Maximum power point tracking algorithms for photovoltaic applications

Thumbnail Image

Files

urn100399.pdf (1.5 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2010

Department

Major/Subject

Tehoelektroniikka

Mcode

S-81

Degree programme

Language

en

Pages

[9] + 73

Series

Abstract

Aurinkopaneelien tuottama teho muuttuu epälineaarisesti virran funktiona siten, että on olemassa selkeä toimintapiste, jossa teho on suurimmillaan. Tätä pistettä kutsutaan maksimitehopisteeksi ja se riippuu ulkoisista olosuhteista, kuten lämpötila ja säteilyn voimakkuus. Jotta aurinkopaneeleista saataisiin jatkuvasti suurin mahdollinen teho, täytyy paneeli pitää maksimitehopisteessä riippumatta olosuhteiden vaihtelusta. Tästä syystä aurinkopaneeleihin liitettyjen tehoelektronisten muuttajien ohjauksessa käytetään aina jonkinlaista maksimitehopisteen seurantaa (MPPT, maximum power point tracking). Viime vuosikymmenten aikana on julkaistu useita MPPT-menetelmiä. Tässä diplomityössä tarkastellaan ja analysoidaan näitä menetelmiä. Kolmeksi parhaiten suuriin ja keskisuuriin aurinkovoimasovelluksiin soveltuviksi algoritmeiksi havaittiin poikkeuta ja havaitse -menetelmä, inkrementaalinen konduktanssi -menetelmä sekä sumea säätö. Näitä kolmea menetelmää vertailtiin ja niiden dynaamista suorituskykyä tarkasteltiin hiljattain julkaistun standardin pohjalta. Työssä esitetään kahteen ensin mainittuun menetelmään useita parannuksia, joilla niiden heikkoa suorituskykyä jatkuvissa muutostiloissa voitaisiin parantaa. Dynaamisen MPPT-hyötysuhteen testaaminen vaatii pitkiä simulointiaikoja ja paljon muistia, mikäli käytetään yksityiskohtaisia malleja tehoelektronisista muuttajista. Tämä ongelma ratkaistiin laatimalla yksinkertaistettu malli aurinkoenergiajärjestelmästä. Tämä malli validoitiin simuloimalla.

Solar panels have a nonlinear voltage-current characteristic, with a distinct maximum power point (MPP), which depends on the environmental factors, such as temperature and irradiation. In order to continuously harvest maximum power from the solar panels, they have to operate at their MPP despite the inevitable changes in the environment. This is why the controllers of all solar power electronic converters employ some method for maximum power point tracking (MPPT). Over the past decades many MPPT techniques have been published. The first objective of this thesis is to study and analyze them. The three algorithms that where found most suitable for large and medium size photovoltaic (PV) applications are perturb and observe (P&O), incremental conductance (InCond) and fuzzy logic control (FLC). These were compared and tested dynamically according a recently issued standard. Several modifications to the P&O and the InCond algorithms are proposed, which overcome their poor performance when the irradiation changes continuously. The dynamic MPPT efficiency tests require long simulations and if detailed models of the power converter are used they can take a lot of memory and computation time. To overcome this challenge a simplified model of the PV system was developed. This model was validated with simulations.

Description

Supervisor

Ovaska, Seppo

Thesis advisor

Kostov, Konstantin

Keywords

PV power generation, MPPT algorithms, perturb and observe, incremental conductance, fuzzy logic, aurinkoenergia, maksimitehopisteen seuraaja, poikkeuta ja havaitse, inkrementaalinen konduktanssi, sumea logiikka

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201203151584

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC