Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/13168
Title: Güneş Panellerinde Parçacık Sürü Optimizasyonu İle Maksimum Güç Takibi
Other Titles: Maximum Power Point Tracking In Photovoltaic Panels With Particle Swarm Optimization Algorithm
Authors: Yıldırım, Deniz
Esmali Nojehdeh, Mohammadreza
10078420
Elektrik Mühendisliği
Electrical Engineering
Keywords: Güneş Panell
 parçacık Sürü Optimizasyonu (pso)
maksimum Güç Takibi(mgt)
Maximum Power Point Tracking (mppt)
Photovoltaic Panel
particle Swarm Optimization(pso)
Issue Date: 1-Jul-2015
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Son yıllarda özellikle fosil yakıtların çevreye olan zararları ve bu tür enerji kaynaklarının gittikçe azalmasıyla beraber, küresel ısınma ve iklim değişiklikleri sebebiyle temiz enerji kaynaklarına duyulan gereksinim giderek artmıştır. Yerkürede bulunduğu konum açısından güneşlenme alanı ve süresi oldukça iyi olan Turkiyede güneş enerjisi alternatif enerji kaynağı olarak öne çıkmaktadır. Bu açıdan bakıldığında güneş enerjisi gelecek yıllar için yerli enerji kullanımının yaygınlaşması açısından önemli bir alternatif enerji kaynağı olarak karşımıza çıkmaktadır. Fotovoltaik sistemler üzerine olan çalışmalar, güneş enerjisinin büyük, güvenli, hiç bitmeyen ve dünyanın her yerinde erişebilen bir enerji kaynağı olması nedeniyle artmaktadır. Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elemanlar güneş panelleri veya fotovoltaik piller olarak adlandırılmaktadır. Güneş enerjisi kullanımının birçok avantajına karşılık güneş panellerinin kurulum maliyetlerinin oldukça yüksek ve kendilerini amorti edebilme süreleri ise oldukça uzundur. Bu sebepten dolayı son zamanlarda mevcut panellerden en iyi şekilde yararlanmak ve en yüksek verimi elde edebilmek amacıyla yeni çalışmalar yapılmaktadır. Bununla beraber, fotovoltaik modüllerde elde edilen çıkış gücü hücre üzerine düşen ışınımın şiddeti, hücre sıcaklığı ve benzeri durumlardan etkilenmektedir. Bu nedenle, fotovoltaik sistemlerinden elde edilen enerjinin maksimize edile bilmesi için, güneş hücrelerinin maksimum güç verdiği noktanın takip edilmesi gerekmektedir. Fotovoltaik panellerin maksimum verimle ve maksimum çıkış gücü sağlayarak çalıştığı maksimum güç noktası, güneş ışınlarının panel yüzeyine yaptığı açıya ve panel sıcaklığına bağlı olarak değişmektedir. Dolayısıyla yükün çalışma noktası her zaman maksimum güç noktası fotovoltaik sistemin maksimum güç noktası değildir. Beslenen yük talep ettiği gücü sürekli olarak sağlayabilmek amacıyla fotovoltaik sistemler gerektiğinden daha fazla modül içerecek şekilde tasarlanırlar. Bu durumda sistem maliyeti oldukça yükselir, ayrıca önemli miktarda enerji kaybı yaşanır. Bu problemin çözümü için maksimum güç noktası izleyicisi (MGNİ) olarak adlandırılan anahatarlamalı güç konvertörü kullanabilir. Böylece fotovoltaik panellerin maksimum güç noktasında sürekli çalışması sağlanabilir. MGNİ fotovoltaik panelin gerilim ve akımını yükten bağımsız olarak kontrol ederek bu işlemi gerçekleştirmektedir. Doğru tasarlanmış bir MGNİ algoritması ve modelleme hesaplamaları ile Maksimum güç noktasının yeri ve panel tarafindan izlenmesi gerçekleştirilebilir. Maksimum güc noktası güneş ışınımı miktarı ve az da olsa sıcaklıkla değişmektedir. Bu tezin amacı farkli ortam koşullarında değiştirir ve izle yöntemini kullanarak fotovoltaik panelin maksimum güç noktasını takıp etmektir. Bu hedefi başarmak için bir doğru akım düstürücü ve kontrolör kullanmaktadır. Çeviricinin çalışma oranını ayarlayan kontrolör gerçekte panelin çalışma genlimini değiştirir. Bu tezde kullanılan Atmega32 mikrokontrolörü parçacık sürü optimizasyonu yöntemini kullanarak periyodik olarak maksimum güç noktasındaki gerilim değerini aramakta ve bu arama periyodu farklı ortam koşullarına bağlı olarak programlama ile kolay değiştirebilmektedir ( Bu tezde arama periyodu 10 saniye alınmıştır). Sistemin çalışması için gerekli anahtarlama sinyalleri mikrokontrolör tarafından üretilmektedir. Aynı şekilde, dönüştürücünün girişindeki akım ve gerilim bilgileri mikrokontrolör tarafından okunarak sistemin gücü hesaplanmaktadır. Çalışmada, çıkış gücünün sürekli olarak en yüksek seviyede tutulması için “maksimum güç takibi” uygulaması geliştirilmiştir. Bu uygulama ile giriş gerilim seviyesindeki artış, ya da azalmaya bağlı olarak dönüştürücünün anahtarlama sinyalinin, iletim ve kesim oranları değiştirilmekte ve çıkış akımı hep maksimum gücü elde edecek şekilde ayarlanmaktadır. Kontrolörün ışınım ve yük değişmlerine karşı nasıl cevap vereceğinin de incelenmesi gerekmektedir çünkü ortam koşulları ışınım ve gölgelenme faktörleri tarafından hızlıca değişebilir. Bu tezin birinci kısmında panellerin maksimum güç noktasını takıp etmek için