Increasing Efficiency with Maximum Power Point in Solar Panels in Shading Conditions

Öz

Solar energy becomes available to people with the help of solar panels. However, while the energy becomes usable, not all of the sun's energy can be utilized. There is loss of energy to be used. One of the reasons for this is that solar panels cannot receive proper radiation due to shading, causing a decrease in the power they produce. Shading can cause a decrease in efficiency and damage to the panels. There are many methods to avoid being affected by ghosting. One of these methods is Maximum Power Point Tracking. This article aimed to examine how partial shading affects the performance of solar panels and mitigation techniques such as Maximum Power Point Tracking (MPPT). In this study, Fuzzy Logic control, which is Maximum Power Point Tracking techniques, was studied using Matlab\Simulink program. In the study, two solar panel arrays were designed using fuzzy logic and Boost converter, and the power, voltage and current values obtained with and without MPPT were compared. As a result of the study, it was understood that the power, efficiency and performance of solar panels under partial shading in the study using MPPT gave better results than in the study without using MPPT. As a result of the study, it was clearly understood that MPPT techniques can be used to get more efficiency from solar panels under harsh conditions.

Anahtar Kelimeler

• Solar energy
• Solar panel
• Shading
• Matlab
• Maximum power point tracking
• Fuzzy logic control

Güneş Panellerinde Gölgelenme Durumunda Maksimum Güç Noktası ile Verim Arttırımı

Öz

Güneş enerjisi güneş panelleri yardımı ile insanlar tarafından kullanılabilir hale gelmektedir. Fakat enerji kullanılabilir hale gelirken güneşin tüm enerjisinden yarar sağlanamamaktadır. Kullanılacak enerjide kayıplar olmaktadır. Bunun sebeplerinden biri de güneş panellerinin gölgelenme durumundan kaynaklı düzgün ışınım alamamasından dolayı ürettiği güçte azalışa sebep olmasıdır. Gölgelenme, verimde azalmaya ve panellerin bozulmasına sebep olabilmektedir. Gölgelenme durumundan etkilenmemek için birçok yöntem bulunmaktadır. Bu yöntemlerden biri de Maksimum Güç Noktası Takibidir. Bu makalede, kısmi gölgelemenin güneş panellerinin performansını nasıl etkilediğini ve Maksimum Güç Noktası Takibi (MPPT) gibi azaltma tekniklerini incelemeyi amaçlamıştır. Bu çalışmada Matlab\ Simulink programı kullanılarak Maksimum Güç noktası Takibi teknikleri olan Bulanık Mantık kontrolü üzerinde çalışılmıştır. Çalışma iki adet güneş paneli dizisi, bulanık mantık ve Boost dönüştürücü kullanarak tasarlanmış ve MPPT kullanarak ve MPPT kullanmadan elde edilen güç, voltaj ve akım değerleri karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda kısmi gölgeleme altında kalan güneş panellerinin MPPT kullanarak yapılan çalışmada güç, verim ve performansının MPPT kullanmadan yapılan çalışmaya göre daha iyi sonuçlar verdiği anlaşılmıştır. Zorlu şartlar altında güneş panellerinden daha fazla verim alabilmek için MPPT tekniklerinin kullanılabileceği çalışma sonucunda net bir şekilde anlaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Güneş Enerjisi
• Güneş Paneli
• Gölgeleme
• Maksimum Güç Noktası Takibi
• Bulanık Mantık Kontrolü
• Matlab

Kaynakça

1. Abdulmawjood K., Alsadi SY., Refaat SS., Morsi WG. Characteristic study of solar photovoltaic array under different partial shading conditions. IEEE Access 2022; 10: 6856-6866.
2. Aberle AG., Peters M., Guo S., Walsh TM. Analysing partial shading of PV modules by circuit modelling. 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference 03-08 June 2012; Austin TX, USA 002957-00296.
3. Aktaş E., Araz M., Atay O., Bıyık E., Hepbaşlı A., Genç Y. Fotovoltaik (PV) sistemlerin tasarımı için bütünleşik bir metodolojinin geliştirilmesi ve bir uygulama. TESKON Termodinamik Sempozyumu 19-22 Nisan 2017, İzmir; 1300-1312.
4. Altıntaş N., Yılmaz A., Demirci A., Tercan SM. Bataryalı PV sistemlerde maksimum güç noktası takip yöntemlerinin karşılaştırılması. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 2021; 21: 369-377.
5. Ayaz E., Hocaoğlu FO. Afyonkarahisar bölgesinde tesis edilen gerçek bir güneş enerjisi sisteminde gölge analizi yapılması. Şırnak Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 2019; 1(1): 41-57.
6. Bouraiou A., Bouchafaa F., Dabou R., Mostefaoui M., Neçaibia A., Rouabhia A., Sahouane N., Ziane A. Impact of partial shading and PV array power on the performance of grid connected PV station. 18th International Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (STA) 21-23 December 2017, Monastir, Tunisia; 476-481.
7. Boztepe M. Fotovoltaik güç sistemlerinde verimliliği etkileyen parametreler. IV. İzmir Enerji Verimliliği Günleri Konferansı Şubat 2017, İzmir.
8. Chin CS., Chin YK., Chua BL., Kiring A., Teo KT. Fuzzy logic based MPPT for PV array under partially shaded conditions. 2012 International Conference on Advanced Computer Science Applications and Technologies (ACSAT) 26-28 November 2012, Kuala Lumpur, Malaysia; 133-138.

