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.  1628 ~ 1639   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 3 . pp 1628 - 1639           1628       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Op tim al extr action  of phot ovoltaic  ene rgy usi ng fuzz y logic  contr ol for ma xim um powe r poin t tracki ng tech nique       Ka d him H am zah Ch alok 1 , Mo hamm ad F aridun  Naim  Tajuddin 2 , T h an ik an ti  Su d h akar B ab u 3 ,  Shahri n  Md Ayob 4 ,  Tole  S ut ikn o 5   1,2  School  of El e ct ri ca l   Sys te ms  Engi ne eri ng,   Un ive rsiti Mal aysia Perl is,   Perl is,  M al aysi a   3  Depa rtment of  El e ct ri ca l   Pow er   Engi n ee ring ,   U nive rsiti T ena g a Nasional ,   Kaj an g,   Mal aysia   4  School  of El ec t ric a l  Eng ineeri n g,   Facu lt y   of En gine er ing, Univers it i Te knolo g i M al aysia,  Johor  Bahru,   Ma la ysi a   5  Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Univ ersitas Ahma d  D ahl a n,   Yogyak art a ,   I ndonesia   5  Em bedd ed  Sys t em   and  Pow er E le c troni cs  R ese a rch   Group,   Yogyaka rt a, I ndonesi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved  Ja n 2 9,   2020   Re vised A pr 26, 2 020   Accepte d Ma y 3, 2 020       In  photovol t aic   (PV )  sys te ms,  ma xi mum   po wer  point   track ing  (MP PT)  te chn ique s  are  u sed  to   track  the  ma xim u m  powe r  from   the  PV   a rra y  und er   the   cha ng e  in   irr adi an ce  and   tem per at ur e  condi t io ns.  The  pe rturb  a nd  observe   (P&O)  is  one  of  the   most  wid el y   used  MP PT  te c hnique s  in  re ce n t  ti m es  due   to  i ts  si mpl e   i m ple m ent a ti on   an d  im p rove d   per f orma nc e.  How e ver ,   th e  P&O   has  li m it a ti ons  such  as  osci ll a tion  aro und  the   MP P  during  which  t ime  th e   P& O  al gori thm  will   b ec om e   co nfused  due   to   ra pidl y  cha nging   at mospher ic  condi ti ons .   To   o ver come  the   abo ve  l im i ta t ion,  this   pape r   uses  th e  fuz zy  logic   cont roller   (FLC)   to  track  the  m axi mum  power   from  th e  PV   sy stem   und er  diffe ren t   irra d iance ,   int egr ates  i t   with   a   DC - DC  boost  conv erter   as  a   tracke r .   The   r esult   of   th e  FLC  per formance   is  com p ared  with  th e  tr aditiona l   P&O   me thod  and  show s  the   MP PT  al gorit hm   base d  on  FLC  ensure s  cont inuou s   tra ck ing  of   the  ma xim u m   powe r  with in  a   short   per iod  com p ar ed  wi th  the   tra ditio na l  P&O  me thod .   B eside s  tha t ,   the   pro posed  me thod   ( FLC)  has  a   faste r   dyna mi c   r esponse  and   lo w  oscillations  at  th e   oper a ti ng   p oint  aro und   the   MP P unde r   stea dy - st at e   cond i ti ons a nd   dynamic cha ng e  in   irr a dia nc e.   Ke yw or d s :   DC - DC bo os t  conve rter   Fu zz y  lo gic c o ntr oller   M a ximum  pow er  po i nt trac king   Photo vo lt ai c   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 oha mma d  Fa rid un N ai m  Ta juddin,     School  of  Ele c tric al  Sy ste ms   En gin eeri ng,   Un i ver sit i  M al aysia Pe rlis ( U niMAP ),     Sg .  Ch uc huh,  Ar a u, Jal an W ang U l u,   0100 0 Kanga r,   Perlis,   M al aysia   Emai l:  f arid un @unima p. e du. my       1.   INTROD U CTION   Currentl y,  t here  is  a   high   de man d  f or  dev e lop in g  a   no n - poll uting,   al te rnat ive  a nd  ren e wab le   s ourc e   of  ene rgy  i n  t he  un i ver se .  T he  po te ntial it y  of  util isi ng   r enew a ble  e nergy  s ources  (s ol ar  or  wind  e ne rgy)   promises  a  valuab le   s ource  of  re new a ble  en ergy.  