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Comparative Study and Simulation of P&O Algorithm using Boost Converter for a Photovoltaic System

  • Ganzorig, Batdelger;Song, Han-Jung
    • 한국산업융합학회 논문집
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    • 제22권4호
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    • pp.395-403
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    • 2019
  • The excessive need of power is creating an unbalance situation in power sector, where solar energy is one of the best solutions among other energy sources to mitigate this demand. It is globally accepted because of its flexibility and long life compared to others. A lot research is going on to enhance the energy efficiency by introducing photovoltaic (PV) power generation technology, but still irradiation of PV power is the major problem. In this manuscript, we have designed PV module using single diode methodology and also the solar conversion efficiency was boosted with maximum power point tracking (MPPT) by using perturb and observe (P&O) algorithm. The simulation was done for $1000W/m^2$ and $800W/m^2$ at solar irradiance in cell temperature of 25C and 40C degree levels in PSIM tool.

태양광 패널 최적기의 유선 및 무선 통신 시스템 설계에 관한 연구 (A Study on the Design of Wired and Wireless Communication System for Solar Panel Optimizer)

  • 양오
    • 반도체디스플레이기술학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.32-37
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    • 2019
  • In this paper, we have designed a solar photovoltaic system to attach solar photovoltaic modules to each module and develop the best efficiency in each module. The efficiency of the designed solar panel optimizer was more than 99.27% and MPPT efficiency of 99.66%. In addition, the monitoring of power generation and abnormal operation phenomenon in each optimum period and tracking for failure location of specific photovoltaic module have improved the utilization rate of photovoltaic power generation. Wired and wireless communication methods has been proposed to monitor the power generation and operation status of the solar panel optimizer. For this purpose, the RS485 communication was used for wire communication and Zigbee communication was used for wireless communication to monitor the status of each module in real time. It is shown that communication redundancy can be achieved through the proposed method, and the possibility of commercialization is suggested.

태양광 패널 재사용을 위한 가변 정전류 기반의 효율 측정장치에 관한 연구 (Research on Variable Constant Current Efficiency Measuring Device for Solar Panel to Reuse)

  • 우상진;김대헌;이재진;권오민
    • 대한임베디드공학회논문지
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    • 제18권1호
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    • pp.9-17
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    • 2023
  • This paper relates to the development of a device for measuring the efficiency of a solar panel based on a variable constant current, and proposed a standard for reuse of the solar panel. By applying a variable constant current circuit to a solar panel efficiency measuring device, it was easy to apply a maximum power point tracking (MPPT) algorithm. In addition, a load dispersion method was applied to measure the efficiency of a high-capacity solar panel. and it is possible to solve a problematic thermal runaway during a MOSFET parallel operation by applying the load dispersion method. As a result of the experiment, the solar panel efficiency measuring device was able to accommodate a large solar panel of 350W, which is the maximum measurement goal. In this paper, the validity was confirmed through the 310W solar panel efficiency measurement experiment collected after removal.

레이저 무선전력전송 시스템의 MPPT 제어를 위한 배터리 충전 컨버터 개발 (Development of Battery Charging Converter for MPPT Control of Laser Wireless Power Transmission System)

  • 이성준;임남규;최원선;이용탁
    • 전력전자학회:학술대회논문집
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    • 전력전자학회 2020년도 전력전자학술대회
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    • pp.334-335
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    • 2020
  • 본 논문에서는 레이저 광원을 적용한 무선전력전송 시스템에 적용되는 PV 모듈의 출력 특성을 분석하고, PV 모듈로부터 최대 전력을 발생시키면서 배터리를 충전시킬 수 있는 컨버터 개발 결과를 제시한다. 먼저, 특정 파장에서 최대전력이 발생되도록 개발된 PV 수신모듈에 레이저 빔을 조사하였고, 레이저에 공급되는 전력 크기에 따른 PV 모듈의 전압-전류의 특성 데이터를 확보하였다. 전압/전류 특성 데이터로부터 PV 수신모듈의 소신호 저항을 분석하였고, 이를 컨버터 회로모델에 적용함으로써 제어기 설계를 위한 시스템의 전달함수를 유도하였다. 이로부터 레이저 일사량에 따른 전류원/전압원 전영역에서 PV 모듈의 입력전압을 안정적으로 제어할 수 있는 제어기를 설계함으로써 레이저 수신용 PV 모듈이 최대 전력을 발생시킬 수 있도록 하였다. 본 논문에서 제안된 방법은 MCU 제어기반 25W급 배터리 충전용 부스트 컨버터의 프로토타입 제품을 통해 실험 검증되었다.

