Güneş Enerjisi Sistemleri için Arduino Tabanlı Matlab/Simulink Programı Üzerinden Denetlenen Akü Şarj Ünitesi Tasarımı ve Uygulaması

Abstract

Gelişen teknoloji, sanayileşme ve dünya nüfusundaki artış enerji tüketimini hızla arttırmakta buna paralel olarak fosil yakıtlarının rezervleri süratle tükenmektedir. Fosil enerji kaynaklarının çevre sorunlarına yol açması, rezervlerinin sınırlı ve belirli bölgelerde olması, ülkelerin yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmesine sebep olmuştur. Güneş panellerinin ürettiği enerji atmosferik olaylara bağlı olarak değişkenlik göstermekte olup doğrudan aküyü şarj etmesi uygun değildir. Bu nedenle bu çalışmada şebekeden bağımsız fotovoltaik (PV) sistemlerde kullanılan bataryaların ömrünü artırmak, aşırı şarj ve deşarj olmasının önüne geçmek için Arduino tabanlı şarj kontrol ünitesi tasarlanmış ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Sistem için DA-DA azaltan dönüştürücü Matlab/simulink benzetim programı kullanılarak tasarlanmıştır. Sistemin Ardiuno üzerinden Matlab/simulink ile kapalı çevrim kontrolü oransal-integral (PI) denetleyiciyle gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sistem için gerekli olan yazılımsal ve donanımsal aygıtlar başarı ile tasarlanmıştır. Sonuç olarak Arduino tabanlı PI denetimli DA-DA şarj ünitesi benzetim ortamında ve deneysel olarak gerçekleştirilmiş olup elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.

Keywords

• Güneş enerjisi
• Arduino
• Matlab/Simulink
• PI denetleyici
• Akü Şarj ünitesi tasarımı

Arduino Based Matlab/Simulink Program Controlled Battery Charge Unit Design and Application for Solar Energy Systems

Abstract

The developing technology, industrialization and the increase in the world population growing up the energy consumption rapidly, in parallel, the reserves of fossil fuels are rapidly depleted. Since fossil energy sources cause environmental problems and their reserves are limited and available in certain regions, countries have been focused on renewable energy sources. The energy produced by solar panels varies depending on atmospheric events. So, it is not possible to charge the battery directly. For this reason, in this study, an Arduino based charge control unit is designed and implemented to increase the life cycle of the batteries used in off-grid photovoltaic (PV) systems and provide overcharge and discharge protection of the battery. The DC/DC buck converter is designed for the system using Matlab/Simulink platform. Closed loop control of the system using Matlab/Simulink program on Ardiuno software development card is carried out with proportional-integral (PI) controller. In addition, software and hardware devices required for the system are designed succesfully. As a result, Arduino based PI controlled DC-DC charging unit is performed in both simulation and experimental set up and the results are discussed.

Keywords

• Solar energy
• Arduino
• Matlab/Simulink
• PI controller
• Battery charge unit design

References

1. Akyazı, Ö., Şahin, E. & Kahveci, D. C. (2019). Fotovoltaik Panel ve Şebeke Entegrasyonlu Akıllı Sokak Lambası Tasarımı ve Uygulaması. European Journal of Science and Technology, (Özel Sayı), 356-360.
2. Bayraktar, Y , Kaya, H . (2016). Yenilenebilir Enerji Politikaları ve Rüzgâr Enerjisi Açısından Bir Karşılaştırma: Çin, Almanya ve Türkiye Örneği. Uluslararası Ekonomik Araştırmalar Dergisi , 2 (4) , 1-18.
3. Karabaş, A , Mengi, O . (2019). Fotovoltaik Güneş Panelleri için farklı MGNİ Teknikleri kullanılarak Bir Şarj Regülatörünün Performansının İncelenmesi ve Karşılaştırılması. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi , 9 (1) , 152-175 . DOI: 10.31466/kfbd.565701.
4. Deveci, O., Kasnakoğlu, C., (2014). Bir Fotovoltaik Sistemden Değişken Güneş Işınım Değerlerinde Maksimum Güç ve Sabit DA Gerilim Elde Edilebilmesine Yönelik DA/DA Dönüştürücü ve Kontrolcü Tasarımı, TOK 2014, 11-13 Eylül s.187–193.
5. M. Pathare, V. Shetty, D. Datta, R. Valunjkar, A. Sawant and S. Pai, "Designing and implementation of maximum power point tracking(MPPT) solar charge controller," 2017 International Conference on Nascent Technologies in Engineering (ICNTE), Navi Mumbai, 2017, pp. 1-5.
6. Darsana Saji, Prathibha S. Babu, S C Srijith, "Smart Solar Charge Controller for Traffic and Street Light Applications", Power and Embedded Drive Control (ICPEDC) 2019 2nd International Conference on, pp. 567-571, 2019.
7. T. Kaur, J. Gambhir and S. Kumar, "Arduino based solar powered battery charging system for rural SHS," 2016 7th India International Conference on Power Electronics (IICPE), Patiala, 2016, pp. 1-5.
8. Rokonuzzaman, Md & Haider, Mohammed Hossam. (2016). Design and implementation of maximum power point tracking solar charge controller. 3rd International Conference on Electrical Engineering and Information Communication Technology (ICEEICT),1-5.

9. Chander, S., Purohit, A., Sharma, A., Nehra, S.P. and Dhaka, M.S. (2015). A study on photovoltaic parameters of mono-crystalline silicon solar cell with cell temperature. Energy Reports, 1: 104-109.
10. Hakan Yahya Akdeniz, Arduino Tabanlı Mppt Solar Şarj Kontrolörü Tasarımı Ve Uygulaması, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Haziran 2019.
11. Şentürk, A., (2018). Fotovoltaik modüllerin akım-gerilim eğrilerinin simülasyonunda kullanılacak olan yöntemin seçimi. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 20 (1) , 341-354. DOI: 10.25092/baunfbed.411779.
12. E. Sahin, M. S. Ayas and I. H. Altas, "A PSO optimized fractional-order PID controller for a PV system with DC-DC boost converter," 2014 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, Antalya, 2014, pp. 477-481.
13. A. Ali, "Design of Maximum Power Point Tracking Solar Charge Controller using Incremental Method," 2019 IEEE PES/IAS PowerAfrica, Abuja, Nigeria, 2019, pp. 734-739.
14. W. Makni, N. Ben Hadj, H. Samet and R. Neji, "Design simulation and realization of solar battery charge controller using Arduino Uno," 2016 17th International Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (STA), Sousse, 2016, pp. 635-639.
15. Nayyar, A. and Puri, V. (2016). A Review of Arduino Board's, Lilypad's & Arduino Shields. 3. International Conference on Computing for Sustainable Global Development, New Delhi, 16-18 March,1485-1492.