Fotovoltaik sistemlerde güç verimliliğinin arttırılması için gerçek zamanlı bir izleme sistemi tasarımı
Power efficiency monitoring and analysis of photovoltaic systems through hardware and internet based software
Yazar: ERSİN ERÇEL
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ERİŞTİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Fotovoltaik = Photovoltaic ; Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Günümüzde gelişen teknolojiye beraber fotovoltaik sistemlerin enerji kaynağı olarak kullanımı oldukça yaygın hale gelmiştir. Bu sebeple büyük ölçekli güneş enerjisi ile çalışan santraller kurulmaktadır. Bu santrallerden elde edilen enerjinin sürekliliği, işletim giderlerinin azaltılması ve üretim verimliliğinin en iyi şekilde sağlanması önemli konular haline gelmiştir. Bilindiği üzere olası arızalar anlık güç kayıplarına ve maddi kayıplara neden olmaktadır. Fotovoltaik enerji santralleri maksimum verimlilik ve süreklilik gerektiren sistemledir. Maksimum enerji üretimini sağlayabilmek ve verimliği artırabilmek için sistemin eş zamanlı takibi gerekmektedir. Sistemdeki olası arızaların takibi, bu arızaların bulunduğu yerin tespiti ve bakım zamanı periyotlarının belirlenmesi için haberleşme altyapısına sahip, yenilikçi ve kolay uygulanabilir izleme sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Sistem şalterlerinin konumlarının, sistemin akım, gerilim ve güç bileşenlerinin ayrıca anlık enerji değerlerinin ölçüm grafiklerinin gözlenmesi sistem takibi açısından önemlidir. Hata tespiti için, bu grafiklerin merkezi bir maksimum verim referans cihazının grafiğiyle karşılaştırılmasının yapılması gerekmektedir. Sistemden gelecek olan veriler arasındaki karşılaştırmalar, kullanıcıya arıza durumları ve bakım durum bilgilerini net olarak izleyebilmesini ve dolayısıyla maksimum verimin elde edilmesini sağlamaktadır. Bu sebeple, gerçek/eş zamanlı ve karşılaştırmalı analiz yapabilen bir sistemin Fotovoltaik sistemlerde yaşanabilecek arızalara zamanında müdahale edilebilmesi açısından faydalı bir uygulama olacağı düşünülmektedir.
Bu tez çalışmasında LabVIEW programı aracılığıyla fotovoltaik sistemlerden gerçek zamanlı veri alınmıştır. Alınan veriler programın ön yüzüne anlık değerler olarak aktarılmıştır. Gerçek zamanlı veriler işlenerek grafikleri arayüzde yine gerçek zamanlı oluşturulmuştur. Fotovoltaik sistemin farklı çevre koşullarına göre almış olduğu değerler gözlenmiştir. Alınan veri değerlerine göre arıza durumları programlanmıştır. Arızaların oluşturulan arayüzde anlık uyarı olarak görünmesi sağlanmıştır. Fotovoltaik sistemin PLC(programlanabilir mantıksal denetleyici) cihazı ile uzaktan kontrolü yapılarak dizinlerin ölçüm değerleri alınmıştır. Bu değerler birbiri ile karşılaştırılarak dizin hatalarının oluşumu gözlenmiştir. Yine PLC cihazı kullanılarak sistem kesicilerinin anlık izlemesi ve kontrolü tasarlanmış ve uygulanmıştır. Sisteme internet özellikli modem eklenerek uzaktan izleme ve kontrol özelliği sağlanmıştır. Sistemden elde edilen verilerin değerleri piranometre cihazından alınan değerle karşılaştırılarak fotovoltaik sistemin verimlilik çalışması yapılmıştır. Yapılan analizlerle fotovoltaik panellerin tozlanma kayıpları ve temizlenme süreleri tespiti için yazılım çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen veriler yorumlanarak sistemin daha verimli çalışma durumları analiz edilmiştir.

Abstract:
Today, with the developing technology, the use of photovoltaic systems as an energy source has become quite common. For this reason, large-scale solar power plants are being established. The continuity of the energy, reducing the operating costs and ensuring production efficiency in the best way have become important issues. As it is known, possible malfunctions cause instantaneous power and financial losses. Simultaneous monitoring of the system is required in order to ensure maximum energy production and increase efficiency. Innovative and easily applicable monitoring systems with communication infrastructure are needed in order to monitor possible malfunctions which are in the system, to detect the location of these malfunctions and to determine the maintenance time periods. In terms of system monitoring, it is important to observe the measurement graphics of the system switch positions, current, voltage, power components and instantaneous energy values. In order error detection, it is necessary to compare these graphs with the graph of a central maximum efficiency reference device. Comparisons of the data from the system provide to the user to clearly monitoring the fault and maintenance status information and to obtain maximum efficiency, thus. For this reason, it is thought that a system that can perform real / simultaneous and comparative analysis will be a useful application in terms of timely intervention in the failures that may occur in photovoltaic systems.
In this thesis, real-time data was obtained from photovoltaic systems through the LabVIEW program. The received data were transferred to the pre-scada of the program as instantaneous values. By processing real-time data, graphics are created in real-time in the interface. The values taken by the photovoltaic system in different environmental conditions were observed. Fault conditions are programmed according to the received data values. The measurement values of the indexes were taken by remote control of the photovoltaic system with the PLC device. Faults are provided to appear as instant warnings in the created interface. By comparing these values with each other, the formation of index errors was observed. Instant monitoring and control of system breakers was designed and implemented using PLC device. Remote monitoring and control feature was provided by adding internet-enabled modem to the system. The efficiency study of the photovoltaic system was carried out by comparing the values obtained from the system with the value obtained from the pyranometer device. Software studies have been carried out to determine dusting losses and cleaning times of photovoltaic panels. By interpreting the obtained data, more efficient working conditions of the system were analysed.