Termoelektrik jeneratörler için karıştır ve gözlemle maksimum güç noktası izleme metodu

Abstract

Termoelektrik jeneratörler (TEJ) atık ısılardan elektrik enerjisi üretmek için küçük güç uygulamalarında kullanılırlar. TEJ'in uçlarına bağlanılan yük direnci ile iç direnci eşit olduğunda maksimum güç alınır. Fakat bu empedans eşitliği her zaman sağlanamaz. Bu nedenle TEJ daha düşük verimle çalışır. Bunun için maksimum güç noktası izleyiciler (MGNİ) kullanılır. Bu çalışmada, MGNİ için TEJ'lerin detaylı bir modellemesi ve benzetimi MATLAB®/Simulink® programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İlk olarak, TEJ çıkışında etkili olan eşitlikler belirlendikten sonra, üreticilerin sunduğu yalnızca yüzey sıcaklıkları ve Seebeck sabitine bağlı kalarak bir TEJ modellemesi yapılmıştır. Oluşturulan TEJ modelinde TEJ gücünün arttırılabilmesi için seri ve paralel bağlı TEJ sayılarının girilebilmesi sağlanmış ve bu model çıkışına farklı yük değerleri bağlanarak çıkıştan alınan güç belirlenmiştir. Sonra, MGNİ'nin uygulanması için TEJ modeli ile birlikte DC-DC hem bir yükseltici hem de bir alçaltıcı-yükseltici çevirici modelleri oluşturulmuştur. Bundan sonra, karıştır gözlemle (K&G) MGNİ algoritması bu modellere gömülmüş ve bunların çıkışlarına bağlanan farklı yükler için MGNİ yapılmıştır. TEJ modeli ve kullanılan K&G MGNİ'li DC-DC hem yükseltici hem de alçaltıcı-yükseltici çeviriciler sayesinde TEJ'in maksimum gücü, sırasıyla, %98,64'e ve %98,95'e ulaşan değerlerle takip edilebilmiştir. Bu değerlere göre TEJ'den alınan güç hemen hemen yük değişimlerinden etkilenmemiştir. Aynı zamanda elde edilen MATLAB®/Simulink® benzetim sonuçları deneysel olarak teyit edilmiştir. Sonuçta, bu TEJ modeli sayesinde farklı Seebeck sabiti ve sıcaklık değerlerine sahip TEJ'lerin kolaylıkla benzetimlerinin yapılabileceği bir K&G MGNİ'li DC-DC hem bir yükseltici çevirici ve hem de bir alçaltıcı-yükseltici çevirici TEJ modeli sistemi elde edilmiştir.

Thermoelectric generators (TEGs) are used in small power applications to produce electrical energy from waste heat. Maximum power is obtained when the load resistance connected to the ends of the TEG is equal to the internal resistance. However, this impedance equation cannot always be achieved. Thus, TEG operates with lower efficiency. Therefore, maximum power point tracking methods (MPPT) are commonly used. In this study, a detailed modeling and simulation of TEGs for MPPT were performed by using MATLAB®/Simulink® program. Firstly, after determining the equations that are effective at the TEG output, a TEG modeling was designed, based on only the surface temperatures and Seebeck coefficient offered by the manufacturers. In order to increase the power of TEG generated in TEG model, series-parallel connected TEG numbers were enabled to enter and the power obtained from the output was determined by connecting different load values the output of this model. Then, along with the TEG model, both a boost and a buck-boost converter were modelled for the simulation of the MPPT. Afterwards, a perturb and observe (P&O) MPPT algorithm was embedded in these models and the MPPT was performed for different loads connected to their outputs. Thanks to the TEG model and the DC-DC with P&O MPPT and both the boost and buck-boost converter, the maximum power of TEG was able to be traced up to values reaching 98.64% and 98.95%, respectively. According to these values, the power obtained from TEG was not affected by these load changes. MATLAB®/Simulink® simulation results were also confirmed experimentally. In conclusion, thanks to this TEG model, DC-DC both a boost and buck-boost converter TEG model system with a P&O MPPT have been obtained which can easily simulate TEGs with different Seebeck coefficient and temperature values.