Fotovoltaik Beslemeli Bulanık Mantık Denetimli Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücünün Gerçekleştirilmesi



Benzer belgeler
ELEKTROLİZ YAPMAK İÇİN PI DENETİMLİ SENKRON DA-DA DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI

Belirsiz Katsayılar Metodu ile PWM Kontrollü Buck Tipi Dönüştürücü Devre Analizi

DA-DA BUCK, BOOST VE BUCK-BOOST KONVERTER DENEY SETĐ TASARIMI VE UYGULAMASI

BULANIK MANTIK DENETİMLİ SERİ AKTİF GÜÇ FİLTRESİ KULLANARAK HARMONİK GERİLİMLERİN BASTIRILMASI

Kıyıcı Beslemeli DA Motorun Oransal İntegral ve Bulanık Mantık Oransal İntegral Denetleyicilerle Hız Kontrolü Karşılaştırılması

Akıllı Sistemlerde Yenilikler ve Uygulamaları Sempozyumu. 29 Eylül 1 Ekim 2016 DÜZCE BİLDİRİLER KİTABI. Editör:

DC motorların sürülmesi ve sürücü devreleri

Maksimum Güç Noktasını Değiştir ve Gözle Algoritması ile Takip Edebilen Fotovoltaik Sistem Tasarımı

Kapalı Ortam Sıcaklık ve Nem Denetiminin Farklı Bulanık Üyelik Fonksiyonları Kullanılarak Gerçekleştirilmesi

Küçük Rüzgar Türbini ve PV Güç Sistemi Modellemesi

DOĞRU AKIM DEVRE ANALİZİ Ö. ŞENYURT - R. AKDAĞ ÜÇÜNCÜ BÖLÜM: OHM KANUNU, İŞ, ENERJİ VE GÜÇ

THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A AC-DC CONVERTER FOR INDUSTRIAL TYPE WASHING MACHINE

Güneş Paneli/Süperkapasitör Enerji Sistemlerinde Yük Üzerindeki Gerilimin Bulanık Mantık ile Kontrolü

Deney 10: Analog - Dijital Dönüştürücüler (Analog to Digital Converters - ADC) Giriş

2011 Third International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics

YAKIT HÜCRESİ 4. KUŞAK ELEKTRİK ÜRETİM TEKNOLOJİSİ

Alçaltıcı DA-DA Çevirici Analiz ve Tasarımı

Sürekli Mıknatıslı Senkron Motorun Sayısal İşaret İşlemcisi ile Histerezis Akım Denetleyicili Alan Yönlendirme Kontrolünün Gerçekleştirilmesi

Ders İçerik Bilgisi. Dr. Hakan TERZİOĞLU Dr. Hakan TERZİOĞLU 1

Doç. Dr. Ersan KABALCI. AEK-207 Güneş Enerjisi İle Elektrik Üretimi

Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ FOTOELEKTROLİZ YOLUYLA HİDROJEN ÜRETİMİ

Alçak Gerilimde Aktif Filtre ile Akım Harmoniklerinin Etkisinin Azaltılması

ÇİFT ANAHTARLI BUCK-BOOST ÇEVİRİCİ BENZETİMİ THE SIMULATION OF THE DUAL SWITCH BUCK-BOOST CONVERTER

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 3) HAVA KÜTLE AKIŞ SİSTEMLERİNDE PID İLE SICAKLIK KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör.

ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN HARMONİKLERİN FİLTRELENMESİNİN BİLGİSAYAR DESTEKLİ MODELLENMESİ VE SİMÜLASYONU

TEK BÖLGELİ GÜÇ SİSTEMLERİNDE BULANIK MANTIK İLE YÜK FREKANS KONTRÜLÜ

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

Elektrikli Araçlar İçin Çift Çevrim Destekli DA Motor Kontrol Uygulaması

DC DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER

BÖLÜM III METAL KAPLAMACILIĞINDA KULLANILAN ÖRNEK PROBLEM ÇÖZÜMLERİ

SIMULATION OF PARALLEL-CONNECTED DC/DC BOOST CONVERTER FOR HYBRID ENERGY SOURCES

AKÜ ŞARJ REDRESÖRLERİ

DA-DA Boost Dönüştürücü Tasarımı ve Gerçeklenmesi Design and Implementation of DC-DC Boost Converter

BULANIK MANTIK YÖNTEMİNİN PID DENETLEYİCİ PERFORMANSINA ETKİSİ

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MAKİNE FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ DERSİ. DC Motor Hız Kontrolü Proje No: 1

