Araştırma Alanları
İTÜ Fotovoltaik Sistemler Laboratuvarı'nın Araştırma Konuları
Güç Elektroniği Topolojileri ve Dönüştürücüler
Konular
- Yeni nesil DC–DC ve DC–AC dönüştürücü topolojileri (yüksek gerilim oranlı, kısmi güç işleme, alt modül, çok seviyeli, modüler, rezonanslı, trafosuz)
- Geniş MPPT aralığına sahip güç optimize ediciler, mikroeviriciler ve PV dizi eviriciler
- Katı hal transformatörleri, yumuşak anahtarlamalı ve geniş bant aralıklı yarıiletken tabanlı dönüştürücüler
- PV-EV şarjı ve V2G uygulamaları için çok portlu/çift yönlü dönüştürücüler
- Seyrek ve hibrit matris dönüştürücüler – Seyrek, çok seyrek, ultra-seyrek ve hibrit doğrudan/dolaylı matris dönüştürücü varyantları, daha az anahtar ile kompakt ve yüksek güvenilirlikte AC–AC dönüşüm sunar.
- Ayrılmış‑π çift yönlü dönüştürücüler – Rejeneratif sistemler (örneğin motor sürücüleri, elektrikli araç şarj cihazları) için tasarlanmış olup, kompakt yapıda hem yükseltme (boost) hem düşürme (buck) yeteneği sağlar.
- Ultra-yüksek frekanslı rezonant ve yumuşak anahtarlamalı dönüştürücüler – 1 MHz’in üzerinde çalışarak manyetik elemanları küçültür, EMI’yi azaltır ve WPT (kablosuz güç transferi), havacılık ve mobil uygulamalarda güç yoğunluğunu artırır.
- Modüler çok seviyeli dönüştürücüler (MMC) & matris hibritleri – Özellikle HVDC, SST’ler ve DC/dağıtım şebekelerinde orta gerilim dönüştürücüler için uygundur.
- Orta gerilimli MV DC yarıiletken trafolar (solid‑state trafolar) – Topoloji, trafo tasarımı, hata toleransı ve DC dağıtım şebekeleri ile SST’ler için WBG entegrasyonuna odaklanan araştırmalar.
- DC iletim/mikro şebekelerde Matris dönüştürücüler & SST’ler – Akıllı şebeke senaryolarında ve mikro şebekelerde çift yönlü, kompakt ve verimli güç akışı sağlar.
- Çok portlu çift yönlü DC–DC dönüştürücüler – PV–EV şarjı, enerji depolama ve araçtan şebekeye (V2G) uygulamaları için, modüler, üç portlu aktif köprüler ve split‑π topolojilere odaklanır.
- Yüksek frekanslı düzlemsel manyetikler – Gömülü indüktörler, trafolar ve pasiflerin ultra-yüksek frekanslı dönüştürücü tasarımları için optimize edilmesi.
- TLVR ve çok fazlı dönüştürücüler (geçici tepki için) – TLVR gibi yenilikçi düzenlemeler hızlı geçici yük uygulamalarında; çok fazlı dönüştürücüler ise yüksek gerilimli ve hızlı geçiş yanıtı gerektiren uygulamalarda kullanılır.
- Matris dönüştürücüler ve türevleri: seyrek, çok-seyrek ve ultra-seyrek matris dönüştürücüler — DC bağlantısız, doğrudan AC–AC dönüşümde kompakt ve yüksek güvenilirlik sunar.
- Empedans-kaynağı (Z‑kaynak) eviriciler, Z‑kaynak evirici, Γ‑, T‑, trans‑, Y‑kaynak ve diğer türetilmiş ağlar — empedans ağları kullanarak tek aşamada hem invertör hem yükseltici (boost) görevini yerine getirir.
- Transformatörsüz PV evirici topolojileri – Gelişmiş H4, H5 ve HERIC tasarımları, şebekeye bağlı PV sistemlerinde kaçak akımı ve toplam harmonik bozulmayı (THD) azaltır.
- Modül entegreli dönüştürücüler (MIC) – Buck–Boost Modifiye Seri–Forward (BBMSF) ve Zeta rezonant sıfırlamalı Ototransformatör–Forward (AFZ) gibi DC–DC dönüştürücüler, panel düzeyinde dağıtılmış maksimum güç noktası takibi (DMPPT) için yüksek verimlilik (~%94–96) sağlar.
