Tracking the Maximum Power Point (MPP) of a photovoltaic (PV) array is usually an essential part of a PV system. The problem addressed by Maximum Power Point Tracking (MPPT) techniques is to find the voltage $V_{MPP}$ or current $I_{MPP}$ at which a PV array should operate to generate the maximum power output $P_{MPP}$ under a given temperature and irradiance. MPPT control methods such as the perturb and observe method and the incremental conductance method require a microprocessor or DSP to determine if the duty cycle should be increased or not. This paper proposes a simple and fast analog MPPT method. The proposed control scheme tracks the MPP very quickly and its hardware implementation is simple when compared with the conventional techniques. The new algorithm can successfully track the MPP even in the case of rapidly changing atmospheric conditions. In addition, it has higher efficiency than ordinary algorithms.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.5
no.6
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pp.454-461
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2016
A maximum power point tracking (MPPT) system with fast-tracked time and high power efficiency is presented in this paper. The proposed MPPT system uses an unbounded binary search (UBS) algorithm that continuously tracks the maximum power point (MPP) with a binary system to follow the MPP under rapid-weather-change conditions. The proposed algorithm can decide the correct direction of the MPPT system while comparing the previous power point with the present power point. And then, by fixing the MPP until finding the next MPP, there is no oscillation of voltage MPP, which maximizes the overall power efficiency of the photovoltaic module. With these advantages, this proposed UBS is able to detect the MPP more effectively. This MPPT system is based on a boost converter with a micro-control unit to control analog-to-digital converters and pulse width modulation. Analysis of this work and experimental results show that the proposed UBS MPPT provides fast, accurate tracking with no oscillation in situations where weather rapidly changes and shadow is caused by all sorts of things. The tracking time is reduced by 87.3% and 66.1% under dynamic-state and steady-state operation, respectively, as compared with the conventional 7-bit perturb and observe technique.
Ji, Sang-Keun;Kwon, Doo-Il;Yoo, Cheol-Hee;Han, Sang-Kyoo;Roh, Chung-Wook;Lee, Hyo-Bum;Hong, Sung-Soo
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.2
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pp.89-95
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2009
Tracking the Maximum Power Point(MPP) of a photovoltaic(PV) array is usually an essential part of a PV system. The problem considered by MPPT techniques is to find the voltage $V_{MPP}$ or current $I_{MPP}$ at which a PV array should operate to generate the maximum power output PMPP under a given temperature and irradiance. The MPPT control methods, such as the perturb and observe method and the incremental conductance method require microprocessor or DSP to determine if the duty cycle should be increased or not. This paper proposes a simple and fast analog MPPT method. The proposed control scheme will track the MPP very fast and its hardware implementation is so simple, compared with the conventional techniques. The new algorithm has successfully tracked the MPP, even in case of rapidly changing atmospheric conditions, and Has higher efficiency than ordinary algorithms.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.1
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pp.29-36
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2020
In this study, a variable step algorithm is proposed on the basis of the perturb and observe method. The proposed algorithm can follow the maximum power point (MPP) quickly when solar irradiance changes rapidly. The proposed technique uses the voltage change characteristic at the MPP when the environment changes because of insolation or temperature. The MPP is tracked through the voltage control using a variable step method. This method determines the sudden change of solar irradiance by setting the threshold value and operates in fast tracking mode to track the MPP rapidly. When the operation point reaches the MPP, the mode switches to the variable step mode to minimize the steady state error. In addition, the output disturbance is decreased through the optimization of the control method design. The performance of the proposed MPPT algorithm is verified through simulation and experiment.
