Sunulan mppt kontrolörünün blok şeması Şekil 5.9.’de anltılmaktadır. Radyasyonu ve sıcaklığı YSA’ya giriş eğitim dataları olarak verilmektedir. YSA belli bir sıcaklık ve radyasyon durumlarında, maksimum mevcut akımı (Imp) verir. kirlilik ve verim den dolayı azalan akım miktarını YSA’dan çıkarıp gerçek maksimum akımı (Imp) bulabiliriz. PV modülden gelen gerçek çıkış akım hesaplanmaktadır. Kontrol sinyali üretmek için iki akım (YSA-Kirlilik-Verim ve PV modülünden gelen akımlar) karşılaştırmaktadır ve hata PID bloğuna aktarılmaktadır. PID bloğundan gelen kontrol sinyali PWM bloğuna verilmektedir. DC-DC konvertör PWM sinyali
46
vasıtasıyla PV modülünün çalışma noktasını belirlemektedir. Önerilen MPPT metodunun en önemli avantajı, hız ile değişen sıcaklık ve radyasyona karşı maksimum akımı bulup ve kararlı durumda maksimum güç noktasında çalışmaktadır. Geçici ve kararlı durumda dalgalanma miktarı azalmıştır.
Şekil 5.9 geliştirilen yöntemi gösterir ve Aşağıdaki adımlar ile anlatılmaktadır.
1. Güneşin radyasyonu ve sıcaklığı YSA’de giriş eğitim datası olarak alınmaktadır. Kullanılan eğitim dataları 180 adettir.
2. YSA denetleyicisi belirli bir sıcaklık ve radyasyon koşullarında, maksimum akımı vermektedir.
3. Verim ve Kirlilik hesaplanıp YSA’den gelen değerden çıkartılır.
4. Çalışma akımı ölçülerek PV modülden gelen gerçek çıkış akımı hesaplanmaktadır.
5. YSA, Verim ve Kirlilik ten gelen maksimum akım, PV modülünden gelen akım ile karşılaştırılıp, hata PİD bloğuna aktarılmaktadır.
6. Hata (Error=e) PİD bloğuna verilmekte ve çıkış olarak kontrol sinyali PWM’e aktarılmaktadır.
47
Şekil 5.9. YSA Tabanlı MPPT Tasarımı Blok Şeması
Eğitim dataları, pv panelinin farklı radyasyon ve sıcaklık seviyesine karşılık maksimum akım değerlerini kullanılmaktadır. Bu çalışmada sıcaklık seviyesi (25-65 ,5 °C değişimle) ve radyasyon (50-1000 ,50W/m2 değişimle) seçilmiştir. Matlab Neural Network Training (nftool) ağı eğitmek için kullanılmıştır. Şekil 5.10.’da bu çalışmaya ait nftool toolbox gösterilmektedir. Toplam kullanılan datalar 180 addettir. %70 eğitim, %15 test ve %15 onaylama (validation) için kullanılmıştır. 29 iterasyondan sonra hata 5.75e-06 ulaşmış ki bu da YSA'nın yüksek performansını doğrular. Şekil 5.11. iterasyon sayısına karşılık hata’yı (MSE) göstermektedir.
48
Şekil 5.10. Ağı eğitmek için kullanılan nftool
49
5.9. Sonuçlar
YSA, D&G ve SA yöntemlerin simulasyon sonuçları Şekil 5.12., Şekil 5.13. ve Şekil 5.14.’te gösterilmektedir. Sonuçlardan da görüldüğü gibi gerilim, güç ve akım eğrileri, geliştirlen yöntemde maksimum noktayı izlemektedir. Üstelik dalgalanma geçici durum ve kararlı durumda azalmıştır. Bu şekilde sıcaklık sabit (25°) ve radyasyon sırasıyla 1000, 810, 1000 ve 730 değerlerini almaktadır.
Bu çalışmada kirlilik etkisini göstermek için bir haftanın sonundaki kirlilik oranı ve buna karşılık olarak azalan akım miktarı Şekil 5.6. ve Şekil 5.7.’deki gerçek eğriler temel alınarak simülasyon yapılmıştır. Şekil 5.15.’deki 2.eğriden görüldügü üzere pv panel kirliliğinin dahil edilmediği durumda radyasyon sensörü ortamın radyasyonunu YSA aktararak normal şartlarda panelin maksimum güç çekmesi için gereken Impp vermektedir.Ancak panel üzerinde bulunan kirlilikten dolayı panel ortam radyasyonunu tam bir şekilde alamamktadır. Bu nedenle maksimum güç noktasının yeri değişmektedir.Geliştirdiğimiz bu algoritme ile panelin kirlilik durumunuda hesaba katarak her durumda en yüksek verim panelden çekilmiştir. Şekil 5.15.’deki 1.eğri pv panel kirliliğinin dahil edildiği durumu göstermektedir. Şekil 5.12. zaman-gerilim eğrileri göstermektedir. Şekilden de görüldüğü gibi YSA tabanlı MPPT diğer yöntemlerden daha üstün performans göstermektedir.
50
Şekil 5.13. zaman-güç ve Şekil 5.14. zaman-akım eğrileri göstermektedir. Şekilden de görüldüğü gibi YSA tabanlı MPPT diğer yöntemlerden daha üstün performans göstermektedir.
Şekil 5.13. Zaman-Güç eğrisi
51
Şekil 5.15. Zaman-Güç eğrisi
Şekil 5.16. zaman-radyasyon değişimini göstermektedir. Daha gerçekçi sonuçlar elde edebilmek amacıyla farklı radyasyonlar verilmiştir.
52
BÖLÜM 6. TARTIŞMA VE SONUÇ
Bu çalışmada Değiştir ve Gözle (D&G) , Sabit Akım ve geliştirilen yöntem matlab/simulink programı kullanılarak tasarlanmaktadır. YSA ile yapılan önceki çalışmalarda panelin kirlilik etkisi hesap katılmamıştır. Bu etki hesaba katılmaz ise YSA’dan gelen referans pv panelin kirlilik etkisini algılamaz ve yanlış bir referans verir. Dolayısıyla PID bloğuna gönderilen hata yanlış olacaktır. Aynı şekilde pv panelin yıla göre düşen verim etkisi göz önünde bulundurulmamıştır. Eğer bu faktör hesaba katılmaz ise YSA’dan gelen referans pv panelin verimden dolayı azalan akım miktarını algılamaz ve yanlış bir referans verir. Dolayısıyla PID bloğuna gönderilen hata yanlış olacaktır. Bu tezde ise bu dezavantajları önlemek için iki faktör (kirlilik ve verim) hesaba katılmıştır. Tasarlanan verim bloğu, zaman geçtikçe pv panelin veriminden dolayı azalan akımın yüzdesini hesaplar ve ysa’dan çıkan akım ile çarpmaktadır. Diğer taraftan zaman geçtikçe pv panel üzerinde biriken toz artar, bu etkiden dolayı azalan akım miktarını kirlilik bloğu algılar ve ysa’dan gelen akımdan çıkartmaktadır.
Sonuç olarak, geliştirilen yöntemin, diğer iki metoddan daha fazla enerji topladığı gösterir ve YSA ile yapılan önckei çalışmaların dezavantajlarını gidermektedir. Ayrıca geçici durumda ve kararlı durumda dalgalanma azalmaktadır. Geliştirilen yöntemin algoritması karmaşık ve maliyet açısından diğer metodlara göre daha yüksektir. Ancak topladığı daha fazla enerji ile bu sorunu ortadan kaldırmaktadır.
53
KAYNAKLAR
[1] www.ec.europa.eu., Erişim Tarihi: 12.02.2018.
