I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7 ,   p p .   1 7 4 4 ~ 1 7 5 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 4 . pp 1 7 4 4 - 1755          1744       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Practical  Perf o r m a nce  Ev a lua tion o M a x i m u m   P o w e r P o int  Tra ck ing   Alg o rit h m in A   Photo v o ltaic Sy ste m       H a s s a n Abo uo ba ida 1 E L   B eid Sa id 2   1, 2 L a b o ra to ry   o f   En g in e e rin g   S c ien c e s f o En e rg y .   Na ti o n a S c h o o l   o f   A p p li e d   S c ien c e   El   Ja d id a .   C h o u a ib - D o u k k a li   Un i v e rsit y ,     M o ro c c o     Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep t 2 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Oct   30 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   No v   2 2 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e a d d re ss e a   p e rf o r m a n c e   e v a lu a ti o n   o f   m a x i m u m   p o w e p o in t   trac k in g   tec h n iq u e (M P P T in   a   p h o t o v o lt a ic  sy ste m .   T h is  re s e a rc h   w o rk   f in d it a p p li c a ti o n i n   p h o t o v o lt a ic  s y ste m p ro d u c i n g   e lec tri c   p o w e w it h   a   b e tt e e n e rg y   e ff icie n c y ,   w h ich   will   lea d   to   a n   im p ro v e d   re latio n sh i p   b e tw e e n   th e   c o s a n d   th e   a m o u n o f   th e   p ro d u c e d   p o w e r.   T h e   i m p o rtan c e   o f   th is  w o rk   re sid e o n   th e   o n e   h a n d   in   t h e   e v a lu a ti o n   o f   th e   p e rf o r m a n c e s   o th e   d iff e re n t   M P P T a c c o rd in g   to   t h re e   c rit e ria  in ste a d   o f   o n e   o tw o   c rit e ria  in   o t h e w o rk s   o f   th e   li tera tu re   a n d   o n   th e   o th e h a n d   in   th e   stu d y   o F o u a lg o rit h m in   o n e   p a p e a n d   th e ir  c o m p a ris o n s.   T h is  p a p e r   d isc u ss e th e   p e rf o r m a n c e   e v a lu a ti o n   o f   th e   M P P T   a lg o rit h m c a ll e d   P & O,  In c - C o n d ,   Hil l - Cli m b in g   a n d   F u z z y   a lg o rit h m b a se d   si m u latio n   re su lt s   a n d   p ra c ti c a v a li d a ti o n .   T h e   p e rf o r m a n c e o f   th e se   a lg o rit h m a re   e v a lu a ted   a c c o rd in g   to   th e   f o ll o w in g   c rit e ria:   T h e   re sp o n se   ti m e ,   th e   a m p li tu d e   o f   th e   o sc il lati o n a ro u n d   t h e   o p ti m al   p o i n a n d   th e   a c c u ra c y .   Th e   o b jec ti v e in   t h is  a rti c le  a re   su m m a rize d   in   t h e   f o ll o w in g   p o in ts:  (a m o d e li n g   th e   p h o to v o lt a ic  sy ste m s,  (b p re se n ti n g   a n d   d e taili n g   e a c h   M P P T   a lg o rit h m   (c p re s s e n ti n g   a n d   d isc u ss in g   th e   sim u latio n   re su lt in   M a tl a b /S im u li n k   a n d   p ra c ti c a v a li d a ti o n   (d )   e v a lu a ti n g   th e   p e rf o rm a n c e   o f   e a c h   a lg o r it h m .   T h is  p a p e is  c o m p lete d   b y   a   s u m m a r y   o n   th e   a re a s o f   u se   f o e a c h   a lg o rit h m   a n d   c o n c lu sio n s.   K ey w o r d :   Fu zz y   Hill - c li m b i n g   I n c - co n d   MP PT   P & O   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Hass a n   A b o u o b aid a,     L ab o r ato r y   o f   E n g in ee r i n g   Sci en ce s   f o r   E n er g y .   E l J ad id a   C h o u aib - Do u k k ali   U n i v er s it y   Natio n al  Sc h o o l o f   A p p lied   Scien ce s   R o u te  d ' az ze m o u r ,   Natio n ale  N°1 .   E lh ao u zia   B P   : 1 1 6 6   E l J a d id a   2 4 0 0 2     Mo r o cc o     E m ail:  h as s an ab o u o b aid a@ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   A ct u all y ,   th p r o d u ctio n   o f   elec tr ic  p o w er   f r o m   r en e w ab le  en er g y   i s   a m o n g   t h m o s r ec o m m e n d ed   s o lu tio n s   n o n - p o llu ti n g   en er g y   s o u r ce .   T h ese  s o lu tio n s   h a v m a n y   ad v an tag e s .   On   t h e   o n h an d ,   th e s e   s o u r ce s   a llo w   t h p r eser v a tio n   o f   t h e n v ir o n m en t,   as  th e y   ar ec o - f r ien d l y .   O n   t h e   o th er   h an d ,   th e   u s o f   th ese  s o u r ce s   is   r elate d   to   th p r o d u ctio n   co m p eti n g   w i th   f o s s il  s o u r ce s .   