APPLICATION OF MAXIMUM POWER POINT TRACKING ALGORITHM IN PV BASED WATER PUMPING SYSTEMS

Abstract

Nowadays, the increase in quality of life and the development of industry in many countries have led to an increase in energy demand in the world. Due to these reasons, interest in renewable energy sources, especially solar energy, is increasing day by day. Solar energy is an attractive source of energy used to energize off-grid systems. In developing countries, it is used in many applications such as water pumping especially in rural areas where there is no access to the grid. The energy obtained from photovoltaic (PV) systems is decreasing under changing environmental conditions. Therefore, maximum power point tracking (MPPT) to obtain maximum energy from the PV system is carried out. In this study, implementation of PV based water pumping system was carried out. MPPT was used to increase the efficiency obtained from the system. Perturb&Observe (P&O) algorithm was used to track maximum power point. Implementation of the MPPT algorithm in the system was provided by the TMS320F2812 DSP processor. Direct current (DA) water pumping motor was used because the energy obtained from the PV system is DA and the water pump motor is directly connected to the PV system. The applications were performed with and without using the MPPT algorithm in the system and the power values obtained from both cases were compared. It has been observed that the efficiency of PV system with MPPT algorithm is better than without MPPT.

Keywords

• Solar energy,Photovoltaic,Water pumping systems,MPPT

PV TABANLI SU POMPALAMA SİSTEMİNDE MAKSİMUM GÜÇ NOKTASI İZLEYİCİSİ UYGULAMASI

Abstract

Günümüzde, hayat kalitesinin artması ve birçok ülkede sanayinin gelişmesi dünyadaki enerji talebinin artmasına sebep olmuştur. Ayrıca, geleneksel enerji kaynakları azalmaya başlamıştır. Bu sebeplerden dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarına özellikle de güneş enerjisine olan ilgi her geçen gün artmaktadır. Güneş enerjisi, şebekeden bağımsız sistemleri enerjilendirmek için kullanılan çekici bir enerji kaynağıdır. Gelişmekte olan ülkelerde şebekeye erişimin olmadığı yerlerde özellikle kırsal alanlarda su pompalanması gibi pek çok uygulamalarda kullanılmaktadır. Fotovoltaik (photovoltaic, PV) sistemlerden elde edilen enerji değişen çevre koşulları altında azalmaktadır. Bu nedenle, PV sistemlerden maksimum enerjiyi elde etmek için maksimum güç noktası takibi yapılmaktadır. Yapılan çalışmada, fotovoltaik enerji ile çalışan su pompalama sistemi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Sistemden elde edilen verimi arttırmak için maksimum güç noktası izleyici(MGNI)kullanılmıştır. MGNI olarak Değiştir&Gözlemle (Perturb&Observe, P&O) algoritması kullanılmıştır. MGNI algoritmasının sistemde uygulanması TMS320F2812 DSP işlemcisi ile sağlanmıştır. Sistemden elde edilen enerji doğru akım (DA) olduğu için ve su pompa motoru da PV sisteme doğrudan bağlandığı için DA su pompası motoru kullanılmıştır. Uygulama, sistemde maksimum güç noktası izleme algoritması kullanılarak ve kullanılmadan gerçekleştirilmiş olup her iki durumdan elde edilen güç değerleri karşılaştırılmıştır. MGNI kullanılarak elde edilen verimin, MGNI kullanılmadan elde edilen verimden daha iyi olduğu gözlenmiştir.

Keywords

• Güneş enerjisi,Fotovoltaik,Su pompalama sistemleri,MPPT

References

1. Aashoor, F. A. O., & Robinson, F. V. P. (2013). Maximum power point tracking of photovoltaic water pumping system using fuzzy logic controller. In Power Engineering Conference (UPEC), 2013 48th International Universities', IEEE, 1-5.
2. Atallah, A. M., Abdelaziz, A. Y., & Jumaah, R. S. (2014). Implementation of perturb and observe MPPT of PV system with direct control method using buck and buck-boost converters. Emerging Trends in Electrical, Electronics & Instrumentation Engineering: An international Journal (EEIEJ), 1(1), 31-44.
3. Bhatnagar, P., & Nema, R. K. (2013). Maximum power point tracking control techniques: State-of-the-art in photovoltaic applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 23, 224-241.
4. Bingol. O., Özkaya. B., & Paçacı. S. (2016). Fotovoltaik Sistemlerde Değiştir&Gözlemle Ve Bulanık Mantık Yöntemleri İle Maksimum Güç Noktası Takibinin Karşılaştırılması. Akıllı Sistemlerde Yenilikler ve Uygulamaları Sempozyumu (Asyu 2016). 337-341, Düzce, Türkiye.
5. Houssamo, I., Locment, F., & Sechilariu, M. (2013). Experimental analysis of impact of MPPT methods on energy efficiency for photovoltaic power systems. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 46, 98-107.
6. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tms320f2812.pdf, Erişim tarihi:220.03.2017
7. Koutroulis, E., Kalaitzakis, K., & Voulgaris, N. C. (2001). Development of a microcontrollerbased, photovoltaic maximum power point tracking control system. IEEE Transactions on power electronics, 16(1), 46-54.
8. Messalti, S., Harrag, A., & Loukriz, A. (2017). A new variable step size neural networks MPPT controller: Review, simulation and hardware implementation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 68, 221-233.

9. Mohan, N. & Undeland, T. M. (2007). Power electronics: converters, applications, and design. John Wiley & Sons.
10. Muhsen, D. H., Khatib, T., ve Nagi, F. (2017). A review of photovoltaic water pumping system designing methods, control strategies and field performance. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 68, 70-86.
11. Ram, J. P., Babu, T. S., & Rajasekar, N. (2017). A comprehensive review on solar PV maximum power point tracking techniques. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 67, 826-847.
12. Ramos, J. S. & Ramos, H. M. (2009). Solar powered pumps to supply water for rural or isolated zones: a case study. Energy for Sustainable Development, 13(3), 151-158.
13. Reisi, A. R., Moradi, M. H., & Jamasb, S. (2013). Classification and comparison of maximum power point tracking techniques for photovoltaic system: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 19, 433-443.
14. Saravanan, S., & Babu, N. R. (2016). Maximum power point tracking algorithms for photovoltaic system–A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57, 192-204. Senol, R. (2012). An analysis of solar energy and irrigation systems in Turkey. Energy Policy, 47, 478-486.
15. Tsai, H. L. (2010). Insolation-oriented model of photovoltaic module using Matlab/Simulink. Solar Energy, 84(7), 1318-1326.
16. Tsai, H. L., Tu, C. S., ve Su, Y. J. (2008). Development of generalized photovoltaic model using MATLAB/SIMULINK. In Proceedings of the world congress on Engineering and computer science, 1-6, San Francisco, USA.
17. Uluğ, M. (2014).Fotovoltaik Sistemler İçin Maksimum Güç Noktası İzleyicisi Tasarım Ve Uygulaması. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 73 s., Isparta.
18. Villalva, M. G., Gazoli, J. R., & Ruppert Filho, E. (2009). Modeling and circuit-based simulation of photovoltaic arrays. In Power Electronics Conference, COBEP'09, 1244-1254, Brazilian.