Programlanabilir güç kaynağı ve DC/DC Dönüştürücü tabanlı PV emülatörlerinin tasarımı ve performans testi

Yıl 2021, Cilt: 36 Sayı: 3, 1361 - 1372, 24.05.2021

Süleyman Yarıkkaya , Said Mahmut Çınar

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.713432

Öz

Güneş (photovoltaic-PV) panelleri güneş ışınımından elektrik enerjisi üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. PV panellerle elektrik enerjisi üretimi; güneş ışınımı, sıcaklık, yarı iletken karakteristiği, yüzey temizliği ve gölgelenme gibi pek çok parametreye bağlıdır. Bu parametreler rastsal değişim gösterdiğinden ve tekrarlanabilir olmadıklarından dolayı PV sistemlerini gerçek koşullarda test edebilmek ve bu testleri tekrarlayabilmek için PV paneli emülatörlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada programlanabilir güç kaynağı (PGK) ve düşüren tip DC/DC dönüştürücü kullanarak iki PV emülatörü tasarlanmıştır. Ayrıca LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Electronic Workbench) yazılımını kullanarak emülatörlerin kontrolü ve veri toplama işlemlerini yerine getiren bir arayüz geliştirilmiştir. Bu arayüzde; ilk olarak PV panelinin katalog bilgilerine göre modeli üretilmekte, ardından bu model ışınım ve sıcaklık verileriyle çalıştırılmakta ve son olarak PGK veya DC/DC dönüştürücü tabanlı emülatör çıkışına bağlı yük akımına göre kontrol edilmektedir. Tasarlanan emülatörler açık güneşli ve parçalı bulutlu iki günlük veri setiyle test edilmiş ve performansları incelenmiştir. DC/DC dönüştürücü tabanlı PV paneli emülatörü PGK tabanlı emülatörden daha iyi performans gösterdiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

PV paneli, PV emülatörü, LabVIEW, DC/DC düşüren dönüştürücü, mikro-denetleyici

Destekleyen Kurum

Afyon Kocatepe Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri birimi

Proje Numarası

15.FEN.BIL.50

Teşekkür

Bu çalışma Afyon Kocatepe Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri biriminin 15.FEN.BIL.50 numaralı projesiyle desteklenmiştir.