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태양광 발전 시스템용 3-레벨 부스트 컨버터 모델링 및 제어기 설계 (Modeling and Controller Design of Three-Level Boost Converter in Photovoltaic Power Conditioning System)

  • 이규민;장래혁;김일송
    • 전력전자학회:학술대회논문집
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    • 전력전자학회 2020년도 전력전자학술대회
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    • pp.202-204
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    • 2020
  • 본 논문은 PCS(Photovoltaic power system)에서 MPPT 구현을 위한 TLB 컨버터의 모델링 및 제어기 설계를 제안한다. TLB 컨버터는 기존 부스트 컨버터에 비해 인덕터 크기가 감소하고, 효율이 증가하는 장점이 있다. 하지만 듀티비 0.5를 기준으로 2개의 동작 모드가 존재하여 제어기 설계 시 각 모드에 대한 해석이 필요하다. 또한 토폴로지를 모델링을 함에 있어 비선형적인 특징을 갖는 태양전지의 출력을 고려해야하는 필요성이 있다. 따라서 본 논문에서는 태양전지 출력 특성의 선형화 방정식을 이용하여 2가지 동작모드가 존재하는 TLB 컨버터를 각 모드별로 CCM 동작에서 분석하여 동일한 전달함수를 도출하였다. 이를 기반으로 MPPT 전압제어기를 설계하였으며, 제시된 모델링과 제어기는 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

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에너지 저장장치의 계통 연계형 양방향 PCS 기술 (The grid-connected bidirectional PCS technology of the ESS)

  • 고봉운
    • 전기전자학회논문지
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    • 제23권4호
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    • pp.1280-1287
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    • 2019
  • 계통 연계 형 양방향 PCS 기술은 분산 형 신재생 에너지 스마트 그리드를 구현하기 위한 기술이며, 방대한 스마트 그리드 시스템 중 태양광 모듈로부터 수집된 전력 및 상용 계통전원을 이용하여 상시 전력을 충전하였다가 필요시 저장된 전력을 저압 계통 측으로 방출할 수 있도록 하는 하이브리드형 에너지 저장 장치이다. 이를 위해 MPPT 기능이 포함된 PV입력 전력변환기와 배터리 충·방전을 위한 양방향 전력변환기 및 DC Link 전압을 3상 380V AC 계통으로 출력하고 필요할 경우 계통전력을 AC/DC변환하여 양방향 DC/DC컨버터를 통해 배터리로 충전기능을 수행하는 인버터로 구성된 3개의 전력변환기 구조를 갖는 PCS를 설계 및 개발하였다. 현재 이 시스템을 정전 및 화재사고에 취약한 제주의 사이트에 적용하여 실증 및 운영하고 있다.

풍력 및 태양광 발전시스템의 일반 특성과 강풍제어기 및 DC-DC컨버터에 대한 연구 (A Study on General Characteristics of Wind and Solar Power System, Automatic Tail Safety Controller and DC-DC Converter)

  • 최정훈;박성준;문채주
    • 조명전기설비학회논문지
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    • 제19권1호
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    • pp.109-116
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    • 2005
  • 풍력 및 태양광 발전시스템은 화석에너지의 고갈에 대한 대체에너지로 각광을 받고 있으며, 환경오염을 발생하지 않고 무한정으로 사용할 수 있으나 풍속과 태양광의 변화에 따른 안정성의 문제가 발생한다. 풍력발전시스템의 경우 태풍과 급속한 풍속의 변화에 의해 시스템의 안정성 문제가 발생한다. 본 논문에서는 풍속을 이용한 피드백 제어를 기초로 하는 자동강풍제어기를 포함하는 풍력 발전시스템을 구성하였으며, 이를 다양한 조건의 실험을 통하여 입증하였다. 태양전지 어레이의 최대 출력을 위한 MPPT제어와 고르지 못한 DC 전압을 정류하기 위하여 buck-boost컨버터를 사용하였고, 실험을 동하여 시스템 출력전류 리플 저감의 결과를 확인하였다.

