Fotovoltaik sistemlerde maksimum güç noktası izleyicinin Xilinx Zedboard Zynq-7000 FPGA ile birlikte simülasyonu
Cosimulation of the maximum power point tracking in photovoltaic systems with Xilinx Zedboard Zynq-7000 FPGA
Yazar: EBRU DOĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKSU GÖREL
Çankırı Karatekin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: FPGA = FPGA ; Fotovoltaik sistemler = Photovoltaic systems

Özet:
Dünya üzerinde günden güne artan enerji ihtiyacını karşılamak için yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi oldukça fazla tercih edilmektedir. Güneş enerjisi fotovoltaik paneller aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Ancak fotovoltaik panel çıkışında elde edilen akım ve gerilim değerleri sıcaklık ve ışınım miktarlarında meydana gelen değişiklikler sonucunda farklılık göstermektedir. Bunun sonucunda yük üzerine yeterli miktarda güç aktarılamamaktadır. Bu durumu önleyerek panellerden en yüksek verim ile enerji üretilmesini sağlamak amacıyla fotovoltaik enerji üretim sistemlerinde maksimum güç noktası izleyiciler (MPPT) kullanılmaktadır. MPPT'ler çeşitli kontrol yöntemleri ile panel çıkışından elde edilen akım ve gerilim değerlerinin maksimum güç noktasında çalışmasını ve yük üzerine en az kayıp ile güç aktarılmasını sağlamaktadır. Bu çalışmada bir fotovoltaik sistemde kullanılan MPPT Matlab/Simulink ortamında tasarlanmıştır. MPPT üzerinde değiştir&gözle (P&O) algoritması kullanılmıştır. P&O algoritması Xilinx tarafında Simulink için üretilmiş olan Xilinx System Generator (XSG) aracındaki bloklar ile, sistemin diğer kısımları ise Simulink blokları ile tasarlanmıştır. Oluşturulan sistemin Simulink ortamında simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Ardından P&O algoritması Xilinx Zedboard ZYNQ-7000 FPGA kart üzerine yüklenmiştir. P&O algoritması FPGA üzerinde, sistemin diğer kısımları ise Simulink ortamında çalışarak birlikte simülasyon (eş benzetim, co-simulation) aşamasını gerçekleştirmiştir. Sonuçta simülasyon ve eş benzetim aşamalarından elde edilen değerlerin aynı olduğu görülmüştür.

Abstract:
Solar energy, which is one of the renewable energy sources, is highly preferred in order to meet the increasing energy demand in the world. Solar energy is converted into electrical energy through photovoltaic panels. However, the current and voltage values obtained at the photovoltaic panel output differ as a result of changes in temperature and radiation amounts. As a result, sufficient power cannot be transferred to the load. Maximum power point trackers (MPPT) are used in photovoltaic power generation systems in order to prevent this situation and to ensure that energy is produced from the panels with the highest efficiency. MPPTs enable the current and voltage values obtained from the panel output to work at the maximum power point with various control methods and to transfer power to the load with the least loss. In this study, the MPPT used in a photovoltaic system was designed in Matlab/Simulink environment. Perturb&observe (P&O) algorithm is used on MPPT. The P&O algorithm was designed with the blocks in the Xilinx System Generator (XSG) tool, which was produced by Xilinx for Simulink, and the other parts of the system were designed with Simulink blocks. The simulation of the created system was carried out in the Simulink environment. Then the P&O algorithm was loaded on the Xilinx Zedboard ZYNQ-7000 FPGA board. The P&O algorithm worked on the FPGA and the other parts of the system worked in the Simulink environment and realized the co-simulation phase. As a result, it was seen that the values obtained from the simulation and co-simulation stages were the same.