Kaynakça

• Ren21, Renewables 2019 Global Status Report, https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/gsr_2019_full_report_en.pdf. Erişim tarihi Mart 23,2020.
• T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. Türkiye elektrik yatirimlari 2019 yılı aralık ayı özet raporu. https://www.enerji.gov.tr/File/?path=ROOT/1/Documents/E%C4%B0GM%20Periyodik%20Rapor/Elektrik%20Yat%C4%B1r%C4%B1mlar%C4%B1%202019%20Aral%C4%B1k%20Ayl%C4%B1k%20%C3%96zet%20Raporu.pdf. Erişim tarihi Mart 25, 2020.
• T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. Türkiye elektrik yatirimlari 2018 yili aralik ayi özet raporu.https://www.enerji.gov.tr/File/?path=ROOT/1/Documents/E%C4%B0GM%20Periyodik%20Rapor/Elektrik%20Yat%C4%B1r%C4%B1mlar%C4%B1%202018%20Aral%C4%B1k%20Ayl%C4%B1k%20%C3%96zet%20Raporu.pdf. Erişim tarihi Mart 25, 2020.
• Demirtaş M., Sefa İ., Irmak E., Çolak İ., Microcontroller based DC/DC boost converter for solar energy systems, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 23(3), 719–728, 2008.
• Villalva M., Gazoli J., Filho E. Comprehensive approach to modeling and simulation of photovoltaic arrays, IEEE Transactions on Power Electronics, 24(5), 1198–1208, 2009.
• Azharuddin S.M., Vysakh M., Thakur H.V., Nishant B., SudhakarBabu T., Muralidhar K., Paul D., Jacob B., Balasubramanian K., Rajasekar N., A near accurate solar PV emulator using dSPACE controller for real-time control, Energy Procedia, 61, 2640–2648. 2014.
• Ram J.P., Manghani H., Pillai D.S., Babua T.S., Miyatakeb M., Rajasekara N., Analysis on solar PV emulators: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 81(1), 149–160, 2018. Park J.Y., Choi S.J., A novel simulation model for PV panels based on datasheet parameter tuning, Solar Energy 145, 90–98. 2017.
• Mai T.D., De Breucker S., Baert K., Driesen J., Reconfigurable emulator for photovoltaic modules under static partial shading conditions, Solar Energy 141, 256–265, 2017.
• Zhou Z., Holland P.M., Igic P., MPPT algorithm test on a photovoltaic emulating system constructed by a DC power supply and an indoor solar panel, Energy Conversion and Management 85, 460–469, 2014.
• Rachid A., Kerrour F., Chenni R., Djeghloud H., PV emulator based buck converter using dSPACE controller, EEEIC 2016 - International Conference on Environment and Electrical Engineering, Florence, Italy, 4–9, 7-10 Haziran, 2016.
• Xenophontos A., Rarey J., Trombetta A., Bazzi A.M., A flexible low-cost photovoltaic solar panel emulation platform, 2014 Power and Energy Conference at Illinois (PECI), Champaign, IL, USA, 1-6, 28 Şubat-1 Mart, 2014.
• Bhise, K., Pragallapati, N., Thale S., Agarwal V., Labview based emulation of photovoltaic array to study maximum power point tracking algorithms, 2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Austin, TX, USA, 002961-002966, 3-8 Haziran 2012.
• Moussa I., Bouallegue A., Khedher A., Development of a low cost PV simulator based on FPGA technology, IEEE 2017 International Conference on Green Energy Conversion Systems (GECS), Hammamet, Tunisia, 1–6, Mart 2017.
• Bressan M., Gutierrez A., Gutierrez L. G., Alonso, C., Development of a real-time hot-spot prevention using an emulator of partially shaded PV systems, Renewable Energy, 127, 334-343, 2018.
• Kadri R., Andrei H., Gaubert J.P., Ivanovici T., Champenois G., Andrei P., Modeling of the photovoltaic cell circuit parameters for optimum connection model and real-time emulator with partial shadow conditions, Energy, 42(1), 57-67, 2012.
• Ayop R., Tan C.W., A novel photovoltaic emulator based on current-resistor model using binary search computation, Solar Energy, 160, 186-199, 2018.
• Atoche A.C., Castillo J.V., Ortegon-Aguilar J., Carrasco-Alvarez R., Gío J.S., Colli-Menchi A., A high-accuracy photovoltaic emulator system using ARM processors, Solar Energy, 120, 389-398, 2015.
• Lu D.D., Nguyen Q.N., A photovoltaic panel emulator using a buck-boost DC/DC converter and a low cost micro-controller, Solar Energy, 86(5), 1477-1484, 2012.
• Balato M., Costanzo L., Gallo D., Landi C., Luiso M., Vitelli M., Design and implementation of a dynamic FPAA based photovoltaic emulator, Solar Energy, 123, 102-115, 2016.
• Akarslan E., Hocaoglu F.O., Edizkan R., Novel short term solar irradiance forecasting models, Renewable Energy, 123, 58–66, 2018.
• Frank C.W., Wahl S., Keller J.D., Pospichal B., Hense A., Crewell S., Bias correction of a novel European reanalysis data set for solar energy applications, Solar Energy 164, 12–24, 2018.
• Inácio C.O., Borges C.L.T., Stochastic model for generation of high-resolution irradiance data and estimation of power output of photovoltaic plants, IEEE Transactions on Sustainable Energy 9(2), 952–960. 2018.
• Kaplanis S., Kaplani E., Stochastic prediction of hourly global solar radiation for Patra, Greece, Applied Energy 87(12), 3748–3758, 2010.