Termoelektrik jeneratörler için izolesiz DC-DC çeviricilerin yüke bağlı davranışlarının incelenmesi
Investigation of load dependent behavior of non-isolated DC-DC converters for thermoelectric generators
Yazar: ÇİĞDEM AKYILDIZ
Danışman: PROF. DR. HAYATİ MAMUR
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güç çeviriciler = Power converters ; Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator

Özet:
Termoelektrik jeneratörler (TEG) atık ısıların bulunduğu yerlerdeki sıcaklık farkını elektrik enerjisine çeviren yarıiletken materyallerdir. TEG'lerin verimlerinin düşük olduğu gerçeği göz önünde bulundurulduğunda, bunlardan maksimum gücün elde edilmesi büyük öneme sahiptir. TEG'lerden maksimum gücün elde edilmesi için maksimum güç noktası izleme (MPPT) algoritmaları kullanılır. Ayrıca TEG'lerin yüzeyleri arasındaki sıcaklık farkı sürekli değişken olduğu için üretilen gerilim değeri değişkenlik gösterir. Gerilim düzenlemesi ve MPPT için TEG'ler ile birlikte çeviriciler kullanılır. MPPT algoritmaları her çeviricide değişken yüklere bağlı olarak yeterli performansı sağlamaz. Bu çalışmada, izolesiz karıştır ve gözlemle (P&O) MPPT algoritmalı DC–DC yükselten, alçaltan ve alçaltan–yükselten çeviricilerin değişken yüklerdeki MPPT performanslarının benzetim ve deneysel çalışmaları yapılmıştır. Uygulamalarda ve benzetim çalışmalarında TEG sistemindeki P&O algoritmalı yükselten çeviriciye değişken yükler bağlandığında P&O algoritması TEG iç direnci ve üzerindeki yük direnci değerlerinde MPPT yapmıştır. TEG sistemine P&O algoritmalı alçaltan çevirici bağlandığında ve yük değerleri kademeli olarak değiştirildiğinde, yük değeri TEG iç direncine eşit ve altındaki değerlerde P&O algoritması MPPT yapmıştır. Sisteme alçaltan–yükselten çevirici ve buna değişken yükler bağlandığında, her değişken yükte P&O algoritması iyi bir MPPT performansı sergilemiştir. Benzetim çalışmalarında yükselten çeviricide MPPT hata oranı en az %5,16, alçaltan çeviricide %0,24 ve alçaltan–yükselten çeviricide %0,45 olmuştur. Benzetim çalışmalarındaki üç çeviricinin P&O algoritmasının yük değişimlerindeki oluşturduğu karakteristikler deneysel olarak doğrulanmıştır.

Abstract:
Thermoelectric generators (TEG) are semiconductor materials that convert the temperature difference in places where waste heat is found into electrical energy. Considering the fact that TEGs have low efficiency, it is of great importance to obtain maximum power from them. Maximum power point tracking (MPPT) algorithms are used to extract maximum power from TEGs. In addition, since the temperature difference between the surfaces of the TEGs is continuously variable, the voltage value produced varies. Converters are used with TEGs for voltage regulation and MPPT. MPPT algorithms do not provide adequate performance in every converter due to variable loads. In this study, simulation and experimental studies of the MPPT performances of DC-DC converters that are a boost, a buck and a buck-boost converters with perturb & observation (P&O) MPPT algorithm at variable loads were carried out. In applications and simulation studies, when variable loads are connected to the boost converter with P&O algorithm in the TEG system, the P&O algorithm carried out MPPT at the TEG internal resistance and the load resistance values above it. When a buck converter with P&O algorithm was connected to the TEG system and the load values were changed gradually, the P&O algorithm fulfilled MPPT at values equal to or below the TEG internal resistance. When a buck-boost converter with P&O algorithm and variable loads were connected to the system, the P&O algorithm executed good MPPT performance at every variable load. In the simulation studies, the MPPT error rate was at least 5.16% in the boost converter, 0.24% in the buck converter, and 0.45% in the buck–boost converter. The characteristics of the P&O algorithm of the three converters in the simulation studies in the load changes have been experimentally verified.