Fo r   th p r o d u ctio n   o f   elec tr ic  p o w er   f r o m   r en e w ab le  r eso u r ce s ,   r ec o u r s to   s o u r ce s   f o r   b asic  p h o to v o ltaic  en er g y   is   e s s e n tial,  h o w e v er ,   th p o w er   s u p p lied   b y   s o lar   p an el  is   r elate d   to   th r ee   p ar am eter s i r r ad iatio n ,   te m p er atu r an d   t h lo ad .   h en ce ,   P s y s te m s   s u f f er   f r o m   r elat i v el y   lo w   co n v er s io n   ef ficie n c y .   T o   m a x i m ize  th o u tp u p o w er   o f   P ar r ay   an d   to   co n tin u o u s l y   tr ac k   t h m a x i m u m   p o w er   p o in t ( MP P ) ,   s ev er al  MP PT   alg o r ith m s   ar p r o p o s ed   in   t h liter at u r e;   C o m p ar in g   t h p er f o r m an ce   o f   th e s tech n iq u e s   s ee m s   v er y   in ter e s ti n g   s p o to   d eter m in e   w h ich   o n i s   m o s t   s u itab le  a n d   e f f ic ien t   f o r   g iv en   P s y s te m .   N u m er o u s   w o r k s   h av ad d r ess ed   t h co m p ar i s o n   o f   MP PT  alg o r ith m s .   I n   s o m p ap er s ,   t h is   co m p ar is o n   is   g e n er all y   li m ited   to   th eo r etica s tu d y   an d   lack s   o f   p r ac tical   i m p le m en ta tio n   [ 1 ] - [ 2 ] .   Oth er   ar ticles  h av co m p ar ed   d if f e r en MP PT   b y   ch o o s i n g   f e w   cr iter ia  r elate d   to   th alg o r it h m s   p e r f o r m a n ce   r e g ar d less   t h r esp o n s ti m o r   th co n v er g e n ce   r ate  o f   MP PT .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P r a ctica l P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f Ma ximu P o w e r   P o in t   Tr a ck in g   A lg o r ith ms…. ( Ha s s a n   A b o u o b a id a )   1745   In   th i s   p ap er ,   w s t u d y   t h p er f o r m an ce   e v al u atio n   o f   s o m MP PT   alg o r ith m s .   T h ev alu a tio n   i s   b ased   o n   cr iter ia  r elate d   to   r esp o n s ti m e,   ac cu r ac y ,   o s cillatio n   ar o u n d   MP P   an d   Si m p lici t y   o f   i m p le m en ta tio n .   T h r o u g h o u t   t h is   w o r k ,   ea ch   al g o r ith m   i s   p r esen ted   a n d   ex p lai n ed   an d   t h eo r etica l v alid atio n   is   estab lis h ed   in   Ma tlab / Si m u lin k .   T h ex p er i m e n tal  v alid atio n   o f   t h p r o p o s ed   alg o r ith m s   w i th   a   p er f o r m a n ce s   co m p ar i s o n   ar g iv e n   at  t h en d   o f   t h is   p ap er .   T h is   ass es s m e n w i ll  b b en e ficial  to   r esear ch er s   an d   p r ac titi o n er s   i n   P s y s te m s   g i v en   th at  it  ca n   s er v a s   s u itab le  r e f er en ce   f o r   s elec tio n ,   u n d er s tan d i n g   d if f er e n w a y s   an d   m ea n s   o f   MP PT .   T h r est  o f   th e   p ap er   is   o r g a n ized   as  f o llo w s .   W h ile  s ec tio n   2   d ea ls   m ai n l y   w i th   t h m o d elin g   o f   t h s t u d ied   p h o to v o ltaic  s y s te m ,   p r esen tatio n   o f   ea c h   alg o r ith m   is   d etailed   in   Sectio n   3 .   Si m u latio n   r es u lts   ar p r esen ted   w it h   co m m e n t s   in   Sectio n   4 .   Sectio n   5   i s   d ev o ted   to   p r ac tical  v alid atio n   a n d   r esu lt s   w i th   a p p licatio n   ar ea s   o f   ea ch   MPPT   alg o r ith m .   Sectio n   6   p r esen ts   t h co n clu s io n s   d r a w n   f r o m   t h is   s tu d y .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h e   p o w er   cir cu i co n s is ts   o f   P ar r a y   m o d u le,   d c - to - d b o o s co n v er ter   a n d   lo ad   as   s h o w n   i n   Fig u r 1 .   T h b o o s ch o p p er   is   th e   c ir cu it  th at  ad j u s t s   t h p o w er   ex tr ac ted   i n   th p o w er   d e m an d ed   b y   t h lo ad .   I t a llo w s   o p er atio n   at  m a x i m u m   p o w er   o f   p h o to v o ltaic  p an el   [ 3 ] - [ 4 ] .         Fig u r e   1 .   P h o to v o ltaic  p o w er   cir cu it       2 . 1 .     P m o del   T h e   eq u iv ale n m o d el  o f   s o lar   p an el  co n s is t s   o f   cu r r en s o u r ce   t h at  d ep en d s   o n   th s o lar   ir r ad iatio n   in   p ar allel  w it h   d io d an d   t w o   r esis to r s ,   th f ir s in   t h s er ies  an d   t h s ec o n d   is   p ar allel  w h ic h   r ep r esen t th i n ter n al  j o u le  lo s s es   [ 5 ] - [ 7 ] .   