Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r 2020 , pp.  1305 ~ 13 12   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 3 . pp 1 30 5 - 13 1 2       1305       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Senso rless dual  axis sol ar tr ac k er  usi ng impro ved s un    position  algorith m       Chan  Men  Lo on 1 , Mu hama d Za l an i  Da u d 2   1 ,2   Ea stern   Corri dor  Rene wab le  Ene rgy  ( ECRE ) ,   Univer sit i  Mal a ysia  T ere ngg anu ,   Mal aysia   1, 2   Facul ty   of  Oc ea n  Engi ne eri ng   Te chno logy  a nd  Inform atics  (FT KK I),   Univer sit i   Mala ysi a Te ren gganu,   Ma la ysi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   4 , 2 01 9   Re vised  M a r   17 , 2 0 20   Accepte d  A pr   8 , 2 0 20       Thi s  p ape r   pre s ent s  d eve lop ment  of   a  p rotot yp e  sensorl ess  dua l  axi s  sol a r   tra ck er   for   ma x i mum  ext r action   of  solar   ene rgy .   To   prov e   the  c once pt   and  eva lu at e   the  pro posed  al gori thm,   a  low  cost  wid el y  av ailabe  mat eri a ls  were   used  which   was  progra mmed  base d   on   Arduino  microc ontro ll er .     The   porposed  al gorit h m  work s  base d  on  two  sea rch   me th ods  nam el y     the   g loba l   se arch  that  appr oxi m at es  the  best   poi nt  lo ca t ion  in  a   reg ion,  and   loc a l  sea r ch  th at  furthe r  d eterm i nes  the   actua l   sun’s   positi on.   E xper imental   result s  sh owed   th at  th e   prop osed  a lgori t hm   giv es  b et t er   per forma n ce  com par ed  to  the  exi sting  sun  po siti on  al go rit h m   (SP A)  -   base d  me thod  as  well   as  the  fix ed   panel  sys te m .   I n  te r ms  of  tot a l  output   power ,   th e  proposed   al gorit h m   give s   17. 96%   mor e   eff icient  th an   th e  f i xed   sys te m   and  6 . 38%  bet t er  tha n   the  SP A - base d  sys te m .   Furth erm o re,  the  pe rce n tage  err or  of     the   exp eri m enta l  measured  ang le   to  th e  a ct ua l  sun  az im u th  angl e  was   rel a ti ve ly  mi n imal  (l ess  tha n  3%)   during  clea r   day   oper ation.   The   s ystem   was   prove n  to  b e  eff ec t ive  in   tracki n g  the  sun   for  improved  ene rgy   p roduc ti on   of   solar  PV   p ane ls   and   th e  propos ed  al gori thm  al s o  c an  b e  us ed  f or  designi n g   the   tra ck er  wi th l arg er  si ze of  sol a r  PV   sys te ms.   Ke yw or d s :   Du al - axis  so la r  tracke r   Sensorless  so la r  trac ker   So la r   e ne rgy   Sun  po sit io n  al gorithm  ( S PA)   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   M uha mad  Zala ni D a ud,    Faculty  of  Oce an  E ngineeri ng   Tech nolo gy a nd Info rmati cs  (F T KKI)   Un i ver sit i  M al aysia Te reng ga nu,   21030 K uala  N eru s , Te reng ga nu, Mal aysia.   Emai l:  zala ni@umt .edu. my       1.   INTROD U CTION   So la r  phot ovol ta ic   (P V )  s ys te m  is  hi gh l y  po t entia l  in  M al a ysi a  du e   to  t he  a bundant  of  sun sh ine  with   aver a ge  ir rad ia nce  pe r  year   of   1643  kWh/m 2   [1,  2].  H ow e ve r,   m os t  s olar  PV   in sta ll at ion   in  this  c ountr y  no w   are  of  t he  fixe d  t ype  s ys te m .   F or  s uc h  i ns t al la ti on s,  t hough  it   sti ll   giv e s  a   relat ively   good  outp ut,   howe ve r   hav i ng  it   fixe d  at   an  a ng le   will   aff ect   the  ye arly  ou t pu t  due   to  the  movem ent  of  s un.  I n  gen e ral,  e ff ect i ve  s un  tracker   ca n  ma ximize   t he  e ne rgy   extracti on  in  wh ic h  t he  outp ut  a nd  perf ormance   ca n  be   imp r ov e d  up   to  40%  as  com par e d  t o  the  fi xed   pa nel  [3].   Alth ough  ma ny  res earche rs  re por te d  that  so la r  tracker  ca n  im pro ve    the  eff ic ie ncy,  howe ver   few   ot her   fact or s   suc h  as  c os t,  s pa ce  and   mec hani cal   aspects  ne ed  to  be  c on si der e d  wh e n  a pp l ying   s uch  te c hnol ogy  [ 4].   S olar   trac ker  ca n  be   cat eg or iz e d  into   fe w  t ypes   na mely   the   a ct ive   trackin g,   passi ve  trac k in g,   s emi  passive   tr ackin g,   m an ua l  trackin g  an d  chro no l og ic al   trackin g .   The   so la r   trackr  ei ther  c an  w ork  i n  cl ose d  lo op  trac kin g  or  ope n  lo op  trac king  [ 5 - 7].  T he  m os t  c ommo n  t yp e  of  so la r   tracker   is  ei the r  a  si ngle   axis   or  do ub le   a xes .  Ge ne rall y,   t he   track e r  ca n  be   move d  horiz on ta ll y,  ver ti ca ll y  or  bo t h [8].     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :   1 30 5   –   13 1 2   1306   In  previ ous  res earches ,  t her e   are  var i ou s   ty pe s  of  s olar   trac ker  de velo pe d  by  di ff e ren t  re searche rs  t o  pro ve  t he  e ff ic ie ncy  of   so la r  tracker   ei the r  i n  cl os e d  l oop  or  op e n  lo op.  