Metro ve hafif raylı ulaşım araçları için süperkapasitör depolamalı frenleme enerjisi geri kazanımı sistemi geliştirilmesi

Bu tez çalışmasında, süperkapasitör tabanlı enerji depolama sisteminin metro ve hafif raylı araçlarda frenleme enerjisinin geri kazanılması amacıyla geliştirilmesi, laboratuvar ortamında kurulumu ve gerçekleştirmesi sunulmuştur. Enerjinin boşa harcanması, hem ülkemiz hem de dünyamız için ciddi bir kayıp oluşturmaktadır. Bu bağlamda, genellikle boşa harcanan frenleme enerjisinin depolanıp yeniden kullanılması ciddi bir önem taşımaktadır. Süperkapasitörler güç yoğunluğu yüksek, enerji yoğunluğu ise görece düşük aygıtlar olup, sürekli dur-kalk yapan şehiriçi raylı ulaşım sistemlerinde enerjiyi verimli olarak depolamaya uygun ürünlerdir. Raylı ulaşım sistemlerinde frenleme, çoğunlukla mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi ve bu enerjinin frenleme dirençlerinde ısı enerjisine dönüştürülmesi şekilde olmaktadır. Bu tez çalışmasında, yeni nesil silisyum karbür (SiC) tabanlı metal oksit yarı-iletkenli alan etkili güç tranzistörü (güç MOSFET'i) kullanılan, yüksek verimli, uzun ömürlü ve işitsel gürültüsü düşük çift yönlü güç aktarımı yapabilen düşük hacimli bir çevirgeç tasarlanarak süperkapasitör enerji depolama sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen bu sistem yine aynı labortuvarda geliştirilen ve kurulan, katener ve raylı çekiş simülatörlerine entegre edilerek test edilmiş ve doğrulanmıştır. Bu üç sistemin geliştirilmesinde SiC güç MOSFET'lerinin yenilikleri, olası problemleri, ve etkileri üzerinde çokça durulmuş ve bunlarla ilgili çalışmalar da yürütülmüştür. Bunun yanında süperkapasitörlerin frenleme enerjisi geri kazanımını daha etkin hale getirmeyi hedefleyen algoritmalar ve çalışma yöntemleri üzerinde araştırma ve geliştirme yapılmıştır. Standart yöntemleri uygulayarak düz yolda yaklaşık % 31 olan enerji tasarrufu geliştirilen algoritma ile % 38 olmuş, hafif negatif eğimli yolda ise yaklaşık %33 olan enerji tasarrufu yine bu algoritma ile % 43'e yükseltilmiştir. Bu algoritma bütün bir parkura uygulandığında ise enerji tasarrufunu % 31'den % 39 seviyesine çıkarmıştır. Çalışılan bu yöntemler laboratuvar ortamında kurulu tüm sistem çalıştırılarak doğrulanmıştır.