Solar sistemlerde kullanılan empedans kaynaklı inverterler için kaçak akımı azaltan ve dinamik performansı artıran yeni bir modülasyon yönteminin geliştirilmesi

Günümüzde, gelişen teknoloji ve refah düzeyi sayesinde, elektrikli cihazların kullanımı giderek artmakta ve daha fazla enerji tüketilmektedir. Bu talebi karşılayabilmek için de muhtelif enerji kaynakları kullanılmaktadır. Bunlardan biri de güneş enerjisidir. Güneş enerjisini elektriğe çevirmek amacıyla geliştirilen ve uzun yıllardır üzerine çalışılan fotovoltaik paneller son yıllarda toplam enerji arzı içerisindeki payını arttırmaktadır. Bu durum Türkiye için de geçerlidir. Son yıllarda mevzuatta yenilenebilir enerjiye destek verilmesi yönünde yapılan değişiklikler ile fotovoltaik panellerin kullanım oranının daha da artacağı tahmin edilmektedir. Fotovoltaik sistemlerin en önemli bileşenlerinden biri de güç koşullandırma devresi, yani panel ile yük arasındaki güç elektroniği devresidir. Bu devrenin tasarımı, sistemin toplam verimini, maliyetini ve hacmini birinci dereceden etkileyen bir parametredir. Verimi arttırmak, hacmi ve maliyeti düşürmek için güç koşullandırma devresi olarak transformatörsüz inverter kullanımı fikri son yıllarda popüler hale gelen ve halen üzerinde yoğun çalışılan bir araştırma konusudur. Transformatörsüz İnverter yapıları içerisinde en yenisi Empedans Kaynaklı İnverterdir (ZSI). Bu inverterin düşürücü-yükseltici yapısı, onu diğer transformatörsüz inverterlere karşı avantajlı kılmaktadır. Bu nedenle, konuyla ilgili yapılan akademik çalışmalar son zamanlarda hızla artmaktadır. Bir güç koşullandırma devresinin çıkışı, uluslar arası standartlar ile belirlenmiş toleranslar içerisinde olmak zorundadır. Hem güvenlik hem de performans kriterlerini karşılamalıdır. ZSI'nın iki temel problemi vardır. Giriş ve çıkış arasında galvanik izolasyon olmadığı için devre üzerinden kaçak akım akar. Bu da EMI, kayıp ve güvenlik sorunlarını açığa çıkarır. Ayrıca, ZSI' nın yükseltme oranındaki değişimler, çıkış geriliminde salınıma sebep olmaktadır, dolayısıyla ZSI' nın dinamik performansı kötüdür, stabil bir çıkış gerilimi veremez. Literatürde bu problemleri çözmeye yönelik çalışmalar bulunmakta ve yenileri de yayınlanmaya devam etmektedir. Bu tez çalışmasında, kaçak akımı düşürmeye yönelik yeni bir modülasyon tekniği ve dinamik performansı iyileştiren yeni bir kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntemler ile kaçak akım, farklı anahtarlama frekansı ve farklı güç faktörlerinde değişen etkinliğe sahip olmakla birlikte, % 50'ye varan oranlarda sınırlandırılmıştır. Ayrıca ZSI' nın dinamik performansı da iyileştirilmiş ve ZSI giriş gerilimindeki ya da yükteki ani değişimlerde ZSI çıkış gerilimi stabilitesinin korunması sağlanmıştır. Geliştirilen kontrol yönteminin teorik analizi yapılmış ve gerçek bir evsel yükü simule edebilecek parametreler ile simülasyonu yapılarak doğrulanmıştır. Ayrıca kaçak akım sınırlandırılmasına ilişkin önerilen yöntemin etkinliği, laboratuvar ortamında farklı gerilim seviyeleri ve farklı güç faktörleri ile denenerek ortaya konmuştur.