M a ny  of  them   us e d  li ght  de pe nd e nt   resist or  (L DR)   as  se ns in g  de vi ce  for  t he  m ot or  to  ro ta te   t he   so la r   pa nel  t o  the  res pecti ve   axis  [ 9].  T he   tr acker  ro ta te s  to   an y  directi on  base d  on  the  data  feedbac k  f r om  the  L DRs.  Ba sic al ly,  the  s yst em  com pa res  LDR   values  i n wh ic h  the  er ror  is  fe d  to  the  mo t or   con t ro ll er.  T he  mo t or   r otate s to  the  d esi red di recti on acco rd i ng l y,  then  st op  if  t he   read i ng  of  LDRs  s how  t he   same  value  [10 - 12] .  T o  f urt her  imp r ov e  the  data  ta ken  from     the  L DRs,   some   a uthors  im plement   the   f uz zy  l og ic   co nt ro ll er   to   bette r   c ontr ol  the   m ov e ment   of  t he   so la r   pan el   [8].   In   s uch   a ppr oac h,   the  co ntr ol  la w  is  desc ribe d  by   a   kn ow le dge - base  a nd  a  fu zz y  lo gic  in f eren ce  mecha nism  [ 13,  14] .  Re ce nt  researc hes   al so  intr oduce  t he  sens or le ss   ap proach.  It  is  sim ple  as  no  se nsors   are   need e d f or   fee db ac k  c ontr ol  of m oto r s.    The  se nsorless   sy ste m   c omp le te ly  de pends   on  cal c ulati on   of  sun   posit ion   c oor din at e s,  s uch  a s     the  sun  posit io n  al gorith m  (SPA)  [15 ,  16].   SPA   is  use d  t o  cal culat e  the   so la r  azi m uth  and   ze nith  an gle  for   wh ic h  mo st  of  this  syst em  work s   on   dual   a xis  trac ker .   O ne   mo to r  movin g  horizo ntal  axis   w hich   is  dep e nd  o n  zenit h  a ng le   a nd  an oth e r  is  ver ti cal   axis  w hich  is  base d  on  the  azi m ut h  a ng le   [ 15 - 17 ].   T he  pro ble m  with   existi ng   SPA   base d  meth od   is  the  occura nce  of  misal ig nm e nt.  F or   e xa mp le ,  the  cal culat ion   of   t he   su n  locat ion  is  done   us i ng  SP A,  howe ve r  s olar   tr acker   di recti on  sho uld  be   kn own   fi rst  to   pre ven t   misal ig nme nt.  In  ot her  w ords ,  if   the   so la r  tr acker   is  misal ign e d  f rom  0°  North ,  it   will   aff ect   t he  perf ormance   of  th e  so la r   tracker   due  t o  that  misal ignm ent.  T o  overc ome   s uch  misal ignment  iss ue,  an  im pro ved  al gorithm   is  pr opose d  namely   the  gl ob al   a nd  local   searc h  to  trac k  the  misal ignment  of   t he  s olar  trac ke r.   T he  e xp e rime ntal  su n   po sit io n  base d  on  the   pro po se d  al gorithm   is   us e d  t o  i de ntif y  t he  misal ignment  fro m  t he  SPA  a nd  fix   th e  er ro r   so  t hat p a nel c an be  re - al ig ne d  to   0°  North .        2.   RESEA R CH MET HO D    This  resea rc h  introd uces  a n  imp r ov e d  method  for  the  existi ng  S PA - base d  s ys t em  [18 - 20 ].     The  pro posed   tracke r  c on t ro l  scheme   has   be en  im pl eme nted  in   a  de velo pe d  protot yp e   of  se nsorless  du al   axis   so la r  t rack e r.     2.1.   System h ardw are d e sign  of  proposed  pr otot ype   The  c on tr ol  c ircuit   of   t he  protot yp e  is  ba sed  on  Ard ui no   mic ro c ontrolle r  a nd   it s   com patible  com pone nts.  Figure  1(a )  shows  t he  sc he mati cs  o f  the   sy ste m  c on tr ol  ci rcu it .  T he   ci rcu it   com pr ise s  of   Ardu i no  boar d  as   a  c ontr oller,   tw o  ste pper   mo to rs   ( 28BY J - 48)   with   dri ver  ( UL N 2003 A)  eac h,  the   c urren t  sens or   (IN A21 9) for  meas ur e ment  of cu rr e nt /vo lt age  outp ut , and  a  12  V,   250 m A (3 W )  s olar pa nel.         (a)         (b)   (c)     Figure  1. Trac ker sy ste m circ uit, ( a )  Sc he ma ti c (b )   M ot or  a nd drive r (c)  C urren t  sens or   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensorless  du al  a xi s s ola r  tra cker usi ng im prove d  s un posit ion   algorit hm  ( Chan Me n Lo on )   1307   The  A rduin o  boar d  is   eq uipp ed  with  AT me ga32 8P  micr oc on t ro ll er   with   14  dig it al   pins,  6  a nalo g  pin s   an d  oth e r   f un ct io n  pi ns .   The   micr oc ontrolle r  ca n  be   pro gr am med   usi ng  A rduin o  I DE  a vaila ble  f rom  Ardu i no.cc  we bs it e  [21].  T he   ste pp e r  m oto r  c hosen  t o  op e rate  the  s ol ar  pa nel  is  of  28 B YJ - 48  ty pe  with     the  co rr es pond ing   dr i ver   s ho wn   i n  Fig ure  1(b ).   T he  pro posed  prototype  sy ste m  has  tw o  m otors  that  a re  us e d  to  co ntr ol  the   zenit h  a xis  a nd  azi m uth  axi s,  re sp ect ivel y.  