Fotovoltaik panel testleri için ışık spektrumu kontrollü solar simülatör tasarımı
Light spectrum controlled solar simulator design for photovoltaic panel tests
Yazar: VEDAT ESEN
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ORAL ; PROF. DR. ŞAFAK SAĞLAM
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışması fotovoltaik panellerin standart test koşullarında test edilmesini sağlayan, ışık spektrumu kontrol edilebilir, LED ışık kaynaklı, AAA sınıfı bir solar simülatör tasarımı ve geliştirilmesine dayanmaktadır. Literatürdeki uygulamalar incelenerek, bu çalışmalardan farklı olarak, hücre değil panel bazında test yapılmasını sağlayan bir solar simülatör tasarlanmıştır. Aynı zamanda bu solar simülatör özgün bir tasarıma ve aktif soğutma sistemine, kullanıcı açısından da ergonomik bir yapıya sahip olarak geliştirilmiştir. Birinci bölümde tez çalışmasına giriş yapılmış konunun önemi yenilenebilir enerji kaynakları arasında kullanımı her geçen gün artan ve yaygınlaşan fotovoltaik paneller açısından vurgulanmış ve tezin amacı belirtilmiştir. İkinci bölümde ise güneş enerjisi, güneşin spektral özellikleri, Türkiye'de güneş enerjisi potansiyeli ve fotovoltaik endüstrisi konularına yer verildikten sonra fotovoltaik panellere detaylı bir bakış yapılmıştır. Ayrıca, bu bölümde fotovoltaik panel testleri ile ayrıntılı bilgilerden bahsedilmiş ve bununla bağlantılı olarak solar simülatörlerde kullanılan ışık
kaynakları ile ilgili literatür taraması detaylandırılmıştır. Üçüncü bölümde çalışmanın materyalleri ve yöntemi anlatılmıştır. Aynı zamanda LED ışık kaynağının spektral özellikleri ile ilgili deneysel çalışmalar ele alınmıştır. Böylece tezin ana konusu olan panel bazlı solar simülatörün geliştirilme basamaklarında yer alan
hücre bazlı iki ayrı prototip çalışmasının detayları ve test sonuçları açıklanmıştır. Dördüncü bölümde spektrum kontrollü solar simülatörün geliştirme aşamaları ifade edilerek her aşamanın detayı görsellerle desteklenmiştir.
Beşinci bölüm bulgular ve tartışmaya ayrılmış, solar simülatör performans kriterleri testlerinin sonuçları ve analizlerine yer verilmiştir. Yapılan performans kriterleri testlerinin sonuçları önceki prototip çalışmaları ile karşılaştırmalı olarak yorumlanmış ve analizler detaylı olarak açıklanmıştır. Tüm testler bittikten sonra piyasada kullanılan ve solar simülatörün aydınlatma alanına uygun boyutlardaki bir fotovoltaik panel testi gerçekleştirilmiş ve I-V grafiği elde edilmiştir. Elde edilen tüm sonuçlar test edilen fotovoltaik panelin teknik broşüründeki verileriyle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar bölümünde tez çalışmasında elde edilen kazanımlar belirtilmiştir. Aynı zamanda bu tez çalışmasının ilerideki çalışmalarda nasıl bir fayda sağlayabileceği ve tasarlanıp uygulaması yapılan simülatörün nasıl geliştirilebileceği konusundaki öneriler maddeler halinde sunulmuştur.

Abstract:
This thesis is based on the design and development of a light spectrum controllable, LED light source, class AAA solar simulator that allows photovoltaic panels to be tested under standard test conditions. After examining the applications in the literature, unlike these studies, a solar simulator was designed to enable panel based tests not only cells. Also, this solar simulator has been developed with a unique design and active cooling system
and an ergonomic structure with regard to user. In the first section, the thesis study has been introduced, the importance of the subject has been emphasized in terms of photovoltaic panels, which their usage are increasing day by day and has become widespread among renewable energy sources, and the purpose of the thesis has been specified. In the second section, solar energy, the spectral properties of the sun, solar energy potential in Turkey and photovoltaic industry issues have been examined and a detailed overview of photovoltaic panels has been made. In the same section, detailed information about photovoltaic panel tests is mentioned and in connection with this, a literature review of light sources used in solar simulators is detailed. In the third section, the materials and methods of the study has been explained. After these topics, experimental studies on the spectral properties of the LED light source have been discussed. The details and test results of two cell-based prototypes were explained in the development steps of the panel-based solar simulator, which is the main subject of the
thesis. In the fourth section, the development stages of the spectrum controlled solar simulator have been explained step by step, the details of each phase are supported with visuals. The fifth section is devoted to findings and discussion, and the results and analysis of solar simulator performance criteria tests are included. The results of the performance criteria tests performed have been interpreted in comparison with the previous prototype studies and the analysis has been explained in detail. After all the tests were completed, a photovoltaic panel test, which is used in the market and suitable for the lighting area of the solar simulator, was performed and I-V graphic was obtained. All the results obtained from panel tests were compared with the data in the technical brochure of the tested photovoltaic panel. The results obtained in the thesis study are stated in the conclusion section. Also, the benefits that this thesis study can provide in future studies and suggestions on how to develop the designed and applied simulator are presented as items.