Comparison of Maximum Power Point Tracking Methods in Battery PV Systems

Abstract

In recent years, using of solar energy systems has been increasing in parallel with the growing interest in alternative energy systems. These systems, usually installed on the roofs of the houses, consist of solar Photovoltaic (PV) panels. The energy produced in PV systems varies depending on many parameters such as angle of sun rays, temperature and wind. Therefore, the current-voltage characteristic of PV systems is not linear and their efficiency varies depending on each parameters. It is necessary to use maximum power point tracking (MPPT) methods to obtain maximum efficiency. In this study, the most commonly used in the literature as gradient based MPPT methods which are perturb&observe (PO) and incremental conductance (IC), as passive methods which are constant voltage (CV) and open circuit voltage (OCV) are selected and detaily examined. Modelling and simulations were realized in MATLAB® Simulink environment. Variable irradiance values obtained in Yıldız Teknik University Davutpaşa Campus were used to compare performances of MPPT methods.

Keywords

• Maximum power point tracking
• perturb&observe
• incremental conductance
• constant voltage
• open circuit voltage

Bataryalı PV Sistemlerde Maksimum Güç Noktası Takip Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Abstract

Son yıllarda alternatif enerji sistemlerine olan ilginin artmasına paralel olarak mikro güneş enerjisi PV (Photovoltaic, Fotovoltaik) sistemlerinin kullanımı artmaktadır. Genellikle evlerin çatılarına kurulan bu sistemler güneş panellerinden oluşur. PV sistemlerde üretilen enerji, güneşin panellerle yaptığı açı, hava sıcaklığı, esen rüzgâr gibi birçok parametreye bağlı olarak değişir. Bu nedenle PV sistemlerin akım-gerilim karakteristikleri doğrusal değildir ve verimleri her bir parametreye bağlı olarak değişir. PV panellerinden maksimum verim elde edebilmek için Maksimum Güç Noktası Takip (MGNT) Yöntemlerinin kullanılması zorunlu hale gelmiştir. Bu çalışmada literatürde en çok kullanılan aktif yöntemler arasından Değiştir Gözle (DG) ve Artımlı İletkenlik (Aİ), pasif yöntemler arasından ise Sabit Gerilim (SG) ve Açık Devre Gerilimi (ADG) yöntemleri seçilmiş ve detaylı olarak incelemeleri yapılmıştır. 14.4V’luk bataryayı şarj etmek için tasarlanan düşürücü DC-DC dönüştürücü MATLAB Simulink’te modellenmiştir. MGNT yöntemlerinin performanslarını karşılaştırmak için deneysel olarak elde edilmiş farklı ışıma değerleri ve sabit sıcaklık kullanılmıştır.

Keywords

• Maksimum Güç Noktası Takibi
• MGNT Yöntemleri
• Değiştir Gözle
• Artımlı İletkenlik
• Sabit Gerilim
• Açık Devre Gerilimi

References

1. Çelik, Z., Yılmaz, A. S. ve Sert, E. (2015). Mikro Şebeke Bağlantılı Güneş Enerji Üretim Sistemlerinin Kontrolü. KSU. J. Eng. Sci., 18(2), 41–48.
2. Arikan, O., Kekezoglu, B., Durusu, A., Isen, E., Erduman, A. ve Bozkurt, A. (2014). Comparison of Charge Controllers on PV Panel Performance : An Experimental Study. Int. J. Adv. Electron. Electr. Eng., 3(3), 121–125.
3. Oscar, L. L., Penella, M. T. ve Gasulla M. (2010). A new MPPT method for low-power solar energy harvesting. IEEE Trans. Ind. Electron., 57(9), 3129–3138.
4. Nedumgatt, J.J., Jayakrishnan, K.B., Umashankar, S., Vijayakumar, D. ve Kothari, D. P. (2011). Perturb and observe MPPT algorithm for solar PV systems-modeling and simulation. 2011 Annual IEEE India Conference (INDICON) içinde (1–6. ss.) Piscataway, NJ: IEEE. https://dx.doi.org/10.1109/INDCON.2011.6139513.
5. Mohapatra, A., Jena, P. K., Srikanth ve Choudhary, P. (2016). Comparative study of solar PV MPPT by Perturbation and Observation and Fuzzy method. 2016 IEEE Uttar Pradesh Section International Conference on Electrical, Computer and Electronics Engineering (UPCON) içinde (515–518. ss.) Piscataway, NJ: IEEE. https://dx.doi.org/10.1109/UPCON.2016.7894707.
6. Raj, M. P. ve Joshua, A. M. (2017). Modeling and performance analysis of perturb & observe, incremental conductance and fuzzy logic mppt controllers. 2017 International Conference on Advances in Electrical Technology for Green Energy (ICAETGT) içinde (13–18. ss.) Piscataway, NJ: IEEE. https://dx.doi.org/10.1109/ICAETGT.2017.8341456.
7. Ezinwanne, O., Zhongwen, F. ve Zhijun L. (2017). Energy Performance and Cost Comparison of MPPT Techniques for Photovoltaics and other Applications. Energy Procedia, 107(1), 297–303.
8. De Brito, M. A. G., Galotto, L., Sampaio, L. P., Melo, G. D. ve Canesin, C. A. (2013). Evaluation of the main MPPT techniques for photovoltaic applications. IEEE Trans. Ind. Electron., 60(3), 1156–1167.