Gen e rati ng   el ect ric  power   from  the  s olar  ph otov oltai c  (P V )   pan el s  de pends   on   dif fer e nt  fa ct or s  s uch   a s  the  pa nel  te mp e ratur e ,  ope rati ng   c onditi ons,  pr ese nce  of   s ha dow,   and  s olar  ir ra di ance,  a mon g  oth e rs.   Sunli ght  is  the   le adi ng  en vir onme nt al   so urce  of  s upply i n g  s olar   ene rgy  du e   to   ma ny  nucl ear   reacti on s  that  ta ke  pla ce  on   the   sun ’ s  s urface.   This   ty pe  of  e nerg y  is   pe r hap s   th e  m os t  well - kn own   re new a ble   res ou rce  t hat  is   m ost   ex plo it ed .  Ma ny  c urre nt  te chnolo gies   ext ract  el ect rical   energ y  from solar  irr a diati on s . T h e  de vices that ca n conve rt sunli ght t o  el ect ric  powe r  a re call ed  PV  [ 1] .   These  PV   cel ls   gen e rate  en er gy   from   sunli ght.  W he n  the  phot ons  co ntact   with  the  PV   c el ls,  the  PV   cel ls  release   el ect rons,   a nd  w hen   t he  cel l  wa s  co nn ect e d  to the  ci rcu it ,  el e ct ric  energ y  wi ll   be  ge ner at e d.  So la r   te chnolo gy  us e s  passive   a nd  a ct ive  te ch nique s  to   c onve rt  s unli gh t   int o  us e f ul  e nerg y  [ 2].  The   P V   cel ls  e xh i bit   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       Op ti m al extr ac ti on   of  ph oto v ol taic ener gy us ing  f uz zy l og ic   con tr ol for   …  (K adhim H amz ah Ch alo k )   1629   non - li near  I - V   c har act e risti cs.  The   ma xim um  po wer  co uld  be   track ed   f rom  P V  pa nels  i f  it   is  op e rated   at   the   maxim um  power  po i nt  (MP P) .   Var io us  te chn i qu e s  a re   ut il ise d  to   trac k  the   ma xim um  po wer  by  ope rati ng  these  pan el s at   the  M PP . Suc h t echn i qu e s are  d esc ribe d  as   M PP  trac king  ( M PP T) met ho ds .   M PP T  te ch niques  wer e  us e d  to  r un   t he  P V  modu le s  on  th e  maxim um   po wer,  w hich   we re  cl assifi ed   as  (1)  c onve ntion al   met hods   ( 2)   s of t  c omp uting   met hods.  T he  co nventi on a l  M PPT  meth ods  incl ud e  t he  P&O  [3 - 6],  i ncr e me ntal  co nductan ce  [7 - 10],   fr act ion al   s hort  ci rc uit  curre nt  [ 11,   12]  a nd  the  frac ti on al   ope n  c ircuit   vo lt age   [ 13,14 ].   T hese  c onve ntion al   M P P T  process es  wer e  ve ry   e ffec ti ve  unde r  un i form  a nd  ste ady  env i ronme ntal  conditi ons.  In   the  case  of  the   PV   s ys te ms  t hat  operate  un der   unifo rm  c ondi ti ons,  it   e xh i bits   on e   M PP,  a nd  it   may  get  the   change  t o  i dent ify  m ulti ple  pe aks  due  to   ch ang e s  in   irra di at ion   a nd  te m pe ratur e   conditi ons.    The  MPP  ca n  be   dete rmin e d  us in g  co nve ntion al   pr oces ses.  T hese   te c hn i qu e s  s how   co ntin uous  os ci ll at ion   ar ound  the  MPP,   wh ic h  le ads  t o  powe r  loss .  T he  tra diti on al   M PP T  can not  track  the  globa l  M PP   unde r  non - un i f orm  co ndit ion s   and   ca nnot  ha nd le   the  pa rtia l  sh adi ng   c ondit ion s  [15].  T he  major  dr a w bac ks   of   conve ntion al  M PP T  met hods  can b e res olve d  us in g  s of t  c ompu ti ng pro c esses .  S om e   of   the p rima ry  pr inciple s   of  the se  soft  com pu ti ng   me thods   inclu de   un ce rtai nty,   r obus t ness,  a nd   par ti al   tr uth.   The   s of t   co m pu ti ng  methods   ca n  ha nd le   the   no n - l inear   issues ,  a nd  offe r  bette r  s olu ti ons   f or  th e  MPPT   [ 16] .  The   wi dely   use d  s oft   com pu ti ng  p r oc esses  are  pa rtic le   swar m  op ti miza ti on   [ 17 - 20] ,  arti fici al   neu ral  net wor k  [ 21,   22]a nd  the  fu zz y  log ic  c on t ro ll er  [23 - 25 ].   