PV Simülatörün Tasarımı ve Geliştirilmiş P&O Algoritmasıyla Değerlendirilmesi

Öz

Bu çalışmada, fotovoltaik sistemin davranışını simüle eden fotovoltaik simülatör tasarlanmıştır. Fotovoltaik simülatörü gerçekleştirmek için DC-DC buck tipi dönüştürücü kullanılmıştır. Fotovoltaik simülatör, araştırmacılara, üreticilere ve üniversite laboratuvarlarına, hava koşullarının çalışmaya uygun hale gelmesini beklemeye gerek kalmadan sistemlerini değişken ışınımlar ve sıcaklıklar altında kolayca test etme fırsatı verir. Tasarlanan fotovoltaik simülatör, fotovoltaik panelin I-V ve P-V özellikleri açısından MATLAB/Simulink'in fotovoltaik modeli ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Maksimum güç noktası takibi çalışmaları yapabilmek için tasarlanan fotovoltaik simülatöre DC-DC boost dönüştürücü bağlanmıştır. Ayrıca fotovoltaik panelden maksimum güç elde etmek için kullanılan Değiştir-Gözle yöntemi, klasik Değiştir-Gözle yönteminin bazı eksikliklerini gidermek için değiştirilmiştir. Değiştir-Gözle yöntemi ve geliştirilmiş Değiştir-Gözle yöntemi hem Simulink'in fotovoltaik modeline hem de tasarlanan fotovoltaik simülatöre uygulanmıştır. Böylece geliştirilen yöntem maksimum güç noktası izleme algoritmaları ile de doğrulanmıştır. Ayrıca geliştirilmiş Değiştir-Gözle yönteminin fotovoltaik güçten klasik Değiştir-Gözle yöntemine göre daha fazla enerji çektiği simülasyon çalışmaları ile kanıtlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Fotovoltaik simülatör
• Maksimum güç noktası takibi
• Değiştir-Gözle algoritması
• MATLAB.

Design and Evaluation of the PV Simulator with Modified P&O Algorithm

Abstract

In this study, a photovoltaic simulator simulates the behaviour of a photovoltaic system is designed. A DC-DC buck type converter is used to realize the photovoltaic simulator. The photovoltaic simulator gives researchers, manufacturers, and university laboratories the opportunity to easily test their systems under variable irradiances and temperatures without the need to wait until weather conditions become proper to study. The designed photovoltaic simulator is verified in terms of the I-V and P-V characteristics of the photovoltaic panel by comparing it with the photovoltaic model of the MATLAB/Simulink. A DC-DC boost converter is connected to the designed photovoltaic simulator to be able to maximum power point tracking studies. Moreover, perturb and observe method used to get maximum power from the photovoltaic panel is modified to prevent some deficiencies of the classical one. The perturb and observe method and modified perturb and observe method are applied to both the photovoltaic model of Simulink and the designed photovoltaic simulator. Thereby, the developed method is also verified by the maximum power point tracking algorithms. Also, it is proved with the simulation result that the modified perturb and observe method extracts more energy than the classic one from the photovoltaic power.

Keywords

• Photovoltaic Simulator
• Maximum Power Point Tracker
• Perturb and Observe Algorithm
• MATLAB

