Maksimum güç noktası takibi algoritmalarını kullanarak mikrodenetleyici tabanlı iki eksenli otomatik güneş takip sistemi tasarımı

Abstract

Dünyada fosil enerji kaynakları gibi sıkça kullanılan enerji kaynaklarının hızla azalması ve bu tür kaynakların çevre üzerindeki olumsuz etkilerinden dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmıştır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan alternatif enerji kaynaklarından biri de güneş enerjisidir. Fotovolatik panellerin enerji üretimi sırasında çevreyi kirletmemesi, bakım maliyetlerinin az olması ve her yerde kullanılabilmesi, güneş enerjisinin alternatif enerji kaynağı olarak kullanımında önemini arttırmıştır. Bu avantajlar ile birlikte fotovoltaik sistemlerin en önemli problemi güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürmedeki verimlerinin düşük olmasıdır.Fotovoltaik panellerin enerji verimliliğine etki eden en önemli faktörlerden biri de güneş ışınlarının panel yüzeyi ile yaptığı açıdır. Güneş ışınları panel yüzeyine ne kadar dik gelirse üretilen enerji o kadar yüksek olmaktadır. Bu çalışmada, gün içerisinde farklı açılar ile yeryüzüne ulaşan güneş ışınlarını panel yüzeyine dik gelmesi amacıyla, güneşi gün boyu takip eden bir güneş takip sistemi tasarlanmıştır. Takip sistemi iki eksende gerçekleştirilmiştir. Sistemin doğu-batı ekseninde çalıştırılması ile güneşi gün boyu; kuzey-güney yönünde çalıştırılması ile güneşi yıl boyu takip etmesi sağlanmıştır. Böylelikle güneş ışınlarının fotovoltaik panele sürekli dik gelmesi sağlanmıştır.Fotovoltaik panelin, güneş takip sistemi aracılığı ile güneşi sürekli olarak izleyecek şekilde hareket etmesi, panelden maximum güç alınmasını garanti etmez. Işınım ve sıcaklık gibi değişen çevre şartlarında fotovoltaik panelden yüke maximum enerji transferi gerçekleştirilemez. Bu durumu önlemek amacıyla fotovoltaik paneli maximum güç noktasında (MPP) çalıştırılmasını sağlayan, maximum güç noktası izleyicileri (MPPT) kullanılır. MPPT genel olarak DC/DC dönüştürücü devrelerdir. Bu çalışmada, maximum güç noktasının takibini sağlamak amacıyla yükselten tip DC/DC dönüştürücü tasarlanmıştır. Sistemin çalışması için gerekli olan anahtarlama sinyalleri mikrodenetleyici tarafından elde edilmiştir. Dönüştürücünün kontrolü dijital tekniklerden yararlanılarak kapalı çevrim bir geri besleme ile oluşturulmuştur. Literatürde yaygın olarak kullanılan üç farklı MPPT algoritmasının çalışma prensibleri incelenmiş ve tasarladığımız dönüştürücüde uygulanarak karşılaştırmalı performans analizleri yapılmıştır.Fotovoltaik panelden elde edilen doğru akım (DC) gerilimini, alternatif akım (AC) ile çalışan yükler için kullanılabilir hale getirmek amacıyla bir evirici devresi tasarlanmıştır. Eviricinin kontrolü için literatürde yaygın olarak kulanılan modülasyon yöntemleri eviricide uygulanarak bu yöntemlerin karşılaştırmalı harmonik analizleri yapılmıştır.

In the world, reduction of commonly used energy sources like fossil energy and due to the negative effects on the environment of such resources has increased interest in renewable energy sources. One of the widely used alternative energy sources is solar energy. During the production of energy, photovoltaic panels do not pollute the environment. Their maintenance costs are almost negligible and they can be used anywhere. These kind of advantages promote the importance of use of solar energy as an alternative energy source. On the other hand, the most important weakness of the solar technology is the low conversion rates of sunlight into electric energyOne of the most important factors that affect the energy efficiency of photovoltaic panels is the angle which is made by the suns rays with the surface of the panel. Produced energy gets higher when the suns rays reach to the panel surface steeper. In this study, a solar tracking system following the sun throughout the day designed with purpose of ensuring that the suns rays reaching the earth with different angles during the day are perpendicular to the panel surface. Tracking system was carried out in two axes. The system is provided to chase the sun throughout the year by operated all day long with east-west axis and throughout the year with north-south direction. In this manner, the system makes sure that suns rays are always hitting perpendicular to the panel surface.Movement of the photovoltaic panel in order to track the sun with the help of sun tracking system does not guarantee to get maximum power from solar panel. Transfer of maximum energy from photovoltaic panel to load cannot be performed with variable environmental conditions like radiation and temperature. In order to avoid this situation, maximum power point tracker (MPPT) which supplies photovoltaic panel to run on maximum power point (MPP) is used. In general, MPPT is DC/DC converter circuit. In this study, in order to provide maximum power point tracking, a boost dc-dc converter is designed. The switching signals necessary for operation of the system is achieved by the microcontroller. The control of converter was created by using digital techniques with closed loop feedback control. Working principles of three different MPPT algorithms which are widely used in the literature were analyzed and by applying on the converter which was designed, comparative performance analysis of these methods were madeAn inverter circuit is designed in order to make available direct current voltage obtained from the photovoltaic panel for loads powered with alternating current. By applying modulation methods widely used in the literature to control the inverter to our inverter circuit, comparable harmonic analysis of these methods was made.