Sokak aydınlatması için PV beslemeli yüksek verimli led sürücü devresi tasarımı ve gerçekleştirilmesi / Design and construction high efficiency pv sourced led driver circuit for street illuminance

Abstract

Son yıllarda meydana gelen teknolojik gelişmeler ile birlikte artan enerji ihtiyacı, fosil yakıtların azalması ve çevre kirliği gibi etkenler bilim dünyasını yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirmiştir. Azalan maliyeti, çevreye zarar vermeyişi ve güneşin olduğu her yerde enerji üretebiliyor oluşu fotovoltaik (PV) sistemlere olan ilgiyi oldukça artırmıştır. PV (fotovoltaik) sistemlerden elde edilen enerji sabit değildir, sıcaklık ve ışınım gibi çevresel faktörlerden etkilenmektedir. PV panellerden üretilen enerjiyi en üst seviyeye çıkarabilmek için literatürde birçok MPPT (Maksimum Güç Noktası Tarama) algoritması tanımlanmıştır. MPPT sistemleri, PV panellerden alınan akım ve gerilim değerlerini işleyerek sistemin maksimum güçte çalışması için gerekli olan gerilim değerlerini tespit eder ve DA-DA (Doğru-Akım) dönüştürücüler yardımıyla sisteme uygular. Enerji ihtiyacının artması, var olan enerji daha verimli kullanmayı zorunlu kılmıştır. Dünyada üretilen enerjinin yaklaşık %20'si aydınlatma için kullanıldığı öngörülmektedir, bu oran oldukça yüksektir. Aydınlatma enerjisini daha verimli kullanabilmek açısından LED (ışık yayan diyot) teknolojisi kullanılmaktadır. LED'ler yapılarından dolayı çalışmaya başladıklarında yüksek akım çekmek isterler, yüksek akım aynı zamanda sıcaklığı artırdığından dolayı bu durum LED verimini düşürmekte ve bir süre sonra LED'lerin bozulmasına sebep olmaktadır. LED akımını uygun değerlerde tutabilmek için LED sürücü devrelerinin kullanılması gerekmektedir. Hem PV panellerden elde edilen enerjiyi en üst seviyeye çıkarmak hem de üretilen enerjiyi daha verimli kullanmak adına bu tez çalışmasında üç farklı sistem MATLAB/Simulink programı kullanılarak tasarlanıp gerçekleştirilmiştir. Birinci çalışmada üç farklı MPPT algoritmasının; Değiştir&Gözlemle (P&O), Artan İletkenlik (IC), ve Bulanık Mantık (FLC), performansları farklı sıcaklık ve farklı ışınım değerleri altında test edilmiştir. MPPT algoritmaları SEPIC (Single-Ended-primary-Inductor-Converter) dönüştürücü kullanılarak tasarlanmış olup elde edilen güç miktarları kaydedilerek karşılaştırma yapılmıştır. İkinci çalışmada ise PV sistemlerde Sabit Gerilim (CV) algoritması farklı ışınım ve farklı sıcaklık değerleri altında Flyback dönüştürücüye uygulanarak çıkış gerilimi sabit tutulmaya çalışılmış ve lityum-ion batarya şarj edilmiştir. Son çalışmada ise değişken ışınım ve sıcaklık değerlerinde iyi sonuç verdiği gözlemlenen Bulanık mantık ile tasarlanan MPPT algoritması artırıcı (boost) dönüştürücüye uygulanmış olup Akü şarj edilmiştir. PI denetleyici ise boost (artırıcı) dönüştürücüden sonra elde edilen yüksek gerilim değerini LED aydınlatma devresinin çalıştığı gerilim değerine düşürebilmek için azaltıcı (buck) dönüştürücüye uygulanarak LED aydınlatma sistemi için uygun akım ve gerilim değerleri elde edilmiştir. In recent years, increasing energy needs by development of technology, reduction of fossil fuels and increasing environmental pollution lead science world to renewable energy sources. The advantages like Reducing cost, doesn't harm to environment and producing energy anywhere sunlight exist, make the photovoltaic panels very attractive. The power and voltage of PV panels are nonlinear, they are depends on tempearature and irradiance. To get maximum power from PV panel there are many MPPT algorithm in literature. MPPT algorithm gets current and voltage at the polarity of PV panels and regulate duty cycle of DC-DC converters, to operate PV panel at maximum power point. Using energy efficiently is as important as producing energy. Nearly %20 of the energy in the world is used for illumination. To use energy more efficiently, LEDs are preferred for illumination. The LEDs can pull high current when switch on, this condition cause increasing temperature of LEDs, decreasing the efficiency and also it may cause broken of LEDs, because of that, current and voltage of LEDs must be controlled by LED drivers. To get maximum Energy from PV panels and to use produced energy efficiently, in this research three different studies designed and constructed in MATLAB/Simulink. At first study, the performance of three different MPPT algorithms which are Perturb&Observe, Incremental Conductance (IC) and Fuzzy Logic (FLC) MPPT algorithms compared under variable temperature and irradiance, The MPPT algorithms applied to SEPİC converter and compared the load power for three MPPT algorithms. At the second study, the Constant Voltage (CV) algorithm applied to flyback converter to get high energy from PV panel also to get available voltage for charging the li-ion battery under variable temperature and irradiance. At the latest study, the Fuzzy Logic MPPT algorithm (which performing well under variable temperature and irradiance), applied the boost converter under variable irradiance and at constant temperature to charge battery with available voltage and current. The voltage of PV panel increased after boost converter so buck converter controlled by PI control to decrease the voltage after boost converter and provide appropriate voltage and current for LED illuminance system.