On-Grid Photovoltaic Energy Based Electric Vehicle Charging Station Design and Power Analysis

Abstract

Fotovoltaik (FV) yenilenebilir enerji kaynakları, rüzgâr, biyogaz, jeotermal, dalga, hidrojen ve hidroelektrik enerji kaynakları ile kıyaslandığında her türlü coğrafi koşullarda tesis edilebilirliği, kurulum maliyetinin düşük ve sistem entegrasyonunun kolay olması sebebiyle yenilenebilir enerji kaynakları arasında öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında avantajlarından dolayı yenilenebilir enerji kaynağı olarak FV sistemi kullanılarak, fosil yakıt kullanımını azaltacak elektrikli araçlar için şarj istasyonu modellenmiş ve bu sayede elektrikli araç teknolojilerinin enerji altyapı yetersizliğine katkı sunulması hedeflenmiştir. Yüksek güç gerektiren FV sistemlerinin tasarımlarının maliyetli olduğundan sistem modellemesi ve güç analizi MATLAB SIMULINK ortamında yapılmıştır. Sistem modellemesinde öncelikle FV panellerden oluşan enerji santrali modeli oluşturulmuştur. Daha sonra FV enerji santrali ile elektrikli araç şarj istasyonu arasındaki güç elektroniği sistemleri olan maksimum güç noktası izleyicisi, yükselten DA/DA dönüştürücü, DA/AA evirici, güç anahtarlamalı filtreler, AA/DA doğrultucu, düşüren DA/DA dönüştürücülerin modelleme ve güç analizleri yapılmıştır. Enerji verimliliğini sağlamak için şebekeye bağlı sistem modeliyle, hem elektrikli araç şarj istasyonu boşta çalışma durumunda FV enerji santralinde üretilen enerji şebekeye aktarılacak ve hem de FV enerji santralinde üretilen enerjinin depolanmasına ihtiyaç olmadan FV enerji santrali yetersiz kaldığında elektrikli şarj istasyonu gerekli enerjiyi şebekeden sağlayacaktır. Güç analizi kapsamında model bileşenlerinin akım, gerilim, güç, elektriksel kayıplar, harmonik bozulum parametreleri üzerine hem grafiksel hem de teorik tespit ve çıkarımlarda bulunularak tasarlanan modelin pratiğe yakın avantajlı bir model olduğu sonucuna varılmıştır.

Compared to wind, biogas, geothermal, wave, hydrogen and hydroelectric energy sources, PV (photovoltaic) renewable energy sources stand out among renewable energy sources due to their easy installation in all geographical conditions, low installation costs and easy system integration. In this thesis, a charging station is modeled for electric vehicle that will reduce fossil fuel use by using the PV system as a renewable energy source due to the advantages mentioned above, and so it is aimed to contribute to the energy infrastructure inadequacy of electric vehicle technologies. Since the design of high power PV systems is costly, system modeling and power analysis are performed in the MATLAB SIMULINK environment. In the system modeling, initially, a power plant model consisting of PV panels is generated. Then, modeling and power analysis of the power electronics systems between the PV power plant and the Electrical vehicle charging station, such as maximum power point monitor, step-up DC/DC converter, DC/AC inverter, power switched filters, AC/DC rectifier, step-down DC/DC converters, are performed. In order to ensure energy efficiency with the proposed on-grid system model, the electric vehicle charging station will transfer the energy produced in the PV power plant to the grid in the idle state, and also, when the PV power plant is insufficient, the electric charging station will provide the energy from the grid without the need to store the energy produced in the PV power plant. Within the scope of power analysis, both graphical and theoretical determinations and inferences are made due to current, voltage, power, electrical losses, and harmonic distortion parameters of the model components. And therefore, it is concluded that the designed model is an advantageous model close to practice.