T h eq u iv ale n t - cir cu it  m o d el  o f   P is   ill u s tr ated   in   Fi g u r 2 .         Fig u r 2 .   E q u iv ale n m o d el  o f   th P p an el       Usi n g   t h eq u i v ale n m o d el  o f   th P p an el  ( F i g u r 2 ,   th e   p h o to v o ltaic  cu r r en i s   ex p r e s s ed   as  f u n ctio n   o f   t h v o lta g b y   t h f o llo w in g   r elatio n :      =    (  +  . . 1 )    +      ( 1 )     W h er I p h   i s   t h P o u tp u cu r r en ( A ) ,   Up v   i s   t h P o u tp u t   v o lta g ( V) ,   q   is   th e   ch ar g o f   a n   elec tr o n ,   k   is   B o ltz m a n n s   co n s tan t   i n   J /K,   is   t h p n   j u n c tio n   id ea lit y   f ac to r ,   T   is   th e   ce ll  te m p er at u r ( K) ,   an d   I s at  is   t h r ev er s s at u r ati o n   cu r r en t.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 4 4     1 7 5 5   1746   3 . 1 .     B O O ST   m o del   T h d y n a m ics  m o d el  o f   th a d a p tatio n   cir cu it  i llu s tr ated   i n   F ig u r 3   is   ex p r ess ed   b y   t h e   f o llo w i n g   eq u atio n s :       = ( 1 ) .     ( 2 )   . ̇ + . =  ( 1 ) .   ( 3 )     W h er a n d   I L   r ep r esen ts   th e   s to r ag i n d u cta n ce   a n d   t h c u r r en ac r o s s   it,  U s   i s   t h o u t p u v o lta g e   an d   u   is   th co n tr o l si g n al.           Fig u r e   3 .   P h o to v o ltaic  s y s te m       T h m in i m u m   i n d u cta n ce   is   c alcu lated   f r o m   t h m a x i m u m   p er m i s s ib le  r ip p le  o f   t h c u r r en I L .   I is   ex p r ess ed   b y   th f o llo w i n g   r el atio n :     =    . . _    ( 4 )     W h er Up v   i s   i n p u v o lta g e,   is   d u t y   c y cle,   f s   i s   s w itc h in g   f r eq u e n c y   o f   th e   co n v er ter   an d   L   is   a   s elec ted   i n d u cto r   v a lu e.   T h m i n i m u m   ca p ac ito r   i s   ca lc u la ted   f r o m   th e   m a x i m u m   p er m i s s ib le  r ip p le  o f   th e   o u tp u t v o lta g e.   I t is e x p r ess ed   b y   t h f o llo w in g   r elatio n :     =   . . _    ( 5 )       3.   P RO B L E M   O VE RVIE W   A s   ill u s tr ated   in   F ig u r e   4 ,   th p o w er   ch ar ac ter is tic  o f   p h o t o v o ltaic  m o d u le  s h o w s   t h at  t h p o w er   i s   m ax i m u m   ac co r d in g   to   v alu e   o f   ir r ad iatio n   o r   tem p er at u r at  d eter m i n ed   p o in o f   t h cu r v e.   C al led   MP P   ( m ax i m u m   p o w er   p o in t) ,   th i s   p o in is   ch ar ac ter ized   b y   a n   ex tr ac tio n   o f   th m a x i m u m   p o w er   o f   th P m o d u le  is   s i n g le  p o in o f   th p o w er   c u r v e.   T o   o p er ate   th p h o to v o ltaic  g en er ato r   at  th is   p o i n t,  it  is   n ec es s ar y   to   u s an   al g o r ith m   ca lled   MPPT   ( m ax i m u m   p o wer   p o in tr ac k in g )   w h o s f u n ct io n   is   to   co llect  th v ar iatio n s   in   cu r r en an d   v o lt ag to   d eter m i n th MP P .   T h en ,   t h co n tr o u n it  p r o d u ce s   th ad eq u ate  d u t y   c y cle  to   th p o w er   co n v er ter   t o   o p er ate  th P m o d u le  at  th MP P.  T h is   p r o ce s s   co n tin u e s   to   s ea r ch   th MP P   s in ce   th e   w ea t h er   ca n   c h a n g e .   W h ich   i m p lie s   t h at  t h o p ti m al  p o in m o v es   w h e n e v er   t h er is   a   ch a n g i n   te m p er atu r o r   ir r ad iatio n .       Fig u r e . 4 . P o w er   cu r v o f   P p an el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P r a ctica l P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f Ma ximu P o w e r   P o in t   Tr a ck in g   A lg o r ith ms…. ( Ha s s a n   A b o u o b a id a )   1747   4.   M AXI M U M   P O WE P O I NT   T RA CK I N G   ( M P P T )   AL G O RI T H M S   T o   d ete r m i n th m a x i m u m   p o w er   p o in t,  s e v er al  al g o r it h m s   ar d is c u s s ed   i n   th e   liter atu r e.   T h is   p ap er   s tu d y   is   li m ited   to   P & O ,   I n c - C o n d ,   f u zz y   a n d   Hill - cli m b in g   MP P T   alg o r ith m s .     4 . 1 .     H ill cli m bin g   T h p r in cip le   o f   th alg o r ith m   ca lled   Hill  c li m b i n g   i s   ill u s tr ated   in   Fig u r e   5 .   