I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   6 Dec em b er   201 7 ,   p p .   3 2 7 1 ~ 3 2 8 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ec e. v 7 i6 . p p 3 2 7 1 - 3281          3271       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 JE C E   M o deling  and  S i m ula tion  of a  P ho tov o ltaic  F ield  for  13   KW       Sa la h E dd i ne  M a nk o ur 1 ,   Ah m e d Wa hid   B ela rbi 2 ,   M o ha m m e T a ri k   B en m es s a o ud 3     De p a rte m e n o f   El e c tro tec h n ics ,   F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g e n e e rin g , U n iv e rsity   o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y   ( UST O ),   BP 1 5 0 5     El - m ’n a o u a r,   3 1 0 0 0   Or a n ,   A lg e ria       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   26 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J u n   19 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J u l   3 ,   2 0 1 7       In   th e   f u tu re   so lar  e n e rg y   w il b e   v e r y   i m p o rtan so u rc e   o f   e n e rg y .   M o re   th a n   4 5 %   o f   n e e d e d   e n e rg y   in   th e   w o rld   w il b e   g e n e ra ted   b y   p h o to v o lt a ic   m o d u le.  T h e re f o re   it   is  n e c e ss a r y   to   c o n c e n trate   o u e f f o rts  in   o rd e r   to   re d u c e   th e   a p p li c a ti o n   c o sts  . T h is  w o rk   in v e stig a tes   o n   t h e   m o d e li n g   o f   a   S tan d   A lo n e   P o w e S y st e m   f o c u sin g   o n   P h o to v o lt a ic  e n e rg y   s y ste m s.  We   in tr o d u c e   th e   m o d e ls  o f   th e   s y ste m   c o m p o n e n ts  T h e re f o re   a   m a x i m u m   p o w e p o in trac k in g   (M P P T tec h n i q u e   is  n e e d e d   to   trac k   th e   p e a k   p o w e in   o r d e to   m a k e   f u ll   u ti li z a ti o n   o f   P V   a rra y   o u tp u p o w e u n d e v a ry in g   c o n d it io n s.   T h is  p a p e p re se n ts  tw o   w id e l y - a d o p te d   M P P T   a lg o rit h m s,  p e rtu rb a ti o n   &   o b se rv a ti o n   ( P & O)  a n d   in c r e m e n tal  c o n d u c tan c e   (IC). A   c o m p lete   c h a ra c teriz a ti o n   a n d   sim u latio n   m o d e w a i m p le m e n ted   in   t h e   M a tl a b - S im u li n k   e n v iro n m e n t.   De si g n   c o m p lete   s y ste m   is   d o n e   to   a n a ly z e   it s   b e h a v io f o a   ty p ica y e a r,   w it h   th e   a im   to   e v a lu a te  th e ir  e n e rg e ti c   e ffe c ti v e n e ss .   K ey w o r d :   P h o to v o ltaic   M atlab - s i m u li n k   Ma x i m u m   p o w er   p o in T r ac k in g   p er tu r b   an d   o b s er v e   I n cr e m e n tal  c o n d u c tan ce   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit 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 :   Salah   E d d in M a n k o u r   Dep ar te m en t o f   E lectr o tech n ic s Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g e n ee r in g ,   UST O - MB   Un i v er s it y ,   B P 1 5 0 5     El - m n ao u ar ,   3 1 0 0 0   Or an ,   A l g er ia.   E m ail:  s a lah ed d in e. m a n k o u r @ u n i v - u s to . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   T h s ea r ch   f o r   r eliab le,   lo n g - last i n g   s o u r ce s   o f   en er g y   h as  b ee n   a n   ev er   ch al len g i n g   tas k   f o r   m an k i n d .   T h is   s ea r ch   is   m o r u r g en to d a y   th a n   ev er   b ef o r e,   d u to   th h ea v y   d ep en d en c o f   m o d er n   lif o n   en er g y   f r o m   f o s s i f u el s   ( i.e .   p etr o leu m ,   n atu r al  g as   an d   co al) ,   w h ic h   ar b ein g   d ep leted .   I n   ad d itio n ,   t h eir   co m b u s t io n   p r o d u cts ar ca u s i n g   t h g lo b al  p o llu tio n   p r o b lem s   [ 1 ] .   I n   t h is   p ap er ,   m et h o d o lo g y   to   d esig n   ea c h   co n f ig u r atio n   an al y ticall y   i s   p r o p o s ed .   I t   is   f o u n d   t h at   s o lar   p h o to v o ltaic  m o d u les   in   p ar allel  an d   i n   s er ie s ,   f o r   p o w er   s u p p l y   o f   1 3   k W . c o m p lete   s i m u latio n   m o d el  o f   th s y s te m   a n d   o f   th co n tr o s tr ate g ies  w a s   r ea lized   in   th Ma t lab - Si m u li n k   e n v ir o n m en t.   I n   p h o to v o ltaic  ( P V)   p o w er   s y s t e m s ,   m ax i m u m   p o w er   p o in tr ac k in g   ( MP PT )   is   ess en tia b ec au s it  tak e s   f u ll   ad v an ta g o f   t h av ailab le  s o l ar   en er g y .   