Benzetim Sonuçları

Şekil 4.1’de sistemin bir periyotta ürettiği giriş sinyalleri görülmektedir. Sinyaller sırayla, MGNT sinyali, DGM sinyali ve 50Hz senkronizasyon sinyalleridir. Şekil 4.2’de aynı sinyallere daha yakından bakılmaktadır.

Şekil 4.2: Sistemin giriş sinyalleri yakından

Şekil 4.2 de DGM sinyali başlangıçta MGNT sinyalinden daha düşük genişlikte olmasına rağmen, zamanla genişlik olarak MGNT sinyalini geçmektedir. Bu durum Şekil 4.3’de de gözlenebilir. Bu şekilde sinyaller sırasıyla Q_AC, Q₁, Q₂, Q₃ ve Q₄ anahtarlarının kapı sinyalleridir. Görüldüğü gibi 0.2ms ile 0.8ms arasında DGM sinyalinin genişliği MGNT sinyalinden az olduğundan dolayı, AC anahtara hiçbir sinyal gitmemektedir. Hatta güneş paneli çıkışındaki eviriciye giden sinyaller bile DGM sinyali ile sınırlandırılmış durumdadır. 0.8ms den sonra DGM sinyalinin genişliği MGNT sinyalini aştığı için, yani güneş panelinin gücü yetmemeye başladığı için, AC anahtar da devreye girmektedir.

Şekil 4.3: Yarıiletken anahtarların kapı sinyalleri

Şekil 4.4: Evirici çıkış gerilimi

Şekil 4.5, beklendiği gibi Şekil 3.6 ile aynı karakteristiklere sahiptir. Filtrelenmiş olan sistemin çıkış gerilimi Şekil 4.6’da gösterilmiştir. Görülebileceği gibi sistem çıkışında neredeyse kusursuz bir sinüs şekli elde edilmiştir. Bu şeklin fourier analizi Şekil 4.7’de verilmiştir.

Şekil 4.6: Sistem çıkış gerilimi

1 . 0 H z 3 . 0 H z 1 0 H z 3 0 H z 1 0 0 H z 3 0 0 H z 1 . 0 K H z 3 . 0 K H z 1 0 K H z 3 0 K H z 1 0 0 K H z 0 V 5 0 V 1 0 0 V 1 5 0 V 2 0 0 V 2 5 0 V 3 0 0 V 3 5 0 V

Şekil 4.8 ve Şekil 4.9’de çıkış filtresi endüktansı üzerinden akmakta olan akım gösterilmektedir. Şekil 4.9, Şekil 3.5 ile oldukça yakın sonuçlar vermiştir.

Şekil 4.8: Çıkış endüktansının(L3) üzerinden geçen akım

Şekil 4.10 güneş paneli tarafından çekilmekte olan akımı göstermektedir. Güneş paneli çıkış geriliminin düşük olduğu anlarda gücü karşılayabilmekte, ancak gerilimin yükselmesiyle şebekeden destek almak zorunda kalmaktadır.

Şekil 4.10: Güneş panelinden çekilen akım

Şekil 4.11’da ise şebekeden çekilen akım görülmektedir. Şebekeden çekilen akım üzerinde düşük seviye harmonikler görünmektedir. Bu harmoniklerin analizi Şekil 4.12’de verilmiştir.

Şekil 4.11: Şebekeden çekilen akım F r e q u e n c y 1 . 0 H z 3 . 0 H z 1 0 H z 3 0 H z 1 0 0 H z 3 0 0 H z 1 . 0 K H z 3 . 0 K H z 1 0 K H z 3 0 K H z 1 0 0 K H z I ( V 8 ) 0 A 4 A 8 A 1 2 A 1 6 A 2 0 A

Şekil 4.13: Panel, şebeke ve yük arasındaki güç paylaşımı

Şekil 4.13, Sistemden çekilen gücü göstermektedir. Bu şekilde en üstteki grafik rezistif yük tarafından harcanan aktif güçtür. Onun hemen ardından gelen ikinci grafik ise şebekeden çekilmekte olan aktif gücü simgelemektedir. Üçüncü grafik ise güneş panelinin sisteme sağladığı yardımcı gücü simgeler. Şekil 4.13’de de görüldüğü üzere yaklaşık %50’ye varan bir elektrik enerjisi tasarrufu sağlanmıştır. Üstelik sağlanan bu tasarruf elektriğin pahalı olduğu gündüz saatlerindedir. Güneşin az veya çok olması durumlarında MGNT sistemi sayesinde yine yüksek randıman alınmasını sağlayacak olan bu sistem kendini çok kısa sürede amorti edecektir. Şekil 4.14 ve Şekil 4.15’de düşük yükte çalışma(1kW) gözlemlenmektedir. Şekil 4.14’de görüleceği gibi güneş panelinden çekilen akım şekli sinüs mutlak değeri şeklinde olmakta ve Şekil 4.15’de bütün aktif güç güneş paneli tarafından karşılanmaktadır.