The  per t urb  a nd  obse rv e   ( P &O )   al gorith m  is  use d  ext ensivel y  ow i ng  to   it s  lo w  c ompu ta ti onal   dema nd,  sim pl e  impleme ntati on   a nd  le ss  c o st.  F urt her,  unde r  varyin g  at mo s ph e ric  c onditi ons,  t he  P&O  al gorithm  pro duces  os ci ll at ion s  a rou nd   t he  M PP .  On  the  oth e r  ha nd,  du rin g  ra pid  cha ng e   in  t he  irr a diance,   the  al go rithm   s hifted   a way  from   the   M PP   a nd  pro du ces   huge   powe r  dro p  of  t he  a vaila ble  e nerg y.  I n  su c h  a   case,  the  al gor it hm   co uld  no t  diff e re ntiat e  betwee n  the   nume rous  var ia ti on s  see n  i n  the  ou t pu t  pow er  a s   cause d  by  it s  vo lt age   pe rtu r bation  or  ra pid  irrad ia ti on  c ha ng e s.  T hus,  s om e  c ha ng es   had   t o  be  ma de   in  the  al gorithm t o o ver c om e  these   pro bl ems  [26].   In  rece nt y ear s ,  f uzz y  l og ic   c on t ro ll ers   ( FL C)  w ere   us e d  to  c ontrol   the   s mall   an d  s moo th  fl uctuati ons  in  the   sig nals  wh ic h  le d  to   st eady - sta te   c onditi on s   [ 27].  T hese  re qu ire d  f ew  c omp utati on   ste ps ,   w hich   raises   the  ef fici enc y  and  spe ed   of  t he  te c hniq ue .  The  FLCs  ca n  mainta in  t he  M PP   un der  dif fer e nt  irra diati on  val ues   [28].    In  this  pa per,  t he  a uthor s  pro po s ed   an   in no vative  us i ng  F LC  by  de velo pi ng  an   M PPT   al gorithm   f or  the  P V  s ys te m .  T he  pro po se d  te ch ni qu e   is  evaluate d  unde r  the   ste ad y - sta te   an d  dy nam ic   sh a de  c ondi ti on s.   Fu rt her,  trac ki ng  s peed  afte r   that  the   FLC   al gorithm   performa nce  is   c ompare d  with   the  t rad it io na l  P& O  al gorithm t o  s how  the  superi ori ty  of  t he met hod.       2.   MA T HEM AT ICA L   M ODE L OF  A  P V C EL L   M a ny  m od el s   hav e   been  des cribe d  t o  ac hieve  t he  pro pert ie s  of  the   P V   cel l,  i.e.   the   s ing le   diode   model  [29 ],   double   di od e  m od el   [ 30]  a nd   three  di od e  m od el s  [31].  Th ese  models  ar e  dev el op e d  ba sed  on   mathemat ic al   e qu at io ns  [ 32]  t hat  use   simi la r   ci rcu it   e qu at io ns   as   th os e  us e d  by  the  PV  ce ll s.  These   eq ua ti on s   trade  a ccu racy  f or  co mp le xity.   A   sin gle  diode  model  is   on e  of  t he  sim ple st  models;   it   is   base d  on   the  s ing le   current  s ource   an d  the  diode .  This  model  i s  exten de d  to   dev el op  a  double   ex pone ntial   model  ha ving  s hunt   resist ances a nd  equivale nt  seri es. In  t his work, we  us e a  stand a r d  sin gle e xpone ntial  mod el  that inclu des  shun t   resist ance as  s how n  in  Fig ure  1   [ 33] .           Figure  1. Eq ui valent s olar  PV   ci rc uit m od e l wit h  a  series,   sh unt  resist or a nd sin gle  diode       The   cu rr e nt,   I ph ,   is  t he   ph otoc urren t   in   the   cel l;   I o   is   the   PV  sat urat ion  current;   w hile   R s   an d  R sh   represe nt  the  s eries  resist a nc es  an d  i ntrin si c  shu nt,  re sp ec ti vely.   T he  R s   is  ge ner al ly   ne glect ed  for  sim plici ty   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    16 28   –   16 39   1630   in  an al ys is  as   the  R sh   value   is  la rg e r  t han   R s   value.  T o  i ncr ease   the   cu rr e nt  a nd  volt age,  t he  PV  cel ls  ar e   connecte d  in   s eries  a nd  pa ral le l  t o  f orm  t he   m odule.  W he n  t he  m odules   are   co nnect ed   in  a   par al le l - s eries  config ur at io n,   it   ca n  be   tr eat ed  as   t he  PV  ar ra y.  