Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistemleri İçin Şarj Regülâtörü Tasarımı

Yıl 2018, Cilt: 11 Sayı: 1, 47 - 57, 24.04.2018

Erşan Ömer Yüzer , Ali Erduman , Ali Durusu

Öz

Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş ve rüzgâr enerjisini depolamak için mikroişlemci tabanlı bir hibrit şarj regülâtörü tasarlanmıştır. Regülâtör 12 V, 7 A’lik kuru tip akü grubu için tasarlanmış olup, sabit akım ve sabit gerilim yöntemi ile şarj kontrol sistemi yapılmıştır. Bu işlemi gerçekleştirmek için PIC16F877 kontrolörlü bir ölçme devresi, kontrol devresi ve MOSFET’li bir anahtarlama devresi kullanılmıştır. Devrenin yazılım algoritması PICC kullanılarak, donanım kısmı ise Proteus programında gerçekleştirilmiştir. Devrenin giriş gerilim değeri 15 V, çıkış gerilim değeri 12 V ve maksimum devre akımı 10 A olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada, sadece yazılım üzerinde yapılacak güncellemelerle değişik karakteristiklere sahip yüksek gerilimdeki aküler için uygulanabilecek ve gerilim seçenekleri arttırılabilecektir. Ayrıca değişik giriş gerilimlerinde şarj yapılabilecektir. Bu çalışmanın yapılmış diğer çalışmalardan farkı, değişik enerji kaynaklarından beslenen enerji dönüşüm sistemlerinde aküyü şarj etmesidir. Buna ilaveten, devreye bağlı herhangi bir alıcının kontrolünü gerçekleştirerek, aynı zamanda akü grubunun şarj-deşarj durumunun ve şarj devresine ait değerlerin ölçülmesidir. Sonuçta, PC ve sistem kontrolü aynı ünite içerisinde bir bütün olarak gerçekleştirilmiş olup, hem otomatik hem de manuel kontrol yapılabilen yeni bir şarj regülâtörü tasarımı yapılmış ve Proteus programı ile gerçekleştirilen simülasyon sonuçları sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Akü, Hibrit sistem, Mikro denetleyici, Şarj regülatörü

Design of a Charging Regulator for Hybrit Renewable Energy Systems

Öz

In this study, microprocessor-based hybrid charging regulator to store renewable energy sources solar and wind energy has been designed. The regulator is suitable for 12 V, 7 A dry batteries. Charge control system is done by constant current and constant voltage method. To perform this operation, a measuring circuit with the PIC16F877 controller, the control circuit and a switching circuit with MOSFET are used. The software algorithm of the circuit is implemented by PIC C and the hardware parts of the circuit are implemented by Proteus. The maximum circuit current value is determined as 10 A as the input voltage and the output voltage are determined as 15 V and 12 V respectively. This study can be implemented to high voltage batteries, with different characteristics by only updating software and reducing the measurement resolution. In addition, choice of battery voltage level can be increased and the charger can be made with different input voltage levels. This study has some differences from other studies such as charging the battery from different power sources used. Moreover, to perform the control of any circuit connected to the load and the battery charge status and charge-discharge state can also be measured. Finally the PC and system control in the same unit as a whole have been carried out both automatic and manual controls that can be done to design a new charging regulator and simulation results in Proteus program are presented.

Anahtar Kelimeler

Battery, Hybrid system, Microcontroller, Charging regulator

Kaynakça

• Viera, J.C., Gonzalez, M., Anton, J.C., Campo, J.C., Ferrero, F.J., Valledor, M., “NiMH vs NiCd Batteries under High Charging Rates”, IEEE Telecommunications Energy Conference, s. 1-6, 2006, Providece, RI, USA.
• Bandara, G.E.M.D.C., Ivanov, R., Gishin, S., “Intelligent Fuzzy Controller for a Lead-Acid Battery Charger”, IEEE International Conference on System, Man, and Cybernetics, s. 185-189, 1999, Tokyo, Japonya.
• Liang, R.C., Jin, J.C., Neng, Y. C., 2008, Current – Pumped Battery Charger, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(6), 2482-2488.
• Çiftçi, N.B., Bilgin E.R., 2007, Mikroişlemci Tabanlı Maksimum Güç Noktası İzleyicili Şarj Regülatörü Tasarımı, Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği, İzmir.
• Karabayır, S., 2006, Solar Şarj Regülatörü, Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği, İzmir.
• Perez R., 1993, Lead-Acid Battery Satate of Charge vs Voltage, Home Power, 36, 66-69.
• Kolb M., “Pansat Power Subsystem”, A Major Qualifying Project Plan Submitted to the faculty of the Wordcester Polytechnic Institute, 2008.
• Li H., Gatland, H.B., 1996, Conventional fuzzy control and its enhancement, IEEE Transactions on Systems, Man & Cybernetics, 26(5), 791-797.
• Bower, W.I., Dunlop, J.P., Maytrott, C.W., “Performance of battery charge controllers fırst year test report”, 21st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, , s. 640-645, 1991, Kissimmee, FL, USA.
• Hua, C.C., Lin, M.Y., “A study of charging control of lead-acid battery for electric vehicles”, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, s.135-140, 2000, Puebla, Mexico.
• Koutroulis, E., Kalatzakis, K., 2004, Novel battery charging regulation system for photovoltaic applications, Electric Power Applications, IEE Proceedings, 151(2), 191-197.
• Daoud, A., Midoun, A., “Commande floue de la charge d’une batterie dans une installation photovoltaïque”, International Congress on Photovoltaïc and Wind Energies ICPWE'2003, s. 67-72, 2003.
• Woodworth, J.R., Thomas, M.G., Stevens, J.W., Harrington, S.R., Dunlop, J.P., Swamy, M.R., Demetrius, L.,“Evaluation of the batteries and charge controllers ın small stand-alone photovoltaic systems”, IEEE Photovoltaic Specialists Conference, s. 933-945, 1994, FL, USA.
• Daoud, A., Midoun, A., 2005, Fuzzy Control of a Lead Acid Battery Charger, Journal Electrical Systems, 1-1(2005), 62-72.
• Il-Song, K., Pyeong-Sik, J., Un-Dong, H., Chin-Gook, L., Hong-Gyu, K., “State estimator design for solar battery charger”, IEEE International Industrial Technology Conference, s. 1-6, 2009.
• Mundra, T.S., Kumar, A., 2007, An innovative battery charger for safe charging of NiMH / NiCd batteries, IEEE Transactions on Consumer Electronics, 53(3), 1044-1052.
• Demirbaş, Ş., Demirtaş, M., Sefa, İ., Çolak, İ., “Building of W&S Energy System”, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, s. 1466 – 1469, 2008, İtalya.
• Demirtaş, M., 2008, Güneş ve Rüzgar Enerjisi Kullanılarak Şebeke ile Paralel Çalışabilen Hibrit Enerji Santrali Tasarımı ve Uygulaması, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.