The   ste pper   mo to r  move  i n  discrete  ste ps,  th us   accurate  a nd  s uitable   f or   t he  pro po se d  s ys te m.  F or   t he  m ot or   dr i ver,  it   is  base d  on  UL N 2003A  ste pper   mo t or   dr i ver   wh ic h  is  commo nly   use d  to  dr iv e  th e   28V YJ - 48  ty pe   ste pp e r  m otor.  U LN 2003 A  is  an  arr a y  of   s even  NPN  Dar li ngto n  tr ansist or s   ca pab le   of   50 0mA  a nd  50V   ou t pu t,   it   ca n  ac hi eve  a   very   hi gh  c urre nt  a nd  volt age  ou t pu t.  To  ma ke  sure  the  propose d  pr oto ty pe  is  cost  ef fe ct ive,  this  dri ve r  usual ly  c ome s   in  pa cka ge   with   28V YJ - 48  m ot or  as  s how n  i n  Fi gure  1(b )  and  the y  a re  e asi ly  be   obta in ed.   The   meas ureme nt  of  outpu t  is   base d  on  INA 219  cu rr e nt  se ns or   as   sho wn  in   Fig ure  1(c) .  T his  sens or  i s  ca pab le   of   m easur i ng  bo t h  t he  DC   vo lt age   a nd  c urre nt  mea sured   via   I 2 C  se rial   prot oco l   with   1%   pr eci sio n  [22].  It  on l y  ne eds  a n  in pu t   range   betwee n  3  –   5  V  to  power   up  an d  ca n  mea su re  up  to  3.2  A  cu rr e nt  an d  26   V  ta r geted  vo lt age .  A  pre ci sion   amplifie r  mea s ur es  t he  volt ag e  acro ss  t he  0. 1  Ω,  1%   resist or.  Since  the  a mp li fier   ma xi mu m  i nput  dif fer e nce  is  ± 320  m V,  this  mea ns  it   can  meas ur e   up  to   ±3.2A.   INA21 9  has   i nter nal  progra mmable   gain   set   at    the minim um d ivisi on of  8  a nd the  ma ximum cu rr e nt  of   ± 400 mA  and t he  r es olu ti on is  0.1 mA.  Th is  s ens or  is   cheap  a nd  eas y  t o  pro gr a m  s ince  the   li brar y  ca n  be   dow nl oad e d  from   th e  A rdui no  li brary.  T he   fi nal  desig n  structu re  of pr opos e d protot ype s olar  t rack e r  is  pr ese nted  in  Fi gure  2.           Figure  2.   Desi gn str uctu re  of   final  protot yp e  sy ste m       2.2.   Impro ved sun  po si tion al go r ithm  fo r  mot or   contr ol   The  pro po se d  sy ste m  is  ba sed  on  the  s ol ar  pa nel  it sel f  that  works  as  a  sen sor  t og et her   with     the  INA 219  cu rr e nt  se nsor .  T wo  al go rithms   are   pro po se d  that  is  firstly ,  t he  al gorithm   wh ic h  util iz es  global   search   an d  sec ondly  the  al go rithm  that  e mpl oy s  desc rete  s te ps   searc h.  T he  c on ce pt  of  global  searc h  comes   from  the  c omp ass,  the re  are  f our  re gions  fro m  the  co mp a ss   wh ic h  is  East ,   South,  West  a nd   N or th .  T he  best   sp ot   f or  s olar   energ y  ca pture   m us t  be  la id   i n  one  of  these   reg i on s   a nd  th e  gl ob al   searc h  al go rith m  is  use d  t o  search  f or   t he  best  spot  a pproximat el y.   Her e ,  the  c oord i nate  po i nts  of  a ngle s  are  co nvert ed  to  ste ps   f or  easi er   search  by t he  s te pp e r  m otor.   As  s how n  i n  Figure  3,  gl obal   searc h  al go ritm  firstl y  set   the  st ar tVal ue   an d  nextVal ue   var ia bles.     The  st ar tVal ue   is  init ia ll y  assigne d  as   zer o,   wh e reas  nextV alu e   is  set   as   100  ste ps.  T he  pro gr a m  will   ge ner at e   rand om   num be r  f r om   t hese  ra ng e   an d  the  nu mb e r  will   be  s ent  to   the  mo t or  to  move  t o  that  posit ion.  The n,  current  meas ureme nt  al gorit hm   will   run.  T he  measu re d  curre nt  f rom   INA 219  se nsor  will   be  sa ved  to     a  var ia ble  cal le d  cu rrA mp .  Her e ,  if  cu rrA mp   is  bigger  t han   highA m p ,   the  highA m p   will   be  re placed  by   currA mp   an d  t he  value  of  the   pr e vi ou s   hi ghAm p   will   be   st or e d  i ns ide  a   va riable  cal le d  r ef Amp .  On   t h e   oth e r   hand,  if   c ur rA mp   is   le ss  t han  highA mp ,  t he  hi gh A m p   a nd  re fAmp   will   rem ai n  uncha ge d. The   posit io n  is   sto red   to  posit ionBe s t   accor ding  to  the  posit ion   w he re  hi ghAm p   is  store d.   If   the   hi ghA mp   is  rep l aced  b y    the  cu rrAm p ,   the  po sit io n  will   be  ove rwrit t en,   the n  the  pr e vious   posit ion Be st   will   be  st ored  t o    the  posit ion L ast .  Af te r   t he  c urren t   meas ure ment   is  c ompl et ed,  the   ne xt   startVal ue   a nd   ne xt Value   will   be   increase d  base d  on  the   pr e vi ou s   nextVal ue .   F or  exa mp le ,   the  fi rst  sta rt V al ue  is  0  an d  ne xt Valu e   is   100,  after   the  cu rr e nt  me asur e ment  is  done ,  the  ne w  st ar tVal ue   will   be  sta rt  from  10 1  an d  nextV alue   will   be  en d  a t  200.  Simply   in  t his  case,  the   start Valu e   incre ase s  by  1  from  t he   previ ou s   nex tValue   a nd  the   pr e sent  nextV alu e   is   increase d  by  100  f r om   the   p re vious  nex tValue .  A no t he r  two  va riabl es,  i.e  fi na lV al ue   an d  en dP oin t   is  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :   1 30 5   –   13 1 2   1308   dep e ndin g  on  the  us er   in pu t.   If  the   use r   w anted   to  do  s earch   in   only   90  de grees  w hich   is  1024  ste ps,     the  e nd P oin t   f or  the  searc h  will   be  1024   ste ps   a nd  t he  fi nalVal ue   will   stop  at   1000.  If  t he  nextVal ue   r eached   1000,  the  next Valu e   will   be  r eplace d  t o  10 24   instea d  of  1000   beca us e  it   will   be  easi er  f or   t he  ste pper  mo to r     to ope rate.   Af te r ,  t he  glob al   searc h  al go r it hm   c omplet ed  t he  run  proce ss,  the   discrete   ste p  searc h  al gorithm   will   be  e xec uted  t o  fin d  t he  real  s un  posit io n.   H ere,  t he  s olar  t rack e r  s ys te m   tu r ns   back  to   the  posit ion L ast   then   sta rted  t he  dis crete  ste p  sear ch  al gorithm.   In  this  proce dure ,  the   br ig ht   spot  is  a ssum ed  t o  be  la id   be tween     the  posit ionLa st   and   posit ionBe st ,  meani ng   that  the  spot  be tween  the  highest  an d  the  s econd  highest.   Eve n  though ,   the   br i gh t   spot  is   no t   reall y  la id  i n  po sit io nBest ,   t he  al gorithm   will   kee p  se ar chin g  unti l  it   r eached     the  br i gh t   spot  wh ic h  is   the   re al   sun   posit ion.   I n  t his  discret e  ste p  al gorit hm,  t he  ste pper   mo to r   is  m ove d  with   on l y 2 s te ps   w hich  is  0.17 578 de gr ee   pe r  ti m e unti l t he  th re sh ol d  is  met.           Figure  3 .   Flo w char t  of the  pro po s ed  alg or it hm       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION     The  performa nc e  of   pro pose d  al gorith m  is   evaluate d  by  com par i ng   t he   resu lt s  with  t he  pre vious  method  as  well   as  the  co nv e nt ion al   fix ed  set t ing   s olar  pa nel .  In   t his  case,  f ixed  s olar  pan e l,  SPA   dr i ven   so la r   tracker   an d  propose d  al go rithm  tr acke r  we re  set   diff e ren t ly.  Fi xed  so la r   pa nel  an d  SP A  dr ive n  so la r   tracke r   wer e   set   at   th e  same   directi on  wh ic h  is   303  North west  and  the   pro posed   prot otype  tra cker  was   se t  wit h    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensorless  du al  a xi s s ola r  tra cker usi ng im prove d  s un posit ion   algorit hm  ( Chan Me n Lo on )   1309   diff e re nt  direc ti on .   Fix ed   s olar  pa nel  s urfa ce  is  fixe d  at   0°  zenit h  a xis   an d  didn’t   m ov e d  f or  t he  r est   of     the  e xperime nt .  W hile,   SP A   dri ve n  so la r  t rack e r  is   m ov ed  base d  on   the  cal c ulati on  of   the   s un  posit ion  al gorithm.  On t he othe r han d ,   the pr opos e d p ro t otype trac ke r  w as m oved  base d o n  the  propo s ed  alg or it hm.     3.1.   Eva lu tatio n  of t he  pr oposed  im proved s un positi on   algori th m   The  s ys te m  sta rts  with  global  search  t o  est imat e  the  best  s po t  in  t he  pred et ermine d  area .  It  is  base d  on  the   c on ce pt   of  c ompass   t o  ra ndom l y  de te rmin e   the   be st  spot  f or  w hi ch  the   m axim um  cu rr e nt  c a n  be   conve rted   by   the  so la r   pa nel  from   the   s un  r adiat ion .   Fo r  e xam ple,  i f  t he  sp ot   or  di recti on  is   div ide d  int o  f our   reg i on s of  East ,  South ,  We st  and  Nor t h,   the re   exists  the  be st  po i nt  within  t he  re gions  that   can  pr oduce high est   current  from  th e  so la r  pan el .  The  global  search  runs  base d  on   t his  co nce pt  to  ap pro xima te   the  best  c oor din at e   po i nt  fir st.  Once  the  best  s pot  is  rou gh l y  est imat ed,   th e  pr ogra m  c on ti nue s  with  t he  l oca l  search .  In  the   local   search ,  the  rea l  best  point  in  the  re gion  is  de te rmin e d  s o  that  the  azi m uth   axis  mo t or   c an  ope rate  an d  locat e   the  s olar  p a nel   exactl y  to   the   sun’ s  directi on.   The   m ovem ent  of  so la r  tra cker  axe s  a re  base d  on  ze nith  a nd   azi mu th  a ng le ,  res pecti vely.  The  pre dicti on   of   ze nith   ang le   is  str ai gh tf orwa rd   as  it   chan ge s   about     15 º  pe r  hour   [ 23].   T hus,  i n  this  case,  S PA   is  us ed  t o  cal c ulate   the  zenit h  an gle.  Howe ver,  f or   azi m ut h  an gle,   as  it   is  var ie d  throu ghout  th e  year,  the  se arch   for  the  a zi mu th  a ng le   was  ba sed  on   the  ne w  al go rithm  pro po se d.  