Güneş paneli regülatörlerinde MPPT nedir? Ne işe yarar? Gerekir mi?

MPPT (Maximum power point tracking – Maksimum Güç Noktası Takipçisi) kısaca güneş enerjisi paneli (PV-photovoltaic) ve rüzgar jeneratörleri ile üretilen elektrik enerjisini aküleri daha verimli şekilde şarj etmek için kullanılan bir tekniktir.

Bu teknik güneş paneli hücreleri üzerinde anlık ve değişken olarak oluşan enerji üretimini özel algoritmalar ile anlık takip ederek her zaman en yüksek verimi almayı amaçlar.

12V’luk güneş panelleri yapıları gereği 18-20V civarı çıkış voltajları verir, klasik bir PWM (Pulse-width modulation – Sinyal Genişlik Modülasyonu) özellikli regülatör bu voltajı kırparak 12V’luk akü voltajına dönüştürürken aradaki 6-8V’luk potansiyel farkını değerlendiremez, panelde üretilen bu enerji kayıp edilir, MPPT tekniğini kullanan bir regülatör ise voltaj-akım dengesini kendi içinde dönüştürerek panelde üretilen enerjinin tamamını (elbette kayıplar var, çoğunu diyelim…) aküye yönlendirebilir.

Aşağıdaki grafikte bir panelin AKIM-VOLTAJ (IV) eğrisini turuncu renkle, GÜÇ (Watt) eğrisini mavi renkte görüyorsunuz. PWM regülatör sadece 10.5-15V arasındaki gücü akülere aktarabilirken (grafikte yaklaşık 80W) MPPT regülatör her zaman grafikteki en yüksek güç noktasını yakalayarak panelden alınabilen maksimum gücü (grafikte yaklaşık 108W) akülere sunabiliyor.

Eh peki bu kadar mükemmel mi bu MPPT ‘ler?

Ebette değil, öyle olsaydı kullandığımız klasik PWM regülatörler çoktan yok olurdu! :)

Öncellikle MPPT’lerin fiyatlarının ciddi oranda daha yüksek olması, karmaşık ve hassas devreler olduğundan bozulma ihtimallerinin daha yüksek olması, ısınma problemleri nedeni ile doğru yere doğru montaj mecburiyeti gibi sebeplerle halen seçeneklerden biri olarak çoğu marka tarafından piyasaya sürülmektedirler.

Üzerine gölge düşen, kısmi gölgede çalışan paneller için MPPT işe yarar mı?
Yaraya da bilir, yaramaya da! :)

Bu güneş panelleri üzerinde gölge düşmesi, panellerden en yüksek hasadın (değişken doğal-yenilenebilir kaynaklardan elektrik üretim işine hasat-harvest deniliyor) yapılabilmesi tüm dünyanın üstünde çalıştığı karışık bir konu.

Güneş panelleri kendi içinde gruplar halinde seri şekilde bağlanmış pek çok küçük hücreden (cell) oluşuyor. Panelin tasarımına göre bu hücrelerin ve grupların birbirleri ile bağlantıları çeşit çeşit olabiliyor. Dolayısı ile panel üzerine düşen gölgenin şekli panelin üretimini etkiliyor. Bazı gölgelenmede sadece voltaj düşüyor, bazısında sadece akım düşüyor, bazen hepsi..

Gölge konusu da kendi içinde kısmı gölge (soft shade) ve tam/büyük gölge (hard shade) olarak ikiye ayrılıyor.
Kısmi gölgelenmede bir seri içindeki az miktardaki hücre gölgede kalıyor, bu nedenle voltaj değişmiyor ama akım düşüyor. MPPT regülatör buna göre en uygun noktayı tespit edip buradaki rakamlara göre en verimli şekilde hasat yapmaya devam ediyor.

Panel üzerinde tam/büyük gölgelenme olduğunda serilerden bir veya birkaçı tamamen gölgede kalmış oluyor, bu durumda seriler arasındaki koruma (bypass) diyotları devreye giriyor ve bu serileri bypass edip devreden çıkartıyor, bu durumda panelin ürettiği voltaj da düşmüş oluyor.

Aşağıdaki grafikte bu durumun bir örneği görülüyor. Bunu algılayıp buna göre farklı farklı MPPT noktalarını işleme almak kolay iş değil. Klasik MPPT regülatörler (evet! MPPT’lerin de kendi arasında klasikleri ve daha akıllı yeni teknolojileri var!) bunu beceremiyor, daha gelişmiş algoritmalara ve işlemci gücüne (ve fiyat etiketine!!) sahip SHADE TOLERANT (gölgeye toleranslı) MPPT  regülatörler bu karmaşık grafiğin hakkını veriyor ve en verimli hasadı yapıyorlar.

Bu durumda eski model PWM klasikler ne mi yapıyor?
Onlar hiiç istifini bozmadan en yüksek voltajı gördüğü noktada hangi gücü buluyorlarsa onu hasat etmeye devam ediyorlar! :)
Zaten verimsiz olan PWM sistemi gölgeli durumlarda daha da verimsiz hale geliyor.

 

Kimler MPPT regülatör kullanmalı? Gerçekten ihtiyacım bu mu?

– Klasik sistemlerinden biraz daha yüksek verim almak isteyenler.
– Panel çıkış voltajı yüksek (>20) olanlar (Bazı panellerin açık devre voltajı 44V  civarı olabiliyor..)
– Birden çok paneli seri-paralel gruplamış olanlar (sadece tekne uygulamalarından bahsetmiyoruz)
– 700-750W’dan daha yüksek paneli olanlar (PWM’ler max 60A’e kadar destekliyor – 750W mı? Kim onlar ya!)
– Gölgelenme, az güneş vb. sebeplerle panel voltajı düşenler
– Son teknoloji “em pi pi tii” kullanıyorum diyerek hava atmak isteyenler! :D

Son olarak MPPT ile ilgili birkaç Türkçe teknik kaynağı burada paylaşmak isteriz.
Yukarıda verilen bilgiler oldukça özet ve mümkün olduğunca teknikten uzak olarak anlatılmış, aşağıdakiler ise daha ciddi, detaylı ve akademik bilgilerdir.


Eleco 2014 Elektrik – Elektronik – Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu
Solar Enerji Dönüşümünde, Maximum Güç Noktası İzleyicisinin Etkisi ve Kablosuz Enerji İletimine Uygulaması
http://www.emo.org.tr/ekler/527f21ec1b38e17_ek.pdf


TOK 2014 Bildirim Kitabı -Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Kocaeli Üniversitesi
Güneş Panelleri için Yüksek Verimli Maksimum Güç Noktası İzleyicisi (MPPT) Tasarımı
http://akademikpersonel.kocaeli.edu.tr/hmertunc/bildiri/hmertunc02.10.2015_15.44.11bildiri.pdf


Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4 (2016)
PV Sistemin İçin Maksimum Güç Noktası İzleyicisi Tasarımı ve Uygulaması
http://www.fbedergi.duzce.edu.tr/article/viewFile/5000178442/5000160995


YÜKSEK LİSANS TEZİ, ELEKTRİK EĞİTİMİ, GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
FOTOVOLTAİK SİSTEMLER İÇİN MİKRODENETLEYİCİLİ EN YÜKSEK GÜÇ NOKTASINI İZLEYEN BİR KONVERTÖRÜN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ – Şaban ÖZDEMİR
http://acikarsiv.gazi.edu.tr/index.php?menu=2&secim=10&YayinBIK=629#

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *