Termoelektrik jeneratörler için eğri çıkarımlı ve ANFIS tabanlı MPPT geliştirilmesi
Development of curve substraction and ANFIS based MPPT for thermoelectric generators
Yazar: ALPER FATİH DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH HAKAN YAVUZ
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: ANFIS = ANFIS ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Maksimum güç noktası = Maximum power point ; Termoelektrik = Thermoelectric ; Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator

Özet:
Sürdürülebilir bir kalkınma için enerjinin yenilenebilir kaynaklardan ve yüksek verimlilikle çevreci teknolojilerle üretilmesi gerekmektedir. Bu kapsamda, doğrudan enerji dönüşümü yapan sistemlerin geliştirilmesi ile enerji dönüşüm kayıpları azaltılabileceği gibi sistemler daha basit yapılara indirgenebilecektir.
Termoelektrik jeneratörler (TEJ) atık ısılardan doğrudan elektrik enerjisi üretimi sağlayarak enerji verimliliğine katkıda bulunurlar. TEJ'in ürettiği gücün maksimum seviyede yüke aktarılabilmesi için TEJ'in iç direnci ile yük direnci eşit olmalıdır. Bu eşitlik her zaman mümkün olmadığından dolayı TEJ iç direnci ile yük arasındaki uyumu sağlamak üzere çeşitli maksimum güç noktası izleyici (MPPT) yöntemleri uygulanır. 
Bu çalışmada, TEJ'in maksimum güç noktasını (MPP) belirlemek ve izlemek için geleneksel değiştir ve izle (P&O) yöntemi üzerinden geliştirilen eğri çıkarımlı ve ANFIS tabanlı MPPT algoritması (EÇ – ANFIS) önerilmiştir. Önerilen MPPT tasarımının performansı, farklı termal ve elektriksel çalışma koşulları altında MATLAB simülasyon çalışmasıyla doğrulanarak, sonuçlar geleneksel P&O tabanlı MPP izleyici ile karşılaştırılmıştır.
Önerilen yöntemde, MPP'nin bulunması ve MPP çevresinde kararlı bir çıktının korunması için TEJ'in güç – gerilim eğrisine ait matematiksel fonksiyonu çıkarılarak MPP'si doğrudan bulunmuş, DA – DA dönüştürücüsünün görev döngüsü ANFIS vasıtasıyla değiştirilerek izlenmiştir.
TEJ'in anlık çalışma koşuluna özgü güç – gerilim fonksiyonu üzerinden MPP'si ve çalışma noktasının MPP'ye olan uzaklığı (hata) matematiksel olarak tek seferde ve net bir şekilde tespit edilmiştir. Hatanın büyüklüğü ve değişim hızına göre ANFIS tarafından pertürbasyon adımının genişliği ayarlanmıştır. Pertürbasyon adım büyüklüğünün değişken olması MPP'nin hızlı bir şekilde yakalanmasını ve kalıcı durum salınımının sıfırlanmasını sağlamıştır. Yapılan denemelerde önerilen sistemin 2 ila 5 adım arasında hızlı bir şekilde MPP'ye ulaştığı ve MPP'ye ulaştıktan sonra kalıcı durum salınımının sıfırlandığı görülmüştür. Önerilen yöntem, geleneksel P&O yöntemine göre herhangi bir ilave donanım gerektirmeden sadece yazılımsal değişiklikle artırılmış MPPT kabiliyeti sunmuştur. MPPT tekniğinden istenen hızlı takip ve kalıcı durum hatasının minimum seviyeye indirilmesi gereksinimleri karşılanmıştır.

Abstract:
For a sustainable development, energy must be produced from renewable sources and with high efficiency environmental technologies. In this context, energy conversion losses can be reduced and systems can be reduced to simpler structures by developing systems that directly convert energy.
Thermoelectric generators (TEJ) contribute to energy efficiency by generating electrical energy from waste heat. In order for the power produced by the TEJ to be transferred to the load at the maximum level, the internal resistance of the TEJ and the load resistance must be equal. Since this equation is not always possible, various maximum power point tracker (MPPT) methods are applied to ensure the match between the TEJ internal resistance and the load. 
In this study, the ANFIS-based curve extraction MPPT algorithm (EÇ – ANFIS), developed over the traditional Perturb-and-Observe (P&O) method, is proposed to detect and track the maximum power point (MPP) of TEJ. The performance of the proposed MPPT design is verified by MATLAB simulation study under different thermal and electrical operating conditions, and the results are compared with a conventional P&O based MPP tracker.
In the proposed method, in order to find the MPP and maintain a stable output around the MPP, the MPP is directly found through subtracting mathematical function of the power-voltage curve of the TEJ and tracked by changing the duty cycle of the DC – DC converter via ANFIS. 
The MPP of the TEJ and the distance (error) of the operating point to the MPP were determined quickly and clearly through the power – voltage function specific to the instantaneous operating condition. The width of the perturbation step was adjusted by ANFIS according to the size of the error and the rate of change. Variable perturbation step size enabled rapid capture of MPP and elimination of steady state oscillation. In the experiments, it was observed that the proposed system reached the MPP quickly between 2 and 5 steps, and the steady state oscillation was reset after reaching the MPP. The proposed method offered increased MPPT capability with only software modification, without requiring any additional hardware compared to the traditional P&O method. The demands from the MPPT technique to track fast and to minimize steady-state error were met.