Evsel uygulamalar için güneş enerji sisteminin geliştirilmesi
Development of solar energy system for domestic applications
Yazar: ÖMER KOÇHAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EVREN İŞEN
Kırklareli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Medeniyetin gelişimi insanlığın enerjiyi kullanma beceri, yöntem ve yoğunluğu ile doğrudan
takip edilebilir. İnsan yapabilmek için enerjiye muhtaçtır ve sanayi devriminden sonra barizleşen
bir olgu olarak bu ihtiyacın büyüklüğü ve nitelik çeşitliliği oldukça artmıştır.
Mevcut elektrik enerjisi üretiminin büyük çoğunluğu hidrokarbon temelli fosil yakıtlar ile sağlanmaktadır.
Bu kaynaklar yeryüzünde sınırlıdır ve kalan rezervleri elde etmek için gerekli
çaba ve masraf sürekli artmaktadır. Bu kaynakların enerji dönüşüm verimleri düşüktür ve çevreye
verdikleri zararlar oldukça fazladır. Bu nedenle, yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik
enerjisi üretimindeki payları hala düşük olsa da bu yöntemlerin kullanım oranını yükseltme hızı
hidrokarbon temelli enerji üretimine göre yüksektir.
Fotovoltaik sistemler, büyük ölçekli santraller şeklinde şebeke beslemek adına kurulabileceği
gibi bu çalışmanın odaklandığı alan olarak evsel kullanımlar için uygun uygulamalarda da gerçekleştirilebilir.
Evsel fotovoltaik sistemler, kolektif olarak enerji arzında önemli paylar elde
edebilirler. Bununla beraber evsel uygulamalar yüke yakın yerlere kurulmuş olacağından geleneksel
büyük santraller ve uzun iletim hatlarından kaynaklanan kayıpları en aza indirgeyebilirler
ve bu sistemler şebekenin henüz ulaşamadığı yerlerde etkin bir alternatif olabilirler.
Bu tez çalışmasında şebekeden bağımsız fotovoltaik elektrik enerjisi üretim sistemi önerilmiş
ve simülasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Sistemde 6 adet seri panel ve 2 adet paralel koldan
oluşan toplam 12 adet panel kullanılmıştır. Panellerden oluşan fotovoltaik dizi matematiksel
olarak modellenmiştir.
Panellerin çıkışında yükseltici DC-DC dönüştürücü kullanılmıştır. Bu dönüştürücü maksimum
güç takibi yöntemlerinden olan değişim ve gözlem (DeG) yöntemi ile kontrol edilmiştir. Böylece
farklı ışınım ve sıcaklık değerleri için panellerden maksimum güç çekilebilmektedir.
Sistemde enerji depo birimi olarak batarya yer almaktadır. Panellerde üretilen ve yükün talebinden
fazla olan enerji bataryalarda depolanmaktadır. Batarya ile DC bara arasında çift yönlü
enerji akışını kontrol edebilmek için çift yönlü DC-DC dönüştürücü kullanılmıştır. Böylece
bataryaların şarj ve deşarj akımı kontrol altında tutulabilmiştir.
Sisteminde çıkışında ise AC yükün enerji ihtiyacını karşılamak için tek fazlı tam köprü bir
evirici kullanılmıştır. Evirici çıkşındaki LC filtre ile 220 V büyüklüğünde ve 50 Hz frekansında
yük gerilimi elde edilmiştir.
Sistemin farklı koşullar altındaki çalışma performansını ortaya koyabilmek için panellerin ışınım
ve sıcaklık değerleri değiştirilmiştir. Farklı değerler uygulanarak panellerin enerji üretimi
ile yükün enerji talebi arasındaki denge değiştirilmiş ve bataryanın şarj ve deşarj olma durumları
gözlemlenmiştir. Yine bataryaların aşırı şarj ve aşırı desarj durumları ve bu durumlardaki
koruma algoritmalarının cevabı incelenmiştir.
Yapılan çalışma sonunda önerilen sistemin şebeke olmayan bir bölgede elektrik enerjisi ihtiyacının
sağlanmasında yeterli olacağı görülmüştür. Tez çalışması kapsamında sistem boyutlandırılması
yapılmamıştır. Sahada gerçekleştirilecek uygulamalarda yükün enerji ihtiyacının
kesintisiz olarak karşılanabilmesi için boyutlandırma yapılarak panel gücü ve akü kapasitesi
uygun değerlerde seçilmelidir.

Abstract:
The development of civilization can be tracked directly by the facilities, methods and intensity
of mankind's use of energy. In order to be able to do human beings are in need of energy and as
a phenomenon that becomes clear after the industrial revolution, the size of this need and the
variety of qualities have increased considerably.
Most of the current electric energy production is provided by hydrocarbon-based fuels. These
resources are limited on earth and the effort and expense required to obtain the remaining reserves
is constantly increasing. Conversion efficiency of them are limited and they has significally
irreversible damage effects on the environment. For this reason, although the share of renewable
energy sources in electricity generation is still low, the rate of increase of the ration of usage
of these methods is higher than the hydrocarbon based energy production.
Photovoltaic systems can be installed in the form of large-scale power plants for feeding network
, as well as suitable applications for domestic use as the focus of this study. Domestic
photovoltaic systems collectively can gain significant shares in energy supply. However, since
domestic applications will be installed close to the load, losses from traditional large power
plants and long transmission lines can be reduced to the greatest, and these systems can be an
effective alternative where the network has not yet reached.
In this thesis, a off-grid photovoltaic systems is proposed and simulation study is carried out.
A total of 12 panels, consisting of 6 serial and 2 parallel arms, are used in the system. The
photovoltaic array consisting of panels is mathematically modeled.
The boost DC-DC converter is used at the output of the panels. This converter is controlled
by the perturb and observation method (P&G) which is one of the maximum power point tracking
methods. Thus, maximum power can be drawn from the panels for different radiation and
temperature values.
The system includes the battery as an energy storage unit. Energy produced in panels more
than the demand of the load is stored in batteries. The bidirectional DC-DC converter is used
to control the bi-directional energy flow between the battery and the DC bus. Thus, the charge
and discharge current of the batteries were kept under control.
At the output of the system, a single-phase full-bridge inverter is used to meet the energy demand
of the AC load. With the LC filter at the outlet of the inverter, a load voltage of 220 V
and a frequency of 50 Hz is obtained.
The radiation and temperature values of the panels have been changed in order to demonstrate
the performance of the system under different conditions. By applying different values, the
balance between the energy production of the panels and the energy demand of the load has
been changed and the charge and discharge conditions of the battery have been observed. In
addition, the overcharging and over-discharge of the batteries and the response of the protection
algorithms in these cases have been examined.
At the end of the study, it is seen that the proposed system would be sufficient to provide the
electrical energy demand in a non-network area. The system has not been dimensioned within
the scope of the thesis study. In order to meet the energy needs of the load continuously in the
applications to be performed in the field, panel power and battery capacity should be selected
at appropriate values.