PV sistemlerde anlık bobin akımının analizi ile yeni bir maksimum güç noktası izleme yöntemi ve uygulaması
A new maximum power point tracking method and its application in PV systems based on inductor current transient analysis
Yazar: NİHAL ÇETİN ACAR
Danışman: PROF. DR. SELİM BÖREKCİ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anahtarlamalı güç kaynağı = Switched mode power supply ; Güç çeviriciler = Power converters ; Maksimum güç noktası = Maximum power point

Özet:
Son yıllarda dünyada giderek artan teknolojik gelişmeler ve sanayi üretimine bağlı olarak enerji tüketimi de artmaktadır. Artan enerji talebi karşısında alternatif ve sürdürülebilir enerji kaynaklarının kullanımı  da önem kazanmaktadır. Özellikle fosil yakıtların kullanım kapasitelerinin kısıtlı olması ve kullanımı sonucu olumsuz çevresel etkilerin oluşması, yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talebi arttırmıştır. Güneş enerjisi, kaynağının sınırsız olması ve olumsuz çevresel etkilerinin oldukça az olması gibi avantajları sayesinde, günümüzde yaygın olarak kullanılan yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. 
Yenilenebilir enerji kaynaklarının potansiyelleri atmosferik koşullara bağlı olarak değiştiğinden kontrol edilmesi ve verimli kullanımı oldukça önemlidir. Özellikle güneş paneli sistemlerinde sıcaklık, ışınım, nem gibi ortam koşulları çalışma verimini doğrudan etkilemektedir.  Dünya üzerinde belli alanlarda güneşlenme süresi her ne kadar istatiksel olarak belli olsa da anlık değişimler güneş paneli sitemlerinin çıkış gücünü oldukça fazla etkilemektedir. Güneş paneli sistemlerinde, ortam koşullarında mümkün olan en yüksek gücü elde etmek için Maksimum Güç Noktası İzleme (MGNİ) sistemleri geliştirilmiştir.
Bu tez çalışmasında da değişen çalışma ortamı koşulları altında güneş paneli sisteminden mümkün olan en yüksek gücün elde edilmesi için bir MGNİ yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem de maksimum güç noktası (MGN) tespiti panelin çalışma akım ve geriliminin anlık ölçüm verileri ile yapılmaktadır. Tasarlanan MGNİ sistemini literatürdeki mevcut ölçüme dayalı yöntemlerden ayıran özelliği fotovoltaik (PV) panel I-V değerleri ölçümünün bobin akımının anlık değişiminin analizi ile yapılmasıdır. Bu çalışma kapsamında geliştirilen sistem 40 W'lık bir güneş paneli, STMF32F407 kontrolcü, güç dönüştürücü devre ve yük bileşenlerinden oluşmaktadır. Sistemin güç dönüştürücü kısmında; panel gücüne uygun olarak basit yapılı ve bobin ile ölçüm yönteminin uygulanmasına elverişli bir interleaved boost dönüştürcü tercih edilmiştir.   
Geliştirilen MGNİ yöntemi ölçüme dayalı olduğundan PV panel akım ve gerilimi anlık olarak ölçülerek, PV panel gücü takip edilmektedir. PV panel gücünde %5'lik bir değişim olması durumunda PV panel I-V değerleri ölçülerek yeni MGN tespit edilir. Bu MGN'na uygun olarak devrenin anahtarlama frekansı belirlenir. Anahtarlama frekansı tespit edilen MGN'na uygun olarak değişirken, anahtar görev oranları sabit 0.5 olarak kalmaktadır.  
Geliştirilen yöntemin MGN tespitindeki doğruluk oranı deneysel çalışma ile kontrol edilmiştir. Deneysel çalışmada ışınım miktarı kademeli olarak değiştirilerek sistemin tespit ettiği MGN ile olması gereken MGN karşılaştırılmıştır. Sistemin bulduğu ve olması gereken güç değerleri birbirine oldukça yakın olup ve yöntemin doğruluğu %96.4 olarak hesap edilmiştir. Geliştirilen yöntemde, MGN hesaplama veya varsayım sonucu yaklaşık olarak değil, ölçüm sonucu direkt olarak elde edildiğinden yüksek doğruluk ile MGNİ sağlanmaktadır. Ayrıca, geliştirilen yöntemin devre tasarımı ve kontrol algoritması oldukça sade ve kolay uygulanabilir yapıdadır.

Abstract:
In recent years, energy consumption has been increasing due to increasing technological developments and industrial production in the world. In the face of increasing energy demand, the use of alternative and sustainable energy sources is also gaining importance. In particular, the limited utilization capacity of fossil fuels and the negative environmental impacts resulting from their use have increased the demand for renewable energy sources. Solar energy is one of the widely used renewable energy sources today, thanks to its advantages such as its unlimited resource and its very low negative environmental impacts. 
	Since the potential of renewable energy sources varies depending on atmospheric conditions, it is very important to control and use them efficiently. Especially in solar panel systems, ambient conditions such as temperature, radiation and humidity directly affect the operating efficiency.  Although the sunshine duration in certain areas of the world is statistically certain, instantaneous changes affect the output power of solar panel systems considerably. In solar panel systems, Maximum Power Point Tracking (MPPT) systems have been developed to obtain the highest possible power under ambient conditions.
	In this thesis, a MPPT method is developed to obtain the highest possible power from the solar panel system under varying operating environment conditions. In the developed method, MPP detection is performed with the instantaneous measurement data of the operating current and voltage of the panel. The feature that distinguishes the designed MPPT system from the existing measurement-based methods in the literature is that the panel I-V values are measured by analyzing the instantaneous change of the inductor current. The system developed in this study consists of a 40 W solar panel, STMF32F407 controller, power converter circuit and load. In the power converter part of the system, an interleaved boost converter, which has a simple structure and the inductor measurement method is easily applicable, is preferred in accordance with the panel power.   
	Since the developed MPPT method is measurement-based, panel current and voltage are measured instantaneously and panel power is monitored. In case of a 5% change in panel power, panel I-V values are measured and a new MPP is determined. In accordance with this  new MPP, the switching frequency of the circuit is determined. While the switching frequency changes according to the detected MPP, the switch duty ratio remains constant 0.5.  
	The accuracy of the developed method in MPP detection is checked with an experimental study. In the experimental study, the irradiance is changed gradually and the MPP detected by the system is compared with the MPP that should be detected. The power values found by the system and the required power values are very close to each other and the accuracy of the method is calculated as 96.4%. In the developed method, since the MPP is obtained directly as a result of measurement, MGNI is provided with high accuracy. In addition, the circuit design and control algorithm of the developed method are very simple and easy to implement.