T h is   alg o r ith m   is   b ased   o n   th co n ti n u o u s - m ea s u r in g   v ar iatio n s   in   th p o w er   o f   th P m o d u le  an d   in cr ea s o r   d ec r ea s th d u t y   r atio   ac co r d in g   to   t h is   c h a n g e.   I f   t h p o w er   c h a n g e   is   p o s it i v e,   w h ich   i m p l ies  t h at  t h o p t i m u m   p o in i s   r i g h t   w o r k i n g   p o in t.  I n   t h is   ca s e,   t h co n tr o u n i ad j u s t s   t h d u t y   c y cle   to   i n cr ea s th e   v o lta g o f   t h p h o to v o ltaic   m o d u le.   I f   th ch a n g in   p o w er   is   n e g ati v e,   w h ic h   i m p li es  th at  th o p ti m u m   p o i n is   to   th lef o f   th e   o p er atin g   p o in t.  I n   th is   ca s e,   th co n tr o ad j u s ts   th d u t y   c y cle  to   d ec r ea s th v o ltag o f   th p h o to v o ltaic   m o d u le.   W h e n   t h s y s te m   f in d s   t h o p ti m al  p o i n t,  it  o s cillates  ar o u n d   t h at  p o in t.  T o   m in i m ize  t h e s e   o s cillatio n s ,   th co n tr o u n it  m u s u s v ar iab le  s tep   to   ad j u s t th d u t y   c y cle   [ 8 ] - [ 9 ] .           Fig u r e   5 .   T h f lo w c h ar t o f   h i ll   cli m b in g   al g o r ith m       4 . 2   P &O   ( pert urb a nd   o bs e rv )   T h e   p r in cip le  o f   th e   P & O   alg o r ith m   is   ill u s tr ated   in   Fi g u r e   6 .   T h is   MP PT   alg o r ith m   i s   b a s ed   o n   t h e   co n tin u o u s - m ea s u r i n g   v ar iatio n s   i n   t h p o w er   an d   v o ltag o f   th P m o d u le.   I f   t h p o w er   ch an g is   p o s it iv e   an d   t h v o ltag e   ch a n g i s   p o s itiv e   w h ich   i m p l ies  t h at   t h o p ti m al  p o in i s   r i g h t   o f   th e   o p er atin g   p o in t.  T h e n   th r e f er en ce   v o lta g i s   ad j u s t ed   to   co in cid w it h   t h o p ti m u m   p o in t.  I f   t h p o w er   c h an g e   is   n e g ati v a n d   th e   v o ltag c h a n g e   is   p o s it iv w h i ch   i m p lies   t h at  th o p ti m al  p o in i s   le f o f   th e   o p er atin g   p o i n t.  I n   th i s   ca s e,   t h e   r ef er en ce   v o ltag is   ad j u s ted   t o   th o p ti m u m   p o in t.  O n c th r e f er en ce   v o ltag th at  co r r esp o n d s   to   th e   o p tim a p o in is   f o u n d ,   t h co n tr o u n it  r e g u lates   th e   P v o ltag b y   ad j u s ti n g   th e   d u t y   c y cle.   T h is   p r o ce s s   is   r ep ea ted   co n tin u o u s l y   ac co r d in g   to   te m p er at u r o r   r ad iatio n   ch an g w h ic h   h a s   r ep er cu s s i o n s   o n   th p o s itio n   o f   th MP P .   W h en   th MP P T   alg o r ith m   f i n d s   t h o p ti m al   p o in t,  it  o s cillate s   ar o u n d   it.   T o   m in i m ize  th e s e   o s cillatio n s ,   It   is   n ec e s s ar y   to   u s v ar iab le  s tep   s ize  to   ad j u s t th v o ltag r e f er en ce   [ 10 ] - [ 11 ].     4 . 3   I ncre m ent a l c o nd uct a n ce     T h MP PT   alg o r ith m   ca lled   I n c - C o n d   i s   b ased   o n   th ca lcu latio n   o f   th e   co n d u cta n ce   t h at  is   d ef i n ed   b y   t h cu r r en c h an g d iv id ed   b y   th v o ltag ch a n g e.   I f   th co n d u ctan ce   i s   g r ea ter   th a n   th r atio   ( - I p v   Up v )   i m p lies   th at  th o p ti m al  p o in t   is   to   th lef t   o f   t h o p er atin g   p o in o th er w is th o p ti m al  p o in is   to   t h r ig h t.   W h en   t h co n d u cta n ce   a n d   th ter m   ( - I p v   Up v )   ar eq u al,   th s y s te m   o p er ates  at  th e   o p tim a p o in t.  T h e   co n tr o m u s m ai n tai n   th is   o p er atio n   u n til  th d etec tio n   o f   ch a n g i n   cli m atic  c o n d itio n s .   F ig u r 7   s u m m ar izes t h p r in cip le  o f   t h   I n c - C o n d   MP PT   alg o r ith m   [ 1 2 ] - [1 3 ].     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 4 4     1 7 5 5   1748     Fig u r e   6 .   T h f lo w c h ar t o f   P & alg o r ith m         Fi g u r e.   7 .   T h f lo w ch ar o f   I n c - c o n d   alg o r it h m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P r a ctica l P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f Ma ximu P o w e r   P o in t   Tr a ck in g   A lg o r ith ms…. ( Ha s s a n   A b o u o b a id a )   1749   4 . 