İleri Kontrol ve Optimizasyon Teknikleri
Konular
- Kısmi gölgelenme altında Maksimum Güç Noktası Takibi (MPPT) ve global MPPT
- Model Öngörülü Kontrol, histerezis, kayma modlu, rezonanslı ve çok döngülü kontrolörler
- Dönüştürücü ve sürücülerde adaptif, kendini ayarlayan, otomatik ayarlı ve arıza toleranslı kontrol
- Öngörü ve optimizasyon tabanlı kontrol (MPC ve hiyerarşik şemalar dahil)
- Elektrik makinaları ve sürücülerin tasarım ve kontrolü, kendinden devreye alma metodları, otomatik kontrolör ayarlama, sensörsüz, sensör azaltılmış, çok seviyeli, anahtar azaltılmış ve arıza toleranslı sürücüler
- Modelleme, simülasyon, analiz, DSP-mikrokontrolcü ve FPGA tabanlı sürücü tasarımı, kontrolü ve uygulama, enerji dönüşümü ve güç elektroniği sistemleri
- Doğrusal olmayan ve dayanıklı MPC yöntemleri – Dönüştürücülerin doğrusal olmayan davranışlarını, kısıtlamalarını ve zamanla değişen belirsizlikleri ele almak için tasarlanmış doğrusal olmayan MPC (NMPC) ve sağlam varyantları
- Çok değişkenli, çok dönüştürücülü sistemler için MPC – Hiyerarşik, dağıtık ve paralel öngörü tabanlı kontrol, örneğin katı hal trafoları ve mikro şebekeler gibi karmaşık yapılar için
- Sonlu kontrol kümeli (FCS) MPC – Motor sürücülerinde moment dalgalanmasını ve harmonikleri azaltmak için hızlı geçişli, ayrık seviye öngörü tabanlı kontrol
- Kayma modlu kontrol ve H‑infinity kontrol – Yenilenebilir enerji dönüştürücülerinde bozucu etkileri reddetmek ve kararlılığı sağlamak için yüksek dayanıklılık stratejileri
- Uyarlanabilir ve yapay zeka destekli kontrolörler – Çevrim içi ayar, arıza toleransı ve belirsizlik telafisi için ANN tabanlı MPC, PINN gibi AI ile yönlendirilmiş ayarlama
- Rezonant ve ardışık öngörü tabanlı kontrolörler – Dinamik yanıtı iyileştirmek ve EMI baskısını artırmak için yüksek frekanslı dönüştürücülerde uygulanır
- Donanım‑iç‑döngü (HIL) ve gerçek zamanlı optimizasyon – Kontrolör tasarımı ve ayarı sırasında simülasyonla HIL testleri arasında sıkı entegrasyon
- Çok‑amaçlı optimizasyon kontrolü – Verimlilik, kararlılık, maliyet, termal ve EMI hedeflerini dengelemek için ikinci dereceden veya Pareto tabanlı optimizasyon
- Arıza toleranslı ve sensörsüz kontrol – Sensör/aktüatör arızası, bileşen bozulması veya sensörsüz çalışma durumlarını yöneten dönüştürücü/sürücü teknikleri
- Anahtarlama frekansı modülasyon stratejileri – Anahtarlama dönüştürücülerinde EMI’yi azaltmak için kaos tabanlı veya rastgele taşıyıcı modülasyon teknikleri
Yapay Zeka ve Veri Tabanlı Yöntemler
Konular
- Sistem kontrolü için Makine Öğrenimi, Derin Öğrenme, Pekiştirmeli Öğrenme (RL/DRL)
- Büyük Veri analitiği, federatif öğrenme ve veri tabanlı tahmin/optimizasyon
- Dijital ikizler, IoT tabanlı akıllı kontrol ve iletişim protokolleri
- Yapay zeka tabanlı enerji yönetimi (EMS) ve batarya yönetimi (BMS)
- Modern kontrol teorisi uygulamaları, yapay zeka ile kontrol, (Derin) pekiştirmeli öğrenme (RL) ve sinyal işlemenin enerji dönüşümü, güç elektroniği ve sürücü sistemlerine uygulanması
Şebeke Entegrasyonu ve Mikroşebeke Operasyonu
Konular
- Şebekeye bağlı/şebekeden bağımsız evirici kontrolü: şebeke oluşturan, şebeke takip eden, reaktif/aktif güç düzenlemesi
- PV tabanlı mikroşebekelerin ve sanal güç santrallerinin gerilim ve frekans kontrolü
- Tamamlayıcı şebeke hizmetleri: rampalı kontrol, güç kısıtlama, harmonik azaltma
- Hat gerilimi düzenlemesi, şebeke filtreleri, FACTS ve STATCOM arayüzleri
Enerji Depolama ve Hibrit Sistemler
Konular
- Pil, süperkapasitör, yakıt hücresi, flywheel ve hibrit enerji depolama sistemi tasarımı
- PV değişkenliğini ve EV yüklerini dengelemek için depolamanın optimal boyutlandırılması, yerleştirilmesi ve kontrolü
- Mikroşebekeler, sıfır enerji binaları ve adalar için PV ile depolamanın entegrasyonu
- PV, rüzgar, hidrojen ve diğer kaynakları birleştiren hibrit yenilenebilir sistemler
