Yeniden düzenleşim için entropi tabanlı arama algoritmalarının geliştirilmesi
Development of entropy based searching algorithms for reconfiguration
Yazar: KAĞAN MURAT
Danışman: PROF. DR. ERHAN AKIN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
En önemli yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi için fotovoltaik (PV) paneller kullanılır. Günümüzde güneş enerjisinden faydalanarak enerji elde etmek için bu paneller çeşitli şekillerde bağlanarak PV diziler ve hatta PV santraller oluşturulmaktadır. Ancak PV sistemlerin verimi ışık miktarı, sıcaklık ve dizinin bağlantı yapısına doğrudan bağlıdır. Özellikle kısmi gölgeli durumlar PV dizilerden elde edilen maksimum güç noktasını oldukça etkilemektedir. Bir PV diziyi maksimum güç noktasında çalıştırmak için çeşitli izleme algoritmaları kullanılır. Diğer taraftan PV dizilerden elde edilebilecek maksimum güç noktası, dizinin bağlantı yapısı değiştirilerek artırılabilir. Bunun için yeniden düzenleşim algoritmaları kullanılır. 
PV dizilerde yeniden düzenleşim algoritmalarının amacı, sistemden daha yüksek gücün elde edilmesi için ortam şartlarına göre panel bağlantılarının gerçek zamanlı olarak değiştirilmesidir. Diğer bir deyişle yeniden düzenleşim, panellerin olası farklı bağlantı şekilleri arasından en uygun bağlantı düzeninin aranması ve bulunması yöntemidir. Bu işlem, dizi içerisindeki panellerin tamamına veya bir kısmına ait bağlantı düzeninin belirli ilkeler çerçevesinde değiştirilmesi ile yapılır. Literatürde bulunan yeniden düzenleşim yöntemlerinde, genellikle kabarcık sıralama gibi kullanımı zor olan algoritmalar kullanılmaktadır. Etkili bir yeniden düzenleşim algoritmasında, en yüksek gücü verecek bağlantı düzeni gerçek zamanlı olarak bulunabilmelidir.
Bu tez çalışmasında, PV dizilerde kısmi gölgelenme koşullarında sistemden maksimum gücün elde edilmesini sağlamak için yeni bir yeniden düzenleşim yaklaşımı önerilmektedir. Dizinin boyutu arttıkça oluşan milyonlarca hatta milyarlarca ihtimal arasından optimal bağlantı düzenini bulmak için entropi tabanlı genetik algoritma kullanılmaktadır. Bu yöntem yüksek doğruluklu ve etkili bir arama yöntemi sunmaktadır. Adaptif ve sabit panellerden oluşan PV sistemde, adaptif panele ait modüllerin sabit panele ait modüllere bağlanarak sistemin aynı panellerle farklı bir konfigürasyona sahip olması sağlanmaktadır. Bunun için bir anahtarlama matrisi kullanılmaktadır. Böylece, aynı koşullarda daha yüksek güç elde edilecek yapı sağlanmaktadır. Geliştirilen algoritmalara giriş parametresi olarak kısa devre akımları ve görüntü işleme ile elde edilen gölgelenme değerleri olmak üzere iki ayrı ölçüm bilgisi kullanılmıştır. Deneyler için üç adaptif panel ve dokuz sabit panele sahip sistem oluşturulmuştur ve önerilen yöntemin her boyuttaki PV dizilerde gerçek zamanlı olarak kullanılabilir olduğu etkili sonuçlarla gösterilmektedir. Karşılaştırmalı olarak elde edilen güç-gerilim grafikleri önerilen yöntemin performansını ortaya koymaktadır. 
Sonuç olarak, bu tez kapsamında her boyuttaki PV diziler için kısmı gölge şartlarında daha yüksek güç elde etmek üzere gerçek zamanlı olarak uygulanabilen entropi tabanlı genetik algoritma kullanan yeni bir yeniden düzenleşim yöntemi önerilmektedir. Ayrıca bu yöntem simülasyon ve deneysel sonuçlarla doğrulanmaktadır. 
Bu tez kapsamında hedeflenen algoritmaların geliştirilmesi için yapılan çalışmalar 112E214 numaralı TÜBİTAK 1001 araştırma projesi ile desteklenmiştir.

Abstract:
Photovoltaic (PV) panels are used for the conversion of solar energy which is the most important energy source into electrical energy. Nowadays, PV arrays and even PV power plants are created by connecting these panels in various ways to utilize energy from solar energy. However, the efficiency of PV systems is based directly on irradiance level, temperature and connection structure of panels. Especially, the maximum power point obtained from PV arrays is greatly affected when partial shading conditions occur on PV system. Various tracking algorithms are used to run the PV arrays with the maximum power point. On the other hand, the maximum power point can be obtained from the PV array can be increased by changing the connection structure of panels. For this process, reconfiguration algorithms are used.
The reconfiguration algorithms in PV systems is aimed to change panel connections in real time according to partial shading conditions to obtain more power from system. In other words, reconfiguration is searching and finding the most appropriate connection structure between possible connections of panels. This process is performed by changing all or some of these panel connections with certain principles. The methods in literature, are often used algorithms which are difficult to apply such as bubble sort. For an efficient reconfiguration algorithm, the connection structure which can obtain the maximum power point should be found in real time.
In this study, a new reconfiguration approach is proposed to obtain maksimum power from PV arrays with partial shading. Entropy based genetic algorithm is used to find the optimal connection structure among millions even and billions possibility. This new method  is presented an efficient and high accuracy searching method. A PV system that consist of adaptive panel and fixed panel will be had a different configuration with same PV panels by connecting modules of adaptive panel to modules of fixed panel. A switching matrix circuit is used for this. Thus, the structure that obtain more power under the same conditions is provided. Two different measurement information have been used as input parameters for developed algorithms: short circuit currents and shading ratio values obtaing by image processing. For experiments, a PV system which consist of three adaptive PV panels and nine fixed PV panels is created and the method of any size to be used in real time in the PV array is illustrated by the effective results. Obtained comparative power-voltage graphs are demonstrated the performance of the proposed method. 
As a result, the scope of this study, a new reconfiguration method which used entropy based genetic algorithm and can be applied in reat time is proposed to obtain more power under partial shading for every size of PV arrays. Also, this method is verified by simulations and experiments.
The techniques developed in this study have been supported research TUBITAK 1001  project with No: 112E214.