Fatih Alpaslan KAZAN 1, Osman BİLGİN 2. 1 Elektrik Programı. Ilgın Meslek Yüksekokulu Selçuk Üniversitesi, Ilgın, KONYA

DA-DA BOOST DÖNÜŞTÜRÜCÜLERDE ÇIKIŞ GERİLİMİ VE ENDÜKTANS AKIMININ BULANIK MANTIK VE ORANSAL İNTEGRAL DENETLEYİCİLERLE KARŞILAŞTIRILMASI

ÖĞRENME ALANI : FĐZĐKSEL OLAYLAR ÜNĐTE 3 : YAŞAMIMIZDAKĐ ELEKTRĐK (MEB)

Statik güç eviricilerinin temel görevi, bir DA güç kaynağı kullanarak çıkışta AA dalga şekli üretmektir.

Akım Modlu Çarpıcı/Bölücü

ELEKTRİK AKIMI Elektrik Akım Şiddeti Bir İletkenin Direnci

6. DİJİTAL / ANALOG VE ANALOG /DİJİTAL ÇEVİRİCİLER 1

ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

Uyarlamalı Bulanık-PI Denetim Esaslı Dinamik Senkron Kompanzatör ile Reaktif Güç Kompanzasyonu Benzetim Çalışması

BİR FAZ BEŞ SEVİYELİ İNVERTER TASARIMI VE UYGULAMASI

İÇİNDEKİLER 2

FARKLI PANEL TİPLERİ İÇİN EŞDEĞER DEVRE MODELİNİN PARAMETRE DEĞERLERİNİN BULUNMASI

DENEY 16 Sıcaklık Kontrolü

FOTOVOLTAİK GÜNEŞ PİLLERİ İÇİN GENEL AMAÇLI BİR MATLAB/SIMULINK GUI MODELİ

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

TEMEL ELEKTRONİK VE ÖLÇME -1 DERSİ 1.SINAV ÇALIŞMA NOTU

OTOMATİK KONTROL

Güneş Paneli ve Yakıt Pili Karma Temiz Enerji Sisteminde Beş Seviyeli BMD li STATCOM

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN KANAT AÇILARININ YAPAY SİNİR AĞI TABANLI DENETİMİ

Akım Kontrollü Gerilim Kaynaklı Evirici İle Sürülen RL Yükü Üzerindeki Akım Harmoniklerinin İncelenmesi

AYDINLATMADA FOTOVOLTAĐK-HĐDROJEN HĐBRĐT ENERJĐ KAYNAĞI KULLANIMI

HHO HÜCRESİNİN PERFORMANSININ DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. Konya, Türkiye,

Üç Fazlı Sincap Kafesli bir Asenkron Motorun Matlab/Simulink Ortamında Dolaylı Vektör Kontrol Benzetimi

GÜNEŞ ENERJĐSĐYLE HĐDROJEN ÜRETĐMĐ Kim. Müh. Serdar ŞAHĐN / Serkan KESKĐN

Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters

Ege Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri II Dersi Grup Adı: Sıvı Seviye Kontrol Deneyi.../..

Hazırlayan: Tugay ARSLAN

PWM Doğrultucular. AA/DA güç dönüşümü - mikroelektronik devrelerin güç kaynaklarında, - elektrikli ev aletlerinde,

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

Simulink Ortamında Pv Modul Simülasyonu Araç Kutusunun Oluşturulması

GÜNEŞ PİLİNİN MATEMATİKSEL MODELLENMESİ VE MATLAB İLE SİMÜLASYONU

Şekilde görüldüğü gibi Gerilim/akım yoğunluğu karakteristik eğrisi dört nedenden dolayi meydana gelir.

KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ/ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Yükseltici DA Kıyıcılar, Gerilim beslemeli invertörler / 12. Hafta

Sensörler Öğr. Gör. Erhan CEMÜNAL Thomas Alva Edison

14. ÜNİTE GERİLİM DÜŞÜMÜ

Fatih Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü EEM 316 Haberleşme I LAB SINAVI DARBE GENLİK MODÜLASYONU (PWM)

EVK Enerji Verimliliği, Kalitesi Sempozyumu ve Sergisi Haziran 2015, Sakarya

ELEKTRİK MOTOR SÜRÜCÜLERİ: PWM AC KIYICILAR

ÜÇ SEVİYELİ UZAY VEKTÖR DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONLU İNVERTER İLE SABİT MIKNATISLI SENKRON MOTORUN ALAN YÖNLENDİRMELİ KONTROLÜ

