Fotovoltaik panel beslemeli alternatif akım  (AA) pompa motoru için sürücü devre tasarımı ve simülasyonu
Design and simulation of driver circuit for alternating current (AA) pump motor fed by photovoltaic panel
Yazar: UĞUR HARMANCI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURETTİN BEŞLİ
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynakları özellikle güneş enerjisi gelecek için önemli alternatif enerji kaynağıdır ve bu alanda yapılan araştırma ve geliştirmeler elektrik sistemlerinde fotovoltaik hücrelerin kullanımının önemini göstermektedir. Fotovoltaik hücreler yarı iletken malzemelerden oluşmuş olup üzerine gün ışığı düştüğünde fotovoltaik etki ile elektrik enerjisi üretilir. Yüksek oranda lineer olmayan akım-gerilim (I-V) karakteristiği ve düşük dönüşüm oranı  (%10-%16 arasında) fotovoltaik hücre teknolojisinin iki içsel problemidir. Fotovoltaik hücrenin sıcaklığa bağlı karakteristiği problemi daha da kötüleştirir. Fotovoltaik panelin akım-gerilim (I-V) eğrisine göre maksimum gücün alındığı bir nokta vardır. Bu noktaya maksimum güç noktası (Maksimum Power Point, MPP) denir. Fotovoltaik panelden maksimum gücü elde etmek için fotovoltaik panelin bu noktada çalışması gerekmektedir. Maksimum güç noktası izleyici ( Maximum Power Point, MPPT) algoritmaları ve dönüştürücüler bu amaçla kullanılmaktadır. Fotovoltaik sistem uygulamalarının verimleri fotovoltaik panelin verimine, dönüştürücünün verimine ve maksimum güç noktası izleyicisi (MPPT) algoritmasının verimine bağlıdır. Fotovoltaik sistemler elektrik tüketim maliyetinin yüksek olduğu ve şebekenin olmadığı uzak alanlar için pratikte geniş uygulama alanı bulurlar. Özellikle, içme suyu sağlama ve tarla sulamalarında fotovoltaik tabanlı su pompaları kullanılabilmektedir. Fotovoltaik su pompalama sistemlerinin çoğu günümüzde Doğru Akım(DA) motorlu su pompası sürücülerinin doğrudan fotovoltaik panele (PV) bağlanmasıyla oluşturulur. Bu sistemlerin maliyetinin fazla olması ve gerekli güçlerde bulanamaması dezavantajları arasındandır. Tarımsal sulamada Alternatif akım (AA) motorlu su pompaları çok yaygın olup doğrudan şebekeden beslenmektedir. AA motorlu su pompa sistemlerinin güneş enerjisiyle beslenmesi için genelde şebeke bağlantılı veya akülü Eviricilerin kullanıldığı yapılar bulunmaktadır. Elektrik iletiminin bazı bölgelerde zor olması ve akünün ömür ve bakım problemlerinin olması şebeke bağlantısız Güneş enerjili AA motor sürücülerinin önemini arttırmıştır. Ayrıca tarımsal sulamada elektrik maliyetinin giderek yükselmesi ve hali hazırdaki pompaların AA beslemeli olmasından dolayı şebeke bağlantısız fotovoltaik beslemeli AA motor sürücü devresi oluşturulması büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, fotovoltaik panellerden alınan DA enerjisi MPPT özellikli Çevirici (Converter) ve güce göre motor devrini kontrol eden Evirici (Inverter) ile AA motorlu su pompasına aktaran sürücü devresi tasarlanmış ve simülasyonu yapılmıştır. Değişken güç girişine göre motor devir kontrolü yapılırken torkun sabit tutulması sağlanmıştır. Uygun devre elamanları seçilerek verimli bir sistemin oluşturulmasının mümkün olduğu görülmüştür.

Abstract:
Renewable energy, especially solar energy is important alternative source of energy for the future, and researches and developments done in this field shows the importance of the use photovoltaic (PV) cells in electrical systems. PV cells are made of semiconductor material. PV cell produces electrical energy from solar radiation by means of photovoltaic effect. . Highly non-linear I-V characteristic and low conversion efficiency (l0%to 16%) are two inherent problems in solar technology. The problem gets worse due to dependence of characteristics of solar cell on temperature and insolation level. There is a point where the maximum power is obtained according to the current-voltage (I- V) of characteristics of photovoltaic panels. The point in I-V characteristics where maximum power is present is called Maximum power point (MPP). PV panel needs to be operated at MPP in order to produce maximum power under ever changing conditions. Maximum power point tracker (MPPT) algorithms and converters are used for this purpose. Efficiency of PV power generation system depends on efficiency of PV panel, converter and maximum power point tracking (MPPT) algorithm. PV Solar power system finds extensive application where the cost of electricity consumption is very high and access to the grid supply is impractical. The solar based water pumps are used especially for providing drinking water and irrigation.  Most of the PV water pumping systems are connected directly to the solar arrays and use DC motor driven pumps. This system is easy to operate but high cost and low power. In agricultural irrigation, grid connected AC water pumps are very common. In order to feed AC water pump by solar energy, generally inverter with grid-connection or battery is used. Difficulties of electricity transmission in some areas and problems of battery life and maintenance have increased the importance of solar AC motor drives. In addition, because the cost of agricultural irrigation is in the rise and most of the current water pumps in use are AC grid-connected, Solar AC motor driver circuit is of great importance to be realized. In this work, a converter containing MPPT stage, an inverter capable of changing frequency according to the input power, and a driver for AC motor will be designed and simulated. While motor speed is controlled according to input power, the torque must be constant. It has been seen that the implementation of an efficient system depends on selection of the appropriate circuit components.