T o  e valuate  t he  performa nce  of  th e  se arc h  al gorithm  pro po se d  in  this   stu dy,  a   per ce ntage   er r or  of  the  act ual  so l ar  azi mu t h  an gle  an d  ex peri mental   meas ur e d  s olar  azi mu th  a ngle   are  cal culat ed  us in g    the for mu la   as  (1).     Perce ntage  e rror =  | −   |   × 100%   (1)     W he re  V A   is  th e  exp e rime ntal   measu red   val ue  of  the  s olar   azi mu th  a ng le ,  an d  V E   is  the   exact  value   (actual  cal culat ed)   of  the  s olar   azi mu th .  Ta ble  1  s hows   the  r esults  of  cal cul at ion   a nd  meas ur e ment  of  azi mu th   ang le s   ove r  one  da y  of  ex per ime nt.  Fro m  the   ta ble  it   cl early   sho w s  that  th e  al gorith m  ca n  ac cur at el y  appr ox imat e  t he   azi mu th   an gl es  duri ng  the  da y  with  er r or   of  le ss  tha n  3%.  Exce pt  du rin g  the  f ourt h  ho ur  of  measu reme nt  ( at   12:5 0  P M )   wh ic h  sho ws  a   sig nificant   de viati on  of   ab out  1210%.   T his  oc cu ran ce   is   du e   to     a  s udde n  c ha nge  i n  w eat her  from   s unny  t o  cl ou dy  at   a r ound   12:5 0  P M.  T he   ap pro xi mati on  of  this   an gle  dep e nds st ron gl y  on  weathe r  c onditi on as t he a lgorit hm   us es   the curre nt  me asur e ment  fro m the sola r  pan el .        Table  1.   Perce ntage  e rro r of   measu red s olar  azimuth  a ng le s w it h t he   cal c ulate d values   Exp erim en tal  m e a su red so lar  azi m u th  ang le ( º)   Actu al so lar  a zim u th  ang le ( º)   Percentag e e rr o r  ( %)   6 5 .39   6 6 .25   1 .30 0   6 0 .17   6 0 .41   0 .48 5   5 1 .91   5 2 .80   1 .67 8   2 7 .25   2 .08   1 2 1 0 .2 1 4   3 5 3 .18   3 5 2 .58   0 .17 0   3 0 3 .76   3 1 0 .49   2 .16 8   2 9 8 .39   3 0 1 .76   1 .11 6   2 9 3 .67   2 9 5 .74   0 .70 6       3.2.   Perfo r ma nce  eva lu ati on   To  e valuate   th e  pe rformance   of  the   propos ed  im pro ved  s un  posit io n  al gorithm ,  a   co mp a rison  ha s   been   done  f or   three  e xp e rime ntal  set up s  of  fixe d  ty pe,   S P A  an d  pro po se d  al gorith m.  T ho s e  three   dif f eren t   exp e rime ntal  set up s  wer e  ca r ried  out  on  4 th   Ju ly  2019  at   the  hous i ng   a r ea  in  M e ng le mbu  I poh,   Per ak.   On     the  da y  of  e xperime nt,   it   was   a  bri ght  day,  no   sh a di ng  on  t he  so l ar  pa nel  a nd  the  s olar   pan e l  was     expose d  t o  f ul l  su nli gh t.   The   res ults  rec or de d  durin g  t he  exp e rime nt  are   as  s how n  in  Table  2,   Ta ble   3  a nd     Table  4,   res pec ti vely.       Table  2 .  Re s ults o f  fi xe d pan e l   Measu red Va lu e   Local Ti m e  ( h o u rs)   0920   1043   1130   1250   1330   1456   1540   1640   Vo ltag e ( V)   1 2 .5   1 2 .93   13   1 3 .32   1 3 .05   1 2 .82   1 2 .82   1 3 .06   Cu rr en t ( m A)   5 4 .36   1 1 0 .75   1 6 6 .43   2 0 3 .26   2 3 0 .70   2 0 8 .29   2 2 3 .75   1 0 4 .05   Po wer  ( m W )   679   1432   2163   2707   3010   2670   2868   1358   * Pan el Dir ectio n  ( º )   3 0 3  NW   3 0 3  NW   3 0 3  NW   3 0 3  NW   3 0 3  NW   3 0 3  NW   3 0 3  NW   3 0 3  NW   Misalig n m en t ( º)   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   W eath er   Su n n y   Clo u d y   Su n n y   Clo u d y   Su n n y   Su n n y   Su n n y   Su n n y   Total Po wer  ( m W )   1 6 8 9 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :   1 30 5   –   13 1 2   1310   Table  3 .  Re s u lt s of SPA  drive n  s olar  t rack e r   Measu red Va lu e   Local Ti m e  ( h o u rs)   0920   1043   1130   1250   1330   1456   1540   1640   Vo ltag e ( V)   1 3 .04   1 3 .5   1 2 .95   1 3 .23   1 3 .1   1 2 .89   1 2 .93   1 2 .98   Cu rr en t ( m A)   6 4 .58   1 2 8 .35   2 0 4 .60   2 2 3 .26   2 3 6 .05   2 2 0 .42   1 9 7 .99   1 5 8 .57   Po wer  ( m W )   842   1732   2649   2953   3092   2841   2559   2058   * Pan el Dir ectio n  ( º )   9 .26   3 .38   3 5 5 .82   3 2 3 .57   2 9 5 .58   2 5 3 .49   2 4 4 .76   2 3 8 .74   Misalig n m en t ( º)   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   - 57   W eath er   Su n n y   Clo u d y   Su n n y   Clo u d y   Su n n y   Su n n y   Su n n y   Su n n y   Actu al Azi m u th  A n g le  (º)   6 6 .25   6 0 .41   5 2 .80   2 .08   3 5 2 .58   3 1 0 .49   3 0 1 .76   2 9 5 .74   Total Po wer  ( m W )   1 8 7 2 9       Table  4 .  