DESIGN AND IMPLEMENTATION OF THE BAT ALGORITHM BASED MAXIMUM POWER POINT TRACKER THAT ABLE TO MANAGE PARTIAL SHADOW CONDITIONS FOR PV SYSTEMS

Abstract

ÖZET

Fotovoltaik (FV) modüllerden elde edilebilecek maksimum güç iklimsel ve çevresel koşullara bağlı olarak değişir. Üstelik kısmen gölgelenen FV dizilerde çoklu maksimum güç noktasına (MGN) sahip P-V karakteristik eğrileri görülebilir. Değişken doğasına ve yerel MGN tuzaklarına rağmen bir FV diziden maksimum güç elde edebilmek maksimum güç noktası izleyiciler (MGNİ) ile mümkündür. MGNİ aygıtları özünde, MGNİ yöntemleri ile kontrol edilen DA-DA dönüştürücülerdir. MGNİ yöntemlerinin kendine has avantaj ve dezavantajları bulunduğundan daha üstün MGNİ yöntemi geliştirme çalışmaları sürmektedir.

Bu çalışmada, FV sistemler için kısmi gölgelenme koşulları altında genel MGN’yi tespit edebilen ve izleyebilen, yeni bir karma MGNİ yöntemi önerilmektedir. Önerilen MGNİ yöntemi Yarasa algoritması (YA) ve Artımlı İletkenlik (Aİ) algoritması üzerine kurulmuştur. MGNİ işlemine göre uyarlanmış standart YA'ya yasaklama yeteneği eklenerek Yasaklı YA geliştirilmiştir. Önerilen MGNİ yönteminde, önce Yasaklı YA çalıştırılarak genel MGN tepesi belirlenir. Ardından Aİ algoritması çalıştırılarak MGN daha hassas bir şekilde izlenir. Güçte nispeten büyük bir değişiklik meydana geldiğinde, Yasaklı YA yeniden çalıştırılır. Aksi takdirde, Aİ algoritması çalışmayı sürdürür.

Önerilen MGNİ yöntemi benzetimleri MATLAB/Simulink’te hazırlanan FV sistem modeli üzerinde yapılmıştır. Önerilen MGNİ yönteminin benzetim sonuçları Sars ve Gözlemle (S&G) algoritması, Aİ algoritması ve standart YA benzetim sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca önerilen MGNİ yönteminin gerçek sonuçlarını görmek için deneysel FV sistem kurulmuştur. Code Composer Studio ile TMS320F28379D mikrodenetleyicisi için MGNİ kodları yazılmıştır. 60 Wp’lik 3 adet FV modül ile seri yapılandırılmış bir FV dizi kurulmuş ve evirmeyen Alçaltıcı-Yükseltici DA-DA dönüştürücü devresi yapılmıştır. Benzetim ve deney sonuçları önerilen MGNİ yönteminin kısmi gölgelenme de dahil tüm koşullarda başarılı olduğunu ve S&G, Aİ ve standart YA MGNİ yöntemlerinden daha üstün olduğunu göstermektedir.

ABSTRACT

The maximum power that can be obtained from photovoltaic (PV) modules varies depending on climatic and environmental conditions. Moreover, P-V characteristic curves with multiple maximum power points (MPP) can be seen in partially shaded PV arrays. Despite its variable nature and local MPP traps, obtaining maximum power from a PV array is possible with maximum power point trackers (MPPT). MPPT devices are essentially DC-DC converters controlled by MPPT methods. Since MPPT methods have their own advantages and disadvantages, the development of superior MPPT method continues.

In this study, a new hybrid MPPT method is proposed for PV systems that able to detect and track the global MPP under partial shading conditions. The proposed MPPT method is based on the Bat algorithm (BA) and Incremental Conductance (INC) algorithm. Banned BA has been developed by adding the baning ability to the standard BA that adapted according to the MPPT process. In the proposed MPPT method, the global MPP peak is determined by running Banned BA first. Then MPP is tracked more sensitively by running the INC algorithm. When a relatively large change in the power occurs, the Banned BA will be run again. Otherwise, the INC algorithm continues to run.

The proposed MPPT method simulations are made on the PV system model prepared in MATLAB/Simulink. The proposed MPPT method simulation results were compared with Perturb and Observe (P&O) algorithm, INC algorithm and standard BA simulation results. Also, an experimental PV system was set up to see the actual performance of the proposed MPPT method. MPPT codes were written for TMS320F28379D microcontroller with Code Composer Studio. A PV array that is series configured was installed with 3 PV modules of 60 Wp and a non-inverting Buck-Boost DC-DC converter circuit was made. Simulation and experimental results show that the proposed MPPT method is successful in all conditions including partial shading, and is superior to P&O, INC and standard BA MPPT methods.