9. Çıkan M. Çita optimizasyon algoritması kullanarak kısmi gölgelenme altındaki fotovoltaik sistemlerde maksimum güç noktası izleyicisinin tasarlanması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 2024; 40(1): 555-572.
10. Choudhury S., Rout PK. Adaptive fuzzy logic based MPPT control for PV system under partial shading condition, International Journal of Renewable Energy Research 2015; 5(4): 1252-1263.
11. Gümüş Z., Demirtaş M. Fotovoltaik sistemlerde maksimum güç noktası takibinde kullanılan algoritmaların kısmi gölgeleme koşulları altında karşılaştırılması. Politeknik Dergisi 2021; 24(3): 853-865.
12. Gürkan E., Güner A. FV sistemlerde kısmi gölgeleme koşullarında maksimum güç noktası takibi için metasezgisel algoritmaların karşılaştırmalı performans analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2024; 1-16.
13. Karanfil A. Kısmi gölgelenme durumundaki seri bağlı fotovoltaik (FV) panellerde bypass diyotunun kullanılmasının sistem gücü üzerine etkisi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi 2021; 23(68): 621-630.
14. Karakaya H., Şen İE. Fotovoltaik panellerde verim iyileştirme yöntemleri. 7 th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science 2019; 2(3): 1179-1188.
15. Khan UU., Raheem M., Ata S., Khan ZH. Design and implementation of a low-cost MPPT controller for solar PV system. 2016 International Conference on Open-Source Systems and Technologies (ICOSST) 15-17 December 2016, Lahore, Pakistan; 156-163.
16. Kumar R., Kumar B., Swaroop D. Fuzzy logic based improved P&O MPPT technique for partial shading conditions, 2018 International Conference on Computing, Power and Communication Technologies (GUCON) 28-29 September 2018, Greater Noida; 775-779.
17. Mäki A., Valkealahti S. Power losses in long string and parallel-connected short strings of series-connected silicon-based photovoltaic modules due to partial shading conditions, IEEE Transactions on Energy Conversion 2011; 27(1): 173-183.
18. Megantoro P., Nugroho YD., Anggara F., Suhono Rusadi EY. Simulation and characterization of genetic algorithm implemented on MPPT for PV system under partial shading condition, 2018 3rd International Conference on Information Technology, Information System and Electrical Engineering (ICITISEE) 13-14 November 2018, Yogyakarta, Indonesia; 74-78.
19. Mirza A., Ling Q., Javed M., Mansoor M. Novel MPPT techniques for photovoltaic systems under uniform irradiance and partial shading. Solar Energy 2019; 184(3): 628-648.
20. Naick BK., Chatterjee K. Fuzzy logic controller based maximum power point tracking technique for different configurations of partially shaded photovoltaic system. Archives of Electrical Engineering 2018; 67(2): 307-320.
21. Öztürk C. Güneş enerji sistemlerinde verim analizi ve enerji kayıplarının tespiti. Hasan Kalyoncu Üniversitesi 2020; 1-69.
22. Pamuk N. Performance analysis of different optimization algorithms for MPPT control techniques under complex partial shading conditions in PV systems. Energies 2023; 16(8): 3358.
23. Patel H., Agarwal V. MATLAB-based modeling to study the effects of partial shading on PV array characteristics. IEEE Transactions on Energy Conversion 2008; 23(1): 302-310.
24. Rahul I., Hariharan R. Enhancement of solar PV panel efficiency using double ıntegral sliding mode MPPT control. Tsinghua Science and Technology 2023; 29(1): 271-283.
25. Saral Y. Fotovoltaik panel verimliliği ve maksimum güç noktası izleme. Anadolu Bil Meslek Yüksekokulu Dergisi 2023; 18(67): 1-25.
26. Şenpınar A., Gençoğlu MT. Yenilenebilir enerji kaynaklarının çevresel açıdan karşılaştırılması. Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları 2006; 4(2): 49-54.
27. Shahariar K., Bansal R., Nadarajah M. Effects of partial shading on photovoltaic with advanced MPPT scheme. Power and Energy (PECon),2012 IEEE International Conference 02-05 December 2012 Kota Kinabalu, Malaysia; 354-359.
28. Tan WH., Mohamad-Saleh J. Critical review on ınterrelationship of electro-devices in PV solar systems with their evolution and future prospects for MPPT applications. Energies 2023; 16(2): 850.
29. Yılmaz M. Türkiye’nin enerji potansiyeli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi açısından önemi. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi 2012; 4(2): 33-54.
30. Yilmaz U., Kircay A., Borekci S. PV system fuzzy logic MPPT method and PI control as a charge controller. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2018; 81(1): 994-100.
31. Zheng H., Li S. Design of bypass diodes in improving energy extraction of solar PV systems under uneven shading conditions. 2014 IEEE PES T&D Conference and Exposition 14-17 April 2014, Chicago, IL, USA; 1-5.