Re s ults o f p r opos e d  a lgorit hm  s olar   tracker   Measu red Va lu e   Local Ti m e   (ho u rs)   0920   1043   1130   1250   1330   1456   1540   1640   Vo ltag e ( V)   1 3 .04   1 3 .8   1 2 .97   1 3 .4   1 3 .05   1 2 .8   1 3 .04   1 2 .89   Cu rr en t ( m A)   6 5 .01   1 4 9 .76   2 2 2 .43   1 8 0 .79   2 5 0 .43   2 3 3 .40   2 3 4 .86   1 8 4 .96   Po wer  ( m W )   847   2066   2884   2422   3268   2987   3062   2384   * Pan el Dir ectio n  ( º )   6 5 .39   6 0 .17   5 1 .91   2 7 .24   3 5 3 .18   3 0 3 .76   2 9 8 .39   2 9 3 .66   Misalig n m en t ( º)   0   - 57   15   - 10   - 20   40   0   0   W eath er   Su n n y   Clo u d y   Su n n y   Clo u d y   Su n n y   Su n n y   Su n n y   Su n n y   Actu al Azi m u th  A n g le  (º)   6 6 .25   6 0 .41   5 2 .80   2 .08   3 5 2 .58   3 1 0 .49   3 0 1 .76   2 9 5 .74   Total Po wer  ( m W )   1 9 9 2 4   * d irection  of so lar  p an el f acin g  af te r  r u n n in g  the alg o rithm       Fo r   fixe d  pa ne l  and   SP A  dri ve n  trac ker,  the y  we re  init ia ll y  place  at   ra ndom  directi on  du rin g  te sti ng.  Both  pan el s  w ere  not  fi xed  f aci ng   tr ue  N or t h  w hic h  is  zer o  de gree  bu t  al ign e d  to  t he  sa me  directi on   w hich  is   303  NW.  H owever,  f or   the  propose d  al gorit hm   d rive n  s ola r  tracke r,   it   wa s  set   to  diff e re nt  directi on  as  sh ow n  in  Table  3  a nd  the  pur pose  of  doin g  this  is  to  deter mine  t he  po wer   l os s  of   t he  azi m uth  ang le   misal ig nm e nt.   The  misal ig nme nt  re fers  to   the  an gle  of  incident  of  sun  ra ys   over  t he   so la r  pa nel’ s  s urface,   w he re  best   po sit io n  sho ul d  be   0º  misal ingment.   C omp arin g  t he  t otal  po wer  ou t pu t   of   Ta bles  2,  Table  3  an d  T able  4,  cl early  t he   ov erall   po wer  outpu t   of  t he   pr opos e d  al gorit hm  dri ve n  s olar  tr acke r   pro du ce s  t he  best   res ults   com par e d  to   f ixed   pa nel  a nd  SP A  dr i ven  al gorith m  s ol ar  pa nel,  res pe ct ively.  H owever,  due  t o  t he  ra pid  change   in   en vi ronme nt  durin g  12. 50  P M ,   t he  pro posed   al gorithm   gav e   l ow e r  powe r   outp ut  wh ic h  is   24 22  mW  a s  c ompa red  to  fixe d  pa nel  ( 2707  m W)  an d  t he  S PA   dri ve n  panel   (29 53  m W)  res ults .  T he  s udde n  change   of  wea ther  al s o  af fec ti ng   t he  e xperi ment  a ngle   whic h  gav e   27.24 º  c ompare d  t o  the   act ual  azi mu th   ang le   wh ic h  is   2.08º.  T hus,  t urns  a  big   c ha ng e  i n  the  pe r centage  e rror  of   1210%.   As   mentio ne d  in   [24],    the  fluct uation  in  so la r  i ntensi ty  d ue  to  the  m ov i ng   cl oud  is unp red ic ta ble an d  t o  ens ure  the  lo west  pe rc entage   error,  the  sea rc h  al gorith m  s houl d  be  ma de  i n  s hortest   ti me  possible  to   ta ckle  the p r oble m.  I n  t his  ex pe riment,   so me  delays  wer e  i nclu ded  in  the  al gorit hm   to  al lo cat e  ti me  fo r  sam p li ng   t he  data  and   a s  a  co nc equ e nc e   aff ect s  t he  ove rall   resu lt s  ta ke n.   Fig ur e  4  s hows  a   summ ary   of  gra ph  of  the  e xperime ntal  meas ur e d  so la r   azi mu th  a ng le   and   t he  real  s olar  azi mu t h  an gl e,  resp ect ivel y.  It  cl early  s hows  that  the  pro po s ed  al go rith m  can   est ima te   the  ac tual  azi m uth  a ng le   co rr ect l y  pro vid e d  t hat  no  disturba nce   in   te rms  of  a bru pt  weathe r  c hanges   occurs  duri ng the e xp e rieme nt.           Figure  4 .   S olar  azimuth  a ng le   measu reme nt result s  as c omp ared t he  cal c ulate d  data     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensorless  du al  a xi s s ola r  tra cker usi ng im prove d  s un posit ion   algorit hm  ( Chan Me n Lo on )   1311   Her e ,  to  furth er  inc rease  the   accur ac y  of  the  meas ured  a ng le ,   the  th res ho l d  value  s houl d  be  se t   accuratel y  due   to  the  dif fer e nce  of   c ur r Am p   a nd  hi gh A m p   s om et imes  i s  relat ively  s m al l.  Othe r  tha n  that,     the  fl uctuati on   of  c urren t  se ns or  will   al so   aff ect   t he  ou t put.  On e   wa y  t o  ov e rc om e  t he   pro blem  is   to  ta ke     the  a ver a ge   va lue  of  cu rren ts  or  al lo wing   a  s mall   dela y  f or  se ns or  to   proce ss  t he  da ta .  Fig ure  5   sh ows     the  ov e rall   po wer  outp ut  be tween   fixe d  pa nel,  SP A  dr i ven  s olar  t rac ker  an d  pro po sed  al gorithm   dr i ven    so la r  t rack e r.           Figure  5 .   Com par is on of  pow er  ou t pu t  for di ff e ren t  meth ods       Fr om  Fi gure  5,   cl earl y  ca n  be  ob se r ved   that  the  pro po sed  al gorit hm  dr i ven   so la r   tracker   ga ve    the  hi gh est   po wer   outp ut  tha n  the  oth e r  tw o  beca us e  m os t  of   t he  ti me  the   so la r  pa nel  is  facin g  ap pro xi mate ly  to  th e  s un   dir ect ion .   