Fotovoltaik sistemlerde kullanılan klasik ve mgnt şarj kontrol cihazlarının deneysel karşılaştırılması
Experimental comparison of conventional and mppt charge controllers used in photovoltaic systems
Yazar: FAİK NADİR AYAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN ASKER
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Sonsuz bir enerji kaynağı olan güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için fotovoltaik (FV) panellerden faydalanılır. FV panellerin ürettikleri güce etki eden önemli faktörlerden olan ışıma ve sıcaklık, oldukça önemli bir yere sahiptir. Işımanın artması panel akım ve gerilimini artırırken, sıcaklığın artması gerilimin düşmesine sebep olurken, düşük miktarda da akımın artmasına sebep olur. FV panellerin verimlerinin düşük olmasının yanında, verimlerini daha da düşüren çeşitli etkenler vardır. Bu etkenlerden özellikle sıcaklık ve ışıma miktarının azalmasına sebep olan gölgelenme, tozlanma-kirlenme ile yansıma, panelin ürettiği gücün düşmesine sebep olmaktadır. Bir FV panelin belirli koşullar altında maksimum ürettiği güç değeri vardır. Her yük değerinde panelden üretilen maksimum güç çekilemez. Bu sebeple, maksimum güç elde edebilmek için fotovoltaik sistemlerin, maksimum güç noktasında veya bu noktanın etrafında çalışmasını temin etmek için çeşitli Maksimum Güç Noktası Takibi (MGNT) yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemler FV sistemi maksimum güç noktasında çalıştırarak yüke maksimum güç aktarımı yapabilmek için DA-DA dönüştürücülerin görev periyotlarını belirlerler. Bu tez çalışmasında bir FV panelin, yükseltici DA-DA dönüştürücüsünün omik bir yükü beslemesi Matlab simulink ortamında modellenmiştir.  MGNT algoritması olarak P&O (Değiştir ve Gözle) ve INC (Artan İletkenlik) algoritmaları kullanılarak iki model simülasyonu hazırlanmıştır. İki modele göre FV panelin ürettiği akım, gerilim ve güç değerleri ile dönüştürücü akım, gerilim ve güç değerleri incelenmiştir. 

Bu tez çalışmasında MGNT algoritması kullanan bir MGNT şarj kontrol cihazı ile PWM  (Pulse Width Modulation) şarj kontrol cihazının performanslarını karşılaştırmak için bir deney seti kurulmuştur. Çalışma için iki deney seti hazırlanmıştır. Birinci deney setinde 100 W gücündeki bir FV panel, 30A'lik PWM şarj kontrol cihazı kullanılarak bir 24 Ah jel akü şarj edilmiştir. İkinci deney setinde ise bütün elemanlar aynı olmak üzere şarj kontrol cihazı olarak 30 A' lik MGNT şarj kontrol cihazı kullanılmıştır. Aküler sürekli bir 50𝜴, 1000W'lık bir reosta yardımı ile deşarj edilerek %20-25 şarj seviyelerinde kullanılmıştır.  Her iki deney setinden de aynı sıcaklık, ışıma, rüzgar nem vb. ortam koşullarında eş zamanlı olarak ölçümler alınmış ve bu ölçümler birbirleriyle kıyaslanmıştır.  Deney sonuçları incelendiğinde MGNT şarj cihazı kullanılan sistemin PWM şarj cihazı kullanılan sisteme göre güç ve veriminin günün bütün saatlerinde daha yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca ışımanın daha yüksek olduğu saatlerde MGNT şarj cihazlı sistemin verim ve gücünün diğer sisteme göre daha da arttığı gözlenmiştir.

Abstract:
Solar energy, an infinite source of energy, is converted into electrical energy using photovoltaic (PV) panels. Radiation and temperature are significant factors affecting the power generated by PV panels. Increased radiation boosts panel current and voltage, while increased temperature decreases voltage and slightly increases current. Although the efficiency of PV panels is low, various factors further reduce their efficiency. Particularly, shading, dust and dirt accumulation, and reflection caused by decreased radiation and temperature lead to reduced power output from the panel. Each PV panel has a maximum power output under certain conditions. Maximum power cannot be drawn from the panel at every load value. Therefore, various Maximum Power Point Tracking (MPPT) methods have been developed to ensure that photovoltaic systems operate at or around the maximum power point to maximize power transfer to the load. These methods determine the duty cycles of DC-DC converters to operate the PV system at its maximum power point. In this thesis, a PV panel feeding an ohmic load through a boost DC-DC converter is modeled in the Matlab Simulink environment. Two model simulations were prepared using the Perturb and Observe (P&O) and Incremental Conductance (INC) algorithms as MPPT algorithms. The current, voltage, and power values produced by the PV panel and the current, voltage, and power values of the converter in both models have been examined.

In this thesis, an experimental setup was established to compare the performances of an MPPT charge controller using the MPPT algorithm and a PWM (Pulse Width Modulation) charge controller. Two experimental setups were prepared for the study. In the first experimental setup, a 100W PV panel was used to charge a 24 Ah gel battery using a 30A PWM charge controller. In the second setup, all elements were the same, but a 30A MPPT charge controller was used. The batteries were continuously discharged with a 50Ω, 1000W rheostat and used at 20-25% charge levels. Measurements were taken simultaneously from both experimental setups under the same temperature, radiation, wind, humidity, and other environmental conditions, and these measurements were compared with each other. The experimental results showed that the system using the MPPT charge controller had higher power and efficiency at all hours of the day compared to the system using the PWM charge controller. Moreover, it was observed that the efficiency and power of the system with the MPPT charge controller increased even more during hours of higher radiation compared to the other system.