An d   s in ce   t h o u tp u ch ar ac ter is tics   o f   p h o to v o lt aic  ( P V)   s y s te m   i s   n o n li n ea r   a n d   ch a n g es  w i th   te m p er a t u r a n d   s o lar   r ad iatio n ,   its   m a x i m u m   p o w er   p o in t   ( MP P)  is   n o co n s ta n t.   Un d er   ea ch   co n d itio n   P m o d u le  h as  p o in at  w h ich   it  c an   p r o d u ce   its   MP P .   T h er ef o r e,   m a x i m u m   p o w er   p o in tr ac k in g   ( MP PT )   tech n iq u es  ca n   b u s ed   to   u p h o ld   t h P p an el  o p er atin g   at  i ts   MP P   an d   th en   to   in cr ea s th P s y s te m   e f f ici en c y   [ 2 ] .   I n   o u r   ca s th er is   p o w er   to   lo ad   in   an   is o lated   s ite  ( Or an     A l g er ia) ,   in   o r d er   to   s tu d y   t h p r o p o s ed   s y s te m   b ased   o n   cli m atic  co n d itio n s .       2.   P H O T O VO L T A I SY ST E M   T h is   is   t h m o s co m m o n   co n f ig u r at io n   o f   th a u to n o m o u s   p h o to v o ltaic  s y s te m s , ca lled   Sta n d - A lo n e   s y s te m s   . T h w h o le  is   u s u a ll y   in   D C .   W h ic h   is   b etter   b ec au s s i m p ler .   B u as  s o o n   a s   w d ea w it h   th e   h ab itat,  th er ar al m o s al w a y s   ap p ar atu s e s   in   AC   to   b f ed   an d   b ec au s th e y   d o   n o e x i s in   D C .   T h b atter y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 2 7 1     3 2 8 1   3272   o f   s u c h   s y s te m   i s   ch ar g ed   b y   d a y   an d   s er v e s   p er m an e n tl y   a s   r eser v o ir   o f   en er g y . T h b atter y   ,   ca n   ea s il y , r ec ei v lo ad in g   cu r r e n an d   s u p p l y   d is c h ar g in g   c u r r en o f   d i f f er en v al u es.  T h ap p ar atu s es  ar laid   to   th b atter y   t h r o u g h   c h ar g i n g   r eg u lato r .   W h en   t h b atter y   is   f u ll,  t h r eg u lato r   cu ts   t h e   lo ad in g   to   av o id   an   o v er lo ad in g .   T h is   h as  th co n s eq u en ce   o f   t h lo s s   o f   p ar o f   th en er g y   p r o d u ce d   in   s u m m er   , esp ec iall y   in   o u r   cli m ate s . T h is   s y s te m   is   a s   f o llo w   in   F ig u r 1 .       Fig u r 1 .   P h o to v o ltaic  s y s te m       T h p o w er   lo ad   d e m a n d   f o r   o u r   s y s te m   i s   f ix ed   at  1 7 0 0 W .   T h elec tr ical  co n s u m p t io n   o f   t h e   ap p licatio n   is   ev al u ated   o v er   2 4   h ,   w h ic h   is   eq u al  to   th p o w er   co n s u m p tio n   m u ltip lied   b y   th o p er atin g   ti m e   o v er   2 4   h T o tal  ap p licatio n   co n s u m p t io n   p er   d ay : 1 7 0 0   *   2 4 h   4 0 8 0 0   W h .   I n   o r d er   to   ca lcu late   t h p o w e r   o f   t h s o lar   p an els,   w d e v id th e   lo w est   d ail y   s u n lig h t   co n s u m p t io n   b y   t h p er io d   o f   u s e   i n   t h i m p lan ta tio n   s ite,   as  w ell  a s   i n   t h p a n els   p o s itio n .   ( f o r   Or an   t h a v er ag e   d ail y   av er ag s u n s h i n v al u is   4 . 4 8   k w h   m 2   ) . T h d em o n s tr atio n   is   i n d icate d   o n   th f o llo w in g   eq u atio n s :[ 3 ]     W 9 1 0 7 48 . 4 4 0 8 0 0          ( 1 )     T h en ,   th is   r es u lt  is   i n cr ea s ed   b y   lo s s   co ef f icien o f   0 . 7   f o r   f ir s esti m ate R ea p o w er   tak i n g   i n to   ac co u n lo s s es     W 13000 7 . 0 9107                                                                                                                                            ( 2 )     T h s to r ag is   ca lcu lated   b y   t h n u m b er   o f   d a y s   o f   a u to n o m y   r eq u ir ed   o n   av er a g 3   d a y s F o r   o r an ,   to   p alliate  th s u cc es s io n s   o f   b ad l y   s u n n y   d a y s .   W r ea s o n   t h en   i n   Ah T h n ee d   f o r   ca p ac ity   is   t h u s   th eo r etica ll y     Ah wh 5 1 0 0 24 3 * 4 0 8 0 0                                                                                                                            ( 3 )     B u as  t h b atter y   w ill  h av it s   ca p ac it y   r ed u ce d   b y   th co ld   an d   o th er   tec h n ica co n s tr ain t s ,   it  is   n ec es s ar y   to   d iv id th i s   r esu lt  b y   co ef f i cien o f   lo s s es  w h ic h   w ill  b e   tak en   eq u al  to   0 . 