I n  c on t rast,  t he   misal ign me nt   of  t he   fi xed  panel   and  S PA  dr i ve n  so la r   tra ck er  wer e   aff ect in g  their  act ual  perf or m ance.  F or  the  pro po se d  met hod,  the  s mall er   the  misal ignment  will   gi ve   bette r   resu lt s.   T he   m isa li gn me nt  ca n  be   at trib uted   to   the   direct  powe r  l os s,   w hich   is  acc ordi ng  to   [25],   ab ou t   8º   misal ign me nt t o  the  incid ence  angle,  will  g iv e ab ou t l ess  tha n 1%  powe r  lo ss.       4.   CONCL US I O N    This  pa per  has   prese nted   the   con ce pt  of  dua l  axis   sen sorle ss  s un  trac ke r  for  a   m axim um  ca pture  of  so la r  e nerg y.   The  pro po se d  global  searc h  a nd   l ocal  searc h  al gorithm  for  the  micr ocontr oller  ha s  bee n  fou nd   eff ect ive   with   the  c omparis on   of  the   e xp e ri mental   re su lt s  sh ow   the  e ff ic i ency  of   17. 96 %  bette r   tha n  t he  fixe d  typ e  sy ste m . C ompari ng w it h  the r es ults  of   previ ou sl y dev el op e d SP A - base d  s ys te m als o  s hows  i mpro ve ment   of  a bout  6.3 8% .  T he   misal i gnment   of  the   azi mu th   a ng le s   searc h  re su lt s   was   al so  mi nimal  w hic h  is   l ess  tha n  3%   duri ng  cl e ar  da y  of  ope rati on.  Furthe r more,   the   pr oto ty pe  sy ste m   has   be e n  buil t  ba sed   on  lo w   co st  mate rial s  that  can  be  ob ta ine d  f orm  mo st  e - co mmerc e  sit es.  T he  propo sed  met hod  is   scal able  to  f ul l  siz e  sy ste m a nd  us e  the sa me alg or it hm  for t he  mi cro c ontrolle r .       ACKN OWLE DGE MENTS     The  a uthor s  w ou l d  li ke  t o  ac knowle dge  fin ancia l su pport   by Unive rsiti  M al aysia  Tere ngga nu.     REFERE NCE S   [1]   M.  S.   N.   Sam sudin,   et  al. ,   “ Pow er  gen er at i on  source s   in   Mala ysia :  St at u s  and  p rospec t s  for  sus ta in able   deve lop me nt , ”   J ournal  of Adv an ce d  Revie w   on  S ci en ti fic  Re searc h ,   vol .   25 ,   pp .   11 - 28,   2016 .   [2]   S.  C.   Chua  and  T.   H.  Oh ,   “Sol ar   ene rgy  ou tl ook  in  Mala ysi a,”  R e newabl e  and   Sustainabl e   Ene rgy   Re v ie ws,  vo l.   16 ,   pp.   564 - 574 ,   20 12.   [3]   G.  M.  Azha r  an d  A.  M.  A.  Rah ma n,   “T h er  per f orma nc e  of  thr e e  diffe r ent   sol ar  pane ls  for  sola r  el e ct ri ci ty  appl y i ng   solar  tr ac k ing   de vic e   under   the M al aysi an  c li m ate condit ion , ”   En ergy   and  Environm ent al Re search ,   vol .   2 ,   2012 .   [4]   J.  H.  L ee,  et   a l.,   “Per forma n ce  of   dual - axi s  solar   t rac ker   ver sus   sta ti c  sol ar  sys tem  by  segme nt ed  clea rne ss   ind ex  in   Mala ysia , ”   Inte r nati onal Journal   of Ph otoe n ergy ,   vol. 2013, 2013.   [5]   J.  P.  Nare ndr asinh,   et   a l. ,   “Pass ive   solar  tracki n g  sys te m, ”   Inte r nati onal  Journal  of  Eme rging  Technol ogy  and   Adv anc ed Engi n ee ring ,   vol .   5 ,   p p.   138 - 145 ,   201 5.   [6]   L.   Noe l,  e t  al . ,   “ Semi - passive   sol ar  tr ac k ing  con c ent ra tor,”  En ergy   P roc edi a ,   vol .   57,   pp .   275 - 284 ,   2014.     [7]   A.  Z.  Haf ez ,   et  al. ,   “Sola r   tr ac k ing  sys tems:   Technol ogi es  and  tra ck ers  dr ive  ty pes -   A   rev i ew,”   R ene wabl e   and   Sustainabl e   Ener gy  Revi ews,   vol .   91 ,   pp .   754 - 78 2,   2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :   1 30 5   –   13 1 2   1312   [8]   N.  A.   Rousan,   e t  al . ,   “Adva n ce s   in  sol ar  p hotov olt ai c  tracki ng   sys te ms:  A   rev i e w,”   Re newab le  and  Sustainanble  Ene rgy  Revie ws,   vol. 82, pp. 254 8 - 2569,   2018 .   [9]   T.   X.  Y.  C indy,   et   al . ,   “De vel op me nt  of  m ic ro co ntrol ler - base d  so la r  tr ac king  sys t em   using  LDR  sensor,”   Journal  of   Tele communic a t ion,   El e ct roni c  a nd  Engi n ee ring ,   vol.   9 ,   pp .   2 - 7 ,   2 017.   [10]   A .   A.  Anes  and   A.  S.  W ae l ,   “ Design  and  im p le m ent a ti on  of  an  aut o ma t ically  al ign ed  solar  tra ck ing  sys te m , ”   Inte rnational   Jo urnal  of Powe r  El e ct ronics  and   Dr iv e  Syst em  (I J PE DS),  vo l. 10,  pp.   2055 - 2064 ,   2019.     [11]   S.  Purnima ,   et   al. ,   “Dua l  axi s  solar  tracki ng  s ystem   for  solar   pane l , ”  Bul l et i n  of  Elec t ic al  Engi ne ering  an d  Informatic s,  vo l. 5, pp. 403 - 411,   2016.   [12]   O.  Ese osa   and   U.  Rol an,  “De sign   and   simul at ion   of  solar   monitori ng  tracki ng   sys te m,”  IOSR   Jour nal  of   Elec tric al   and  Elec troni cs  Engi ne ering  (IO SR - JEEE) ,   vol .   4,   pp .   35 - 39 ,   20 13.   [13]   A.  