DAMITMA KOLONLARININ BULANIK DENETLEYİCİLERLE DENETİMİ

RF İLE ÇOK NOKTADAN KABLOSUZ SICAKLIK ÖLÇÜMÜ

ŞEBEKE BAĞLANTILI GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ SAHA DENETİM STANDARDLARI

COMPARISON OF SINUSOIDAL PWM ZERO CURRENT TRANSITION INVERTER WITH RESONANT LINK INVERTER

DENEY 1 DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ

ISSN : sherdem@selcuk.edu.tr Konya-Turkey BİR DC MOTORUN BULANIK MANTIK DENETLEYİCİ İLE KONTROLÜ

Şarj Dengeleme Sistemleri İçin Çift Yönlü Flyback Devresi Tasarımı

Dr.Öğr.Üyesi MUSTAFA ERGİN ŞAHİN

Değişken Doğru Akım Zaman göre yönü değişmeyen ancak değeri değişen akımlara değişken doğru akım denir.

Bulanık Mantık Denetimli DA-DA Çeviricileri için Geliştirilen Bir Eğitim Seti

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LAB 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ - 2 DENEYİ

Bulanık Mantık Tabanlı Uçak Modeli Tespiti

T.C. KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Electronic Letters on Science & Engineering 3(1) (2007) Available online at

DENEY 2: DİYOTLU KIRPICI, KENETLEME VE DOĞRULTMA DEVRELERİ

ENERJİ DEPOLAMA YÖNTEMLERİ BEYZA BAYRAKÇI ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI TEKNOLOJİSİ

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

MEMM4043 metallerin yeniden kazanımı

Asenkron Motorun Klasik Denetimli PWM İnverter İle Mikroişlemci Tabanlı Hız Kontrolü

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

<<<< Geri ELEKTRİK AKIMI

TEMEL KAVRAMLAR BİRİM SİSTEMİ TEMEL NİCELİKLER DEVRE ELEMANLARI ÖZET

SICAKLIK ALGILAYICILAR

Transkript:

Politeknik Dergisi Cilt:15 Sayı: 1 s. 35-41, 2012 Journal of Polytechnic Vol: 15 No: 1 pp. 35-41, 2012 Fotovoltaik Beslemeli Bulanık Mantık Denetimli Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücünün Gerçekleştirilmesi Ömer Faruk BAYa, Ali UYSALb a Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektronik Bilgisayar Eğitimi Bölümü, Ankara, TR b Karabük Üniversitesi Meslek Yüksek Okulu Teknik Programlar Bölümü, Karabük, TR ÖZET Bu çalışmada, elektrolizle hidrojen üretmek için bulanık mantık denetimli senkron alçaltıcı tip dönüştürücünün gerçekleştirilmesi sunulmaktadır. Enerji kaynağı olarak, yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş panellerinden elde edilen elektrik enerjisi kullanılmaktadır. Önerilen alçaltıcı tip dönüştürücüde değişken yük ve değişken giriş gerilimlerinde sabit çıkış akımı elde etmek hedeflenmektedir. Sistemde kullanılan anahtarlama elemanlarının denetiminde Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) tekniği kullanılmaktadır. Denetim algoritması olarak ise bulanık mantık denetleyici (BMD) kullanılmaktadır. Önerilen denetim algoritmasının etkinliğini göstermek için, sistemde hem bulanık mantık denetleyici hem de PI denetleyici ayrı ayrı kullanılarak değişken giriş gerilimlerinde, değişken yüklerde ve elektroliz ortamında testler yapılmaktadır. Deneysel çalışma sonuçlarına göre bulanık mantık denetleyicinin cevap verme süresinin daha hızlı, aşım oranının daha düşük ve kalıcı durum hatasının PI denetleyiciye göre çok daha az miktarda gerçekleştiği görülmüştür. Anahtar kelimeler: Elektroliz, Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücü, Bulanık Mantık Denetleyici. Implementation of a Photovoltaik Sourced Fuzzy Logic Controlled Synchronous Buck Converter ABSTRACT In this study, a fuzzy logic controlled synchronous buck converter design has been realized to produce hydrogen with electrolysis. Electrical energy obtained from solar panels which is one of the renewable energy sources is used as energy sources. The aim of the proposed buck converter is to obtain constant output current at variable loads and variable input voltages. PWM technique is used for controlling of switches on the system. Fuzzy Logic Controller is used as control algorithm. Proposed system has been tested at variable loads and variable supply voltages using both PI controller and fuzzy logic controller to show the effectiveness of the fuzzy control algorithm. According to the experimental results, fuzzy logic controller has faster response time and has lower overshot and less steady state error than PI controller. Keywords: Electrolysis, Synchronous Buck Converter, Fuzzy Logic Controller hidrojen elde etmekte kullanılacak bir DA-DA dönüştürücü devrenin tasarımı yapılmaktadır. DA-DA dönüştürücü Matlab Simulink programı kullanılarak benzetimi yapılmakta ve benzetim sonuçları doğrultusunda tasarımı gerçekleştirilmektedir. Elektroliz işlemi için değişken giriş gerilimi(12v-35v) ve değişken yük değerlerinde çalışabilen, çıkış akımı 20A e kadar ayarlanabilen bulanık denetimli senkron alçaltıcı tip dönüştürücü tasarlanmaktadır. Bu dönüştürücünün denetiminde bulanık denetim algoritması kullanılmaktadır. Devrenin prototipi yapılarak değişken yük ve değişken giriş gerilimlerinde denenmiştir. Elde edilen sonuçlar Picoscope ile ölçülmüş ve ölçülen değerler karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışma sonuçlarına göre bulanık mantık denetleyicinin cevap verme süresinin daha hızlı, aşım oranının daha düşük ve kalıcı durum hatasının PI denetleyiciye göre çok daha az miktarda gerçekleştiği görülmüştür. 2. ELEKTROLİZ Suyun doğru akım kullanılarak hidrojen ve oksijene ayrılması işlemine elektroliz denilmektedir. 1. GİRİŞ Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının sağladığı enerji seviyesi gün içerisinde ve mevsimlere göre değişkenlik gösterdiğinden, bu kaynaklardan üretilen enerjinin depolanması büyük önem taşımaktadır. Enerjinin depolanması için kullanılan en yaygın yöntem enerjiyi elektriksel olarak akülerde depolamaktır. Yüksek güçlerde ise bu çok yüksek maliyetli ve verimli olmayan bir yöntemdir. Dolayısıyla enerjinin farklı şekillerde depolanması ve kullanılması için çözüm üretmek gerekmektedir. Son dönemlerde önerilen çözümlerden birisi ise elektrik enerjisinden suyun elektrolizi yoluyla hidrojen elde etmek ve hidrojeni sıkıştırarak depolamaktır(1). Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş panellerinden elde edilen elektrik enerjisi yardımıyla sabit akımda suyun elektrolizini yaparak * Sorumlu Yazar (Corresponding Author) e-posta: omerbay@gazi.edu.tr Digital Object Identifier (DOI) : 10.2339/2012.15.1, 35-42 35