7   in   th i s   ex a m p l e T h ac tu a l   ca p ac it y   r eq u ir ed   is   th er e f o r           Ah 7 2 8 5 7 . 0 5 1 0 0                                                                                                                                                                                            ( 4 )              S hort - ter m st or a g e       DC  B us         AC  B us         L o a d         B a t t er y   P ho t o v o lt a ic  f ield   PV     DC/DC         DC/DC       AC/DC       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o a   P h o to vo lta ic  F ield   fo r   1 3   K W   ( S a la h   E d d i n Ma n ko u r )   3273   2 . 1 .   Descript io n o f   t he  m o de l o f   a   ph o t o v o lt a ic  ce ll :                     T h m at h e m atica m o d el  o f   t h p h o to v o ltaic  g en er ato r   is   b ased   o n   th o n e - d io d eq u iv al en cir cu i s h o w n   i n   Fi g u r 2 .   T h r elati o n s h ip   b et w ee n   th e   cu r r en I   an d   th e   v o lta g U   o f   th eq u i v alen cir cu it  ca n   b f o u n d   b y   eq u ati n g   t h li g h cu r r en I L ,   d io d c u r r en I D ,   an d   s h u n t   cu r r e n I sh   to   t h o p er atio n   cu r r en t   I ,   p r esen ted   b y   E q u atio n   5 .             Fig u r 2 .   C ir cu it i s   eq u i v alen t f o r   m o d el  to   d io d e   o f   g en er ato r   s tate m en t       T h j u n ctio n   f o r m i n g   t h b as is   o f   th s o lar   ce ll   is   d io d e,   w h e n   ill u m i n ated   ap p ea r s   in   th e   d io d e   p h o to cu r r en t   I L   ( A )   w h ic h   d ep en d s   o n   th e   a m o u n o f   in cid en lig h t   ( W / m 2 ) .   I n d ee d ,   th eq u iv ale n elec tr ica l   cir cu it   o f   t h s o lar   ce l l   is   b as ed   o n   a   d io d e ,   ad d in g   t w o   r esis to r s   to   ac co m m o d ate   in ter n al   lo s s e s R is   t h e   s er ies  r esi s ta n ce   w h ich   tak e s   ac co u n o f   t h o h m ic   lo s s e s   o f   th e   m ater ial,   o f   th m eta ll izatio n   a n d   m e tal  /   s e m i co n d u cto r r esis to r   R P   is   cu r r en t   leak a g f r o m   p ar asit ic   cu r r en ts   b et w ee n   t h e   to p   an d   b o tto m   o f   t h ce ll,   b y   t h ed g e   a n d   in   p ar ticu l ar   w it h i n   th m ater ial  b y   ir r eg u lar i ties   o r   i m p u r ities   (R P   <<   R S ).   A p p l y i n g   Kir ch h o f f ' s   la w t h o u tp u t c u r r en t   o f   th ce l l   is   g iv e n   b y   t h f o llo w in g   r elatio n s h ip   [ 4 ] :     D L I I I                                                                                                                                             ( 5 )                                                                                                                  R s h I R s U a k T IR U q I I I C s L 1 e x p 0                                                                             ( 6 )                                                                                               w h er I   c u r r en t   m o d u le  ( A ) ,   I L   l ig h t   cu r r en ( A ) ,   I L Ref   li g h cu r r en at   S R C   ( A ) ,   I o   d io d r ev er s e   s at u r atio n   cu r r en ( A ) ,   k   B o ltz m a n n ' s   co n s ta n ( 1 . 3 8 0 6 6 E + 2 3   J /K) ,   q   e lectr o n   ch ar g ( 1 . 6 0 2 1 8 E +1 9   C ) ,   T C   tem p er atu r e   ce ll  ( K) ,   is   t h d io d id ea lit y   f ac to r ,   I d ep en d s   o n   r ec o m b in atio n   m ec h a n is m s   i n   t h s p ac ch ar g e   zo n e.   I n   th id ea ca s e,   R s   te n d s   to war d s   0   an d   R s h   to   i n f in it y .   An d   in   t h r ea ca s e,   t h ese  r esis to r s   p r o v id an   ass es s m en t o f   th ei m p er f ec tio n s   o f   th d io d e.   Fo r   th d esig n   o f   o u r   p h o to v o ltaic  p o w er   s y s te m   1 3   k w ,   th i s   f ield   co n s is t s   o f   p h o to v o ltaic   m o d u les   1 8 0   W   ( 1 3 m o d u le s   i n   p ar allel  0 6   m o d u le s   in   s er ies).   T ab le   1   p r esen ts   t h ch ar ac ter is t ic  o f   s elec ted   P an el       T ab le  1.   E lectr ic  ch ar ac ter is tics   o f   p h o to v o ltaic  p an el  -   B lu So lar   1 8 0 W   [ 5 ]               W ca r r ied   o u s i m u latio n ,   t o   leav s ta n d ar d   p ar am e ter s   m o d u le  S HE L L   SP 1 8 0 .   