4   F uzzy   lo g ic  M P P T   T h is   MP PT   alg o r ith m   i s   b as ed   o n   th F u zz y   lo g ical  t h eo r y .   T h F u zz y   MP PT   co n s is t s   o f   t h r ee   in ter n a s tep s f u zz if ica tio n ,   i n f er e n ce   an d   d if u zz i f icatio n .   T h in p u v ar iab les  ar t h er r o r   an d   th er r o r   ch an g e.   T h ese  v ar iab les  ar d ef in ed   ac co r d in g   to   th e   eq u atio n   3   an d   eq u at io n   4   r esp e ctiv el y .   T h in p u v ar iab les ar co n v er ted   i n   th f u zz if ica tio n   s tag o f   d ig ital  f o r m   to   lan g u ag f o r m .   A   m e m b er s h ip   f u n ctio n   is   s et  u p   to   p er f o r m   th f u zz if icatio n   o f   th i n p u ts .   T h Fu zz y   co n tr o ller   d eter m i n es  f r o m   r u le  t ab le  w h at   ad j u s t m e n s h o u ld   b d o n o n   th e   d u t y   c y cle.   T h o u tp u t   o f   Fu zz y - MP PT   is   th e   d u t y   c h a n g d α   v ar iab le  t h at  r ep r esen ts   th c h an g n ee d   t o   p er f o r m   o n   th d u t y   c y c le  [ 1 4 ] - [1 5] .   E q u atio n s   3   an d   4   d escr ib th in p u t   v ar iab les  o f   th f u zz y   MP P T .   Fig u r 8   s h o w s   h o w   to   ch o o s m e m b er s h ip   f u n ctio n s   in   f u zz y   MP PT  alg o r ith m .     ( ) ( 1 ) () ( ) ( 1 ) p v p v p v p v p n p n en u n u n     ( 3 )   ( ) ( ) ( 1 ) d e n e n e n   ( 4 )       Fig u r 8 .   T h m e m b er s h ip   f u n ctio n s       5.   SI M UL AT I O N   R E S UL T S   T h m o d el  o f   p h o to v o ltaic  m o d u le,   p o w er   b o o s co n v er t er   m o d el  an d   th MP P T   alg o r ith m   ar i m p le m en ted   in   Ma tlab / Si m u l in k .   I n   t h is   s t u d y ,   t h P p an el  p r o v id a   m a x i m u m   p o w er   o f   1   KW .   T h P V   m o d u le  i s   b ased   o n   R SM - 6 0   th at  d eli v er   m a x i m u m   p o wer   o f   6 0   W atts .   T h s p ec if ica tio n   o f   t h co n tr o l   p ar am eter s   an d   th m a in   c h ar ac ter is tics   o f   th P m o d u le  ar s u m m ar ized   in   T ab l 1   an d   T a b le  2   r esp ec tiv el y .   Ou r   g o al  i s   to   ev alu ate  t h p er f o r m a n ce   o f   t h MP PT   alg o r ith m s .   I n   t h is   co n tex t,  th P p o w er   s y s te m   i s   s u b j ec to   an   ec h elo n   o f   s o lar   ir r ad iatio n .   T h ev alu atio n   i s   b ased   o n   th r esp o n s ti m e,   ac cu r ac y   an d   th o s cilla tio n s   ar o u n d   th o p tim a p o in t.  I n   th s i m u la tio n   test ,   t h te m p er at u r is   k ep eq u al  to   2 5   °C .   Fig u r 9   s h o w s   s i m u lat io n   r e s u lts   i n   r esp o n s to   s tep   c h an g o f   ir r ad iatio n   o f   5 0 0   to   1 0 0 0 W /m 2   as   s h o w n   i n   F ig u r 9 . a   Fig u r 9 . b   illu s tr ates  th r esp o n s o f   th p h o to v o ltaic  s y s te m   in   ca s o f   th P & al g o r ith m .   I s ee n   th at  t h P v o ltag r ea c h es  th o p ti m u m   p o in a f ter   0 . 2   s ec o n d .   On ce   t h o p ti m u m   p o in is   f o u n d ,   th e   alg o r ith m   p er f o r m s   o s cil latio n s   ar o u n d   th MP P   w h o s a m p litu d d o es  n o ex ce ed   1   v o lt.  W h en   ap p l y i n g   o f   th e   ir r ad iati o n   s tep   ch a n g e,   th MP PT  alg o r ith m   f i n d s   t h n e w   o p ti m al  p o in t a f ter   0 . 0 0 1   s ec o n d   an d   co n tin u e s   to   o s cillate  ar o u n d   t h i s   p o in t.   Oth er   alg o r it h m s   ar v a lid at ed   u n d er   t h e   s a m co n d itio n s   m e n tio n ed   ab o v e.   Fig u r e   9 . c,   Fig u r 9 . d   an d   Fig u r 9 . s h o w   th r esp o n s o f   th P s y s te m   in   ca s o f   Hill - c li m b i n g ,   F u zz y   a n d   I n c - C o n d   MP PT .       T ab le   1 C o n tr o P a r am eter s   U s ed   in   th Si m u la tio n       T ab le  2 .   Ma in   C h ar ac ter is tic s   o f   th P P an el   P a r a me t e r s   V a l u e   U n i t       M a x i m u m   p o w e r   P max   60W   R L   10         M a x i m u m   p o w e r   V max   16V   c 1   2   μF       O u t p u t   v o l t a g e   a t   P m a x   V oc   2 1 . 5 V   c 2   4 7 0 0   μF       O p e n - c i r c u i t     v o l t a g e   I cc   3 . 8 A   L   0 . 