Ömer Faruk BAY, Ali UYSAL / LİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 15, SAYI 1, 2012 Elektroliz hidrojen üretimi için en basit yöntem olarak bilinmektedir. İlke olarak, bir elektroliz hücresi içinde, genelde düzlem bir metal veya karbon plakalar olan, iki elektrot ve bunların içine daldırıldığı, elektrolit olarak adlandırılan iletken bir sıvı bulunmaktadır. Doğru akım kaynağı bu elektrotlara bağlandığında akım, iletken sıvı içinde, pozitif elektrottan (anot), negatif elektroda (katot) doğru akacaktır. Bunun sonucu olarak da, elektrolit içindeki su, katottan çıkan hidrojen ve anottan çıkan oksijene ayrışacaktır. Burada yalnız suyun ayrışmasına karşılık, su iyi bir iletken olmadığı için elektrolitin içine iletkenliği arttırıcı olarak genelde potasyum hidroksit gibi bir madde eklenmektedir (2). Suyun elektrolizi için, normal basınç ve sıcaklıkta, ideal olarak 1.23 volt yeterlidir. Tepkimenin yavaş olması ve başka nedenlerle, elektroliz işleminde daha yüksek gerilimler de kullanılmaktadır. Hidrojen üretim hızı, geçen akım şiddeti ile orantılı olduğundan, ekonomik nedenlerle sabit ve yüksek akım yoğunlukları tercih edilmektedir. Bundan dolayı pratikte, suyun ayrıştırılması için hücre başına uygulanan gerilim genelde 2 volt dolayındadır. İdeal şartlarda her metreküp oksijen için 2.8 kwh elektrik enerjisi yeterli olmaktadır. Uygulamada kullanılan elektrik' enerjisi miktarı bir metreküp hidrojen üretimi için 3.9-4.6 kwh arasında değişmektedir. Pratikte kullanılan elektroliz hücrelerinde, nikel kaplı çelik elektrotlar kullanılmaktadır. Bu çalışmada elektroliz yoluyla hidrojen üretiminde kullanılmak üzere 20 Ampere kadar ayarlanabilen ve sabit akım verebilen bir sistem geliştirilmektedir. 3. GÜNEŞ-HİDROJEN SİSTEMİNİN ÖNEMİ Ülkemiz fosil yakıt rezervleri açısından oldukça fakir bir ülke konumunda olup, her yıl enerji gereksini- vereceği zararın boyutları sanılanın çok üzerinde olmaktadır (2). Petrol ve doğal gaz yönünden de oldukça sınırlı rezerve sahip olan Türkiye, bütün bunlara karşın güneş, rüzgâr ve biokütle gibi doğal, temiz ve yenilenebilir enerji kaynakları açısından son derece zengindir. Bu durumda, yeni gelişmekte olan güneş-hidrojen sistemi teknolojisi üzerinde zaman geçirilmeden gerekli çalışmaların yapılması önem taşımaktadır. 3.1. Fotovoltaik Sistemler FV sistemler güneşten gelen enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Güneş panelleri, FV hücrelerin bir araya gelmesiyle oluşmuş, sistemin enerji ihtiyacını karşılayan, güneş enerjisini DA gerilime dönüştüren ve belli bir güçte üretilen elemanlardır. FV sistem, bir evin ihtiyaçlarını karşılayabileceği gibi çok yüksek güçlü olarak tasarlanıp bir güç istasyonu olarak da kullanılabilmektedir. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü tarafından yapılan çalışmada, ülkemizin ortalama yıllık güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti de 1311 kw / m2 dir (3). 4. AKIM AYARLI BULANIK MANTIK DENETİMLİ SENKRON ALÇALTICI TİP DÖNÜŞTÜRÜCÜ 4.1. Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücü Değişken yük ve değişken giriş gerilimlerinde sabit çıkış akımı sağlamak amacıyla sistemde senkron alçaltıcı tip dönüştürücü kullanılmaktadır. Dönüştürücü 180 watt'lık iki tane paralel bağlanmış güneş paneli ile beslenmektedir. Tasarlanan alçaltıcı tip dönüştürücünün genel yapısı Şekil 1 de görülmektedir. Şekil 1. Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücü Devresi minin %50'den fazlasını ithal etmek zorundadır. Türkiye'deki fosil yakıt rezervlerine bir göz atılacak olursa, neredeyse linyit rezervlerinin yarısını oluşturan Elbistan ve diğer benzer havzalar kalite açısından oldukça düşük sayılabilecek durumdadır. Buradaki linyitlerin kalorileri çok düşük, kükürt, kül ve nem miktarları oldukça yüksektir. Enerji olarak yakılan miktar değil, üretilen kalori önem taşıdığından, bu rezervler kalori yönünden değerlendirildiğinde, Türkiye'de bugünkü üretimle 7080 yıl yetecek kömür bulunduğu ortaya çıkmaktadır. Düşük kalorinin yanı sıra, yukarıda belirtilen kirletici özellikler de dikkate alındığında, bunların çevreye Q1 anahtarı iletimdeyken kaynaktan gelen enerji endüktans akımını sabit bir eğimle arttırırken, anahtarın kesime sokulmasıyla endüktans akımı senkron mosfet üzerinden serbest döngü yapmaya başlar. Bunun için bu mosfetin kapısına gerilim uygulanması gereklidir. Kapı geriliminin olmaması durumunda akım diyot üzerinden dolaşır ve gerilim düşümü daha yüksek olur(4,5,6). 4.2. Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücünün Bulanık Denetimi Sistemin cevap verme süresinin hızlı, aşım oranının düşük ve kalıcı durum hatasının en az olması 36