[2] www.interestingengineering.com., Erişim Tarihi: 12.02.2018. [3] www.news.energysage.com., Erişim Tarihi: 11.02.2018. [4] www.solarchoice.net., Erişim Tarihi: 11.02.2018. [5] www.solar-electric.com., Erişim Tarihi: 11.12.2016.
[6] Esram, T., Kimball, J, W., Krein, P, T., Chapman, P. L., Midya, P., Dynamic maximum power point tracking of photovoltaic arrays using ripple correlation control. IEEE Trans., Power Electron., vol. 21, no. 5, pp. 1282– 1291, 2006.
[7] Thulasiyammal, C., Sutha,S., An Efficient Method of MPPT Tracking System of a Solar Powered Uninterruptible Power Supply Application. 1st International Conference on Electrical Energy Systems, 2011.
[8] Rosa, A., Mastromauro., Marco, L., Antonio, D. A., Control Issues in SingleStage Photovoltaic Systems MPPT, Current and Voltage Control. IEEE Transactions On Industrial Informatics., Vol. 8, No. 2, 2012.
[9] A. Mathew., A. I. Selvakumar., New MPPT for PV arrays using fuzzy controller in close cooperation with fuzzy cognitive network. IEEE Trans. Energy Conv., vol. 21, no. 3, pp. 793 –803, 2006.
[10] K, H, Hussein., I, Muta., T, Hoshino., M, Osakada., Maximum photovoltaic power tracking:an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions. IEEEploc.-Gener. Transmission and Distribution, Vol. 142, No. 1 , 1955. [11] Sakshi Gupta., Neha Sharma., A Literature Review of Maximum Power Point
tracking from a PV array with high Efficiency. Volume 4, Issue 1 | ISSN: 2321-9939, pp. 157. 2016.
54
[12] Reisi, R., Moradi, H., Jamasb, S., Classification andcomparison of maximum power point tracking techniques for photovoltaicsystem: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 19,pp. 433–443, 2013 [13] W. Xiao and W. G. Dunford., A modified adaptive hill climbing MPPT
method for photovoltaic power systems. IEEE Power Electron. Spec. Conf., pp. 1957–1963. 2004.
[14] G.J. Yu., Y.S. Jung., J.Y. Choi., G.S. Kim., A novel two-mode MPPT control algorithm based on comparative study of existing algorithms.
[15] Kiranmayi, R., Reddy, K.V., Kumar, M.V., Modeling and a MPPT method for solar cells.
[16] Esram,T., Patrick L. Chapman., Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques. IEEE, transactions on energy conversion, vol. 22, no. 2, pp.441. June 2007.
[17] Ghislain REMY., Olivier BETHOUX., Claude MARCHAND., Hussein DOGAN., Review of MPPT Techniques for Photovoltaic Systems. Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP) / SPEE-Labs. CNRS UMR 8507.
[18] Chung-Yuen Won., Duk-Heon Kim., Sei-Chan Kim., Won-Sam Kim., and Hack-Sung Kim A New Maximum Power Point Tracker of Photovoltaic Arrays Using Fuzzy Controller. IEEE, pp.396-403, 1994.
[19] Swati Singh., Lini Mathew., Shimi S.L., Design and Simulation of Intelligent Control MPPT Technique for PV Module Using MATLAB/ SIMSCAPE. IJAREEIE, Vol. 2, Issue 9, 2013
[20] M. Veerachary., T. Senjyu., K. Uezato., Neural-network-based maximum-power-point tracking of coupled-inductor interleaved-boostconverter-supplied PV system using fuzzy controller. IEEE Trans. Ind.Electron., vol. 50, no. 4, pp. 749–758, Aug. 2003.
[21] PanomPetchjatuporn., PhaophakSirisuk, et al., A Solar-powered Battery Charger with Neural Network Maximum Power Point Tracking Implemented on a Low-Cost PIC-microcontroller.
