Kısmi gölgelenme etkilerini modelleyebilen bir PV emülatör tasarımı

Abstract

Güneş panellerinin çıkış karakteristikleri ışınım, sıcaklık, gölgelenme ve yüzey temizliği gibi pek çok parametreden etkilenmektedir. Bu etkileri incelemek için güneş panelleriyle yapılan testlerin aynı şartlarda tekrarlanması ışınım şiddeti ve sıcaklığın olasılıksal değişimleri sebebiyle mümkün olamamaktadır. Ancak güneş paneli gibi davranan emülatörler sayesinde deneylerin aynı şartlarda tekrarı sağlanabilmektedir. Bu tezde güneş panellerinin kısmi gölgelenme etkilerini modelleyebilen bir güneş paneli emülatörü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan emülatör üç seri bağlı hücre dizisinden oluşmakta ve toplam 250 W çıkış gücüne sahiptir. Emülatörün hücre dizileri azaltan tip doğru akımdan doğru akıma (DC/DC) dönüştürücü ile gerçekleştirilmiştir. DC/DC dönüştürücülerin kontrolü için 32 bitlik bir mikrodenetleyici geliştirme kartı kullanılmış ve mikrodenetleyicinin aygıt yazılımı MATLAB/Simulink ortamında grafiksel olarak hazırlanmıştır. Ayrıca emülatörün istenilen senaryo ile işletilmesi ve çalışma noktası verilerinin toplanması için LabVIEW ortamında bir ara yüz tasarlanmıştır. Tasarlanan emülatör bu çalışma için oluşturulan beş farklı ışınım ve sıcaklık senaryosuyla test edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar, MATLAB/Simulink ortamında alınan simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. İstatistiki analizler deneysel ve simülasyon sonuçlarının örtüştüğünü göstermiştir.

The output characteristics of photovoltaic (PV) panels are affected by many parameters such as radiation, temperature, shading, and surface cleanliness. It cannot possible to repeat the tests with PV panels to examine these effects under the same conditions due to stochastic changes in radiation intensity and temperature. However, thanks to emulators that act like PV panels, experiments can be repeated under the same conditions. In this thesis, we designed a PV panel emulator which can model the partial shading effects of PV panels. The designed PV emulator consists of three series connected cell strings and has a total output power of 250 W. The cell strings of emulator were implemented with DC/DC buck converters. A 32-bit microcontroller development board was used to control the DC/DC converters and the firmware of microcontroller was graphically prepared in MATLAB/Simulink environment. In addition, an interface is designed in LabVIEW environment for operating the emulator with the desired scenario and acquiring the operating point data. The designed emulator was tested with five different radiation and temperature scenarios prepared for this study. The obtained experimental results were compared with the simulation results achieved in MATLAB/Simulink program. Statistical analysis showed that experimental and simulation results overlap.