Şekil 4.16 ve Şekil 4.17’de ise yüksek güçte(10kW) çalışma durumu gösterilmiştir. Şekil 4.16’da MGNT sistemi günel panelinden çekilen akımı sınırlamakta ve yükün büyük bir kısmı şebekeden beslenmektedir. Şekil 4.17’de paylaşım oranı

Yük

Şebeke

T i m e 2 0 m s 2 5 m s 3 0 m s 3 5 m s 4 0 m s 4 5 m s 5 0 m s 5 5 m s 6 0 m s - I ( V 9 ) 0 A 1 . 0 A 2 . 0 A 3 . 0 A 4 . 0 A

Şekil 4.14: Düşük yükte çalışma durumunda güneş panelinden çekilen akım

T i m e 2 0 m s 3 0 m s 4 0 m s 5 0 m s 6 0 m s 7 0 m s 8 0 m s 9 0 m s 1 0 0 m s - a v g ( W ( V 8 ) ) - a v g ( W ( V 9 ) ) A V G ( W ( R 1 1 ) ) - 0 . 2 K W 0 W 0 . 2 K W 0 . 4 K W 0 . 6 K W 0 . 8 K W 1 . 0 K W 1 . 2 K W

Şekil 4.15: Düşük yükte çalışma durumunda panel, şebeke ve yük arasındaki güç paylaşımı

Yük

Panel

T i m e 2 0 m s 2 2 m s 2 4 m s 2 6 m s 2 8 m s 3 0 m s 3 2 m s 3 4 m s 3 6 m s 3 8 m s 4 0 m s I ( D 2 4 ) 0 A 2 . 0 A 4 . 0 A 6 . 0 A 8 . 0 A - 1 . 0 A

Şekil 4.16: Yüksek yükte çalışma durumunda güneş panelinden çekilen akım

T i m e 2 0 m s 3 0 m s 4 0 m s 5 0 m s 6 0 m s 7 0 m s 8 0 m s 9 0 m s 1 0 0 m s - a v g ( W ( V 8 ) ) - a v g ( W ( V 9 ) ) a v g ( W ( R 1 1 ) ) 0 W 2 K W 4 K W 6 K W 8 K W 1 0 K W 1 2 K W

Şekil 4.17: Yüksek yükte çalışma durumunda panel, şebeke ve yük arasındaki güç paylaşımı

Yük

Şebeke

5. SONUÇ

Güneş panellerinin daha verimli kullanılmasını sağlayacak bir güç elektroniği devresi topolojisi önerilmiştir. Önerilen devre güneş panellerinin ürettiği enerjinin herhangi bir depolama aygıtı kullanılmaksızın hedef yüke aktarılmasını sağlamıştır. Maksimum güç noktası tekniğiyle güneş paneli optimum performansta çalıştırılmış ve yüksek frekansta darbe genlik modülasyonu kullanılarak şebeke ile panel arasındaki güç paylaşımı sağlanmıştır. Devrenin çalışması bilgisayar tabanlı benzetim programı ile de incelenmiş ve benzetim sonucunda elde edilen değerlerin beklenen değerler ile örtüştüğü gözlemlenmiştir. Devrenin uygulanması ile yüksek miktarda enerji tasarrufu sağlanabilmiştir.

Bakım gerektirmeyen, uzun ömürlü ve yük durumuna göre yüksek miktarda enerji tasarrufu sağlayıp kurulum maliyetini hızlı bir şekilde amorti edebilecek bir sistem elde edilmiştir.