0 0 2   H       S h o r t   c i r c u i t   P max   60W       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 4 4     1 7 5 5   1750       ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     ( e)   Fig u r 9 .   ( a)   Step   ir r a d ian ce ,   ( b )   Fu zz y ,   ( c)   Hill C li m b i n g ,   ( d )   P & O,   ( e)   I n cCo n d       T h ev alu atio n   o f   t h p er f o r m an ce s   o f   th s tu d ied   MP PT   al g o r ith m s   is   p er f o r m ed   in   ca s e   o f   h ig h   an d   lo w   ir r ad iatio n .   T h cr iter ia  ar th r esp o n s ti m e,   ac cu r ac y   an d   t h a m p litu d o f   t h e   o s cillatio n   ar o u n d   th o p ti m u m   p o i n t.  I n   t h e   ca s o f   h ig h   ir r ad iatio n   ( Fi g u r 1 0 ,   Fig u r 1 1   a n d   Fi g u r 1 2 ) ,   th o s cil latio n s   ar o u n d   t h MP P   in   t h F u zz y   a n d   I n c - C o n d   MP PT   ar s m all  co m p ar ed   to   P & a n d   Hill - c li m b i n g   MP P T   w h ile  t h r esp o n s ti m o f   P & O,   I n c - C o n d   an d   Hill - C li m b in g   MP PT   is     b etter   t h an   F u zz y   MP P T .   A cc o r d in g   to   Fi g u r 1 2 ,   th e r r o r   f r o m   t h th eo r etica v al u e   in   I n c - C o n d   al g o r ith m   is   i m p o r tan co m p ar ed   to   th o th er s   al g o r ith m s .   I n   t h c ase  o f   lo w   ir r ad iatio n   ( Fig u r e1 3 ,   Fig u r 1 4   an d   Fig u r 1 5 )   th s a m r e m ar k s   ar e   r ec o r d e d .           Fig u r 1 0   .   C o m p ar ati v g r ap h   o f   t i m r esp o n s ( m S)   Fig u r e   11   .   C o m p ar ati v g r ap h   o f   ac cu r ac y   ( m V)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P r a ctica l P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f Ma ximu P o w e r   P o in t   Tr a ck in g   A lg o r ith ms…. ( Ha s s a n   A b o u o b a id a )   1751       Fig u r e   12   .   C o m p ar ati v g r ap h   o f   r ip p le  ( m V)   Fig u r 1 3   .   C o m p ar ati v g r ap h   o f   t i m r esp o n s ( m S)             Fig u r e   14   .   C o m p ar ati v g r ap h   o f   ac cu r ac y   ( m V)   Fig u r e   15   .   C o m p ar ati v g r ap h   o f   r ip p le  ( m V)             ( a)   ( b )       ( c)   ( d )   Fig u r 1 6 .   P r ac tical  im p le m e n tatio n ,   ( a)   B o o s t c o n tr o l a cr o s s   L ab j ac k   U1 2   C ar d ,   ( b )   B o o s t c o n v er ter   ca r d ,      ( c)   PW C ar d ,   ( d )   R SM - 6 0   PV P an el           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 4 4     1 7 5 5   1752   6.   P RACTI CAL   V AL I DA T I O N   T h ev al u atio n   in   t h s i m u l atio n   p h a s r e m ai n s   in s u f f ic ien b ec a u s e   t h s i m u lat io n   s tu d y   ar e   p er f o r m ed   b ased   o n   m a n y   s i m p li f icatio n s   i n   th m o d el  an d   s ev er al  p ar a m eter s   ar o v er lo o k ed .   I n clu d f o r   ex a m p le,   t h ti m o f   ac q u i s iti o n   o f   c u r r en a n d   v o lta g s e n s o r s ,   th in ter n a r es is to r   o f   t h e   co il,  th s w i tch in g   ti m o f   t h MO SF E T   an d   t h e   ac q u is it io n   t i m e   o f   t h co m m an d   ca r d .   T o   d ev elo p   p er f o r m a n ce   e v al u atio n   w it h   b etter   p r ec is io n ,   th e   b o o s ch o p p er   an d   th cu r r en an d   v o ltag s en s o r s   o f   P p an el  ar e   ex p er i m e n tall y   r ea li ze d .   T h MP PT   alg o r ith m s   ar i m p le m en ted   in   Ma tlab Si m u li n k .   T h F i g u r 1 6   s h o w s   th d iag r a m   o f   t h p r ac tical  v a lid atio n .   A   L ab j ac k - U1 2   ca r d   is   u s ed   as a n   i n ter f ac f o r   t h ac q u is itio n   t h r o u g h   th an alo g   to   d ig ital  co n v er s i o n   o f   P cu r r en an d   v o ltag e.   T h is   ca r d   is   ch ar ac ter ized   b y   1 2 - b it  r eso lu tio n   an d   p o s s ib ilit y   o f   co n v er s io n   o f   8   an alo g   ch a n n e ls .   T o   m ea s u r th P cu r r en an d   v o ltag e,   th AC S7 1 2   an d   I SO - 1 2 4   ar u s ed .   T o   m o d u late  t h d u t y   c y cle   P W ca r d   is   r ea l ized .   T h f r eq u en c y   o f   t h e   P W co n tr o is   s et  to   2 0 KH Z   an d   th s tep   s ize  is   eq u al  to   0 . 0 1 .   T o   en s u r d ec o u p ag f u n c tio n   in   th s w itc h i n g   p o w er   co n v er ter ,   t h I R F2 5 0   MO SF E T   is   u s ed .   