Fotovoltaik sistemlerde maksimum güç noktası izleyebilen iki fazlı sepıc dönüştürücü tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of maximum power point tracker with two-phase sepic converter for photovoltaic systems
Yazar: ONUR KIRCIOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SABRİ ÇAMUR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fotovoltaik sistemler (FV) yapısı gereği lineer olmayan bir karakteristiğe sahiptirler ve bu karakteristik, çevresel koşullara (güneş ışınımı, sıcaklık vs.) göre sürekli değişmektedir. Her türlü yük durumu ve çevresel koşullarda, FV panellerden maksimum gücü elde edebilmek için maksimum güç noktası izleyici kullanmak gerekmektedir. 

Maksimum güç noktası izleyiciler, MGNİ algoritmalarının DA-DA dönüştürücülere uygulandığı sistemlerdir. MGNİ işlemi tüm DA-DA dönüştürücülerle gerçekleştirilebilir fakat düşürücü-yükseltici dönüştürücü tipte dönüştürücüler ile sistem, FV panelin akım-gerilim (I-V) karakteristiğinin tüm noktalarında çalıştırılabilir.

Düşürücü-Yükseltici tip DA-DA dönüştürücüler arasında SEPIC dönüştürücü, pozitif çıkış gerilimine sahip olması, giriş akımının sürekli ve dalgalılığının az olması gibi avantajlara sahiptir. Eleman sayısının fazla olması ve anahtarlama elemanlarındaki gerilim ve akım streslerinden dolayı diğer dönüştürücü topolojilerine göre verimi daha düşüktür. Ayrıca dördüncü dereceden bir sistem olduğundan dolayı kontrolü zordur.

Bu tez çalışmasında, FV sistemlerde maksimum güç noktasını izleyebilmek amacıyla, iki fazlı, tepe akımı modu kontrollü SEPIC DA-DA dönüştürücü tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Sistem, iki fazlı yapılarak elemanlar üzerindeki akım stresinin azaltılması ile verimin ve sistem güvenilirliğinin arttırılması amaçlanmıştır. Ayrıca akım modu kontrol kullanılarak sistemin dinamik performansının iyileştirilmesi ve paralel dönüştürücüler arasında akım paylaşımının düzgün yapılması hedeflenmiştir.

Gerçekleştirilen prototipte, akademik çalışmalarda ve ticari uygulamalarda yaygın olarak kullanılan değiştir & gözle (D&G) ve artımsal iletkenlik algoritmalarıyla maksimum güç noktası takibi yapılmıştır. İki algoritma da, ışınım değişimi, yük değişimi ve EN 50530 standartına göre dinamik MGNİ testlerinde büyük başarım elde etmişlerdir.

Abstract:
Photovoltaic (PV) systems have a non-linear characteristic according to their structure and this characteristic is constantly changing according to environmental conditions (solar radiation, temperature, etc.). In all kinds of load conditions and environmental conditions, it is necessary to use the maximum power point tracker (MPPT) to get maximum power from the PV Panels.

The maximum power point trackers are the systems in which the MPPT algorithms are applied to the converters. MPPT operation can be performed with all DC-DC converters, but with buck-boost type converters, the system can be operated at all points of the current-voltage (I-V) characteristic of the PV panel.

Among the buck-boost converters, the SEPIC converter has advantages such as having a positive output voltage, continuous input current and low ripple. The efficiency is lower than other converter topologies due to the large number of elements and the stresses in the switching elements. It is also difficult to control because it is a fourth-order system.

In this thesis study, a two-phase, peak-current mode controlled SEPIC DC-DC converter was designed and implemented to track the maximum power point in PV systems. The system is designed to be two-phase, reducing the current stress on the elements and increasing the efficiency and system reliability. It is also aimed to improve the dynamic performance of the system using current mode control.

The prototype has been implemented with maximum power point by means of P & O and incremental conductance algorithms which are widely used in academic studies and commercial applications. Both algorithms have achieved great success in the solar irradiance change, load change and dynamic MPPT tests according to EN 50530 standard.