3 boyutlu objelerin fotovoltaik sistemlerde gölgeleme etkisinin modellenmesi ve gerçek zamanlı güç analizi
Shading effect of 3d object modelling for photovoltaic systems and real-time power analysis
Yazar: BERK ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. ENGİN KARATEPE
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:
Bu tez çalışmasında, fotovoltaik sistemlerin 3-boyutlu çevresel yapılar tarafından kısmi gölgelenmesinin, herhangi bir bölgede güneşin gün içindeki zamana bağlı konumu göz önünde bulundurularak, sistem verimine olan etkisini analiz edebilen bir model geliştirilmiştir. Geliştirilen bu model ile farklı bölgelerde farklı gölgelenmeler için gerçek zamanlı simülasyonların yapılabilmesi ve fotovoltaik sistemden elde edilecek enerjinin kısmi gölgelenmeden oluşabilecek doğrusal olmayan davranışlar göz önünde bulundurularak hesaplanabilmesi hedeflenmiştir. Sanal gerçeklik tabanlı bu model ile sistem kurulmadan önce çevre koşulları ve maksimum güç izleme algoritmalarının sistem verimine olan etkileri öngörülerek, sistem veriminin artırılması için alternatif çözümlerin önceden üretilebilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, bir yıl boyunca seçilen herhangi bir bölgenin, 3-boyutlu cisimlerin bir fotovoltaik sistemde zaman içinde hangi modüllerin gölgelendiğini bularak ve modüllere gerçeğe yakın ışınım değerlerini atayarak sistemin uzun vadede verimini hesaplayabilen matematiksel denklemlere dayalı bir simülasyon programı geliştirilmiştir. Bu kapsamda, öncelikle bu amaca uygun bir fotovoltaik modül modeli oluşturulmuş ve fotovoltaik modül modellendikten sonra bina entegreli bir fotovoltaik sistemin ve olası gölgelenmeye sebep olabilecek cisimlerin yerleşimini yansıtacak bir model geliştirilmiştir. Geliştirilen bu model sayesinde modüllerin üzerinde kısmi gölgelenme oluşturulup bu gölgelemenin güç-gerilim eğrisi üzerindeki etkisi incelenerek verim analizleri yapılmıştır. Farklı koordinatlara sahip bölgelerin ve farklı elektriksel bağlantı topolojilerinin kısmi gölgelenmeye karşı gösterdikleri davranışlar kıyaslanarak incelenmiştir. Geliştirilen model ve simülasyonlar Erasmus Programı kapsamında Catalunya Teknik Üniversitesi (UPC), Elektronik Mühendisliği Bölümü ile birlikte gerçeklenmiştir.

Abstract:
In this thesis, a new analytical method is developed to evaluate the efficiency of the photovoltaic systems working in partial shading conditions by taking into account the real time shadow effect of surrounding obstacles depending on the solar movement in any location. This thesis is aimed to make real time simulations for different kind of shadings situations in different locations and also to calculate the harvested energy by taking into account nonlinear behavior of PV system under partial shading effect with developed new analytical method. Finding alternative solutions is intended to increase the system efficiency with a model based on virtual reality simulations by prediction of environment conditions and maximum power point tracker algorithm on system efficiency before PV system installations. Therefore a simulation program based on mathematical formulations is developed which calculate the long term PV system efficiency. This program provides to find shadowed PV modules by 3D obstacles and attach them realistic irradiance values. In this context, a suitable photovoltaic module model is used. After that a build integrated photovoltaic system is modeled with surrounding obstacles which can cause shading on photovoltaic modules. Based on this model, the efficiency analyses are carried out by observation of partial shading effects on power voltage curves. After this stage, PV system behavior is analyzed under partial shading conditions with different type of electrical configuration topologies and different latitude angles. A new developed analytical model and virtual reality simulations are carried out with cooperation on Universitat Politécnica de Catalunya (UPC), Electronic Engineering Department within the scope of Erasmus Program.