FOTOVOLTAİK BESLEMELİ BULANIK MANTIK DENETİMLİ SENKRON ALÇ / LİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 15, SAYI 1, 2012 için bulanık mantık denetim algoritması tercih edilmektedir. Bulanık mantık denetleyicide, akım hatası ve hatadaki değişim giriş değişkenleri olarak, görev saykılındaki değişim ise çıkış değişkeni olarak belirlenmiştir. Giriş ve çıkış değişkenlerinin üyelik fonksiyonları üçgen ve yamuk olarak seçilmiştir. Çıkarım metodu olarak max min metodu, kullanılmaktadır. Durulama metodu olarak ise ağırlıklı ortalama metodu tercih edilmiştir. Bulanık mantık denetleyici için kodlar PIC BASIC dilinde yazılmıştır. DA-DA dönüştürücü için bulanık denetim blok şeması Şekil 2 de verilmektedir. Programda tuş takımından girilen referans bilgisi ile akım algılayıcısından alınan gerçek akım bilgisinin farkını hata, hata ile eski hatanın farkı hatanın değişimi olarak belirlenmektedir. görev saykılındaki değişim miktarıdır. Elde edilen değer mosfet sürücü devre tarafından DA-DA dönüştürücü devrenin güç elemanlarına uygulanmaktadır. Çizelge 1. Bulanık mantık denetleyicisi kural tablosu Hata ( e ) Hatadaki Değişim ( ce) Şekil 3 de bulanık mantık denetimli senkron alçaltıcı tip dönüştürücünün MATLAB- Simulink' te hazırlanan devresi görülmektedir. Referans bilgisi ile ölçülen akımın farkı hata olarak, hatanın türevi ise hatadaki değişim olarak bulanık mantık denetleyicisine uygulanmaktadır. Bulanık mantık denetleyicisinin çıkış bilgisi darbe genişlik modülasyonu üretecinin girişine uygulanmaktadır. Darbe genişlik modülasyonu üreteci Q1 ve Q2 mosfetleri için gerekli olan anahtarlama sinyallerini üretmektedir. Bulanık mantık denetleyicisine referans olarak 4A akım değeri girilmektedir. Değişken besleme geriliminde elde edilen çıkış akımının grafiği Şekil 4 de görülmektedir. Benzetim çalıştırıldığında bulanık mantık denetleyici çıkış akımını referans akım değeri olan 4A e sabitlemektedir. Besleme gerilimi değişikliğinde çıkış akımı referans değerinde sabit kalmaktadır. Şekil 2. DA-DA dönüştürücü için bulanık denetim blok şeması Bulanık mantık denetleyicisi kural tablosu Çizelge 1 de verilmektedir. Bu kural tablosu C.C. Lee (7,8) tarafından geliştirilen sistematik yaklaşım ile elde edilmiştir. Bulanık mantık denetleyicisi, giriş değişkenlerinin aldıkları değerler ve kural tabanının kompozisyonunu yaparak bir çıkarım elde etmektedir. Bu çıkarım Şekil 3. Bulanık mantık denetimli senkron alçaltıcı tip dönüştürücünün Matlab Simulink modeli 37