Gelecekte bu çalışmayı ilerletebilecek diğer çalışmalar:

 Benzetimin ideal anahtarlar yerine gerçek yarıiletken anahtar modelleri ile gerçeklenmesi

 Güneş panellerinden elde edilen güç yükten fazla olduğu durumlarda enerjinin depolanmasını sağlayacak ek bir devre tasarlanması

 Şebeke enerjisinin kesilmesi durumunda akü destekli kesintisiz güç kaynağı şeklinde çalışmayı sağlayacak bir devre tasarımı

KAYNAKLAR

[1] Stephen J. Chapman, 1991 “Electric Machinery Fundamentals” 2^nd edition, McGraw-Hill Inc.

[2] Mohan, Undeland, Robbins, 1995 Power Electronics, John Wiley

[3] Everett Rogers, March 1999, Texas Instruments Application Note SLVA057 “Understanding Buck Power Stages in Switch-Mode Power Supplies”

[4] 8. R. D. Middlebrook ve S. Cuk, A General Unified Approach to Modeling Switching-Converter Power Stages, International Journal of Electronics, Vol. 42, No. 6, pp. 521–550, June 1977.

[5] Ender Kasım, Mayıs 2003, “Solar Powered Boat”, Lisans Tezi, İ.T.Ü. Elektrik Elektronik Fakültesi, İstanbul

[6] K. Siri, V. Caliskan and C.Q. Lee, April 1993 “Peak Power Tracking in Solar-Powered Parallel Connected Converter Systems,” IEEE Transactions Part-G: Circuits, Devices and Systems, vol. 140, no. 2, pp. 106-116,

[7] http://www.eere.energy.gov/de/solar_electric.html, Amerika Birleşik

Devletleri Enerji Bakanlığı, Dağıtılmış Güç Projesi, Solar Elektrik Bölümü.

[8] M. Wolf 1976, “Historical development of solar cells” pp 38-42 IEEE Press, Newyork

[9] D. S. Shugar 1990, “ Photovoltaics in the Utility Distribution System: The Evaluation of System and Distributed Benefits” 21. PV uzmanları konferansı notları, Kissimmee, Florida

[10] Tsai-Fu Wu 2000, “A Fuzzy- Logic Controlled Single Stage Converter for PV-Powered Lighting System Applications”, IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol 47 No2. pp287-296

[11] Chihchiang Hua, Jongrong Lin and Chihming Shen, "Implementation of a DSP controlled Photovoltaic System with Peak Power Tracking",IEEE transactions

[13] http://www.bp.com British Petrol Güneş Panelleri web sayfası

[14] Keith Emery,"The Rating of Photovoltaic Performance", IEEE transactions on electron Devices Vol 46 No10 October 1999

[15] Ahmad Zahedi, "Energy, People Environment" Development of an integrater renewable & energy storage system, an uninterruptible power supply for people and for better environment.

[16] Richard J. Schwartz, “Photovoltaic Power Generation “Proceedings of the IEEE vol 81 No3 March 1993

[17] K. Matsui, I. Yamamoto, S. Hirose, K. Ando and T.Kobayashi, "Utility-interactive photovoltaic power conditioning systems with forward converter for domestic applications", IEEE proc.-Elecro. Power Appl. Vol 147 No. 3 May 2000 [18] S. Saha,V. P. Sundarsingh, "Novel grid-connected photovoltaic inverter", IEEE proc.-Gener. Tansm. distrib. Vol 143, No. 2, March 1996

[19] Ashoka K.S.Bhat and S.B. Dewan, "A Novel Utility Interfaced high-Frequency Link Photovoltaic Power Conditioning System", IEEE transacions on industrial electronics, Vol 35, No. 1, February 1988

[20] Ashoka K.S.Bhat and S.B. Dewan, "Resonant Inverters for Photovltaic Array to Utility Interface",IEEE transactions on Aerospace and Electronic Systems

[21] Yan Hong Lim and D.C. Hamill, "Simple maximum power point tracker for photovoltaic arrays", Electronic Letters 25.05.2000 vol 36 No 11

ÖZGEÇMİŞ

Ender Kasım 1980 yılında İstanbul’da doğdu. İlköğrenimini Özel Ata İlkokulu’nda gerçekleştirdi. 1992 yılında İstanbul Erkek Lisesi’nde ortaokul ve lise öğrenimine başladı. 1999 yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Fakültesi Elektrik Mühendisliği bölümüne girdi. 2003 yılında mezun olup, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsüne, Elektrik Mühendisliği Yüksek Lisans öğrenimine başladı. İlgi ve araştırma alanları, güç elektroniği, sargılı elemanlar, alternatif enerji kaynakları ve mikrokontrolör destekli devre tasarımıdır.