I n  ( 1 - 4)  desc rib e  the   mat hem at ic al   modu le   of   the     PV   pa nel  [ 34].     The PV  ph oto c urren t,   I ph ,  is de te rmin e d  as:     ph =   [ SCr + Ki   ( − ) ] ∗ 1000   (1)     The reve rse sa turati on,   Irs , is  cal culat ed  as:     rs = SCr [  (    ) − 1 ]      (2)     The PV  satu rati on  c urre nt,  Is , i s d et ermi ne d  a s:     = rs [ ] 3 exp [ q E g Ak ( 1 − 1 ) ]   (3)     The PV  outp ut  current,   I pv ,  is e sti mate d  as:     pv = Np* I ph − Np* I ph [ exp { q* V pv + pv Rs N s k A T } − 1 ]     (4)     The  nonline ar  equ at io n  of  P V  c har act e risti c  de pe nd s   on  the  te m perat ur e   an d  i rr a diance   of  t he  s ola r   cel l .  Under  sta nd a r d  te st   co ndit ion s   wh e re   the  c el l  te mp e r at ur e   is  25°C   a nd  the   ir ra dian ce  is  1000 W/m 2 ,  t he   PV   m odule  m anu factu rer s   usually   receive  spe ci fied  data  as   ref e ren ce s.  T he   char act e risti c  curves  a re  s how n  in   Figure  2  (a),  Figure  2  (b)  a nd   Fig ur e  3( a ) ,  Fig ur e  3(b).  Figure  2  il lust rates  the  I - V   a nd   P - V   c har ac te ristic   curves  unde r  diff e rin g  i rr a diance  c onditi on s  an d  Fig ur e   3  il lustrate s  the   I - V   a nd  P - V   char act e risti c  curve s   unde r diffe rin g t empe ratu res.           (a)   (b)     Figure  2. The  c har act erist ic  c urves  for di ff e re nt irr a dian ces;   (a)   I - V   c har act erist ic  ( b)  P - V   char act e risti c           (a)   (b)     Figure  3. The  c har act erist ic s c urves f or   dif fere nt temp eratu r es;  ( a)   I - V   c harac te risti c (b)  P - V   c har act e risti c       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       Op ti m al extr ac ti on   of  ph oto v ol taic ener gy us ing  f uz zy l og ic   con tr ol for   …  (K adhim H amz ah Ch alo k )   1631   The   aut hors   us ed  t he   JW P   25 0W  DES ER T  (HIP   S olar   G mbH,   Ge rma ny)   s olar   P V  m odule   in   this   work  to  ca rry - ou t  the   ex per i mentat io ns .  F our  s olar  pa nel s   are  co nnect ed  in  the  4  ×  1  (S  ×  P)   c onfig ur a ti on   t o  form   a   P V  a rr a y  with   ou t pu t   powe r   1K W.  Ta ble  1  sho ws   th e  pa ramete rs   of  s pecifica ti ons   of   the   P V   ar ra y  a nd   modu le .   Fi gur e  4  prese nts  the  bl oc k  diagr a m  of  a  c omplet e  P V  s yst em  co nfi gur at ion   i nclu ding  the     M PP T c on t ro ll er.       Table  1.  T he  paramet ers  of s pe ci ficat ion s  of  the J WP 2 50W  D ES ERT m od ule and a rr a y   Para m eters     Mod u le   PV ar ray (4* 1 )   Maximu m  po wer  p o in t  (P mp p )  "   2 5 0  W   1 0 0 0  W   Maximu m  curr en t  (I mp p )   8 .30  A   8 .30  A   Vo ltag e m ax i m u m   (V mp p )  "   3 0 .12  V   1 2 0 .5 A   Sh o rt - circuit cur re n t  (I sc )  "   9 .20  A   9 .20  A   Op en - circuit v o lta g e  (V oc )  "   3 7 .10  V   1 4 8 .4 V   Tem p e rature  co efficien t of  V oc  "   - 0 .11 8  V/C   - 0 .11 8  V/C   Tem p e rature  co efficien t of  I sc  "   0 .06 5 A/C   0 .06 5 A/C   " Nu m b er  of cells  "   60   240           Figure  4. Bl oc k  diag ram desc ribing t he  P V  s ys te m       3.   DC - D C  B OO ST CON VER TE R   A  DC - DC  boost   co nv e rter   is   util ise d  i n  t he   PV  s ys te m   as   it   is  an   a dap t able  a nd  ef fici ent  M PP T  con t ro ll er.  Thi s  conve rter  ha s  helpe d  to  c on t ro l  a  volt a ge  outp ut  that   is  hig he r  tha n  the  vo lt age  input.     Figure   5  s how s  the   tra ns ist or   in   the   DC - DC   bo os t  c onve rt er,   w hich   regul at es  the   e nh a nc ed   proce ssin g  by   the  con t ro ll er.   