Ömer Faruk BAY, Ali UYSAL / LİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 15, SAYI 1, 2012 PI denetim sistemindeki çıkış değişkeni Eşitlik 1 deki gibi elde edilmektedir. U K P e K İ edt (1) Dönüştürücünün çıkış akımını ayarlamak için PWM sinyalinin görev zamanı kullanılmaktadır. Burada U çıkış değeri görev zamanı olarak alınmıştır. Şekil 6 da PI denetimli senkron alçaltıcı tip dönüştürücünün MATLAB- Simulink' te hazırlanan devresi görülmektedir. Devrede referans bilgisi ile ölçülen akımın farkı hata olarak PI denetleyiciye uygulanmıştır. PI denetleyicinin çıkış bilgisi darbe genlik modülasyonu (PWM) üretecinin girişine uygulanmıştır. PI denetleyiciye referans olarak 4A akım değeri girilmiştir. Benzetim sonucu Şekil 7 de görülmektedir Şekil 4. Değişken besleme geriliminde BM denetimli sistemin çıkış akım grafiği 4.3. Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücünün PI Denetimi Önerilen bulanık mantık denetleyicisinin etkinliğini göstermek için sistem aynı zamanda PI denetleyici ile de denetlenmektedir. PI denetleyicide DA-DA dönüştürücünün çıkış akım bilgisi geri beslenerek referans değerle karşılaştırılarak hata elde edilmekte ve hata kullanılarak PI algoritması gerçekleştirilmektedir. Şekil 5 de genel bir PI denetleyicinin blok diyagramı verilmektedir(9). PI Denetleyici e(t) hata sinyali Kp + + I(t) denetim sinyali Şekil 7. Değişken besleme geriliminde PI denetimli sistemin çıkış akım grafiği 5. AKIM AYARLI BULANIK MANTIK DENETİMLİ SENKRON ALÇALTICI TİP DÖNÜŞTÜRÜCÜ NÜN UYGULAMA ÇALIŞMASI Bu çalışmada gerçekleştirilen uygulamanın resmi Ki Şekil 5. PI denetleyici blok diyagramı Şekil 6. Matlab Simulink te hazırlanan PI denetimli senkron buck dönüştürücü devre şeması 38