Z aka r ia h,   et  al. ,   “Dua l - ax is  s ola r   tracki ng   sys te m   base d   on   fu zz y   logic  cont ro l  a nd  li ght   dep e ndent  resistors  a s   fee dba ck  p at h   eleme n ts,”  IEEE  S tude nt   Confe ren ce   on   R ese arch  and  Dev e lopmen et ,   Sco RE D,   201 5.   [14]   P.  H.   Sneh al ,   et  al . ,   “FPG A  base d  sun   tr ac k ing  sys te m  using   fu zz y   logic ,”  Int ernati onal   Journal   of   S ci en ti f ic  &   Technol ogy   R ese arch ,  vol .   2 ,   pp .   217 - 220,   2013 .   [15]   A.  Merl aur d,   et  al. ,   “ Equa t ions f or  solar tracking , ”  Sensors ,   vo l. 1 2,   pp .   4074 - 409 0,   2012 .   [16]   Y.  R izal ,   e t  a l.,   “Applica t ion  o f  solar  posi ti on   al gor it hm   for  s un - tra ck ing  sys t em , ”  Ene rgy  Proce dia ,   vol .   32 ,     pp.   160 - 165 ,   20 13.   [17]   H.  Fatha bad i,   “ Novel  high  a cc u rat e  sensorl ess  dual - ax is  solar  tr a cki ng  sys te m  co ntrol le d   by  ma x i mum   power  poi nt  tra ck ing  uni t  of   photovol taic   sys te ms,”  App li ed   E nergy ,   vo l. 173,  pp.   448 - 459 ,   20 16.   [18]   A.  A .   Ri zvi,  et  a l. ,   “Sun  posit ion   a lgori th m  fo r  su n  tr ac ki ng   appl i c at ions, ”  IECON  2014 - 40 th   Annua l  Conf ere nc e   of   the   I EE E   Industr ial   El e ct ronics   S oci e ty ,   2014.   [19]   K.  Jaz aye r i,  et  a l. ,   “MATLAB/S im uli nk   base d   si mul ation  of   sola r  inciden ce  angle  and  th e   sun’s   p ositi on  in  the  sky   with  respe ct   to  observa ti on   poi nts  on  th e   e art h , ”  In te rnationa l  Confe renc e  on  Re newab le   Ene r gy  R ese arch  an d  Apl licati ons ,   pp .   173 - 177,   2012.   [20]   B.   Ja mi l ,   e t  a l.,  “E sti mation   o f  solar   r adi a ti o n  and   op ti mu m   t il t   angl es   for   south   fa ci ng   s urfa ce s   in   hum i d   subtropic a l  cl i m at i c  r egi on   of   I ndia , ”  Engi n ee r i ng  Sc ie nc e   and   Techno logy ,   an   Int ernati onal   J ournal,   vo l.  19,     pp.   1826 - 1835 ,   2016.   [21]   P.  Ram y a   and   R .   Anan th  ME ,   “ The   im pl ementation  of   sola r  tra c ker   using   Ardui no  with   servomo tor, ”   Int ernati on al   Re search Journal  of   Engi n ee ring   and  Technol og y (IRJ ET) ,   vol .   3 ,   pp.   969 - 972 ,   20 16.   [22]   Te xas  Instru me n ts,  “INA219  ze r o - drift ,   bidirec tional curre n t/ pow er  mon it or   with  I 2 C  interfa c e,”  20 08.   [23]   J.  F.   Muthna,  et   a l.,  “De sign   and   im p lemen ta ti on   of   smar t   elec troni c   sol ar  t rac k er   base d  on  Arduino , ”   TEL KOMNIKA,   vol.   17 ,   pp .   2486 - 2496,   2019 .   [24]   S.  Dasgupta ,   et  al . ,   “Dua l  axis   sun  tracki ng   sys te m  with   P V  cell   as  the  sensor,  u ti l iz ing   hybrid   e le c tric al  cha ra cteri sti cs  o f  th e  cell   to   d et er mi ne   insol ation, ”   IE EE  Int ernati onal   Conf ere nce  on   Sust ainabl e   En ergy   Technol ogi es  (I CSET),   2010 .   [25]   M.   H.   T ani a   and   M.   S.   Alam,   “S un  tr ac king   sch e me s  for   photovo lt aic   panels,”  3 rd   Inte rnationa l  C onfe renc e  on   the  Dev el opmen ts i n   Re n ewabl e   En e rgy  Technol og y (ICDRET),   2014 .       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS        Chan  Men   Loo n  re ce iv ed   his  Bac he lor  Degr e e  in   Apl li ed   Sc ie nc e  ( Elec tron i cs  Phys ic s  and  Instrume nt at ion)   from   Univer sit i  Mal aysia  T erengganu.  He  is  cur ren t ly  pursui ng  Master   of   Scie nc e  (Ren ewa ble   Ene rgy)   in  Univer siti   Ma lays ia   Te r engga nu .   His  cur r ent   r ese ar ch   intere st  is   solar  en erg y.             Muhama d  Z alan i  Daud  co mpl e ted  his  bac h el or’s  degr ee  in  el e ct ri ca l  and  e lectr oni c  engi n ee r ing,  Rit sumei k an   Un ive rsity ,   Kyoto,   Japa n  in  Mar ch  2003.   In  Februa ry  2010  he  co m ple t ed  his  MS c  by  rese arc h   a t   School   of  Elec tr ical,  Compu te r   an d  T el e com mun icati ons   Engi n ee ri ng,   Univ ersit y   of  Wol longong ,   Aus tra li a .   L at er   in  2014,   com pl e te d  his  PhD   in  r ene wabl e  en erg y   from  Faculty   of  Engi ne eri ng  a nd  Buil t  Envi ron me nt ,   Univer si ti   Keba ngsaa n  Ma l aysia   (UK M).  He  is  cur r ent ly   a  senior   lectur er   at  the  Univer sit i  Mal aysia   Te r e ngganu  (UM T),  Facul ty  o f  Oce a n  Engi n ee ring  Te chno logy   and   Inform atics   in   which   h is  r ese arc h   in te rests   ar e  i n   ren ewa ble  ene rgy,  sm art  ene rgy met er  d e vel opm ent   and e ner gy  ef ficien cy .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.