A  M O SFET   tra nsi stor  was  uti li zed  in  t his  conve rter.   I n  (5)  def i nes  t he   ci rcu it ’s   vo lt age     gain  [3 5] .     = 1 ( 1 + )   (5)         Figure  5. Ci rcui t diagr a m  of the  DC - DC  boost  conv e rter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    16 28   –   16 39   1632   Wh e re:   V o :   c onve rter   outp ut   volt age,   Vi:   conve rter  i nput   volt age,   D:   du t y  c ycle.   D C - DC  boos t   conve rter  t hat  is  co ntr olled  by  t he  gate  dri ve r  ci rc uit.  The   work i ng  pr i nciple  of  the   DC - DC  boos t   co nverter   can  be   di vid e d  into  tw o  par ts .  The  first  par t   is  wh e n  M O S FET  wa s  swit ched   O N;  the  inducto r  (L )  c urren t  directi on  flo we d  in   re ve rse  w hile  the  i nduct or  sto red  the  e nerg y  a nd  ge ne rated  a   ma gnet ic   fiel d,   wh e r eas  the   ou t pu t  ca pacit or   (C 2 )  t ran s fe rr e d  the   ene r gy  to   an   in ver te r.   In  the  se co nd  par t,   the  tra ns ist or  wa s  s w it ched   OF F ,  w herei n  the  main  s ourc e  and   ene rgy  would  be  c onne ct ed   in  se ries  [36].  T he  DC - DC  boos t  c onver te r   desig n  e mp l oyed  in  this st udy i s sp eci fied  i n Table . 2       Table  2.  T he  paramet ers  of t he  D C - DC  boost  co nve rter   Elemen ts   Valu es   Ind u cto r   3 3 2 .625 µH   MOSF ET   1 RF P4 6 0   Po wer  Dio d e   IN  5 4 0 8   Cap acito r,  C 2   9 .12 5  µf   Res istiv e L o ad   2 0 0  Ω   Frequ en cy   2 0  kHz   Inp u t capacitan ce, C 1   5 m F       4.   MPPT F UZZ Y  LO GIC C O NTRO LL E R   The  pro posed   FLC  te ch nique   is  us e d  to  ove rcome  c om m on  dr a w back s   of  the   co nventi on al   MPPT  te chn iq ue  li ke  the  loss   of  trac king  durin g  dy namic  c ha ng es   in  ir rad ia nce  and  osc il la ti on   duri ng  ste ad y - sta te   conditi ons.   FL C  is  on e   of  th e  m os t  e ff ect iv e  co ntr ol  te c hn iqu es   a nd  ha s  at tract ed  a   lot  of  intere st  in   a   wi de   range  of   a ppli cat ion s.  The   F LC  is  util ise d  to  imp r ov e   the  performa nc e  of  the  M P P T  in  P V  s ys te ms  by  enh a ncin g  it s  trackin g  capa bi li ty  to  deal  with  t he  non - l inearit y  cha rac te risti cs  of  t he   P V  a rr a y.  F or  t hi s  pur po se ,  the  duty - cycle  of   t he   boos t  c onvert er  is  con t ro ll e d  by  the  FLC  r ules,  if  the  pe r tur bation  i n  th e  du t y  cycle  inc rease d  t he  powe r,  the  ne xt  directi on  of  pe rtu r ba ti on   must   be  moved   in   the   same  directi on .  On  the   oth e r  ha nd,  if   the  powe r  is   decr ease d ,  t he   directi on  of   the  duty  c yc le   per tu rb at i on  sho uld   be  in  the    opposit e d ire ct ion .     Figure  6  prese nts  the   flo wchart  f or  the   FL C  al gorithm .  This  al gorithm   was   based  on  three   maj or   ste ps ,  i.e. ,  ( 1)   f uzzifica ti on,  ( 2)  infe ren ce  a nd ,  (3)  de f uzzific at ion .  I n  the  ca se  of   fu zzi ficat ion ,  t his  al gori thm  su bst it uted  t he   nume rical   in pu t   val ue  i nto  the  li nguisti c  va riables   that   are   prese nted   as  t he  mem be rsh i p  functi ons.  T he r eafter,  t he  in fe ren ce  ste p  relat es  the  ou t pu t  a nd  in pu t  in f ormat ion ,   w here as  the  defuzzif ic at ion   ste p  tra ns f orm ed  the  outp ut i nformat ion i nt o  a  nume rical  v al ue [ 37].           Figure  6. Steps  involve d  i n  t he  Fu zz y  l og ic  a lgorit hm       In  this   work,  t he  Slo pe   of  P - V  (the   e rror)   a nd  the   Var ia ti on  of  Slo pe  (c ha ng e   of  e rror)   are  util ise d  a s   input  values   (S(k )  a nd  Δ S(K) )   f or  th e  FLC  s ys te m.   