Fotovoltaik Panel Emülatörü Tasarımında Dijital İkiz Kullanımı
Using Digital Twin in Photovoltaic Panel Emulator Design
Yazar: Gürkan, Serkan; Aytav, Emre
Dergi: Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Vol. 12 No. 1, 2021
Anahtar kelimeler: Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği ; Dijital ikiz,FV panel,FV panel emülatörü,enerji teknolojileri,yenilenebilir enerji ; Digital twin,PV panel,PV panel emulator,energy technologies,renewable energy

Fotovoltaik paneller ile gerçekleştirilen uygulamalı eğitimlerde karşılaşılan problemlerden birisi de uygulanacak ışığın kaynağıdır. Güneşin günün her vaktinde istenen şiddette olmaması ve meteorolojik olaylar nedeniyle dış ortamda doğal ışık kullanarak eğitim yapmak oldukça zordur. Kapalı ortamlardaki uygulamalı eğitimlerde ise panele doğal güneş ışığı uygulamak yerine büyük hacimli ve güç gereksinimi fazla olan yapay ışık kaynakları kullanmak en sık tercih edilen yöntemdir. Fotovoltaik paneller ile aynı elektriksel özelliklere sahip bir emülatör ile doğal veya yapay ışık kaynağına ihtiyaç duymadan düşük maliyetler ile uygulamalı eğitimler gerçekleştirilebilir. Bu çalışmada, önemli bir yenilenebilir enerji kaynağı olan fotovoltaik hücrenin tek diyotlu modeli esas alınarak bir fotovoltaik panel emülatörü tasarlanmış; düşük maliyetli, deneysel çalışmalar için ışık kaynağına ihtiyaç duymayan, öğrencilerde psikomotor ve bilişsel davranışların geliştirilebileceği prototip bir sistem ortaya çıkarılmıştır. Emülatörün tasarımı için ticari maksatlı üretilen bir fotovoltaik panel referans alınmış ve elektriksel özellikleri tespit edilmiştir. Tasarlanan emülatörün doğrulanmasında kullanılmak üzere referans panel için dijital ikiz oluşturulmuştur. Geliştirilen emülatörde; güneşlenme miktarı 50 W m-2 ile 1000 W m-2 aralığında, panel sıcaklığı 0 °C ile 80 °C aralığında bilgisayar aracılığı ile değiştirilebilir. Emülatörde 10 W maksimum güç hedeflenmiş, %0.1 hata ile 10.01 W maksimum güç elde edilmiştir. Geliştirilen emülatörün dijital ikizi ile yapılan doğrulamasında elde edilen elektriksel verilerin, referans panelin elektriksel verileri ile uyumlu olduğu görülmüştür.

One of the problems encountered in training with photovoltaic panels is the source of light to be applied. It is difficult to train with natural light due to the fact that the sun is not at the desired intensity at all times of the day and meteorological events. In training in indoor environments, instead of applying natural sunlight to the panel, using artificial light sources with large volumes and high power requirements is the most preferred method. With an emulator with the same electrical characteristics as photovoltaic panels, practical training can be carried out at low costs without the need for natural or artificial light sources. In this study, a photovoltaic panel emulator was designed based on the single diode model of the photovoltaic cell, and a prototype system has been revealed that does not need a light source in experimental studies and can improve psychomotor behaviors on students. The electrical properties of a commercially produced photovoltaic panel were taken as reference for the design of the emulator. A digital twin has been created for the reference panel to be used in the verification of the designed emulator. In the developed emulator; the amount of sun exposure and the panel temperature can be changed by computer. In the emulator, 10W maximum power was targeted, and 10.01W has been obtained with an error of 0.1%. In the verification of the developed emulator with its digital twin, it has been seen that the electrical data obtained were compatible with the electrical data of the reference panel.