FOTOVOLTAİK BESLEMELİ BULANIK MANTIK DENETİMLİ SENKRON ALÇ / LİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 15, SAYI 1, 2012 Şekil 8 de görülmektedir. Ekran olarak 2x16 karakter LCD kullanılmıştır. LCD ekranda ölçülen ve ayarlanan akım değerleri görüntülenmektedir. Çıkış Yük Gerilimi Şekil 8. Gerçekleştirilen Senkron Alçaltıcı Tip Dönüştürücü Devrenin Resmi Akım algılayıcı, DA-DA dönüştürücünün çıkış akımı algılamakta ve mikro denetleyicinin ölçebileceği analog gerilim değerine dönüştürmektedir. Akım algılayıcı olarak LA 55-P akım algılayıcısı kullanılmıştır. Tuş takımı, istenen akım değerini ayarlamak ve sistemi çalıştırıp durdurmak için kullanılmaktadır. LA 55-P akım algılayıcısı simetrik 12V besleme ile çalışmakta ve 50A RMS akım değeri ölçebilmektedir. Mikro denetleyici, akım algılayıcısından alınan akım bilgisini sabit tutmak amacıyla, seçilen denetim algoritması mantığına uygun olarak senkron alçaltıcı tip dönüştürücü için PWM sinyali üretmektedir. Mikro denetleyici olarak Microchip firmasının PIC18F452 mikro denetleyicisi seçilmiştir. MOET sürücüsü, Mikro denetleyici den gelen anahtarlama bilgisini MOET leri tetiklemek için uygun hale getirmektedir. MOET sürücüsü olarak senkron alçaltıcı tip dönüştürücü yapısına uygun olan IR2110 tümleşik devresi kullanılmıştır. Paralel bağlı iki adet 180 watt lık güneş panelleri, DA-DA dönüştürücü için gerekli olan besleme gerilimini sağlamaktadır. DA-DA dönüştürücü, güneş panelinden elde edilen enerjiyi mikro denetleyici denetiminde elektroliz için uygun değere düşürmektedir. DA-DA dönüştürücü olarak senkron alçaltıcı tip dönüştürücü kullanılmıştır. 5.1. Deneysel Çalışma Sonuçları Gerçekleştirilen sistem üzerindeki deneysel çalışmalarda bulanık mantık denetleyicisi ve PI denetleyicisinin performanslarını belirlemek için yapılan ölçümler Şekil 9-Şekil 14 de verilmektedir. Ölçümler PICO Automotive 3000 osilaskopu ile yapılmıştır. Gerçekleştirilen sistemin en kötü çevre şartlarında dahi etkinliğini göstermek için DA-DA dönüştürücü önce anlık olarak değeri değiştirilebilen dirençle yüklenmiştir. 4A lik referans akımında yük direncinde anlık olarak değişiklik yapıldığında bulanık mantık denetleyicisi ile denetlenen dönüştürücünün çıkış gerilim ve akımının grafiği Şekil 9'daki gibi elde edilmiştir. Şekil 9. BMD li sistemin değişken yük durumunda çıkış gerilim ve akım grafiği. Aynı çevre şartlarında dönüştürücü PI denetleyici ile denetlendiğinde ise, 4A lik referans akımda yük direnci anlık değiştirildiğinde dönüştürücünün çıkış gerilim ve akım grafiği Şekil 10'da görüldüğü gibi elde edilmiştir. Çıkış Yük Gerilimi Şekil 10. PI denetimli sistemin değişken yük durumunda çıkış gerilim ve akım grafiği. Güneş paneli gerilimi ışınım arttıkça artmakta, ışınım azaldıkça ise azalmaktadır. Işınım sabit olduğunda ise sıcaklık da sabit ise yaklaşık olarak sabit kalmaktadır. Sıcaklığın panel gerilimine etkisi çok azdır. Besleme gerilimindeki değişikliğe karşı sistemin cevabını görebilmek için dönüştürücü bu defa güneş paneli yerine ayarlı bir gerilim kaynağı ile beslenmiştir. Eğer güneş paneli kullanılsaydı besleme gerilimi hem anlık olarak değişmeyecekti, hem de testin gün boyunca yapılması gerekecekti. Dönüştürücü sabit yük ile yüklü, referans akım değeri 4A ve besleme geriliminin 12V-24V-12V basamak değişimi yapıldığında bulanık mantık denetleyicili sistemin çıkış akım eğrisi Şekil 11 de görüldüğü gibi elde edilmiştir. 39

