Iki aşamalı ve yumuşak anahtarlamalı flyback tipi fotovoltaik mikro-evirici tasarımı
Two stage soft switched flyback type photovoltaic micro-inverter design
Yazar: SİNAN ZENGİN
Danışman: YRD. DOÇ. MUTLU BOZTEPE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fotovoltaik mikro-eviriciler üzerine son yıllarda oldukça yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Gerek modüller arası uyumsuzlukları en aza indirmesi gerekse seri diyot kayıplarının olmaması sebebiyle mikro-eviricilerin kullanımı dizi ve merkezi eviricilere kıyasla daha avantajlı olmaktadır. Fakat mikro-eviricilerin iki adet temel dezavantajı bulunmaktadır. Bunlardan ilki; tek fazlı şebekeye aktarılan dalgalı güç ile sabit fotovoltaik (PV) modül gücü arasında oluşan anlık güç farklılığından kaynaklanmaktadır. Bu sorunu çözmek amacıyla yüksek kapasiteli ama düşük yaşam ömürlü elektrolitik kapasitörler (dekuplaj kapasitörü) kullanılması gerekmekte ve bunun sonucu olarak mikro-eviricilerin yaşam ömürleri fotovoltaik modüllere (>20 yıl) kıyasla çok az olmaktadır. Dekuplaj kapasitesinin küçültülmesi film kondansatör kullanımına imkan sağladığından evirici ömrünü uzatmak için önemlidir. Bu tip eviricilerde karşılaşılan ikinci dezavantaj ise yüksek iletim kayıplarının neden olduğu verim düşüklüğüdür.Bu tezde, iki aşamalı ve yumuşak anahtarlamalı bir flyback mikro-evirici yapısının dekuplaj kapasitesi ve verim üzerine etkisi incelenmiştir. İlk aşamada PV modül gerilimi yükseltilerek dekuplaj işleminin daha yüksek gerilimde gerçekleşmesi sağlanmış ve böylece gerekli dekuplaj kapasitesi 10 kat azaltılabilmiştir. Şebekeye aktarılan akımın toplam harmonik bozulması (THD) ve PV modül kullanım oranının da dekuplaj kapasitesi seçiminde önemli parametreler olduğu gösterilmiştir. 200W gücünde tek ve iki aşamalı prototip devre kurularak çeşitli ölçümler alınmış ve önerilen yöntemle mikro-eviricinin verimi %78'den %88,7'e yükseldiği gözlenmiştir.

Abstract:
Recently, intensive studies have been done on photovoltaic (PV) micro-inverters. Minimization of module mismatch losses and elimination of serial diode losses are the main advantage of micro-inverters with respects to the central and string inverters. However, micro-inverters have mainly two disadvantages. The first one is based on the instantaneous power diversity between the fluctuating power injected to the single phase grid and constant power of PV modules. In order to solve this problem the electrolytic capacitors (decoupling capacitors), which has high capacity but low lifetime, are required, in turn, the micro-inverter lifetime becomes lower than PV modules (>20 years). Reduction in the decoupling capacitor allows the use of film type capacitor which extends the inverter lifetime. Second disadvantage of this type inverters encountered is the low efficiency caused by the high conduction losses.In this thesis, the benefit of the two-stage soft-switched flyback topology on the decoupling capacitor size and conversion efficiency was studied. The decoupling capacitor size is decreased 10 times by realizing the decoupling process at high voltage after first stage where the PV module voltage is boosted. It has been shown that the total harmonic distortion of the current injected to the grid and PV utilization loss are also important parameters for selection the decoupling capacitor. The 200W prototypes for single- and two-staged micro-inverters were built and experimented, and the efficiency improvement from 78% to 88.7% was obtained.