Pv sistemler için yumuşak anahtarlamalı maksimum güç noktası izleyici tasarımı ve uygulaması

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının en önemlilerinden birisi güneş enerjisidir. Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren PV panel doğrusal olmayan çıkış karakteristiğine sahiptir. Bu yüzden PV panelden her an maksimum güç elde edilememektedir. PV panelden maksimum güç elde edebilmenin yolu MPPT sistemleri kullanmaktır. PV panel ile yük arasında bulunan bu sistem, bir çeşit DC-DC güç dönüştürücüdür. Panelden elde edilen gücü alıcıya aktarırken bu dönüştürücülerin maliyetlerinin düşük ve kayıplarının olabildiğince az olması önemlidir. Anahtarlama frekansı artırılarak dönüştürücülerde kullanılan pasif devre elemanlarının değerleri azaltılabilmekte bunun sonucu olarak da maliyet düşmektedir. Ayrıca artan anahtarlama frekansı ile güç yoğunluğu da artmaktadır. PWM kontrol tekniği endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak anahtarlama frekansının artmasıyla anahtarlama kayıpları ve EMI gürültüleri artmaktadır. Yumuşak anahtarlama teknikleri ile yüksek anahtarlama frekansında çalışabilmek mümkün olmaktadır.Bu tez çalışmasında, PV panellerde maksimum güç noktasının takip edilebilmesi amacıyla sıfır gerilim rezonans anahtar içeren, yumuşak anahtarlamalı yükseltici tip (boost) güç dönüştürücü tasarlanmıştır. Bu sayede PWM anahtarlama tekniğinin yüksek anahtarlama frekanslarındaki çalışmalara getirmiş olduğu olumsuz etkiler azaltılmıştır. Tasarlanan yumuşak anahtarlamalı maksimum güç noktası izleyicide sıfır gerilim ile anahtarlama sağlanarak EMI gürültüleri ve akım/gerilim sıçramaları azaltılmıştır. Geleneksel MPPT'de güç kontrolü görev oranının değiştirilmesi ile yapılmaktadır. Bu çalışmada ise güç dönüştürücünün kontrolü frekans kontrolü ile gerçekleştirilmiştir. Teorik analizi doğrulamak amacıyla; 40 W'lık PV panel, ışık kaynağı olarak halojen lambalar ile oluşturulmuş projektör ve dönüştürücüden oluşan deney düzeneği gerçekleştirilmiştir. MPPT algoritması olarak `değiştir ve gözlemle` yöntemi kullanılmıştır. Farklı yük ve ışıma şiddeti değerleri için dönüştürücü test edilerek analiz, simülasyon ve uygulama sonuçları karşılaştırılmıştır.

Solar energy is one of the most important renewable energy sources. PV panel, which converts solar energy to electric energy, has nonlinear output characteristic. So maximum power always hasn't been obtained from the PV panel. The way of getting maximum power from the PV panel is using MPPT systems. This system is a kind of DC-DC converter which is placed between the PV and the load. It is important that this converter has low losses and cost as little as possible when the power obtained from PV panel is transferred to load. The values of passive circuit elements used in the converters can be reduced by increasing the switching frequency. As a result, the cost is reduced. Increasing the switching frequency also increases the power density. PWM control technique is commonly used in industrial applications. But switching losses and EMI noises increase when the switching frequency is increased. With soft switching techniques it is possible to work at higher switching frequencies. In this study, soft switched boost converter with resonant switch is designed in order to track the maximum power point of the PV panel. By the way disadvantages of PWM switching at high frequencies are minimized. In the designed soft switching MPPT, the current/voltage spikes and EMI are reduced by using zero voltage switching technique. In conventional MPPT, power control is achieved by varying the duty cycle. In this study, power control of the converter is achieved by adjusting the switching frequency. In order to verify the theoretical analysis; the experimental study prototype which consists of 40 W PV panel, halogen lamps for artifical lighting and power converter is built up. As MPPT algorithm ` perturbation and observe ` method is used. The converter is tested for different load and radiation intensity values. Analysis, simulation and implementation results have been compared.