Ömer Faruk BAY, Ali UYSAL / LİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 15, SAYI 1, 2012 Şekil 13. BMD li sistemin elektroliz ortamında değişken besleme geriliminde çıkış akım grafiği. Aynı çevre şartlarında deney PI denetleyicili sistem için tekrarlanmıştır. Devreye elektroliz düzeneği bağlı, referans akım değeri 4A ve besleme geriliminin 12V-24V-12V basamak değişimi yapıldığında PI denetleyicili sistemin çıkış akım eğrisi Şekil 14 de görüldüğü gibi elde edilmiştir. PI denetimli sistemde kalıcı durum hatası olduğu görülmektedir. BMD li sistemde kalıcı durum hatası gözlenmemiştir Şekil 11. BMD li sistemin değişken besleme gerilimindeki çıkış akım grafiği. Aynı çevre şartlarında deney PI denetleyicili sistem için tekrarlanmıştır. Dönüştürücü sabit yük ile yüklü, referans akım değeri 4A ve besleme geriliminin 12V-24V-12V basamak değişimi yapıldığında PI denetleyicili sistemin çıkış akım eğrisi Şekil 12 de görüldüğü gibi elde edilmiştir besleme Şekil 14. PI denetimli sistemin elektroliz ortamında değişken besleme geriliminde çıkış akım grafiği Sistem de yük olarak bu defa elektroliz ortamı kullanıldığında değişken besleme geriliminde deney yine tekrarlanmış ve referans akım değeri 4A ve besleme geriliminin 12V-24V-12V basamak değişimi yapıldığında bulanık mantık denetleyicili sistemin çıkış akım eğrisi Şekil 13 de görüldüğü gibi elde edilmiştir Şekil 9 dan Şekil 14 e kadar olan grafikler incelendiğinde; Bulanık mantık denetleyicili sistemin, PI denetleyicili sistemden hem dinamik cevap hem de aşım miktarı bakımından daha iyi bir performansa sahip olduğu görülmektedir. Şekil 12. PI denetimli sistemin değişken gerilimindeki çıkış akım grafiği. 40

FOTOVOLTAİK BESLEMELİ BULANIK MANTIK DENETİMLİ SENKRON ALÇ / LİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 15, SAYI 1, 2012 2) Türk, İ., E., Hidrojen Enerjisi, Temiz Enerji Vakfı Yayınları, Ankara, 2-24, (2001). 3) 41 İnternet: Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlügü, www.eie.gov.tr (2011). 4) Uysal, A., Bay, Ö.F., Elektroliz Yapmak İçin PI Denetimli Senkron Buck Dönüştürücü Tasarımı 5. Uluslar arası İleri Teknolojiler Sempozyumu (İATS 09), Karabük, 186-190, 2009. 5) Tuncay, N. Gökaşan., M. Boğosyan, S., Güç Elektroniği Çeviriciler, Uygulamalar ve Tasarım. Literatür Yayıncılık,176-185,2007 6) Abut, N., Güç Elektroniği Güç Yarı İletkenleri ve Dönüştürücüler, Birsen Yayınevi,309-312,2004. 7) Lee, C. C., Fuzzy Logic in Control System: Fuzzy Logic Controller - Part 1, IEEE Transaction On Systems, Man, And Cybernetics, 20 (2): 404-418,(1990). 8) Lee, C., C., Fuzzy Logic in Control System: Fuzzy Logic Controller - Part 2, IEEE Transaction On Systems, Man, And Cybernetics, 20, 2,419-435,(1990). 9) Liping, G., Hung, J.Y., Nelms, R.M., PID Controller Modifications To Improve Steady-State Performance Of Digital Controllers For Buck And Boost Converters, Seventeenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC 2002., Dallas, 381-388 (2002). 6. SONUÇ Bu çalışmada elektroliz yoluyla hidrojen üretmek için bulanık mantık denetimli senkron alçaltıcı tip dönüştürücü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma sonucunda çıkış yük değişimlerinde ve giriş besleme gerilimi değişiklerinde bulanık mantık denetleyicinin çıkış akımını istenen değerde sabitlediği görülmektedir. Bulanık mantık denetleyicinin etkinliğini göstermek için sistem aynı zamanda PI denetleyici ile de denetlenmiştir. Bulanık mantık denetleyici ile PI denetleyici karşılaştırıldığında bulanık mantık denetleyicinin cevap verme süresinde daha hızlı, aşım oranın daha az olduğu görülmektedir. PI denetleyici farklı giriş gerilimi değerlerinde kalıcı durum hatası vermektedir. Elektroliz işleminde kullanılmak için bulanık mantık denetleyici alçaltıcı tip dönüştürücüde istenilen performansı göstermektedir. Bulanık mantık denetimli DA-DA dönüştürücü elektroliz sistemine sabit akım sağladığından sabit hidrojen çıkışı temin edilebilmektedir. 7. KAYNAKLAR 1) Yılankıran, N., "Türkiye nin Alternetif Enerji Kaynakları ve Kullanım Potansiyeli", Yüksek Lisan Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bil. Enstitüsü, Ankara, 1-3, 2004. 41