Fotovoltaik sistemler için yeni bir maksimum güç noktası izleme yönteminin geliştirilmesi ve uygulanması
Development and implementation of a new maximum power point tracking method for photovoltaic systems
Yazar: MUSTAFA ENGİN BAŞOĞLU
Danışman: PROF. DR. BEKİR ÇAKIR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji = Energy ; Fotovoltaik = Photovoltaic ; Güç çeviriciler = Power converters ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu doktora tezinde, düşük güç dönüştürme verimine sahip fotovoltaik panellerinin kapasite faktörlerinin arttırılması konusu ele alınmıştır. Bilindiği üzere, fotovoltaik paneller doğru akım formunda enerji üreten doğrusal olmayan kaynaklar olduğu için düzenli ışınıma maruz kaldıklarında, gerilim-güç karakteristik eğrilerinde tek bir maksimum güç noktası oluşur. Parçalı gölgelenme durumunda ise gerilim-güç karakteristik eğrisinde FV panel yapısında bulunan paralel diyot sayısına bağlı olarak birden fazla maksimum güç noktası oluşur. Böyle bir durumda klasik yöntemlerin maksimum güç noktası izleme başarımları düşük olmaktadır. Bu kapsamda düzenli ışınım ve parçalı gölgelenme durumlarında maksimum güç noktası izleme başarımına sahip iki alt algoritmadan oluşan yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu bağlamda parçalı gölgelenme ve düzenli ışınım durumları için algoritmalar önerilmiştir. Parçalı gölgelenme algoritmasında minimum ve maksimum güneş ışınımı değeri ile ışınım adım miktarı belirlenerek gerilim-güç eğrileri üretilir. Daha sonra tüm maksimum güç noktası bölgeleri RFV=VMGN/IMGN olarak tanımlanır ve her bölge için yük direncini dikkate alarak ortalama doluluk oranı hesabı yapılır. Yeni yöntem FV panel 0,8VAD modelini kullanarak ve gerilim-güç eğrisi üzerinde akıllı güç tarama algoritması ile global maksimum güç noktası izler. Düzenli ışınım algoritmasının çalışma prensibi ise FV panelin yaklaşık kısa devre akımının ölçülmesine bağlıdır. Bu özelliği sebebiyle klasik kısa devre akımına dayalı algoritmasına göre daha yüksek izleme verimliliği elde edilir. Önerilen yöntemin maksimum güç noktası izleme başarımını göstermek için farklı düzenli ışınım ve gölgelenme profilleri oluşturularak MATLAB/Simulink'de benzetim çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca, MGNİ başarım analizi sonucu seçilen SEPIC dönüştürücü kullanılarak önerilen algoritma deneysel olarak doğrulanmış ve benzer üç çalışmayla karşılaştırılmıştır. Benzetim ve uygulama sonuçlarına göre, önerilen algoritma diğer iki algoritmaya göre daha üstün bir maksimum güç noktası izleme başarımına sahiptir.

Abstract:
In this PhD thesis, the issue of increasing the capacity factor of photovoltaic panels with low power conversion efficiency has been discussed. As known, since photovoltaic panels are not a linear power source generating energy in direct current form, single maximum power point appears on their voltage-power characteristic curves under uniform irradiance conditions. In the case of partial shading, more than one maximum power points, which is based on number of bypass diodes in a panel, occurs on the voltage-power characteristic curves. In such a case, conventional methods have poor maximum power point tracking performances. In this context, a new method consisting of two sub-algorithms which have outstanding maximum power point tracking performance under uniform irradiance and partial shading conditions. In this regard, algorithms for partial shading and uniform irradiance conditions proposed. Voltage-power curves are produced by minimum, maximum and step size of the irradiances in the partial shading algorithm. After that, maximum power point regions are determined as an equivalent resistance which is ratio between voltage of MPP and current of MPP and average value of duty ratio for all MPP regions are calculated. The new method tracks the global MPP by using 0,8VOC model and smart power scanning on the voltage-power curve. Operation of uniform irradiance algorithm is based on the measurement of approximate short circut current of PV panel. For this reason, big efficiencies are obtained compared with the classical one. In order to show the maximum power point tracking performance of the proposed method different uniform irradiances and shading profiles are produced and simulation studies are performed in MATLAB/Simulink. Furthermore, the proposed algorithm is verified experimentally by using SEPIC converter, which is selected at the end of the analyzes of MPPT performances, and compared with three similar studies. According to the results of simulations and experiments, proposed algorithm outperforms than the other two algorithms.