9. Gupta, A. K., Chauhan, Y. K. ve Maity, T. (2018). Experimental investigations and comparison of various MPPT techniques for photovoltaic system. Sadhana - Acad. Proc. Eng. Sci., 43(8), pp. 1–15.
10. Subudhi, B. ve Pradhan R. (2013). A comparative study on maximum power point tracking techniques for photovoltaic power systems. IEEE Trans. Sustain. Energy, 4(1), 89–98.
11. Sivakumar, P., Abdul Kader, A., Kaliavaradhan, Y. ve Arutchelvi, M. (2015). Analysis and enhancement of PV efficiency with incremental conductance MPPT technique under non-linear loading conditions. Renew. Energy, 81(1), 543–550.
12. Ali, R., Misrun, M. I., Mansur, T. M., Hamid, F. A. ve Baharudin, N. H. (2018). Performance Analysis of DC-DC Buck Converter for Renewable Energy Application. J. Phys. Conf. Ser., 1019, 012020, https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/1019/1/012020.
13. Karanjkar, D. S., Chatterji, S., Shimi, S. L. ve Kumar, A. (2014). Real time simulation and analysis of maximum power point tracking (MPPT) techniques for solar photo-voltaic system. 2014 Recent Advances in Engineering and Computational Sciences (RAECS) içinde (1–6.ss.) Piscataway, NJ: IEEE. https://dx.doi.org/10.1109/RAECS.2014.6799656.
14. Keskin, Y.E., Başoğlu, M.E., Tekdemir, İ.G. ve Çakır, B. (2014). Fotovoltaik Sistemlerde Değiştir Gözle ve Artan İletkenlik Algoritmalarının Karşılaştırılması. 2014 Elektrik – Elektronik – Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu (ELECO) içinde (91–95.ss.), EMO.
15. Dağteke, S.E. ve Ünal, S. (2015). Comparative analysis of maximum power point tracking methods for rapid environmental changes. 2015 23nd Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU) içinde (1337–1340.ss.) Piscataway, NJ: IEEE. https://dx.doi.org/10.1109/SIU.2015.7130087.
16. Kırcıoğlu, O., Ünlü, M. ve Çamur, S. (2018). Değiştir&gözle ve artımsal iletkenlik algoritmalarının EN 50530 dinamik verim testine göre performanslarının değerlendirilmesi. SAÜ Fen Bilim. Enstitüsü Dergisi, 22(1), 85–93.
17. Lasheen, M., Abdel Rahman, A. K., Abdel-Salam, M. ve Ookawara, S. (2017). Adaptive reference voltage-based MPPT technique for PV applications. IET Renew. Power Gener., 11(5), 715–722.
18. Ferdous, S. M., Mohammad, M. A., Nasrullah, F., Saleque, A. M. ve Muttalib, A. Z. (2012). Design and simulation of an open voltage algorithm based maximum power point tracker for battery charging PV system. 2012 7th Int. Conf. Electr. Comput. Eng. (ICECE) içinde (908–911. ss.) Piscataway, NJ: IEEE. https://dx.doi.org/10.1109/ICECE.2012.6471698.