T h f o llo w i ng   F ig u r 3   an d   F i g u r 4   p r ese n t   th c h ar ac ter is t ics  o f   p h o to v o ltaic  m o d u le  f ield   :o n tr ac ed   th v ar iatio n   o f   th cu r r en co m p ar ed   to   th ten s io n   f o r   s ev er al  in ten s itie s   o f   s o lar   ir r ad iatio n .   On   th o th er   h an d ,   th o th e r   n o tices  t h at  t h cu r r en i s   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  to   th r ad iatio n   o n   th e s lev el s   o f   ill u m i n at io n   . T h ten s io n   i s   n o t v er y   d e g r ad ed   w h e n   t h li g h t d r o p s .       p e a k   p o w e r   1 8 0   W   O p e n   c i r c u i t   v o l t a g e   I n t e n si t y   sh o r t i n g   V o l t a g e     à   M p p   C u r r e n t   à   M p p   4 4 . 9 0   V   0 5 . 5 0   A   3 6 . 0 0   V   0 5 . 0 1   A   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 2 7 1     3 2 8 1   3274       Fig u r 3 .   C u r v e s   ch ar ac ter i s tic   o f   s o lar   f ield   o f   1 3   k w   ( B lu e   So lar   1 8 0 W )   I n f lu e n ce   o f   th s u n n in g   at  co n s ta n t te m p er at u r ( 2 5   °C )           Fig u r 4 .     C u r v e s   o f   p o w er   o f   s o lar   f ield   o f   1 3   k w   ( B lu So lar   1 8 0 W )   I n f lu e n ce   o f   t h s u n n i n g   at  co n s tan te m p er atu r ( 2 5   °C )       T h F ig u r 5   a n d   F i g u r 6   r e p r esen c h ar ac ter is tic s   I - a n d   P - o f   t h p h o to v o lta ic  g e n er ato r   f o r   r esp ec tiv el y ,   v ar iab le  te m p e r atu r an d   co n s ta n s u n n i n g   ( 1 0 0 0 W /m - ) .   W n o tic t h at  t h s ite  o f   th e   p o in t   o f   m a x i m u m   p o w er   in   ch ar ac t er is tic  I - c h an g es d y n a m ical l y   ac co r d in g   to   th s u n n in g .             Fig u r 5 .   C u r v e s   ch ar ac ter i s tic   o f   p h o to v o ltaic  f ield   1 3   k w   I n f lu e n ce   a m b ie n t te m p er atu r w it h   co n s ta n s u n n in g   ( 1 0 0 0   W /m   ²)   0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 50 60 70 80 T e n s i o n   ( V ) C o u r a n t   ( A )     1 0 0 0   W / m ² 8 0 0   W / m ² 6 0 0   W / m ² 4 0 0   W / m ² 0 50 100 150 200 250 300 0 5000 10000 15000 T e n s i o n   ( V ) P u i s s a n c e     ( W )     1 0 0 0   W / m ² 8 0 0   W / m ² 6 0 0   W / m ² 4 0 0   W / m ² 0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 50 60 70 80 T e n s i o n   ( V ) C o u r a n t   ( A )     2 5 ° C 3 5 ° C 4 5 ° C 5 5 ° C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o a   P h o to vo lta ic  F ield   fo r   1 3   K W   ( S a la h   E d d i n Ma n ko u r )   3275       Fig u r e   6 .   C u r v e s   o f   p o w er   o f   p h o to v o ltaic  f ield   1 3   k w   I n f l u en ce s   a m b ie n t te m p er atu r wit h   co n s tan s u n n in g   ( 1 0 0 0   W /m   ²)       2 . 2 .   DC DC  bu c k   co nv er t er     T h lev els   o f   ten s io n   o f   th e   ap p ar atu s es  n o b ein g   id en tic al,   o f   t h c h o p p er s   ( co n v er ter s   D C /DC )   s er ies -   co n n ec ted   w it h   t h ap p ar atu s es  m a k it   p o s s ib le  to   ad j u s th eir   ten s io n   w it h   t h at   o f   t h b u s .   T h ese  co n v er ter s   in v o lv e   o b v io u s l y   lo s s es  o f   e n er g y   i n   t h s y s te m   w h ic h   r e m ain s   h o w ev er   g en er all y   w ea k .   T h o u tp u ts   g e n er all y   l y i n g   b et w e en   0 , 9 5   an d   0 , 9 9   [ 6 ] .   On p r o p o s es  th e   f o llo w i n g   v alu e s   f o r   th o u tp u t s   at   1 0 %   an d   1 0 0 % o f   P n o m :                                                                                                                                                                                                                                   ( 7 )                                                                                                                                                                                                A cc o r d in g   to   th eq u at io n s   ab o v e,   th v al u e s   o f   n 0   a n d   m   ar th u s :                                                                                                                                                                                                                                                                         ( 8 )                             ( 8 )       T h f o llo w i n g   f i g u r illu s tr ate s   th v ar iatio n   o f   th o u tp u t o f   co n v er ter   DC /D C   ac co r d in g   to   its   s tan d ar d ized   o u tp u t p o w er .   