T h p o w er   s w itc h   is   c h ar ac ter ized   b y   m ax i m u m   c u r r en o f   3 0 Am p s   an d   s u p p o r ts   v o ltag eq u al   to   2 0 0   Vo lts .   T h MP PT   alg o r ith m s   ar i m p le m e n ted   i n   Ma tlab /Si m u l in k .   Go o d   k n o wled g o f   o p ti m u m   p o i n r eq u ir es  k n o w led g o f   t h p an el  p o w er   cu r v e.   T h f ir s t   s tep   is   to   id en ti f y   t h p o w er   c u r v o f   t h p h o to v o ltaic  p a n el .   Fig u r e   17 - 1 9   s h o w   t h p o w e r   cu r v e s   p lo tted   f o r   v ar io u s   ir r ad iatio n s .   I n   ter m s   o f   p r ac tical  test s ,   t h m ea s u r e d   tem p er at u r is   al m o s t c o n s ta n t e q u al  to   3 0   °C .           Fig u r e   1 7 .   P r ac tical  id en tif icat io n   o f   th p o w er   cu r v a n d   th e   cu r r en t - v o lta g ch ar ac ter i s tic   o f   th P m o d u le  i n   cli m atic  c o n d itio n s   (   7 0 0 W / m 2   a n d   T   3 0 °C   )           Fig u r e   1 8   P r ac tical  id en tif icati o n   o f   th p o w er   cu r v a n d   th cu r r en t - v o lta g   ch ar ac ter i s tic   o f   th P V   m o d u le  i n   cli m atic  c o n d itio n s   (   6 5 0 W /m 2   a n d   T   3 1 ° C   )           Fig u r e   1 9 .   P r ac tical  id en tif icat io n   o f   th p o w er   cu r v a n d   th e   cu r r en t - v o lta g ch ar ac ter i s tic   o f   th P m o d u le  i n   cli m atic  c o n d itio n s   (   4 6 0 W /m 2   a n d   T   3 0 °C   )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P r a ctica l P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f Ma ximu P o w e r   P o in t   Tr a ck in g   A lg o r ith ms…. ( Ha s s a n   A b o u o b a id a )   1753   P r ac tical  v alid atio n   i s   co n d u c ted   at  th r ee   le v els  o f   s o lar   ir r ad iatio n .   A cc o r d in g   to   t h p o w er   c u r v e   illu s tr ated   in   Fi g u r e   17 - 1 9 ,   th m a x i m u m   p o w er   p o in t   ( MP P )   is   s tr o n g l y   d ep en d en o n   t h ir r ad iatio n   le v el   an d   m o v es   w it h   ea c h   c h a n g e   o f   t h l ig h t   in te n s it y .   A th e   ti m o f   p r ac tical  v alid atio n   o f   P & alg o r it h m ,   s o lar   ir r ad iatio n   w a s   ab o u 7 0 0 W / m 2   an d   te m p er at u r is   3 0   °C .   Fig u r 2 0 - 2 3   s h o w s   t h p o w er   o f   P m o d u le,   t h e   P v o ltag a n d   th lo ad   v o ltag ac co r d in g   to   th t i m e   ch an g e.   I n   t h p r ev io u s l y   m en tio n ed   w ea t h er   co n d itio n s ,   it  f i n d s   th at  t h a v er ag P p o w er   is   4 4   w a tts   a n d   th P v o ltag p er f o r m s   o s cillatio n   ar o u n d   1 3   Vo lts .   T h a m p li tu d o f   t h o s cillatio n s   is   2   v o lt s .   I t c a n   b n o ticed   th at  t h P v o lta g r ea ch es  th e   MP P   af ter   2   s ec o n d s   ac co r d in g   to   F ig u r 2 0 . b .   B ased   o n   th p o w er   cu r v g iv e n   in   Fi g u r 1 7 ,   th o p tim al  p o in is   ch ar ac ter ized   b y   a   v o lta g o f   1 3   v o lts   a n d   p o w er   o f   4 4   W atts ,   w h ic h   co in cid es   w it h   t h id en ti f icatio n   p o w e r   cu r v u n d er   t h s a m test   co n d itio n s .   He n ce ,   it  ca n   b co n cl u d ed   th at  t h o p ti m al  p o in is   f o u n d   an d   t h P & O   alg o r ith m   is   v alid ated .   T h n ex s tep   is   to   v alid ate  th Hil l - C li m b i n g   a lg o r it h m .   A cc o r d in g   to   F ig u r 2 1 ,   th e   m ea s u r ed   ir r ad iatio n   is   eq u al  to   6 0 0   W at ts / m 2 .   T h m ea s u r ed   v o ltag i s   1 5   Vo lts   an d   th av er ag p o w er   is   eq u al  to   3 7 . 5   W atts .   I is   f o u n d   t h at  t h P v o ltag r ea c h es  t h o p ti m al  v alu in   le s s   t h a n   1   s e co n d   a n d   o s cillates  ar o u n d   th MP P   w i th   a n   a v er ag e   a m p litu d o f   0 . 5   Vo lt.  T h ese  r es u lts   s h o w   t h at  t h Hi ll - c li m b i n g   alg o r it h m   tr ac k s   th MP P .   I n   t h f o llo w in g   test ,   t h F u zz y   MP P T   alg o r ith m   i s   v alid ated .   T h cli m atic  co n d itio n s   ar e   ch ar ac ter ized   b y   s u d d e n   tr an s it io n   o f   t h ir r ad iatio n   f r o m   6 0 0 W atts /m 2   to   6 8 0 W att/ m 2 .   