Maximum Power Point Tracking Control Scheme for Grid Connected Variable Speed Wind Driven Self-Excited Induction Generator

  • El-Sousy Fayez F. M.;Orabi Mohamed;Godah Hatem
    • Journal of Power Electronics
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    • 제6권1호
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    • pp.52-66
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    • 2006
  • This paper proposes a wind energy conversion system connected to a grid using a self-excited induction generator (SEIG) based on the maximum power point tracking (MPPT) control scheme. The induction generator (IG) is controlled by the MPPT below the base speed and the maximum energy can be captured from the wind turbine. Therefore, the stator currents of the IG are optimally controlled using the indirect field orientation control (IFOC) according to the generator speed in order to maximize the generated power from the wind turbine. The SEIG feeds a (CRPWM) converter which regulates the DC-link voltage at a constant value where the speed of the IG is varied. Based on the IG d-q axes dynamic model in the synchronous reference frame at field orientation, high-performance synchronous current controllers with satisfactory performance are designed and analyzed. Utilizing these current controllers and IFOC, a fast dynamic response and low current harmonic distortion are attained. The regulated DC-link voltage feeds a grid connected CRPWM inverter. By using the virtual flux orientation control and the synchronous frame current regulators for the grid connected CRPWM inverter, a fast current response, low harmonic distortion and unity power factor are achieved. The complete system has been simulated with different wind velocities. The simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed MPPT control scheme for a wind energy system. In the simulation results, the d-q axes current controllers and DC-link voltage controller give prominent dynamic response in command tracking and load regulation characteristics.

Evaluation of a FPGA controlled distributed PV system under partial shading condition

  • Chao, Ru-Min;Ko, Shih-Hung;Chen, Po-Lung
    • Advances in Energy Research
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    • 제1권2호
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    • pp.97-106
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    • 2013
  • This study designs and tests a photovoltaic system with distributed maximum power point tracking (DMPPT) methodology using a field programmable gate array (FPGA) controller. Each solar panel in the distributed PV system is equipped with a newly designed DC/DC converter and the panel's voltage output is regulated by a FPGA controller using PI control. Power from each solar panel on the system is optimized by another controller where the quadratic maximization MPPT algorithm is used to ensure the panel's output power is always maximized. Experiments are carried out at atmospheric insolation with partial shading conditions using 4 amorphous silicon thin film solar panels of 2 different grades fabricated by Chi-Mei Energy. It is found that distributed MPPT requires only 100ms to find the maximum power point of the system. Compared with the traditional centralized PV (CPV) system, the distributed PV (DPV) system harvests more than 4% of solar energy in atmospheric weather condition, and 22% in average under 19% partial shading of one solar panel in the system. Test results for a 1.84 kW rated system composed by 8 poly-Si PV panels using another DC/DC converter design also confirm that the proposed system can be easily implemented into a larger PV power system. Additionally, the use of NI sbRIO-9642 FPGA-based controller is capable of controlling over 16 sets of PV modules, and a number of controllers can cooperate via the network if needed.

PV Output Senseless (POS) MPPT 제어법이 적용된 단상 PCS 개발 및 운전특성 분석 (The development and operation characteristics analysis of PCS applied PV Output Senseless (POS) MPPT)

  • 이석주;박해용;김경훈;서효룡;박민원;유인근
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
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    • pp.226-227
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    • 2007
  • The purpose of this study for photovoltaic (PV) generation system is to keep the output power of photovoltaic cells maximized under any weather conditions. In a conventional MPPT (Maximum Power Point Tracking) control method, both voltage and current coming out from PV array have to be fedback. Thus, the system has a complex structure, and may fail to track MPP of PV array when unexpected weather conditions happen. This paper proposes a novel PV Output Senseless (POS) control method to solve the mentioned problem. The main advantage of this method is that the current flowing into load is the only one considerable factor. In case of a huge PV generation system, it can be operated much more safely than the conventional system. To verify this theory, results that compare and analyze the simulated data with experimental data under real weather condition of the manufactured PV generation system are shown in this paper. Authors vividly states that this theory uses constant resistors and variable resistors of DC-DC converter in PV system. Authors emphasize that it is a very useful method to maximize power from PV cells to load with only the feedback of load current. Authors also emphasize that this theory is applicable in case of the PCS in PV power generation system.

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