T h is   m o d el  is   i l lu s tr ated   b y   Fi g u r 7 .           Fig u r 7 .   E v o lu tio n   o f   th o u t p u t o f   co n v er ter   d c/d ac co r d in g   to   s ta n d ar d ized   o u tp u t       2 . 3 .   I nv er t er   DC/AC                                                                                                                                                                                                                                                                                                        T h lo ad   b ein g   f ed   in   A C   c u r r en t,  an   in v er ter   is   th u s   p r esen b et w ee n   t h co n tin u o u s   b u s   an d   t h e   lo ad   ( Fig u r 8 ) .   T h er ex is t   v ar io u s   eq u a tio n s   to   d e f in e   t h e   o u tp u t   o f   an   i n v er ter   ac co r d i n g   to   t h d eli v er ed   0 50 100 150 200 250 300 0 5000 10000 15000 T e n s i o n   ( V ) P u i s s a n c e     ( W )     2 5 ° C 3 5 ° C 4 5 ° C 5 5 ° C 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 P s / P nom R e nde m e nt   c onve r t i s s e ur   D C / D C 98 . 0 93 . 0 100 10 3 3 0 10 13 10 4 . 7 m n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 2 7 1     3 2 8 1   3276   p o w er .   W u s t h s a m f o r m u la  o f   Ma ca g n a n   p r ese n ted   p r ev io u s l y   i n   eq u at io n   ( 9 ) .   Fo r   o u r   i n v er ter ,   t h e   v alu e s   o f   t h o u tp u ts   w it h   1 0   an d   1 0 0 % o f   P n o m   ar e:                                                                                                                                                                                                                                                                ( 9 )                                                                                                                                                                             ( 1 0 )                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             T h v alu es o f   th p ar a m eter s   n an d   m   ar f in al l y :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ( 1 1 )       T h f o llo w i n g   f i g u r m ak e s   it   p o s s ib le  to   o b s er v th at  to   1 0 o f   its   r ated   p o w er ,   th o u t p u o f   th e   in v er ter   r ea c h es  ap p r o x i m atel y   0 , 8 5   w h ile  w ith   f u ll   f o r ce ,   it  a m o u n ts   to   ap p r o x i m atel y   0 , 9 6 .   On   th o th er   h an d ,   f o r   lo w   p o w er s   (   5 o f   th f ac v alu e) ,   t h o u tp u co llap s es  d r a m atica ll y .   T h i s   m o d el  is   ill u s tr ated   b y   Fig u r 8   [ 7 ] .           Fig u r 8 .   E v o lu tio n   o f   th o u t p u t o f   th i n v er ter   ac co r d in g   t o   s tan d ar d ized   o u tp u t       3.   M P P T   AL G O RI T H M S   I n   o r d er   to   o p er ate  P s y s te m   w it h i n   it s   MP P ,   w h ate v er   t h ir r ad ian ce   an d   ce l t e m p er atu r e   v ar iatio n s ,   MP P T   m et h o d   i s   n ee d ed   to   f i n d   a n d   m a in ta i n   t h p ea k   p o w er .   T h i s   s tr ateg y   ai m s   to   f in d   t h e   v o ltag e   o r   cu r r en t   o n   w h ic h   t h P s y s te m   p r o v id es  t h m ax i m u m   o u tp u t   p o w er .   I n   t h is   w o r k   w e   w ill   w o r k   w it h   2   m et h o d s :   [ 8 ]     3 . 1 .   T he  pert ur b a nd   o bs er v m e t ho d ( P &O )   T h P er tu r b   an d   Ob s er v ( P & O)   m et h o d   is   o n o f   t h m o s co m m o n l y   u s ed   m et h o d s   in   p r ac tice.   T h e   P & alg o r ith m s   o p er ate  b y   p er io d ically   p er tu r b in g ,   i.e .   in cr e m e n ti n g   o r   d ec r em en ti n g ,   th ar r ay   ter m in al   v o ltag a n d   co m p ar in g   th P o u tp u p o w er   w it h   th a o f   th p r ev io u s   p er tu r b atio n   c y c le.   I f   th P ar r ay   o p er atin g   v o lta g c h an g es   an d   p o w er   in cr ea s e s ,   th co n tr o l s y s te m   m o v e s   t h P ar r ay   o p e r atin g   p o i n t i n   th a d ir ec tio n .   Oth er w is th o p er atin g   p o in is   m o v ed   i n   t h o p p o s ite  d ir ec tio n .   T h o p er atin g   v o lta g o f   t h P V   s y s te m   is   p er tu r b ed   b y   s m all   in cr e m e n t o f   V,   an d   t h is   r es u l tin g   ch a n g in   P .   