Yenilenebilir enerji kaynaklarından beslenen sistemlerde kullanılan inverter devresinin veriminin arttırılmasına yönelik devre tasarımı
A new circuit design and control to improve efficiency of a power inverter used in a renewable energy supplied systems
Yazar: HAKAN AKÇA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. UĞUR SAVAŞ SELAMOĞULLARI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik mühendisliği = Electricity engineering

Özet:
Tez çalışmasında bir evin elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasında yenilenebilir enerji kaynaklarının (yakıt hücresi, güneş panelleri gibi) kullanılması durumunda elde edilen DA gerilimin, evde ihtiyaç duyulan AA gerilime dönüştürülmesi aşamasında güç dönüşüm sisteminin bir parçası olan inverter devresinin veriminin artırılmasına yönelik bir hibrit anahtar kullanımı incelenecektir. Her ne kadar böyle bir sistemde kullanılacak inverter devresi karşılanması gereken maksimum güç dikkate alınarak tasarlansa da, bir evin elektrik yük talebinin gün boyunca değişkenliği de inverter devresinin tasarımında ve kontrolünde dikkate alınmalıdır.Bir eve ait deneysel olarak elde edilmiş elektriksel yük profili incelendiğinde, evin elektrik talebinin gün boyunca geniş bir aralıkta değiştiği ve 0-500 W aralığındaki yük talebinin, günlük talebin %85'ini oluşturduğu görülmüştür. Bunun yanında, bir inverter devresinin tipik verim eğrisi incelendiğinde: verimin belli bir aralıkta maksimum olduğu, fakat düşük ve yüksek güç bölgelerinde maksimum verimden daha düşük olduğu görülmektedir. Evin elektrik ihtiyacının büyük bir bölümü düşük güç bölgesinde olduğundan inverter devresinin özellikle düşük güçlerdeki veriminin artırılması büyük miktarda enerji kazanımı sağlayacaktır.İnverter devrelerinde yaygın olarak kullanılan IGBT anahtarının yerine paralel bağlı IGBT-MOSFET anahtar (hibrit anahtar) kullanımı ve bu hibrit anahtarın anlık yük akımı geri beslemeli kontrolü ile inverter devresinin veriminin arttırılacağı öngörülmektedir. MOSFET anahtarının IGBT anahtarından daha hızlı kesime gidebilmesi (turn-off) ve düşük akım değerlerinde iletim kayıplarının IGBT anahtarı iletim kayıplarından daha düşük olmasından dolayı inverter devresinin özellikle düşük güçlerde veriminin arttırılabileceği öngörülmektedir.Verim artışı sayesinde yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen enerji daha etkin bir şekilde kullanılabilecektir.

Abstract:
This thesis aims to investigate a hybrid switch to improve the efficiency of an inverter circuit used in power conditioning systems that are designed to transform DC energy from renewable energy sources (fuel cells, solar systems, etc) to AC energy used in a residential house. Although the inverter circuit that is employed in such a system must be designed for peak power requirements, the variability of the daily load demand should also be considered in the design and control stage.Experimentally measured daily load profile reveals that the residential electrical load demand varies within a wide range. The power demand between 0-500 W constitutes 85% of the daily load demand. When a typical efficiency curve of an inverter is examined it can be seen that the efficiency is around maximum for some power range while it is lower both at low power range and at high power range compared to maximum efficiency.The low efficiency at light loads becomes a very important problem considering that the load demand stays low most of the time during a day in a stand-alone house. It is clear that increasing the inverter efficieny specially at light loads will provide considerable energy savings. With the increased inverter efficiency, the energy obtained from renewable energy sources will be utilized more efficiently. The commonly used switching component in inverter circuits are IGBTs. Here, a parallel IGBT-MOSFET switch combination (hybrid switch) is going to be used and the load current feedback will be employed to increase the inverter efficiency. Since MOSFETs are faster during turn-off period compared to IGBTs and they have lower conduction losses at low currents compared to IGBTs, it is possible to increase the inverter efficiency. Renewable energy sources can used more efficiently with the increased efficiency.