PEM tipi yakıt hücrelerinin denetim eğilimli modellenmesi ve denetleyici tasarımı

Abstract

Günümüzde ana enerji kaynağı olan fosil yakıtların çevreye verdiği ciddi zararlardan ve yakın zamanda tükenecekleri gerçeğinden dolayı hidrojen yakıtlı enerji sistemleri alternatif enerji kaynağı olarak gündeme gelmiş ve yakıt hücresi sistemleri geliştirilmiştir. Hidrojen yakıtlı yakıt hücresi sistemlerinin sıfır veya çok düşük emisyona sahip olmaları, hareketli parçalar içermemeleri, sessiz çalışmaları ve modüler yapıya sahip olmalarından dolayı özellikle taşıt sistemlerinde kullanımı uygun görülmektedir.Geliştirilen yakıt hücresi sistemleri içinde proton geçirimli membran tipi(PEM) yakıt hücreli sistemler daha yaygındır. Bunun nedeni düşük sıcaklıklarda çalışmaları, düşük termal kayıplara sahip olmaları, kısa sürede devreye alınabilmeleri, kontrol edilebilirliklerinin kolaylığı ile dinamik uygulamalarda uygulanabilirliklerinin daha yüksek olmasıdır. Yukarıda sayılan özellikler gereği günümüzde yapılan yakıt hücresi araştırmalarının %90'ı PEM tipi yakıt hücreleri üzerinedir.Bu tez çalışmasında dinamik sistemler için önemli avantajlar sağlayan PEM tipli yakıt hücreleri teorik olarak matematiksel modeli ile incelenmiştir. Sistem, denetletici tasarımı için iki alt model halinde ele alınmıştır. Bu alt modeller kompresör ve besleme kanalı modeli ve yakıt hücresi modül yapısı modelidir. Kompresör ve besleme kanalı alt sistemleri için parametre değişimlerinden etkilenmeyen modele dayalı uyarlamalı denetleyici (MRAC) gerçekleştirilmiştir. Yakıt hücresi modül yapısı için ise sistem için minumum parazitik yük kullanımını sağlayacak doğrusal karesel denetleyici (LQR) tasarımı gerçekleştirlmiştir. Bu tasarım ile sistemin hem parametre değişimlerinden etkilenmemesi, hem de verimli bir yapı elde edilmesi öngörülmektedir.Anahtar Kelimeler: PEM Tipi Yakıt Hücresi, PEM Tipi Yakıt Hücrelerinin Denetlenmesi, Dinamik Modelleme, Doğrusal Karesel Regülatör, Modele Dayalı Uyarlamalı Denetleyici