I f   P   is   p o s iti v e,   th p er tu r b atio n   o f   th o p er atin g   v o ltag n e ed s   to   b in   th s a m d ir ec tio n   o f   th i n cr e m e n t.  O n   t h co n tr ar y ,   if   P   is   n e g ati v e,   th o b tain ed   s y s te m   o p er atin g   p o in m o v es  a w a y   f r o m   th e   MP PT   an d   th o p er atin g   v o lta g n ee d s   to   m o v i n   th o p p o s ite  d ir ec tio n   o f   t h in cr e m e n t.  co m m o n   s h o r tco m in g   o f   t h is   m eth o d   i s   t h at   th ar r a y   ter m in a l   v o ltag i s   p er tu r b ed   ev er y   M P PT  cy cle.   T h er ef o r e,   w h e n   t h MP P   is   r ea ch ed ,   th o u tp u p o w er   o s cillate s   ar o u n d   th m ax i m u m ,   r esu l tin g   in   p o w er   lo s s   in   t h P s y s te m .   F u r t h er m o r e,   it  s o m et i m es  f ail s   to   f i n d   th e   MP u n d e r   th co n ti n u o u s l y   i n cr ea s i n g   o r   d ec r ea s in g   ir r ad iatio n   co n d itio n s .   T h lo g ic  o f   th is   al g o r ith m   a n d   th f lo w c h ar t a r ex p lai n ed   in   Fig u r 9   [ 9 ] .   0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 P s / P nom R e nde m e nt   ondu l e ur 2 0 n o m S n o m S n o m S P P m n P P P P 97 . 0 86 . 0 1 0 0 10 3 3 0 10 18 10 17 m n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o a   P h o to vo lta ic  F ield   fo r   1 3   K W   ( S a la h   E d d i n Ma n ko u r )   3277       Fig u r 9 .   P & m et h o d   f lo w ch ar t       3 . 2 .   I ncre m e nta l c o nd uct a nce  M et ho d   T h I n cr e m e n tal  C o n d u ctan ce   ( I NC - C ON)   alg o r it h m   i s   b as ed   o n   t h o b s er v at io n   t h at   th e   f o llo w i n g   eq u atio n s   ( 1 2 )   an d   ( 1 3 )   h o ld   f o r   th MPP .   T h p r in cip le  o f   th is   m et h o d   is   to   j u d g w h et h er   th s y s te m   w o r k   at  MP P   o r   w o r k   at  t h le f t o r   th r ig h t [ 9 ] .     0 ) ( V I V I dV dI V I dV IV d dV dP                                                                                        ( 1 2 )     V I V I                                                       ( 1 3 )                                                                                                                                                                                                                       T h er ef o r e,   b y   a n al y zi n g   th e   d er iv ativ e,   o n ca n   te s w h et h er   t h P g e n er ato r   is   o p er atin g   at  its   MP P   o r   f ar   f r o m   it  u s i n g   eq u at io n s   f o llo w in g .     0 dV dp       f o r   V<   MPP                                                                                ( 1 4 )     0 dV dp        f o r   MPP                                                                                                                                                                              ( 1 5 )     0 dV dp        f o r   V>   MPP                                                                                                                                                                                                                                                                      ( 1 6 )     T h MPP   ca n   th u s   b tr ac k ed   b y   co m p ar in g   t h i n s ta n ta n eo u s   co n d u cta n ce   ( I /V)   to   th i n cr e m en ta l   co n d u ctan ce   ( ∆I ∆V ) .   V ref   i s   t h r ef er e n ce   v o lta g at  w h ich   th P ar r ay   is   f o r ce d   to   o p er ate.   On ce   t h MP is   r ea ch ed ,   t h o p er atio n   o f   t h P ar r ay   i s   m ai n tai n ed   at  t h is   p o in u n les s   c h an g i n   ∆I   is   n o ted ,   i n d icati n g   ch an g i n   at m o s p h er ic  co n d itio n s   a n d   th MP P .   T h m ai n   ad v a n tag e s   o f   t h I NC - C O alg o r ith m   ar t h e   s tar t   S a m p le V (n ), I(n )   d P = P (n ) - P (n - 1 d V = V (n ) - V ( n - 1)     d P = 0   Vr ef =V r ef - dV     R etu r n   Y ES   Y ES   d V < 0   d V > 0   Vr ef =V r ef +d V   Vr ef =V r ef +d V     Vr ef =V r ef - dV     Y ES   Y ES   NO   NO   NO   dP >0   NO   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 2 7 1     3 2 8 1   3278   f i n co n tr o t h s y s te m   o b tai n s ,   a n d   its   h i g h   s tab ilit y   u n d er   r ap id ly   c h an g i n g   at m o s p h e r ic  co n d itio n s .   T h e   f lo w ch ar t o f   th i s   m e th o d   is   as  s h o w n   in   F ig u r 1 0 .           