Solar inverterlerde termal analiz ve ömür tahmini
Thermal analysis and lifetime estimation of solar inverters
- Tez No: 1006405
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERDEM AKBOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik artan talep, enerji sektöründe güneş enerji sistemlerinin (GES) yalnızca yüksek verimle değil, aynı zamanda uzun vadeli güvenilir ve sürdürülebilir bir şekilde işletmesini gerekli kılmaktadır. PV sistemlerde temel bir bileşen olan inverterler doğru akım (DC)- alternatif akım (AC) dönüşümünü gerçekleştirerek sistemin enerji üretim sürecinde kritik bir öneme sahiptir. Modern PV inverterler %98'in üzerinde verimlilik düzeylerine ulaşabilse de gerçek saha koşullarından kaynaklanan termal zorlanmalar ve güç kayıpları, sistemin güvenirliği ve hizmet ömrü üzerinde belirleyici kısıtlar oluşturmaktadır. İnverterler saha koşullarında karşılaştığı gerçek işletme parametreleri, literatürde görev profili (mission profile) olarak adlandırılmakta ve bu koşullar yarı iletken bileşenlerin ömrünü doğrudan belirlemektedir. Bu tez çalışmasının amacı, PV inverterlerinin gerçek işletme koşullarında sergilediği termal davranışların incelenmesi ve bu davranışlara bağlı olarak yarı iletken bileşenlerin ömür tahminini gerçekleştirilmesidir. Araştırma kapsamındaTürkiye'nin farklı illerinde ve farklı rakımlarında işletilen PV inverterlerinde elde edilen IGBT jonksiyon sıcaklığı ölçümleri esas alınmıştır. Elde edilen sıcaklıkzaman verileri yarı iletkenlerin gerçek saha koşulları altında karşılaştığı düzensiz termal çevrimleri yansıtmaktadır. Analiz sürecinin ilk adımında, Rainflow Counting çevrim sayım yöntemi kullanılarak eşdeğer termal çevrimlere ayrıştırılmıştır. Her bir termal çevrimin oluşturduğu yorulma hasarı Coffin-Manson modeli kullanılarak hesaplanmış ve Miner doğrusal hasar birikim kuralı uygulanarak toplam hasar hesaplanmıştır. Toplam hasarın bire eşit olması durumu, yarı iletken bileşenlerin kullanım ömrünün tüketildiği kabul edilerek analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, sıcaklık dalgalanmaları ve yüksek ortalama bileşim sıcaklıklarının yarı iletken bileşenlerin aşınma hızında önemli ölçüde artışa neden olduğunu göstermektedir. Buna ek olarak, iklim ve rakım koşullarının inverter ömrü üzerinde kayda değer etkiler oluşturduğunu göstermektedir. Bu durum PV inverterlerin tasarım ve termal yönetim stratejilerinin yanı sıra saha yerleşim planlamasının da görev profiline bağlı olarak değerlendirilmesinin zorunluluğunu açıkça ortaya koymuştur. Sonuç olarak bu tez çalışması gerçek saha verilerine dayalı termal analiz ve ömür tahmini yöntemi aracılığıyla PV inverterlerin güvenirlik değerlendirilmesine önemli bir katkı sunmakta ve doğru ömür tahminlerinin enerji dönüştürücü teknolojilerde dışa bağımlılığın azaltılmasında kritik bir rol oynadığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In recent years, the growing demand for renewable energy sources has highlighted the necessity for solar energy systems (SES) to operate with high efficiency alongside reliable and sustainable performance over their service lifetime. In photovoltaic (PV) systems, inverters constitute a key component to convert direct current (DC) into alternating current (AC) and are essential to the energy generation process. Although Modern PV inverters can reach efficiency levels above 98%, remain subject to adversely affect system reliability and operational lifetime. The real operating parametrs encountered by inverters collectively defined as the mission profile in the literature, directly determines the lifetime consumption of semiconductor components. The aim of this thesis is to examine the thermal behavior of PV inverters in real field operation and to estimate the lifetime of semiconductor devices based on the observed thermal behavior. Within the scope of this study, IGBT junction temperature measurements obtained from PV inverters operating under diverse geographical and altitude conditions in Türkiye are utilized. The temperature-time profiles represent the irregular thermal cycles experienced by semiconductors under actual operating conditions. At he beginning of the analysis, the temperature data are decomposed into equivalent thermal cycles bu using the rainflow counting technique. The fatigue damage induced with individual thermal cycles is estimated using the Coffin-Manson model, and the cumulative damage is determined bu applying Miner's linear damage accumulation rule. When the total accumulated damage equals one, is defined as the end-of-life criterion fort he semiconductor components. The results demostrate that, both temperature fluctions and elevated average junction temperatures significantly increase the wear rate of semiconductor components. Moreover, climatic and alttude conductions are found to have a considerable effect on the operational lifetime of inverters. These findings clearly indicate that the design, thermal management and site placement decisions must be systematically addressed in a mission-profile-oriented framework. In conclusion, the thesis provides a substantial contribution to PV inverter reliability evaluation through a thermal analysis and lifetime estimation framework based on real field data and demostrates the critical role of accurate lifetime prediction in reducing dependence on foreign energy conversion technologies.
Benzer Tezler
- Design and computer realization of three level dc/ac inverter using half bridges and voltage vector
Design and computer realization of three level dc/ac inverter using half bridges and voltage vector
ABDULLAH HAMAWIYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF NACAROĞLU
- Şebeke bağlantılı ınverterlerde super lift luo konverter uygulanması
Application of super lift luo converter for grid connected photovoltaic inverters
ERALP ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜRHAN ERTAŞGIN
- Güneş enerji santraliyle entegre edilmiş yüksek düşülü bir hidroelektrik santralin enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of a high head hydroelectric power plant integrated with a solar power plant
HAMZA COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYNUR UÇAR
- Compensation of current harmonics in single phase grid connected inverters with deadtime under distorted grid voltage
Tek fazlı şebeke bağlantılı inverterlerde ölü zaman ve gürültülü şebeke gerilimi altında akım harmoniklerinin kompanzasyonu
BARIŞ TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILDIRIM
- Design and implementation of three-level SiC interleaved boost converters for a grid connected multi-string PV inverter
Şebeke bağlantılı çoklu dizi FV eviriciler için üç seviyeli SiC faz kaydırmalı boost dönüştürücülerin tasarımı ve gerçekleştirilmesi
OGÜN ALTUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OZAN KEYSAN