T he   er r or  ( S(k) )   an d  the  c ha nge  of  e rror  (Δ S(k) )  i n  the  P V   modu le s  are us ed  as  fuzzy  in put va riables.  T hese  var ia bles  are e xpresse d  a s foll ow s:     ( ) = Δ  Δ  =  ( )  ( ) −  ( − 1 ) ( − 1 )  ( ) −  ( − 1 )   (6)   Δ ( ) = ( ) − ( − 1 )   (7)     Figure  7  pr ese nts the dat aba s e whic h  is  us e d for the  fuzz y  r ules that a re b a sed on i nput  va riables f or   fu zz y.  A   5 - te r m  fu zz y  set   of v aria bles,  i.e., N egati ve  Bi g  ( NB),  N e gative Small   (N S ),   Ze ro  ( ZE) ,  P os it ive  Bi g  (P B)  a nd  P os it ive  Small   (PS)   are  em ployed  to  desc rib e  e ve ry   li ng uisti c  va riable.  T he  ou t pu ts  from  t he  f uzzy   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       Op ti m al extr ac ti on   of  ph oto v ol taic ener gy us ing  f uz zy l og ic   con tr ol for   …  (K adhim H amz ah Ch alo k )   1633   con t ro ll er   (i.e .,  duty   c ycle  rati o  c omma nd  of  a  bo os t  c onve rt er)  ch an ge d  t he   out pu t   cu rr e nt   an d  volt age   va lues   of   a  PV   mod ul e.  Af te r  t hese   values  a re  ch ang e d,   t hey   w il l  aff ect   the  f uzzy   i nput  va r ia ble s  values   of   t he  seco nd  set .   T he reafter ,  t he  outp ut  c omman ds  will   be  re - a dju ste d  by  t he   co ntr oller.   T he   f uzz y  l og ic   s ys te m   al so   sta te d  tha t  the  sel ect io n  of  the   domain  incl udin g  th e  input  a nd  outp ut  va lues  (i .e.,   t he  unive r se  of  disco urse)  would  si gn ific a nt ly  af fect  the  res ults,  he nce,  a ppr opriat e  desi gns  ha ve  t o  be  i mp le me nted .  A  fe w   gu i delines  wh i ch  he lp  in  de fining  the  mem be rsh i p  f unct ions  su c h  as:   ( 1)  Def i ning  the  li mit at ion s  bet w een  the   NB  an d  PB  r egio ns   base d  on  the  c ha racteri sti cs  of  al l  input  va riabl es ;  (2)  ZE   ra ng e  was  base d  on  th e   sp eci fied  MPP T  obje ct ive  (effic ie ncy   c rite ria);  an d  ( 3)   Li mit at ion s  of  th e  PM   a nd   N M   wer e  determi ne d  after   sel ect ing  the  PB,     NB  a nd  Z E  bounda ries.   A   fe w  desi gn  it erati on s  we r e  nece ssar y  f or  ac qu iri ng  sat isfact ory  re su lt s.     Figure  8(a),   Fig ur e   8(b)  an d  Fig ur e   8(c)   de scribe   the   input  a nd  ou t pu t   f uzz y  lo gic    membe rs hip   f unct ions.           Figure  7. F uzz y ru le s  us e d for the  er ror  a nd  changes  of e rror use d  a s in pu ts           (a)   (b)       (c)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    16 28   –   16 39   1634   Figure  8. The   membe rs hip   f unct ions  us ed  fo r  (a )  E rro r  S (k)   ( b)  C ha ng e  of  error   ΔS( k)  (c )  Duty c ycle  ΔD     Figure.   9  prese nts  the   MATL AB/Si mu li nk®   model  of  the  M PP T  c on t ro ll er.  T he  blo c k  diag ram  fo r   an  M P PT   is  ba sed  on  t he  method   pro pose d  i n  t his  st udy.  T his  m odel   i nclud e s  th e  init ia l  duty   c ycle,  w he re  t he   PV   ar ra y  volt age  an d  c urren t  are  meas ur e d  a nd   powe r  is  est imat ed.   Fig ure  10   de picts  the  model  that  has  been   impleme nted u sing M ATL AB /Si mu li nk®           Figure  9. Sim ul ink  m odel   of  t he  F LC  M PPT   al gorithm          Figure  10. M odel li ng   sy ste m s thro ugh si mul ink  e nv i ronme nt       5.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION     The  trac king  a bili ti es  of   the  pro posed  FLC - M PP T  al gorith m  is  exa mine d  unde r  tw o  c onditi on s ,  i.e.,   (1)  ste a dy - sta te   co nd it io ns ;  a nd  ( 2)  dy nami c  cha ng e s  in   the  ir rad ia nce.   