Evsel uygulamalar için güneş enerji sisteminin geliştirilmesi

Medeniyetin gelişimi insanlığın enerjiyi kullanma beceri, yöntem ve yoğunluğu ile doğrudan takip edilebilir. İnsan yapabilmek için enerjiye muhtaçtır ve sanayi devriminden sonra barizleşen bir olgu olarak bu ihtiyacın büyüklüğü ve nitelik çeşitliliği oldukça artmıştır. Mevcut elektrik enerjisi üretiminin büyük çoğunluğu hidrokarbon temelli fosil yakıtlar ile sağlanmaktadır. Bu kaynaklar yeryüzünde sınırlıdır ve kalan rezervleri elde etmek için gerekli çaba ve masraf sürekli artmaktadır. Bu kaynakların enerji dönüşüm verimleri düşüktür ve çevreye verdikleri zararlar oldukça fazladır. Bu nedenle, yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimindeki payları hala düşük olsa da bu yöntemlerin kullanım oranını yükseltme hızı hidrokarbon temelli enerji üretimine göre yüksektir. Fotovoltaik sistemler, büyük ölçekli santraller şeklinde şebeke beslemek adına kurulabileceği gibi bu çalışmanın odaklandığı alan olarak evsel kullanımlar için uygun uygulamalarda da gerçekleştirilebilir. Evsel fotovoltaik sistemler, kolektif olarak enerji arzında önemli paylar elde edebilirler. Bununla beraber evsel uygulamalar yüke yakın yerlere kurulmuş olacağından geleneksel büyük santraller ve uzun iletim hatlarından kaynaklanan kayıpları en aza indirgeyebilirler ve bu sistemler şebekenin henüz ulaşamadığı yerlerde etkin bir alternatif olabilirler. Bu tez çalışmasında şebekeden bağımsız fotovoltaik elektrik enerjisi üretim sistemi önerilmiş ve simülasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Sistemde 6 adet seri panel ve 2 adet paralel koldan oluşan toplam 12 adet panel kullanılmıştır. Panellerden oluşan fotovoltaik dizi matematiksel olarak modellenmiştir. Panellerin çıkışında yükseltici DC-DC dönüştürücü kullanılmıştır. Bu dönüştürücü maksimum güç takibi yöntemlerinden olan değişim ve gözlem (DeG) yöntemi ile kontrol edilmiştir. Böylece farklı ışınım ve sıcaklık değerleri için panellerden maksimum güç çekilebilmektedir. Sistemde enerji depo birimi olarak batarya yer almaktadır. Panellerde üretilen ve yükün talebinden fazla olan enerji bataryalarda depolanmaktadır. Batarya ile DC bara arasında çift yönlü enerji akışını kontrol edebilmek için çift yönlü DC-DC dönüştürücü kullanılmıştır. Böylece bataryaların şarj ve deşarj akımı kontrol altında tutulabilmiştir. Sisteminde çıkışında ise AC yükün enerji ihtiyacını karşılamak için tek fazlı tam köprü bir evirici kullanılmıştır. Evirici çıkşındaki LC filtre ile 220 V büyüklüğünde ve 50 Hz frekansında yük gerilimi elde edilmiştir. Sistemin farklı koşullar altındaki çalışma performansını ortaya koyabilmek için panellerin ışınım ve sıcaklık değerleri değiştirilmiştir. Farklı değerler uygulanarak panellerin enerji üretimi ile yükün enerji talebi arasındaki denge değiştirilmiş ve bataryanın şarj ve deşarj olma durumları gözlemlenmiştir. Yine bataryaların aşırı şarj ve aşırı desarj durumları ve bu durumlardaki koruma algoritmalarının cevabı incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda önerilen sistemin şebeke olmayan bir bölgede elektrik enerjisi ihtiyacının sağlanmasında yeterli olacağı görülmüştür. Tez çalışması kapsamında sistem boyutlandırılması yapılmamıştır. Sahada gerçekleştirilecek uygulamalarda yükün enerji ihtiyacının kesintisiz olarak karşılanabilmesi için boyutlandırma yapılarak panel gücü ve akü kapasitesi uygun değerlerde seçilmelidir.