Comparison of Maximum Power Point Tracker Algorithms in Terms of Efficiency, Amount of Oscillation and Convergence Time

Abstract

Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithms are used in conjunction with power electronics circuits to obtain more efficient results from renewable energy sources. In this study, Perturb and Observe algorithm, Incremental Conductance algorithm and Impedance Compatibility algorithm have been simulated in the computer environment and simulated in two different operating conditions. From the panels with a maximum power of 213.15 W, using two serial and two parallel panels, the panel powers were transferred to the load with an efficiency of approximately 90% - 96.5% using the aforementioned algorithms via DA-DA converter. Each algorithm is compared in terms of efficiency, oscillation amount and convergence times obtained as a result of the simulation.

Keywords

• Perturb and Observe Algorithm
• Incremental Conductance Algorithm
• Impedance Compatibility Algorithm
• Efficiency
• Oscillation Amount
• Convergence Time

Maksimum Güç Noktası İzleyici Algoritmalarının Verim, Salınım Miktarı ve Yakınsama Süresi Açısından Karşılaştırılması

Öz

Yenilenebilir enerji kaynaklarından daha verimli sonuçlar elde etmek için, Maksimum Güç Noktası İzleyicisi (MGNİ) algoritmaları güç elektroniği devreleri ile birlikte kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Değiştir ve Gözlemle algoritması, Artan İletkenlik algoritması ve Empedans Uyumluluğu algoritmasının bilgisayar ortamında benzetimi yapılmış ve iki farklı çalışma durumunda simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Maksimum gücü 213.15 W olan panellerden, iki adet seri ve iki adet paralel şekilde kullanılarak, DA – DA yükseltici dönüştürücü aracılığıyla, sözü edilen algoritmalar kullanılarak yaklaşık %90 - %96,5 arası verim ile panel güçlerinin yüke aktarımı sağlanmıştır. Her bir algoritma, simülasyon sonucunda elde edilen verim, salınım miktarı ve yakınsama süreleri açısından karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Değiştir ve Gözlemle algoritması
• Artan İletkenlik algoritması
• Empedans Uyumluluğu algoritması
• Verim
• Salınım miktarı
• Yakınsama süresi

References

1. Özbay, H., et al., 2016, “Farklı Eğim Açılarındaki Fotovoltaik Panellerin Elektriksel Ölçümlerinin Raspberry Pi ile İzlenmesi”, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 4.2.
2. Düz, H., 2016 , “Storing solar energy inside compressed air through a heat machine mechanism”, Gazi University Journal of Science, 29.2, 245-251.
3. Karafil, A., Ozbay, H. and Oncu, S., 2020, “Design and Analysis of Single Phase Grid Tied Inverter with PDM MPPT Controlled Converter”, IEEE Transactions on Power Electronics 35.5, 4756-4766.
4. Wenham, S. R., 2012, “Applied Photovoltaics”, Routledge, London, 29-39.
5. Leva S., Zaninelli D., and Contino R., 2007, “Integrated Renewable Sources for Supplying Remote Power Systems”, WSEAS Transactions on Power Systems, 2,2, 41–48.
6. Reisi A. R., Moradi M. H., Jamasb S., Classification and comparison of maximum power point tracking techniques for photovoltaic system: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 19, 433-443.
7. Koizumi H., Kurokawa K., 2005, “A Novel Maximum Power Point Tracking Method for PV Module Integrated Converter”, 36th IEEE Power Electronics Specialists Conference, (PESC'05), 2081-2086, USA.
8. Basoglu ME., Cakir B., 2016, “Comparisons of MPPT performances of isolated and non-isolated DC-DC converters by using a new approach”, Renewable & Sustainable Energy Reviews, 60, 1100-1113.

9. Ibnelouad A.; et al.; 2017, “A Comprehensive Comparison of the Classic and Intelligent Behavior MPPT Techniques for PV Systems”, 14th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), Morocco.
10. Kumar S.; Sahu HS.; Nayak SK.; 2019, “Estimation of MPP of a Double Diode Model PV Module From Explicit I-V Characteristic”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.66, Issue 9.pp.7032-4042.
11. Heydari, M., Khoramikia, H., & Fatemi, A., 2019, “High-voltage gain SEPIC-based DC–DC converter without coupled inductor for PV systems”, IET Power Electronics, 12.8, 2118-2127.
12. Gupta PP., Kishore GI.; Tripathi RK., 2019, “Implementing High Gain DC-DC Converter with Switched Capacitor for PV System”, Innovations in Power and Advanced Computing Technologies (i-PACT), India.
13. Yadav I.; Maurya SK.; 2020, “Modelling and Analyzing of DC-DC Converter for Solar Pump Applicaitons”, Int. Conference on Power Electronics & IoT Applications in Renewable Energy and its Control, India.
14. Kırcıoğlu O., Yıldız AB., 2015, “Fotovoltaik Panelin Tek Diyotlu Eşdeğer Devresine Ait Büyük Sinyal Analizi”, TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu.
15. Nakir İ., 2007, “Fotovoltaik Güneş Panellerinde GTS ve MGTS Kullanarak Verimliliğin Arttırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul,75.
16. Aslıhan K., 2010, “DA Çevirici Temelli Fotovoltaik Elektrik Üretim Sistemlerinin İncelenmesi ve Simülasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul,82.
17. Tevfik K., 2013. “50W Led TV Uygulamaları İçin Güneş Enerjili Bir Güç Kaynağı Tasarımı ve Geliştirilmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Ankara,121.
18. Tekeshwar P.S., Dixit T.V., 2014, “Modelling and Analysis of Perturb & Observe and Incremental Conductance MPPT Algorithm for PV Array Using Cuk Converter”, IEEE Student's Conference on Electrical, Electronics and Computer Science.
19. Rajiv R., Yatendra Y., Umashankar S. Vijayakumar D., 2013, “Modeling and Simulation of Incremental Conductance MPPT Algorithm Based Solar Photo Voltaic System using CUK Converter”.