Fig u r 1 0 .   I n cr em e n tal  co n d u c tan ce     m et h o d   f lo w c h ar t       4.   CO M P L E T E   SY ST E M   Fig u r 11   p r esen ts   th e   co m p le te  s y s te m   w h ich   m ak e s   it   p o s s ib le  to   ca lc u late   t h p o in t s   o f   o p er atio n   o f   ea ch   co m p o n e n d u r i n g   o n e   d ay   co m p lete  ( n o o f   ti m 1 0   m i n u te s ) .   T h is   m o d el  is   m ad u p   m a n y   al g eb r aic   lo o p s :   T h s y s te m   is   co n tr o lled   in   p o w er .   T h elec tr ic  m o d el   b ein g   th e   ten s io n   ac co r d in g   t o   th i n ten s it y ,   t h e   p o in o f   o p er atio n   m u s b r e q u ir ed   to   o b tain   th r eq u ir ed   p o w er .   T h o th er   lo o p s   alg eb r aic  ar th at  o f   t h e   MP U.   I n d ee d ,   at  th e   m o m e n t   T ,   o n k n o w s   t h p o w er   o f   t h s tate m e n t,  h is   te n s io n   a n d   t h p o w er   r eq u es ted   b y   t h lo ad .   Si m u li n k   is   t h id ea l to o l to   s o lv th is   t y p o f   p r o b lem   [ 10 ].         Fig u r 11 .   C o m p lete  m o d el  o f   o u r   in s talla tio n   Re tu rn   S a m p le V (n ), I(n )   I= I(n ) - I(n - 1 V = V ( n ) - V (n - 1)   s tar t   V re f = V re f + d V     V re f = V re f - dV   V re f = V re f - dV   V re f = V re f + d V     I   > 0   I/ ∆V > - I / V   I/ ∆V = - I / V   I   = 0   ∆V   =0   Y ES   Y ES   Y ES   Y ES   Y ES   NO   NO   NO   l o a d   P ch a r g e   T o   W o r ksp a c e   t   T   S i g n a   1   On d u l e u r  DC/A C   /   Pe   (   W   )   Ps   (   W   )   M P U   P p v   (   W   )   P ch a r g e     (   W   )   P b a tt e r i e   (   W   )   Es   S i g n a   1   DC /DC  r e ce i v e r     Pe   (   W   )   Ps   (   W   )   DC   /   DC  G é n e r a te u r   Pe   (   W   )   Ps   (   W   )   Cl o c b a tt e r y   b a tt e r y   P h o to vo lta i c f i e l d   T   (   °C   )   G   (   W   /   m   2   )   P g é n   (   W   )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o a   P h o to vo lta ic  F ield   fo r   1 3   K W   ( S a la h   E d d i n Ma n ko u r )   3279   4 . 1 .   P o w er   m a na g e m ent   un it   ( M P U)     T h s y s te m   is   co n tr o lled   in   p o w er ,   th m o d el   allo w s   to   d ef i n e   th MP U,   P pv ,   P load   ,   P battery   d ep en d in g   o n   th e   p o w er   o u tp u o f   t h e   PV   an d   t h at   r eq u ir ed   b y   t h lo a d An   al g o r ith m   f o r   p o w er   m a n ag e m e n t   h as   b ee n   d ev elo p ed   f o r   th s tu d ied   s y s te m .   E n er g y   b ala n ce s   ar alw a y s   m ad e   at  th e   co m m o n   b u s   co n n ec tin g   th e   d if f er e n co m p o n e n t s   o f   t h e   e n er g y   s y s te m .   T h p r io r it y   is   to   p r o v id e   th en er g y   r eq u ir e d   b y   t h u s er   f r o m   th e n er g y   p r o d u ce d   b y   th e   p h o to v o ltaic  f ie ld .   T h en er g y   d eliv er ed   to   th e   u s er   is   m ai n l y   p h o to v o ltaic  p an el s .   T h alg o r ith m   o f   th e   e n er g y   f l o w   f o llo w s   th e s r u le s :   1.   If   th p o w er   r eq u ir ed   b y   t h lo ad   is   less   t h an   t h p o w er   av a il ab le  s o lar :   a.   T h b atter y   is   c h ar g ed   in   s ec u r it y   p r io r it y   if   n ec es s ar y .   b.   T h lo ad   ca n   o n ly   w o r k   i f   t h b atter ies   h av e   h i g h   le v el  o f   c ar e.   2.   I f   t h ex ce s s   s o lar   can   b co n s u m ed   eith er   b y   b atter y   o r   by   th b atter y ,   t h v o ltag e   o f   th s o lar   f ield   in cr ea s es,   t h u s   r ed u ci n g   t h in ten s i t y   a n d   th p o w er   d eliv er e d   b y   th g en er ato r   r en e w ab le T h is   m et h o d   is   illu s tr ated   b y   Fig u r 1 2 .       Fig u r e   12.   Sch e m at ic  MP U   -   C alcu latio n   o f   p o w er   of   ea ch   co m p o n e n t o n   t h e   bus       5.   RE SU L T S AN AN AL Y SI   W ch o s to   s tu d y   th s y s te m   w h er it  is   a u to n o m o u s   o v er   o n y ea r   o f   o p er atio n .   T h p o w er   o f   th e   co m p o n e n t s   b ein g   f i x ed ,   o n d eter m in e s   th a v er ag ch ar g e   av ailab le  an d   th v o lu m o f   s to r ag n ec ess ar y   to   th au to n o m y   o f   th s t u d ied   s y s te m .     W w ill  ev al u ate  t h in f lu e n ce   o f   th v ar io u s   p ar a m eter s   o f   th s y s te m   in   o r d er   to   d eter m i n th p e r f o r m an ce   o f   th s y s te m .   