T h s tep   ch an g i s   ch allen g w h ic h   s h o w s   th ab ilit y   o f   th MP P T   alg o r ith m   to   tr ac k   th MP P .   A cc o r d i n g   to   F ig u r 2 2 ,   it  is   f o u n d   th a t h m ea s u r ed   v al u e   o f   t h v o lta g i s   eq u al   to   1 5 . 2   Vo lts   an d   t h p o w er   v al u i s   eq u al  to   3 6   W atts   an d   p ass es to   4 2 W atts   at  ti m t=1 1 5   Seco n d s .     B ased   o n   Fig u r 2 2 ,   th P v o ltag r ea ch es t h d esire d   v al u af ter   1 0   Seco n d s .   I t c an   b n o ticed   th at   th F u zz y   MP P T   alg o r ith m   is   ab le  to   f in d   q u ick l y   t h n e w   o p ti m al  p o in i n   5   s ec o n d s .   W h en   th s y s te m   f i n d s   th MP P   it  r e m ai n s   t h er an d   o s cillates  ar o u n d   t h MP P   w ith   an   a m p lit u d o f   0 . 5   Vo lt.   T h p r ac tical  v alid atio n   r es u lts   o f   t h I n c - C o n d   MPP T   alg o r ith m   ar illu s tr ated   in   F ig u r 2 3 .   T h P s y s te m   is   ex p o s ed   to   ir r ad i atio n   ch a n g e   f r o m   6 0 0   W atts / m 2   to   9 0 0   W atts / m 2 .   A t   th e   MP P ,   th P v o ltag e   r ea ch es   th e   co r r esp o n d in g   v a lu o f   1 4   Vo lts   in   1   Seco n d .   T h r esu lts   g iv en   b y   F i g u r 2 3   d em o n s tr ate   th at  t h I n c - C o n d   MP PT   is   ab le  t o   f in d   th o p ti m u m   p o in t.   L o g ica ll y ,   t h p r ac tical  r esu lt s   d o   n o allo w   to   j u d g w h ic h   o f   th e s ap p r o ac h es  is   th b est.  E ac h   MP PT   alg o r ith m   h a s   d if f er en p er f o r m a n ce   t h a n   th o t h er   o n e.   I w as  f o u n d   th a th c o n v e n tio n al  MP P T   ( P & an d   H ill - cli m b in g )   ar ef f icie n to   s ea r ch   t h MP P   ev en   in   t h p r esen ce   o f   t h m o s t   i m p o r tan o s cillatio n s   th a n   t h o th er s   M P PT  alg o r ith m s .   I f   t h o s cilla tio n s   ar d is ad v a n tag e s ,   th P & an d   I n c - C o n d   alg o r ith m s   ar ea s y   an d   s i m p l to   im p le m e n p r ac ticall y .   I i s   i m p o r tan to   n o te  t h at  th r es p o n s ti m a n d   th e   o s cillatio n s   o f   th e   P & a n d   I n c - C o n d   al g o r ith m s   ar g r ea t er   th an   t h o th er s   MP PT   alg o r ith m s .   T h er is   co m p r o m is b et w ee n   r esp o n s ti m a n d   th o s cillatio n s   ar o u n d   t h MP P .     T h MP PT   alg o r ith m   b ased   o n   Fu zz y   lo g ic   tak e s   lo n g er   t i m to   f i n d   th o p ti m al  p o in b u h as  s m a ller   o s cillatio n s .   I n   ad d itio n ,   th i s   ap p r o ac h   p r esen ts   m o r co m p licated   alg o r ith m   an d   v er y   d i f f icu lt  in   its   i m p le m en ta t io n .   T h I n c - C o n d   MP PT   alg o r ith m   is   s i m p le   i n   its   i m p le m en ta tio n   a n d   h as  s m aller   o s ci llatio n s   ar o u n d   MP P   b u f i n d s   d i f f ic u lt   to   ca r r y   o u t r eq u es ted   eq u al.   A cc o r d in g   to   th is   co m p ar ati v e   s tu d y ,   t h ap p licatio n   ar ea s   o f   th p r o p o s ed   MPPT   alg o r ith m s   ar as   f o llo w s   a.   I n   th e   f ie ld s   o f   s atelli tes  s p ac e,   lo o k in g   f o r   m a x i m u m   p o w er   p o in m u s b as  s h o r tes ti m as  p o s s ib le.   It   is   in ter est in g   i n   th i s   co n te x to   u s th P & tech n iq u e s ,   R C C   al g o r ith m   o r   Hill - cli m b i n g   ap p r o ac h .   b.   I n   t h s o lar   v e h icles   ap p licati o n s ,   lo o k i n g   f o r   m a x i m u m   p o in m u s t   b e f f icien t.  I i s   r ec o m m e n d ed   to   u s t h MP PT   b ased   o n   f u zz y   lo g ic.   c.   T h f ield   o f   p u b lic   lig h ti n g   with   s o lar   p o w er ,   t h b atter y   m u s t   b ch ar g ed   d u r i n g   t h d a y   to   w o r k   t h e   n ig h t.   A   le s s   co m p lex   MP P T   eg   Hi ll  C li m b in g   o r   P & o r   o th er s   tec h n iq u es   d is c u s s ed   in   th e   liter at u r w il l b m o r s u itab le.         Fig u r 2 0   P r ac tical  v alid atio n   r esu lt s   o f   t h P & MP PT ( a )   P p o w er     ( b )   P v o ltag an d   o u tp u t v o lta g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.