Fotovoltaik uygulamalar için model tabanlı hibrit bir MPPT yönteminin geliştirilmesi

Abstract

Elektrikli araçların da gittikçe yaygınlaşmasıyla elektrik enerjisi tüketiminde önümüzdeki yıllarda sürekli bir artış beklenmektedir. Ülkemizde elektrik enerjisi üretiminde rezervleri kısıtlı olan fosil yakıtlar büyük bir oranda kullanılmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları fosil yakıtlar kullanılmadan enerji ürettikleri için günümüzde cazip hale gelmiştir. Fotovoltaik (PV) hücrelerin ışınım, sıcaklık ve diğer çevresel etkilere bağlı olarak üretebileceği maksimum güç miktarı değişmekte, bu etkenlere bağlı olarak farklı çalışma karakteristikleri ortaya çıkmaktadır. Bu karakteristiklerin belirlenebilmesi için hücrelerin eşdeğer devre modellerinin oluşturulması gerekir. Bu tez çalışmasında, PV panel olarak 1Soltech 1STH-215-P modeli seçilmiştir ve tek diyot modeli yardımıyla PV hücrenin Matlab/Simulink'te modeli oluşturulmuştur. Hazır PV model ve matematiksel model yardımıyla oluşturulan PV modele ait I-V ve P-V eğrileri karşılaştırılmış ve maksimum güç noktaları (MPP) model kullanılarak belirlenmiştir. Panelin fiziksel yıpranması, toz, kir gibi dış etkenler nedeniyle eşdeğer devre parametreleri değişikliğe uğrayabildiğinden, model kullanılarak hesaplanan MPP değeri zamanla değişebilmektedir. Önerilen yöntemde, maksimum güç noktasına erişimde model tabanlı maksimum güç noktası izleme (MPPT) algoritması kullanılmış, ideal olmayan durumda MPP hesabında ortaya çıkacak değişimler dikkate alınarak MPP yakınında değiştir ve gözle (P&O) algoritmasına geçiş yapılmıştır. Matlab/Simulink simülasyon ortamında yapılan bu çalışmayla, eşdeğer devre parametreleri elde edilerek gerçekleştirilen model tabanlı MPPT algoritmasının kullanıldığı hibrit yöntem ile geleneksel P&O algoritmasının MPP'ye yakınsama süreleri, MPP çevresinde ortaya çıkan salınımlar karşılaştırılmış ve önerilen model tabanlı hibrit algoritmanın, geleneksel algoritmaya göre avantajları gözlemlenmiştir.

As electric vehicles become increasingly widespread, a continuous increase in electrical energy consumption is expected in the coming years. In our country, mostly fossil fuels are used in electrical energy production and their reserves are limited. Renewable energy sources have become attractive today because they produce energy without using fossil fuels.The maximum amount of power that photovoltaic (PV) cells can produce varies depending on radiation, temperature and other environmental effects, and different operating characteristics occur depending on these factors. In order to determine these characteristics, cells need to be modeled. In this thesis study, 1Soltech 1STH-215-P model was chosen as the PV panel and the model of the PV cell was created in Matlab/Simulink with the help of the single diode model. The I-V and P-V curves of the PV model created with the help of the ready-made PV model and the mathematical model were compared and the maximum power points (MPP) were determined using the model. Since equivalent circuit parameters may change due to external factors such as aging of the panel, dust and dirt, the MPP value calculated using the model may change over time. In the proposed method, the model-based maximum power point tracking (MPPT) algorithm was used to reach the maximum power point, and a switch was made to the perturb and observe (P&O) algorithm near the MPP, taking into account the changes that would occur in the MPP calculation in non-ideal situations. With this study conducted in the Matlab/Simulink simulation environment, the hybrid method using the model-based MPPT algorithm, which is implemented by obtaining equivalent circuit parameters, and the traditional P&O algorithm's convergence speed to reach the MPP and the oscillations around the MPP were compared and the advantages of the proposed model-based hybrid algorithm over the traditional algorithm were observed.