Kim, Bongsuck;Ding, Jiajun;Sim, Woosik;Jo, Jongmin;Cha, Hanju
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.1
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pp.1-8
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2019
In this study, a maximum power point tracking (MPPT) algorithm based on the perturb and observe (P&O) method with variable step size is proposed to improve the dynamic response characteristic of MPPT, using the existing P&O method. The proposed algorithm, which we verified by simulation and experiment, can track the maximum power point (MPP) through duty control and consisted of three operation modes, namely, constant voltage mode, fast mode, and variable step mode. When the insolation is constant, the voltage variation of the operating point at the MPP is reduced through the step size reduction of the duty in the variable step mode. Consequently, the vibration of the operating point is reduced, and the power generation efficiency is increased. When the insolation changes, the duty and the photovoltaic (PV) voltage are kept constant through the constant voltage mode. The operating point then rapidly tracks the new MPP through the fast-mode operation at the end of the insolation change. When the MPP is reached, the operation is changed to the variable step mode to reduce the duty step size and track the MPP. The validity of the proposed algorithm is verified by simulation and experiment of a PV system composed of a PV panel and a boost converter.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.3
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pp.549-557
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2012
In this paper an on-chip photo energy harvesting system with MPPT(Maximum Power Point Tracking) control is proposed. The ISC(Integrated Solar Cell) is implemented using p-diff/n-well diodes available in CMOS processes. MPPT control is implemented using the linear relationship between the open-circuit voltage of a PV(Photovoltaic) cell and its MPP(Maximum Power Point) voltage such that a small pilot PV cell can track the MPP of a main PV cell in real time. Simulation results show that the designed circuit with the MPPT control delivers the MPP voltage to load even though the load is heavy such that the load circuit can operate properly. The proposed circuit is designed in 0.18um CMOS process. The designed main PV cell and pilot PV cell occupy $8mm^2$ and $0.4mm^2$ respectively.
This study proposed a model that can track MPP faster than the existing MPPT algorithm using the particle swarm optimization algorithm (PSO). The proposed model highly sets the acceleration constants of gbest and pbest in the PSO algorithm to quickly track the MPP point and eliminates the power instability problem. In addition, this algorithm was re-executed by detecting the change in power of the solar panel according to the rapid change in solar radiation. As a result of the experiment, MPP time was 0.03 seconds and power was 131.65 for 691.5 W/m2, and MPP was tracked at higher power and speed than the existing P&O and INC algorithms. The proposed model can be applied when a change in the amount of power is detected by partial shading in a Photovoltaic power plant with Photovoltaic connected in parallel. In order to improve the MPPT algorithm, this study needs a comparative study on optimization algorithms such as moth flame optimization (MFO) and whale optimization algorithm (WOA).
This paper presents an analysis of the power gain under partial shading conditions (PSC) when the partial shade loss is being compensated in photovoltaic(PV) system. To analyze the power gain, our study divides the mismatch loss into partial shade loss and operating point loss. Partial shade loss is defined as the power difference between a normal string and a partially shaded string at the maximum power point (MPP). Operating point loss is defined as the power loss due to the operating point shift while following the MPP of the PV array. Partial shading in a PV system affects the maximum power point tracking (MPPT) control by creating multiple MPPs, which causes mismatch losses. Several MPPT algorithms have been suggested to solve the multiple MPP problems. Among these, mismatch compensation algorithms require additional power to compensate for the mismatch loss; however, these algorithms do not consider the gain or loss between the input power required for compensation and the increased output power obtained after compensation. This paper analyzes the power gain resulting from the partial shade loss compensation under PSC, using the V-P curve of the PV system, and verifies that power gain existence by simulation and experiment.
The subject of variable step size maximum power point tracking (MPPT) algorithms has been addressed in the literature. However, most of the addressed algorithms tune the variable step size according to two variables: the photovoltaic (PV) array voltage ($V_{PV}$) and the PV array current ($I_{PV}$). Therefore, both the PV array current and voltage have to be measured. Recently, maximum power point trackers that arc based on a single variable ($I_{PV}$ or $V_{PV}$) have received a great deal of attention due to their simplicity and ease of implementation, when compared to other tracking techniques. In this paper, two methods have been proposed to design a variable step size MPPT algorithm using only a single current sensor for stand-alone battery storage PV systems. These methods utilize only the relationship between the PV array measured current and the converter duty cycle (D) to automatically adapt the step change in the duty cycle to reach the maximum power point (MPP) of the PV array. Detailed analyses and flowcharts of the proposed methods are included. Moreover, a comparison has been made between the proposed methods to investigate their performance in the transient and steady states. Finally, experimental results with field programmable gate arrays (FPGAs) are presented to verify the performance of the proposed methods.
This paper presents a nonlinear method to control a DC-DC converter and track the Maximum Power Point (MPP) of a Photovoltaic (PV) system. A backstepping controller is proposed to regulate the voltage at the input of a buck-boost converter by means of Lyapunov functions. To make the control initially faster and avoid local maximum, a regression plane is used to estimate the reference voltages that must be obtained to achieve the MPP and guarantee the maximum power extraction, modifying the conventional Perturb and Observe (P&O) method. An experimental platform has been designed to verify the validity and performance of the proposed control method. In this platform, a buck-boost converter has been built to extract the maximum power of commercial solar modules under different environmental conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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