Se lecte d   lo ca liz atio n Or an - A l g er ia.   T h av er ag s u n n in g   i s   o f   5 , 2   k W h / m ²  p er   d ay   in   p lan   i n cli n ed   w it h   4 5 °  ( s lo p o f   th p h o to v o ltaic  p an els).   F i g u r 1 3   p r esen t d escr ib es th e v o lu t io n   o f   t h s u n n i n g   d u r in g   th y e ar   [ 1 1 ] .   P   >=   0   Y   N       Da ta   B a c k u p   t=t+ d t   N   END   P =   P b a tt e r y   Y   S TAR T     N   Y   P pv   ,P L aod , P battery , t   t< t s t op   P L a o d   =   P pv   P pv   >=   P L a o d   P   = P pv -   P L a o d   P L a o d   =P b a tt e r y     +   P pv   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 1 7   :   3 2 7 1     3 2 8 1   3280       Fig u r 1 3 .   A v er a g d ail y   s u n n in g   w ith   Or an   ( s lo p 4 5 °)  ac c o r d in g   to   th m o n t h       Fig u r e   1 4   f o llo w in g   p a g es   s h o w s   th e   d is tr ib u t io n   o f   p o w er s   in v o l v ed   w it h i n   t h s y s te m T h e   v a lu e s   ar p o w er s   a v er ag ed   o v er   a   y e ar   o f   o p er atio n   ( A n n u al  E n er g y   P o w er   x   a n n u al  a v er ag e   8 7 6 0 ) .   T h is   d iag r a m   allo w s   u s   to   ap p r ec iate   th e   en er g etic  p o in o f   v ie w   th o p er atio n   o f   th e   o v er al s y s te m ,   p r o v id in g   in f o r m at io n   at  th e   co m p o n e n le v el ,   a s   t h eir   p er f o r m an ce .   T h lo ad   a n n u al   av er a g i n   e x a m p le  is   f i x ed   at  3 0 0 0   W ,   in   o r d er   to   s tu d y   t h b e h av io r   o f   t h s y s te m   ac co r d in g   to   t h e   av er ag e   s u n n i n g ,   b ec au s t h av er ag e   s u n n i n g   an n u al  d o es n o t e x ce ed   1 0 0 0 W / m   ².           Fig u r 1 4 .   E v o lu tio n   o f   t h p o w er s   e x c h an g ed   o n   th le v el  o f   b u s   D C   f o r   o n y ea r   o f   o p er atio n   o f   t h s y s te m       T h ap p licatio n   co n s id er ed   h er e   is   a   ch ar g e   f o r   s u p p l y i n g   at  th e   Or an   ( i n d ep en d en of   o n y ea r   o f   o p er atio n ) .   T h p o w er   o f   t h e   s y s te m   i s   s et  to   ab o u t   1700W T h s o lar   ar r ay   is   in s talled   ab o u 1 3 0 0 0 W p .   T h e   b atter y   i s   t h s a m p o w er   i n   o r d er   to   co n v er all   o f   t h e   ex c ess   s o lar   en er g y I n   o r d er   to   o b tain   th m a x i m u m   p o w er   o f   t h P f ield ,   th v o lt ag o f   t h f ield   So lar   s y s te m   a v o id in g   th i m p le m e n tatio n   o f   co m p le x   co n tr o l   s tr ateg y   ( MP P T ) .   Vo ltag I n p u i s   t h n o m in al   v o lta g o f   th e   s o lar   f ield .   I n   t h is   f r a m e w o r k   w u s ed   t w o   MP P T   d is tr ict  m et h o d s   to   ev alu ate  t h th er m al  y ield   s y s te m   ( T h e   o v er all  s y s te m   ef f ici en c y   is   5 2 %).   T h s y s te m   w i th   P & is   ap p r ec iab le  co m p ar ed   to   th I n cr em e n tal  co n d u ctan ce   ( 4 8 %),   o v er   a   y ea r   o f   o p er atio n .   A p p r o ac h   ad o p ted   f o r   th is   s tu d y   is   p u r el y   d eter m i n i s tic T h e   av er ag p o w er   is   f i x ed   at  3 k W .   Fig u r e   1 3   is   s i m p li f ied   d iag r a m   to   d escr ib e   th e   a n n u al  p o w er   o p er atin g   PV - L o ad - B atter y .   T h o p er atio n   o f   t h e   s y s te m   an d   th i n f l u en ce   o f   th e   p ar a m ete r s   d escr ib ed   b elo w f r o m   th e   an al y s i s   o f   all   s i m u latio n s .   T h e   an n u al  e n er g y   p h o to v o ltaic   ( P V)   is   th e   to tal  en er g y   e n ter in g   t h e   s y s te m .   P ar o f   th is   e n er g y   i s   s u p p lied   d ir ec tl y   to   th e   lo ad   ( P V) .   T h s ec o n d   p ar t   in v o lv es   th e   s to r ag s y s te m   is   r ed u ce d   b y   lo s s e s   i n   elec tr o ch e m i ca ce lls   r elate d   to   en er g y   ef f icie n c y .     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 50 100 150 200 250 300 350 M o n t h S o l a r   r a d i a t i o n   ( W / m ² ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - 1 0 0 0 - 5 0 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 M o n t h P o w e r   ( W )     Load P p v P b a t t e r y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.