kullanılan farklı yöntemler incelenmiş ve her yöntemin avantajları ve dezavantajları tartışılmıştır. Panel karakteristikleri, panelin matematiksel modeli ve eşdeğer devresi ıkinci bölümde incelenmiştir. Sistem konfigürasyonomon tartışıldığı üçüncü bölümde, yükseltici çeviricisi çalışma prensibi ve devre elemanlarının seçimi ve devre parametrelerinin hesabi yapılmıştır. Ayrıca maksimum güç noktasını takıp etmek için kullanılan parçacık sürü optimizasyon algoritması açıklanarak algoritmanın avantajı ve dezavantajları belirtilmiştir. Bu algoritmanın matematiksel modellenmesi ve algoritmanın çalışmasına etki eden önemli parameter tartışılmıştır. Simülasyon çalışmalarının yapıldığı dördüncü bölümde mikrokontrolör yazılımlarının da devre ile birlikte çalışmasına imkan veren bir program olmak nedeniyle Proteus programı kullanmıştır. Bu benzetim çalışmasında devrenin farkli senaryolardaki durumu incelenmiştir. İlk olarak sabit ortam koşullarında sistemin çalışması mikrokontrolörün nasıl maksimum güç noktasını elde edebileceği amacıyla test edilmiştir. Daha sonra sistem belli bir yük ile çalışırken, yük değişiminde sistem çalışması incelenmiştir. Yük değişti zaman eğer kontrolör yeni gerilim değerini takıp edemezse çıkış güç değişecektir. Bir başka değişle ,aynı çıkış gücünü takıp edebilmek için, kontrolör çalışma oranını değiştirmektedir. Son senaryoda ışınımın değişme durumu incelenmiştir. Bu durumda maksimum güç değeri ve çalışma gerilimi değişmektedir. Benzer şekilde kontrolörün maksimum güç noktasını takıp etmesi için yeni bir çalışma oranı değeri bulması gerekmektedir. Sistem prototipinin gerçeklendiği ve deneysel çalışmalarının yapıldığı son bölümde, devre elemanları belirtilmiş ve farklı çalışma senaryolarında prototip devrenin nasıl cevap verdiği incelenmiştir. Bu aşamada simülasyon çalışmalarında uygulanan senaryoların benzeri gerçek çalışma koşullarında prototip devreye uygulanmış ve bu iki sonuç arasında karşılaşma yapılmıştır. Bu metodon mikrokontrolör ile önceden Belirlenmiş değerlerin yer aldığı bir tabloya bakarak elde edilen değerlerini kullandığı diğer metoda göre avantajı, bu tezdeki yöntemde kullanılan kontrolör herhangi bir panel ile veya herhangi bir çalışma koşulunda istenilen performansı verebilmelidir. Sıcaklık ve ışınım gibi değerlerinin değişmesi güç noktasında bir değişikliğe sebep olduğunda, kontrolör otomatik olarak yeni güç değerini bulacaktir. Bu metod düşük maliyetli ve basit bir kontröl algoritmasi yapısına sahiptir. Bir gerilim ve bir akım sensoru kullanımı kontrolör deki algoritma için yeterlidir. Bu metod bulanık kontrol veya yapay sinir ağı kullanım yöntemlere göre kıyaslarsak, bu tezde kullanılan kullanılan algoritmanın daha basit olduğu belirtilebilir.
Studies on photovoltaic systems are increasing because of a large, secure, essentially exhaustible and broadly available resource as a future energy supply. However, the output power induced in the photovoltaic modules is influenced by an intensity of solar cell radiation, temperature of the solar cells and so on. Therefore, to maximize the efficiency of the renewable energy system, it is necessary to track the maximum power point of the input source. Particle swarm optimization (PSO) technique is used to identify the optimal power point of a photovoltaic module used in a stand-alone (PV) system. The PSO algorithm searches the maximum power point of the PV module by determining the array power at maximum point. The tracked variable is used as a reference value (set point) to an ON/OFF controller of a dc boost chopper such that the PV module is forced to operate at the optimal power point. In this thesis the controller is ATmega32 by ATMEL©. This microcontroller by measuring voltage and current of panel and changing duty cycle ON/OFF switch of boost converter, and via PSO algorithm cause panel operate on maximum power point. The advantage of this method versus of other method which use microcontroller like look table-up method, this method does not need any information about panel and environment condition i.e, we can use this controller for any panel in any condition also changing of temperature and irradiation does not affect operation. This method does not need any control loop so it is low cost, which does process with AVR microcontroller and current sensor. By comparing this algorithm with other intelligent systems like fuzzy controller or neural network system this algorithm is more simple.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015
URI: http://hdl.handle.net/11527/13168
Appears in Collections:Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
There are no files associated with this item.


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.