[22] Tawfik Radjai., Lazhar Rahmani., Saad Mekhilef., Jean Paul Gaubert., Implementation of a modified incremental conductance MPPT algorithm with direct control based on a fuzzy duty cycle change estimator using dSPACE. Elsevier Ltd, pp.325-337 , 2014.
55
[23] www.dergi.ituieee.com., Erişim Tarihi: 06.02.2018.
[24] Marcelo Gradella Villalva., Jonas Rafael Gazoli., Ernesto Ruppert Filho., Comprehensive Approach to Modeling and Simulation of Photovoltaic Arrays, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 24, NO. 5, page.1109-1201, MAY 2009.
[25] J. A. Gow., C. D. Manning., Development of a photovoltaic array model for use in power-electronics simulation studies. IEE Proc. Elect. Power Appl., vol. 146, no. 2, pp. 192–201, 1999.
[26] J. Hyvarinen., J. Karila., New analysis method for crystalline silicon cells, inProc. 3rd World Conf. Photovoltaic Energy Convers., vol. 2, pp. 1520– 1523. 2003.
[27] C. Carrero., J. Amador., S. Arnaltes., A single procedure for helping PV designers to select silicon PV module and evaluate the loss resistances, Renewable Energy, vol. 32, no. 15, pp. 2578–2588, Dec. 2007.
[28] Subudhi, Bidyadhar and Pradhanhen, Raseswari ―A comparative study on maximum power point tracking technique for photovoltaic power system,‖ IEEE Trans. on Sustainable energy., vol. 4, pp. 89-98, Jan.2013. [29] www.elprocus.com, Erişim Tarihi: 10.11.2017.
[30] Muhammad h. rashid. 2004 . Power electronics (circuits, devices, and application), third edition, page 166, PEARSON Education, Inc.
[31] Nejat tuncay., Metin Gökaşan., Seta boğasayan., güç elektroniği, 2.baskı, sayfa 175-176, Literatur Yayincilik
[32] T. Esram, P.L. Chapman, "Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques," IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 22, no. 2, pp. 439-449, June 2007.
[33] Akihiro Oi., Sep 2005. Design and simulation of photovoltaic water pumping system., California Polytechnic State University, M.S thesis.
[34] Ali, g., Yapay sinir aği ve bulanık mantık tabanlı algoritmalar tayini, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümü, Doktora Tezi. Temmuz 2006
56
[36] Hatem diab, August 2012. Intelligent Maximum Power Tracking and Inverter hysteresis Current Control of Grid-connected PV Systems, International Conference on Advances in Power Conversion and Energy Technologies, IEEE, India.
[37] Hai Jiang, Lin Lu, Ke Sun, Experimental investigation of the impact of airborne dust deposition on the performance of solar photovoltaic (PV) modules, Elsevier, 25 April 2011.
[38] Aslan Gholami, Iman Khazaee, Shahab Eslami, Majid Zandi, Ehsan Akrami, Experimental investigation of dust deposition effects on photo-voltaic output performance, Elsevier, 10 November 2017.
[39] www.cleantechnica.com., Erişim Tarihi: 22.02.2018. [40] www.engineering.com., Erişim Tarihi: 12.03.2018. [41] www.solarturk.com., Erişim Tarihi: 23.02.2018.
[42] Z.Erdem, A Review of MPPT Algorithms for Partial Shading Conditions, Sakarya university, Department of Electrical and Electronics Engineering, Vol. 132 (2017).
[43] M.F. Aldurunz, Design of discrete time controllers for dc-dc boost converter, Sakarya university, Department of Electrical and Electronics Engineering, Vol. 132 (2015).
57
ÖZGEÇMİŞ
Mahdi Hussaini, 01.05.1991’da Afganistanda’da doğdu. İlk, orta ve lise eğitimini Afganistanda’da tamamladı. 2015 Yılında Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Bölümü’nde lisans eğitimini bitirmiştir. Şu anda Sakarya üniversitesinde yüksek lisansını sürdürmektedir.