Design of an Experimental Test Bench to Obtain I-V Curve and to Track Maximum Power Point of PV Modules under Different Conditions

Abstract

With the increasing industrialization in recent history, the need for energy has increased. The importance of renewable energy sources has increased due to the reduction of conventional energy raw materials and the increasing environmental impact. Nowadays, solar energy is one of the most known and preferred renewable energy sources. Photovoltaic (PV) solar panels are used to convert solar energy into electrical energy. The electrical characteristic of a PV cell is generally represented by the current-voltage (I-V) curve. This curve depends on radiation, temperature and other external environment variables. Maximum power point tracking (MPPT) methods are used to obtain maximum power under variable external environment conditions. In this study, circuit is designed to monitor I-V and P-V curves and to obtain maximum power of PV modules. Pertubation&Observation (P&O) algorithm was used for MPPT control. The boost type dc-dc converter is preferred in the MPPT circuit. With the help of sensors, the current and voltage values ​​are obtained from the PV modules and transferred to the control board to evaluate and produce of switching signals of converter. Thus, PV module can give maximum power at the different conditions. In addition, current and voltage values which are ​​obtained under different conditions are transferred to personal computer.

Keywords

• I-V Curve,MPPT,Different conditions

PV Panellerin Farklı Koşullar Altında I-V Eğrisini Çıkartan ve Maksimum Güç Noktası Takibi Yapan Deney Sisteminin Tasarımı

Abstract

Yakın tarihte artan sanayileşmeyle beraber enerjiye olan ihtiyaç artmıştır. Konvansiyonel enerji ham maddelerinin azalması ve çevreye olan kötü etkilerinin artmasından dolayı yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi artmıştır. Günümüzde güneş enerjisi yenilenebilir enerji kaynakları arasında en çok bilinen ve tercih edilenlerden biridir. Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için fotovoltaik (PV) güneş panelleri kullanılmaktadır. Bir PV hücrenin elektriksel karakteristiği genellikle akım-gerilim (I-V) eğrisi ile temsil edilir. Bu eğri ışınım, sıcaklı vb. dış ortam değişkenlerine bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Dış ortam değişkenlerine bağlı olarak PV güç-gerilim (P-V) eğrisi üzerinde maksimum güç noktası takibi (MPPT) yöntemleri ile yapılmaktadır. Bu çalışmada, PV panellerin I-V ve P-V eğrilerinin çıkartılıp bir ekranda gösterilmesi ve maksimum güç takibi yapan devre tasarlanmıştır. MPPT için Sars&Gözlemle (P&O) algoritması kullanılmıştır. MPPT devresinde yükseltici dc-dc dönüştürücü tercih edilmiştir. Sensörler yardımıyla panelden elde edilen akım ve gerilim değerleri, kontrol kartına aktarılarak değerlendirilmiş ve yükseltici tip dönüştürücüdeki anahtarlama elemanı için anahtarlama sinyallerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Böylece PV panelin o anki verebileceği maksimum güç elde edilmiştir. Ayrıca farklı durumlar altında elde edilen akım gerilim değerleri bilgisayar ortamına aktarılmıştır.

Keywords

• I-V Eğrisi,MPPT,Farklı koşullar

References

1. Arikan O., Isen E., Durusu A., Kekezoglu B., Bozkurt A., Erduman A. 2013. Introduction to hybrid systems-Yildiz Technical University, IEEE Eurocon 2013 Conference, pp. 1145-1149, 1-4 Temmuz, Zagreb, Hırvatistan.
2. Kekezoglu B., Arikan O., Erduman A., Isen E., Durusu A., Bozkurt A. 2013. Reliability analysis of hybrid energy systems: Case study of Davutpasa Campus, IEEE Eurocon 2013 Conference, pp. 1141-1144, 1-4 Temmuz, Zagreb, Hırvatistan.
3. Zhou W., Henerica T., Xiaohua X. 2015. Demand side management of photovoltaic-battery hybrid system, Applied Energy, 148: 294-304.
4. Kaldellis J.K., Kapsali M. 2011. Simulating the dust effect on the energy performance of photovoltaic generators based on experimental measurements, Energy, 36(8): 5154–5161.
5. Maghami M.R., Hizam H., Gomes C., Radzi M.A., Rezadad M.I., Hajighorbani S. 2016. Power loss due to soiling on solar panel: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59: 1307–1316. Romero-Fiances I., Muñoz-Cerón E., Espinoza-Paredes R., Nofuentes G., De La Casa J. 2019. Analysis of the performance of various pv module technologies in Peru, Energies, 12(1): 1-19.
6. Akdemir H., Durusu A., Erduman A., Nakir I. 2018. Effect of energy management of a grid connected photovoltaic/ battery/load system on the optimal photovoltaic placement on a national scale: The case of Turkey, Journal of Solar Energy Engineering:Transaction of ASME, 140(2): 1-8.
7. Berrera M., Dolara A., Faranda R., Leva S. 2009. Experimental Test of of Seven Widely- Adopted MPTT Algorithms, IEEE Bucharest Power Tech Conference, pp. 1-8, 28 Haziran- 2 Temmuz, Bucharest.
8. Nakir İ., 2007. Fotovoltaik Güneş Panellerinde GTS ve MGTS Kullanarak Verimliliğin Arttırılması, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

9. Martin A.D., Vazquez J. R., Cano J.M. 2018. MPPT in PV systems under partial shading conditions using artificial vision, Electric Power Systems Research, 162: 89–98.
10. Reshma Gopi R., Sreejith S. 2018. Converter topologies in photovoltaic applications – A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 94: 1–14.
11. Yilmaz U., Turksoy O., Teke A. 2019. Improved MPPT method to increase accuracy and speed in photovoltaic systems under variable atmospheric conditions, International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 113: 634–651.
12. Salas V., Olı´as E., Barrado A., La´ zaro A. 2006. Review of the maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systems, Solar Energy Materials and Solar Cells, 90: 1555-1578.
13. Salas V., Olı´as E., La´ zaro A. Barrado A. 2005. New algorithm using only one variable measurement applied to a maximum power point tracker, Solar Energy Materials and Solar Cells, 87: 675–684.
14. Durusu A., 2011, Fotovoltaik güneş enerji sistemlerinde kullanılan maksimum güç noktası takip ediciler için farklı algoritmaların karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul
15. Romero-Fiances I., Muñoz-Cerón E., Espinoza-Paredes R., Nofuentes G., De La Casa J. 2019. Analysis of the performance of various pv module technologies in Peru, Energies, 12(1): 1-19.