Fotovoltaik Sistem Modelleme ve Simülasyonu
Konular
- PV hücreleri, modülleri ve dizileri için elektriksel ve termal modelleme
- Küçük ölçekten kamu hizmeti ölçeğine kadar şebekeye bağlı PV sistemleri için simülasyon araçları
- PV performansındaki değişkenlik, güneş tahmini ve kaynak değerlendirmesi (GIS, LiDAR, uydu)
- Bina entegrasyonu, yüzdürme, agrivoltaik ve kanal üstü PV sistemi çalışmaları
Durum İzleme, Arıza Teşhisi ve Güvenilirlik
Konular
- Otonom ve akıllı izleme (IoT, İHA/termografi, büyük veri platformları)
- Arıza tespiti ve sınıflandırması için makine görüşü, görüntü işleme ve ML/DL
- Dönüştürücüler, modüller ve depolama sistemlerinin sağlık tahmini ve ömür tahmini
- Aktif termal kontrol, arıza toleranslı çalışma ve güvenilirlik test yöntemleri
- Güç Elektroniği, elektrik motorları ve sürücü sistemlerinin durum izlemesi ve arıza tespiti
Elektrikli Araçlar ve PV Şarjı
Konular
- Uzun menzil için araç-üstü PV ve güneş enerjili toplu taşıma sistemleri
- DC hızlı şarj, çift yönlü EV-PV dönüştürücüleri ve temassız şarj sistemleri
- Şebekeyi ve kendi tüketimini desteklemek için akıllı şarj algoritmaları, V2G/V2H/V2B stratejileri
- Mikroşebekelerde ve akıllı topluluklarda PV üretimi ile EV talebinin sinerjisi
- Elektrikli ve hibrid elektrik araç (EV ve HEV) uygulamaları: çekiş eviricileri, AC şarj, DC hızlı şarj ve on-board şarj (OBC)
Hızlı Prototipleme ve Donanım‑İçi‑Döngü
Konular
- Dönüştürücüler ve sürücüler için gerçek zamanlı simülasyon MIL/SIL/PIL/HIL/C-HIL/P-HIL platformları
- Güç elektroniği uygulamaları için FPGA/DSP tabanlı hızlı kontrol prototipleme (RCP)
- Kontrol algoritmalarının ve sistem entegrasyonunun donanım-donanım içi döngü doğrulaması
Yeni ve Disiplinlerarası Konular
Konular
- PV entegrasyonu ve akıllı şebeke arayüzleri için siber güvenlik
- Hidrojen–PV hibrit sistemler: modelleme, HIL testi ve uzun vadeli planlama
- Geleneksel olmayan uygulamalar için fotovoltaik çözümler (havacılık, uzay, su altı)
- Güneş tahmini, enerji-adası planlaması, sıfır enerji bölgeleri ve akıllı binalar
Enerjide Dijital İkiz ve Endüstri 4.0
Konular
- Enerji yönetimi için dijital ikiz çerçeveleri, sanal devreye alma, sistem düzeyi optimizasyonu ve PV santralleri ve mikroşebekeler genelinde öngörücü bakım
Yapay Zeka Tabanlı Tahmin ve Talep Yanıtı
Konular
- Pekiştirmeli Öğrenme ile talep ve esneklik tahmini, talep yanıtı stratejileri ve yenilenebilir enerji ağı için gerçek zamanlı kontrol
Yapısal Mekanik Analiz ve Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEA)
Konular
- PV modül montaj klempleri, taşıyıcı çelik/alüminyum konstrüksiyonlar ve bağlantı elemanlarının ANSYS Mechanical ortamında statik ve malzeme bakımından doğrusal olmayan (nonlineer) Sonlu Elemanlar Analizi (FEA) ile değerlendirilmesi
- Rüzgar emme/basma ve kar yükü etkisi altında gerilme dağılımı, yer değiştirme, plastik şekil değiştirme ve akma/kopma emniyeti hesapları; TS 498, TS EN 1991-1-3 ve TS EN 1991-1-4 (Eurocode 1) uyarınca yük modellemesi
- Cıvatalı bağlantılarda ön gerilme kuvveti, sürtünmeli temas mekaniği, tutunma/kayma direnci ve Holm temas direnci teorisi ile topraklama sürekliliği analizleri
- Basquin S-N eğrisi ve Palmgren-Miner kümülatif hasar yaklaşımıyla çevrimsel rüzgar yükü altında yorulma ömrü ve hasar birikimi tahmini
- IEC 61215-1/2 (MQT 16, MQT 20), IEC 61730-1/2 (MST 13, 16, 17, 34) ve IEC TS 62782 kapsamında mekanik dayanım, elektriksel güvenlik ve dinamik yük uygunluk değerlendirmeleri
- Çok panelli GES taşıyıcı masa sistemlerinin SHELL181 kabuk eleman formülasyonu ile büyük ölçekli global sonlu elemanlar modellemesi ve bilirkişi/teknik uzmanlık raporu hazırlığı
İşbirliği Yapın
İTÜ Fotovoltaik Sistemler Laboratuvarı ile araştırma projelerinde işbirliği yapmak veya ortak çalışmalar yürütmek isterseniz, bizimle iletişime geçin.
İletişime Geçin