Kaynakça

1. Abdel-Salam, M., El-Mohandes, M. T., & El-Ghazaly, M. (2020). An Efficient Tracking of MPP in PV Systems Using a Newly-Formulated P&O-MPPT Method Under Varying Irradiation Levels. Journal of Electrical Engineering and Technology, 15(1), 501–513.
2. Ahmad, T., Sobhan, S., & Nayan, Md. F. (2016). Comparative Analysis between Single Diode and Double Diode Model of PV Cell: Concentrate Different Parameters Effect on Its Efficiency. Journal of Power and Energy Engineering, 04(03), 31–46.
3. Amrouche, B., Belhamel, M., & Guessoum, A. (2007). Artificial intelligence based P&O MPPT method for photovoltaic systems.
4. Berrera, M., Dolara, A., Faranda, R., & Leva, S. (2009). Experimental test of seven widely-adopted MPPT algorithms. IEEE Bucharest Power Tech Conference.
5. Boukezata, B., Chaoui, A., Gaubert, J. P., & Hachemi, M. (2016). An improved fuzzy logic control MPPT based P&O method to solve fast irradiation change problem. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 8(4).
6. Delihasanlar, E., Yaylacı, E. K., & Dalcalı, A. (2019). Dünyada ve Türkiye’de Güneş Enerjisi Potansiyeli, Mevcut Durumu, Teşvikleri, Kurulum Maliyeti Analizi-Karabük İli Örneği. Electronic Letters on Science & Engineering, 15(1), 12–20.
7. Duc, H. N., Takano, H., Nguyen-Duc, T., Nguyen-Duc, H., & Le-Viet, T. (2020). Single-Diode Models of PV Modules: A Comparison of Conventional Approaches and Proposal of a Novel Model. Energies.
8. Elgendy, M. A., Zahawi, B., & Atkinson, D. J. (2012). Evaluation of perturb and observe MPPT algorithm implementation techniques. IET Conference Publications, 2012(592 CP).

9. Ettappan, M., Maheswaran, G., Vimala, V., Somasundaram, K., & Vishnupriyan, J. (2021). Design of Buck Converter and PV Module for Solar Powered Sailing Boat. Journal of Physics: Conference Series, 012023.
10. Farhat, M., Barambones, O., & Sbita, L. (2016). A Real-Time Implementation of MPPT-Based on P&O Method. IEEE.
11. Hart, D. (2010). Power Electronics. McGraw-Hill Education.
12. Kazimierczuk, M. K. (2008). Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters.
13. Motahhir, S., el Hammoumi, A., & el Ghzizal, A. (2020). The most used MPPT algorithms: Review and the suitable low-cost embedded board for each algorithm. In Journal of Cleaner Production. Elsevier Ltd.
14. Osmani, K., Haddad, A., Lemenand, T., Castanier, B., & Ramadan, M. (2021). An investigation on maximum power extraction algorithms from PV systems with corresponding DC-DC converters. ELSEVIER.
15. Palanisamy, R., Vijayakumar, K., Venkatachalam, V., Narayanan, R. M., Saravanakumar, D., & Saravanan, K. (2019). Simulation of various DC-DC converters for photovoltaic system. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 9(2), 917.
16. Rasheed, M., Mohammed, O. Y., Shihab, S., & Al-Adili, A. (2021). A comparative Analysis of PV Cell Mathematical Model. Journal of Physics: Conference Series, 1795(1).
17. S. Hiwale, A., V.Patil, M., & Vinchurkar, H. (2014). An Efficient MPPT Solar Charge Controller. International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 3(7), 10505–10511.
18. Tamrakar, V., S.C, G., & Sawle, Y. (2015). Single-Diode Pv Cell Modeling And Study Of Characteristics Of Single And Two-Diode Equivalent Circuit. Electrical and Electronics Engineering: An International Journal, 4(3), 13–24.
19. Tsuno, Y., Kamisako, K., & Kurokawa, K. (2008). New Generation of PV Module Rating by LED Solar Simulator - A Novel Approach and Its Capabilities.
20. Watjanatepin, N., & Sritanauthaikorn, P. (2021). Large Scale LED-Modular-Based Solar Simulator and Calibration Method for PV-Module Characterization. Journal of Hunan University (Natural Sciences）, 48(9).
21. Yaqoob, S. J., Saleh, A. L., Motahhir, S., Agyekum, E. B., Nayyar, A., & Qureshi, B. (2021). Comparative study with practical validation of photovoltaic monocrystalline module for single and double diode models. Scientific Reports, 11(1).