Elektrikli araçlar için güneş enerjili kablosuz şarj istasyonu tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Bu tez çalışmasında, fotovoltaik (Photovoltaic – PV) enerji kaynaklarının çevresel koşullara bağlı olarak değişken karakteristiği ile elektrikli araçlar (Electric Vehicles – EV) gibi bataryalı sistemlerin kablosuz şarj gereksinimlerini bir araya getiren, güneş enerjili bir kablosuz şarj istasyonu tasarlanmış ve deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı, sistemin değişken atmosferik koşullarda dahi Maksimum Güç Noktasını (Maximum Power Point – MPP) kararlı bir şekilde takip etmesini sağlarken, aynı zamanda rezonans tankı üzerindeki anahtarlama kayıplarını minimize edecek en uygun modülasyon stratejisini belirlemektir. Bu kapsamda, güç kontrolü ve Maksimum Güç Noktası İzleme (Maximum Powwer Point Tracking – MPPT) algoritması için Darbe Yoğunluk Modülasyonu (Pulse Density Modulation – PDM) ile literatürde dönüştürücü verimliliğini artırdığı bilinen Geliştirilmiş Darbe Yoğunluk Modülasyonu (Enhanced Pulse Density Modulation – EPDM) ve İyileştirilmiş Darbe Yoğunluk Modülasyonu (Improved Pulse Density Modulation – IPDM) yöntemleri karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Sistemin elektromanyetik ve devre düzeyindeki tasarımı Ansys Maxwell 3D ve PSIM ortamlarında gerçekleştirilmiş; deneysel doğrulamalar ise 85 kHz rezonans frekansında çalışan, STM32 tabanlı sayısal kontrol birimi ile sürülen ve 1 kW güç seviyesine ölçeklenmiş bir laboratuvar prototipi üzerinde yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda, farklı güneş ışınım koşullarını temsil etmek üzere programlanabilir bir PV simülatörü kullanılmış ve elektrikli araç batarya şarj davranışını temsil edebilmek amacıyla RC tabanlı bir yük modeli uygulanmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar, düşük ve orta ışınım seviyelerinde (250 W/m²–500 W/m²) IPDM yönteminin, rezonans akım zarfını daha kararlı tutarak PDM ve EPDM yöntemlerine kıyasla daha yüksek ortalama güç aktarımı ve sistem verimi sağladığını göstermektedir. Işınım seviyesinin artması ve sistemin yüksek güç bölgesinde çalışması durumunda (750 W/m²–1000W/m²) ise, darbe yoğunluğunun yükselmesiyle birlikte tüm modülasyon yöntemlerinin anahtarlama davranışlarının fiziksel olarak birbirine yakınsadığı ve toplam sistem veriminin yaklaşık %92 seviyesinde benzer değerler aldığı gözlemlenmiştir. Bu bulgular, IPDM yaklaşımının özellikle değişken çevresel koşullar altında MPPT kararlılığı ve enerji aktarım sürekliliği açısından avantaj sağladığını, buna karşın yüksek güç seviyelerinde modülasyon yöntemleri arasındaki performans farklarının doğal olarak azaldığını ortaya koymaktadır.