Fotovoltaik uygulamalarda arduino kontrollü batarya şarj uygulaması
An application of arduino controlled battery charging in photovoltaic applications
Yazar: HACI GÜZEL GÜLEÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN DEMİREL
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Artan elektrik enerji ihtiyacını karşılamak ve elektrik enerjisinin ulaştırılmasının mümkün olmadığı durumlarda ya da maliyetinin fazla olduğu yerlerde enerji taleplerini karşılamak için PV sistemler kullanılır. Bu çalışmada, sistemimize gerekli olan enerji ihtiyacı PV modül tarafından sağlanmaktadır. 12 V 6,5 Ah/10 saat gücündeki kuru tip jel akü kullanılmıştır. Güneş enerjisinin elektrik üretiminde yetersiz olduğu durumlarda (gece vb.) kullanılmak üzere akü şarj edilmiştir. Sistem ile ilgili ilk etapta modülün ve akünün gerilim akım gibi parametreleri ölçülmüştür.  Güç devresi için anahtarlamalı DC-DC düşürücü devresi tasarlanmıştır. PWM kontrollü olarak görev saykılı %72,5 olarak hesaplanmıştır. PWM sinyali 12,5KHz frekansında Arduino mikrodenetleyici kartı programlanmış, MOSFET sürücü katı için ve izole etmek için TLP250 optokuplör entegresi kullanılmıştır. PV modülden ortalama olarak 20 V gerilim üretilmektedir. Bu gerilim jel bataryanın şarj esnasında yükleme gerilim seviyesi olan 14,5 V'a PWM'in görev saykılı ayarlanarak düşürülmüştür.  İlk etapta 14,5 Ω'luk yük direnci simülasyon ile gerçeklenmiş ve sonra gerçek devre ile uygulanarak istenilen seviyede gerilim ve akım üretilmiştir. Batarya yük olarak kullanıldığında boş bataryanın gerilim değeri 12 V ve akan akım ise 0,3 A ile şarja başlamış bir süre sonunda ise yavaş yavaş 0,8 A'e yükselmiştir. Zamanla akım azalmış ve gerilim artmıştır. Batarya gerilim değeri referans gerilim olan 14,5 V'a geldiğinde şarj işlemi sona ermiştir. Şarj sonunda batarya devreden ayrılmış ve 30 dakika bekletildikten sonra gerilim değeri ölçüldüğünde 12,85 volt değeri ölçülmüştür.

Abstract:
Photovoltaic (PV) systems are commonly used in order to meet the increasing power and energy needs and especially in places where energy costs are higher or where it is not possible to provide power. In this study, the power necessary for our system is provided from a PV module. A 12 V 6.5 Ah/10 h dry gel battery was used. The battery was charged in order to be used when the solar energy is insufficient to produce electricity (night hours, etc.).  First, module and battery parameters such as voltage and current were measured.  A DC-DC voltage reducer converter was designed for the power circuit. Using PWM, the battery duty cycle was calculated to be 72.5%. A MOSFET driver with a preprogrammed Arduino microcontroller card with the PWM signal at 12.5 KHz frequency and a TLP250 optocoupler integration was used to isolate it. An average of 20V is generated from the PV panel. This voltage was reduced to 14.5 V, the loading voltage level of the gel battery during the charging process, having set the duty cycle of the PWM.  First, a load resistance of 14.5 Ω was confirmed using the simulation and then it was used with the actual circuit in order to generate the current and voltage at the required level. When the battery was used as load, the empty battery started to charge at 12V and 0.3A which was then gradually increased up to 0.8A. In time, current was reduced and voltage was increased. When the battery voltage reached to the 14.5V, the reference voltage, the charging process was terminated. After this process battery was disconnected from the circuit and the voltage reading after 30 minutes was 12.85V.