Ther ea fter ,  the   pe rformance   of  the   pro po se d  al gor it hm  is e xamine d wit h  the  tra diti on al  P &O a lgorit hm .     5.1.  Perf orm ance  under  s te ad y - s tate c ondi tion s   At  ir rad ia nce  of  90 0  W/m 2   as  sho wn  in   F igure  11(a),  Figure  11( b)  a nd  Fi gure   11(c ) ,  the   ou t pu t   powe r   f rom  th e  PV   a rr a y  is  90 2.76   W .  I n  this  case,  the  pro posed  FLC - M PP T  al gorith m  su ccee de d  to  ma ke   the ope rati ng point  of the s ys t em   at   the   ma ximu m   point   wit hin   0.0 82  sec .   The  trac king  performa nce  of  the  tra diti onal   P&O   met hod  at   the  ir ra diance  value  of   900  W/m 2   achieve d  t he   M PP   within   0. 151s ec .  T he   re su lt s  s how   that   the   pr opos e d  FLC - M PPT   te chn i qu e   inc urr ed  fe wer  os ci ll at ion s,  a  sta ble  op e rati ng  point  a nd   the   propose d  FLC - MPPT  al go rithm  po s sesse d  higher  acc ur ac y  tha n  the P& O met hod w he n  it  is  operate d  at  the   M PP  v al ue.   At  irra diance  of   600W/ m 2   a s  sh ow n  in  Fi gure  12 (a) ,  Figure  12 (b)  an d  Figure  12(c ),   the  pro posed   FLC  s uccessfu ll y  tracke d  t he   M P P  within   0.137  sec.  T he   powe r  e xtra ct ed  f rom  t he  PV   a rr a y  unde r  this   irrad ia nce is  604.9 37  W     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       Op ti m al extr ac ti on   of  ph oto v ol taic ener gy us ing  f uz zy l og ic   con tr ol for   …  (K adhim H amz ah Ch alo k )   1635         (a)   (b)       (c)     Figure  11. T ra ckin g per forma nce  of the  FLC - MPPT a nd P &O  te c hn i que  at  an  ir rad ia nc e of  900 W/m 2     (a)  C urre nt (A) ( b)   V oltage  (V) ( c ) Po wer ( W )            (a)   (b)       (c)     Figure  12. T ra ckin g per forma nce  of the  FLC - MPPT a nd P &O  te c hn i que  at  an  ir rad ia nc e of  600 W/m 2     (a)  C urre nt (A) ( b)   V oltage  (V) ( c ) Po wer ( W )        The   co nventio nal  P &O  al gor it hm   s uccess f ul ly  trac ked  t he   M PP   within   0.2 44  sec   for  t he   irra dia nce  of   600  W/m 2 .  The  e xtracted   powe r  f rom  th e  PV   a rray  un der   t his  ir rad ia nc e  is  604.9 37  W.  I n  this  te st ,  P& O   needs  m ore  ti me  tha n  t he  previ ou s   c onditi on  becau se   th e  ste p - siz e  value  is   small er.   Table  3  pr e se nts  the   com par is on  of   the  trac king   r esults  de rive d  after  a   co mp a r at ive  eval uatio n  of  the  pro po sed  FLC - M P P T  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    16 28   –   16 39   1636   tradit ion al   P& O  te ch ni qu es .  This  performa nce  is  c ompa r ed  with  reg a r ds  to  t he  harves ti ng   powe r,   t he   ti me  require d for  re achin g  the  ma xi mu m  powe r u nd e r  t he  ste ad y - sta te  cond it io ns .   Table  3.  C omp ariso n of t he  tr ackin g resu lt s  f or the  pro pose d  F LC - M PPT   and the c onve nt ion al   P& O me thods   Ir radian ce   MPPT  Algo rithm   Th eo re ti ca l   m ax i m u m   p o wer   Extracted Po we r   Tim e  of  tra ck in g   9 0 0  W/m 2   Prop o sed  FL C m et h o d   9 0 3  W   9 0 2 .764 W   0 .08 2  s   P& O m eth o d   9 0 3  W   9 0 2 .764 W   0 .15 1  s   6 0 0  W/m 2   Prop o sed  FL C m et h o d   6 0 5  W   6 0 4 .937 W   0 .13 7  s   P& O  m eth o d   6 0 5  W   6 0 4 .937 W   0 .24 4  s       5.2.  Perf orm ance  analy sis d ynamic  ch ang e in irr ad i an c e condi tio n   In  the   first   cas e,  as   ca n  be   se en   in   Fig ure  13 (a) ,   Fig ur e   13( b) a nd  Fig ur e   13(c ),  the   ir rad i ance   sta rts   at   600  W/m 2   unti l  0.5  seco nds.   