Fotovoltaik bir modülün farklı modeller kullanarak elektriksel modellenmesi ve deneysel doğrulanması

Güneş enerjisinin kaynağı, güneş sistemimizin merkezinde bulunan yıldızın çekirdeğinde meydana gelen füzyon reaksiyonları sonucunda açığa çıkan elektromanyetik ve ısıl enerjidir. Güneşten gelen bu enerjinin atmosfer dışı değeri yaklaşık olarak 1367 W/m²'dir ve bu değer "güneş sabiti" olarak adlandırılır. Dünyamıza gelen bu enerjinin belli bir miktarı atmosfer tarafından uzaya geri yansıtılır. Atmosfer içerisinde ise yansıma, dağılma, soğrulma ve diğer engeller sonucunda deniz seviyesinde 0-1100 W/m² aralığında değerler alabilmektedir. Fotovoltaik hücreler, güneşten gelen elektromanyetik enerjiyi elektrik enerjisine çevirebilen yarı iletken yapılardan oluşan enerji dönüşüm cihazlarıdır. Bu çalışmada, 36 adet fotovoltaik hücreden oluşan polikristal bir panel kullanarak Bolu ilinde Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nde prototip bir deney sistemi kurulmuştur. Bu deneysel sistem, fotovoltaik modülün yanı sıra, sistem karakteristiklerini ölçmek için sensörler, veri kayıt cihazı ve elektronik kontrol ünitesi içermektedir. Bu deney sistemi vasıtasıyla 6 ayrı gün için her 10 dakikada bir ışınım şiddeti (G), sıcaklık (T), gerilim (V) ve akım (A) değerleri ölçülerek model benzetimlerinden elde edilen akım ve voltaj değerleri ile karşılaştırılmıştır. Söz konusu günler için zamana bağlı olarak 4 değişkenli model, geliştirilmiş 4 değişkenli model, 5 değişkenli model ve 2 diyot model olmak üzere toplam 4 farklı analitik I-V eğri modeli ile akım ve gerilim çözümlemesi yapılarak elde edilen değerler, ölçülen değerler ile karşılaştırılmıştır. Modellerden hesaplanan ve ölçülen gerçek veriler, RMSE ve R² istatiksel yaklaşım yöntemleri ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Söz konusu istatistiksel parametrelere göre fotovoltaik deney düzeneğinden toplanan veriler doğrultusunda yapılan model benzetim hesaplamaları içerisinde en yüksek başarıyı gösteren modelin 4 değişkenli model olduğu görülmüştür.