) of the injected currents for the different power factors is achieved less than 5%, which meet the international grid-connected standards.
The designed LCI circuit is performed with respectively, constant voltage (fractional open-circuit voltage), incremental conductance and the proposed MPPT methods under uniform irradiations and partially shaded conditions. Finally, the results confirmed that the designed grid connected inverter with the proposed MPPT method can track the real maximum power point under all irradiation conditions on the contrary the conventional MPPT methods.