In  the   0.5   sec ond,  t her e   was   a  one - ste p  cha ng e   f r om   600  W/m2  to   800  W/m2,   and   on  the  on e - seco nd,  a no t he r  ste p  c hange   from  800  W/m 2   to  1000  W/ m 2 .  The  pro po sed  FLC  met hod  a nd  P&O t ech niqu e are test e d under  an i rr a dian ce p rofil e sho wn in Fi gure  14.            (a)   (b)       (c)     Figure  13. T ra ckin g  the  p e rfo rma nce  of  t he FLC - M PPT  a nd P &O t ech nique  unde r dyna mic cha nges  occurri ng in  t he   irra diance  at  the step - up c ha ng e s  of   200   W/ m 2   (a )  Cu rr e nt  (A) (b ) Vo lt ag e ( V)     (c)   Powe r  ( W )            Figure  14. A n  i rr a diance  pro fi le  f or  dynamic   te st       Fo r   t he  pro pos ed  FLC  meth od,   the   M PP   tra ckin g  ti me   is  only   0.1 37  sec  and  the   powe r  extracte d  is   604.9 37   W.   A fter  ste p - cha ngin g  to  the  800  W/m 2 ,  t he  M PP  is  reach ed  withi n  0.0 09  sec  an d  the   power   extracte d  of  804.5 18W .  F or  1000  W/ m 2 ,  the  powe r  e xtracted  is  999.708  within  0.009  sec .  A nd  for  th e   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       Op ti m al extr ac ti on   of  ph oto v ol taic ener gy us ing  f uz zy l og ic   con tr ol for   …  (K adhim H amz ah Ch alo k )   1637   conve ntion al   P &O  met hod,   t he   trackin g  ti me   of   600  W/m 2   irra diance  is  0.244  sec  for  the   800W/ m 2  irra diance   is  0.025sec   an d  0.085  for  th e 1000  W/m 2   irr adiance.   T he  outp ut  po wer   from  t he  P V  a rr a y  is  595W  f or  t he  600  W/m 2   i rr a dian ces,  796.1 2  W   f or  t he  800  W/m 2   i rr a dian ces  a nd  995.7 6W  within   0.0 85  sec   for  1000  W/m 2   irra dia nce  c on diti on s . A s   obs erv e d  fro m  Fi gure   14,   the   trac king p e rforma nce u si ng  the   pro posed   FLC  method   is  faster  an d  m or e  sta ble  than   the  co nv e ntio nal  P& O  meth od.  Table  4  il lustrate s  a  co m par is on   of   t he  tracki ng   resu lt s  see n  a fter  ap ply i ng   the  pro posed  FLC  an d  co nventio nal  P& O  meth ods  w hen   t he  irra di ance  i s   su bject e d  to  a  ste p - up   of  20 0  W/m 2 .  T he  se cond  case  of  the  dy namic  c ha ng e  i n  ir rad ia nce  te st  is  a  s udde n  ste p - dow n  in  ir rad ia nce,  as  s how n  i n  Fi gure  15.   In  this  ca se,  t he   irra diance   de creases  by  a   st ep  of   200W/ m 2   f or  five - ti me  sta rting  f rom  1000   W/m 2  un ti l  200  W/m 2 .  T he  perform ance  tr acki ng  of  the   pro pose d  FLC  met hod  an d  c onve ntio nal  P &O  met hod  ca n  be obse r ved f r om  t he ou t pu t   powe r  sc heme i ll us trat ed  in  Fi gures 1 6( a ),   Figures  16( b) an d  Fi gures 1 6( c ) .       Table  4.  C omp ariso n of t he  tr ackin g resu lt s  seen a fter a pplyin g  the  pr opose d  F LC a nd c onve ntion al  P &O  methods  whe n t he  irra dia nce i s subject ed  t o  a  step - up  of 20 0 W/m 2   A step - ch an g e in I rr ad ian ce   From -   to   From -   to   600  -   8 0 0  W/m 2   800 - 1 0 0 0  W/m 2   Theo ry   8 0 0  W   1 0 0 0  W   Prop o sed  FL C m et h o d   Extracted p o wer   8 0 4 .514 W   Extracted p o wer   9 9 9 .708 W   Tr acki n g  time   0 .00 9  s   Tr acki n g  time   0 .00 9  s     P& O m eth o d   Extracted p o wer   8 0 4 .518 W   Extracted p o wer   9 9 9 .760 W   Tr acki n g  time   0 .02 5  s   Tr acki n g  time   0 .08 5  s           Figure  15. St ep - dow n su dden   changes  o cc urr ing  i n  the  ir radi ance           (a)   (b)       (c)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.