Fotovoltaik Sistemlerde İzleme Algoritması İçin Yeni Bir Uygulama Yaklaşımı

Yıl 2022, Cilt: 5 Sayı: 3, 1244 - 1273, 12.12.2022

Mustafa Hasan Serra Altınoluk

Öz

Bu makalede, mikrodenetleyicilerle ilgilenen devre simülasyonlarının çoğunda güneş pili modüllerinin eksikliğinin üstesinden gelmek için yeni bir modelleme tekniği anlatılmaktadır. Önerilen yeni uygulama, en popüler platformlardan biri olan Proteus ve MikroC yazılımına dayanmaktadır. Gerçeğe yakın emülasyon yapmak için, sıcaklık ve insidans ışınımı değiştirme olasılığı dahilinde MSX-60 panelini matematiksel denklemlere dayalı olarak simülasyonu amaçlanmaktadır. Sunulan çalışma, IV ve PV karakteristiğini veri sayfası tarafından sağlanan çıktılar ile karşılaştırarak önerilen sistemin geçerliliğini test etmenin yanı sıra, bir değişken girişten oluşan sistem üzerinde, PIC18F4580 mikro denetleyici tarafından izleme voltajı algoritması uygulamak için yeni bir teknik önermektedir. Kaynak PV sistemi, bir ara madde olarak bir güç elektroniği cihazının önceden varlığı ile bir yükü beslemektedir. Buck dönüştürücü, istenen çıkış voltajını takip etmekle aynı anda düzensizlik durumunda en iyi performansa erişmek için bu kısmı kullanmaktadır. Ayrıntılı ayrık PI algoritması uygulama süreci ve burada sunulan diğer ilişkili aksesuarlarla eşleme tekniği, başka yerlerde nadiren kullanılmaktadır. Simülasyon sonuçları, hem ışınım hem de sıcaklık arasındaki ilişkiyi voltajla doğrulayarak önerilen modellemenin geçerliliğini kanıtlamıştır. Buck dönüştürücünün kapalı çevrim kontrol sisteminde, önerilen sistemin tümü, ortam sıcaklığı ve ışınlamanın değişmesinden bağımsız olarak, voltaj izleme ve istenen voltajın takibi konusunda mükemmel bir yanıt göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

PV sistem, Buck dönüştürücü, PI kontrolör, PIC18F4580, MSX-60, Eşleştirme

A New Implementing Approach for Tracking Algorithm on Photovoltaic Systems

Öz

This paper introduces a modelling technique to overcome the lack of solar cell modules in most of the circuit simulation that deals with the microcontrollers. The new implementation is based on Proteus which is one of the most popular platforms. To emulation close to reality, it aims to simulate the MSX-60 panel based on mathematical equations within the possibility of varying the temperature and the incidence irradiation. Besides testing the validity of the proposed system via comparing the IV and the PV characteristic with the one provided by the datasheet, the paper proposed a technique for executing a tracking voltage algorithm implements by a PIC18F4580 microcontroller on the proposed system that consists of a variable input source PV system feeds a load with the pre-existence of a power electronic device as an intermediate. Buck converter is using here to get access to the best performance in case of disorder simultaneously with chasing the desirable output voltage.
The detailed discrete PI algorithm implementing process and the mapping technique with the other associated accessories presented here are rarely found elsewhere. Simulation results proved the validity of the proposed modelling by confirming the relation between both the irradiation and temperature with voltage. In the closed-loop control system of the buck converter, the proposed system all showed a perfect response regarding the voltage tracking and chasing the desired voltage irrespective of varying the ambient temperature and the irradiation.

Anahtar Kelimeler

PV system, buck converter, PI controller, PIC18F4580, MSX-60, Mapping

Kaynakça

• Reference1 Abbasi T., Abbasi SA. Decarbonization of fossil fuels as a strategy to control global warming. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2011;15(4):1828-1834.
• Reference2 Abbasi T., Premalatha M., Abbasi SA. The return to renewables: Will it help in global warming control?. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2011;15(1):891-894.
• Reference3 Chalh A., El Hammoumi A., Motahhir S., El Ghzizal A., Subramaniam U., Derouich A. Trusted Simulation Using Proteus Model for a PV System: Test Case of an Improved HC MPPT Algorithm. Energies 2020;13(8):1943.
• Reference4Loba TH., Salim KM. Design and implementation of a micro-inverter for single PV panel based solar home system. In2013 International Conference on Informatics, Electronics and Vision (ICIEV), 17-18 May 2013, 1-5: Dhaka, Bangladesh.
• Reference5 Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. John Wiley & Sons; 2011. Microchip. PIC18F2480/2580/4480/4580 Datasheet. Microchip 2007.
• Reference6 Motahhir S., Chalh A., Ghzizal A., Sebti S., Derouich A. Modeling of photovoltaic panel by using proteus. Journal of Engineering Science and Technology Review 2017; 10(2):8-13.
• Reference7 Motahhr S., El Ghzizal A., Sebti S., Derouich A. Une ressource pédagogique pour l’enseignement par simulation : cas des panneaux photovoltaïques. Int Work Pedagog Approaches E-Learning 2015.
• Reference8 Mustafa RJ., Gomaa MR., Al-Dhaifallah M., Rezk H. Environmental impacts on the performance of solar photovoltaic systems. Sustain 2020; 12(2): 608.
• Reference9 Narendiran S. Grid tie inverter and MPPT-A review. In2013 International Conference on Circuits, Power and Computing Technologies (ICCPCT). 20-21 March 2013, 564-567: Nagercoil, India.
• Reference10 Orioli A. An accurate one-diode model suited to represent the current-voltage characteristics of crystalline and thin-film photovoltaic modules. Renewable Energy 2020;145: 725-743.
• Reference11 Pal D., Koniki H., Bajpai P. Central and micro inverters for solar photovoltaic integration in AC grid. In2016 National Power Systems Conference (NPSC), 19-21 Dec 2016, 1-6: Bhubaneswar, India.
• Reference12 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.
• Reference13 Rashid MH. Power electronics handbook. Butterworth-Heinemann; 2017.
• Reference14 El Tayyan., Ahmed A. A simple method to extract the parameters of the single-diode model of a PV system. Turkish Journal of Physics 2013; 37(1): 121-131.
• Reference15 Valkila N., Saari A. Urgent need for new approach to energy policy: the case of Finland. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010; 14(7): 2068-2076.
• Reference16 Villalva MG., Gazoli JR., Ruppert Filho E. Modeling and circuit-based simulation of photovoltaic arrays. In2009 Brazilian Power Electronics Conference, 27 Sept.-1 Oct. 2009,1244-1254: Bonito-Mato Grosso do Sul, Brazil.
• Reference17 Wang Y., Kamari ML., Haghighat S., Ngo PT. Electrical and thermal analyses of solar PV module by considering realistic working conditions. Journal of Thermal Analysis & Calorimetry 2021;144(5).
• Reference18 Yaqoob SJ., Obed AA. Modeling, Simulation and Implementation of PV System by Proteus Based on Two-diode Model. Journal of techniques 2019; 1(1): 39-51.
• Reference19 Zekry A., Shaker A., Salem M. Solar cells and arrays: principles, analysis, and design. Advances in renewable energies and power technologies 2018: 3-56.
• Reference20 Zhou Z., Macaulay J. An emulated pv source based on an unilluminated solar panel and dc power supply. Energies 2017; 10(12): 2075.