I n t ern a t i o n a l   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   En g i n e e r i n g   ( I J E C E)   V o l .   11 ,   N o .   1 ,   F e b ru a ry   2 021 ,   p p .   57 ~ 73   I S S N 208 8 - 87 08 ,   D O I 10. 115 91 / i j e c e . v11 i 1 . pp 57 - 73             57       Jo u r n al   h om e pa ge h t t p : / / i j e c e . i a e s c o r e . c o m   M ax i mum po w e r po i nt  t ra c ki n g t e chn i ques  f or   ph ot ov o l t a i s y s t e ms :  a   co mpar at i ve  s t u dy       M.   A .   A b o - Se nna h 1 ,   M.   A .   E l - D ab ah 2 ,   A h med   E l - B iom e M a n s o u r 3   1 D e pa rt m e nt   of  E l e c t ri c a l  E ng i n e e ri ng ,  F a c ul t y  o f E ngi n e e ri ng ,  A l - A z ha U n i v er s i t y , Q en a,  E gyp t   2 ,3 D ep ar t m en t  o f  E l ect r i c al   E n g i n eer i n g , F a cu l t y  o f  E n g i n eer i n g ,  A l - A z ha r U ni v e rs i t y,  C a i ro ,  E gyp t       A rt i cl I n f o     A BS TR A C   Ar t i c l e   h i s t o r y :   R ecei v ed   Ap r   1 7,  2 020   Re v i s e d   J un  17,   202 0   A ccep t e d   J un   3 0,   2 020       P hot ovol t a i c  (P V )   sy st e m s   a re   one  of   t he  m os t  i m port a n t   re ne w a bl e  e n e rg y   re s ourc e s   (R E R ).  It  ha s  l i m i t e d e ne rgy  e f fi c i e nc l e a di ng  t o  i nc r e a s i ng    t he  nu m be r  of  P V  uni t s  r e qui r e d  for  c e r t a i i npu t  pow e r  i . e .   t o  hi ghe i ni t i a l   c os t .  T o  ove rc o m e   t hi s  prob l e m ,   m a x i m um  p ow e r poi nt  t r a c ki ng  ( M PPT )   c ont rol l e rs  a r e   us e d.  T h i s  w ork i nt roduc e s  a   c om pa r a t i v e  s t u dy of s e ve n   M P P T  cl as s i ca l ,   a r t if ic ia l in te l lig e n c e   (A I),  a nd   bi o - i ns pi re d   (BI) t e c hn i que s :   pe rt urb  a nd  obs e r ve   ( P & O ),   m odi f i e d p e rt urb   a nd  ob s e rve   (M - P& O ) ,   i nc re m e nt a l   c onduc t a nc e   (IN C ),   fuz z y l ogi c   c ont rol l e r   (F L C ),   a r ti f ic i a l   n eu r al  n et wo r k  ( ANN) ,   a da pt i ve  n e uro - f uz z y i nfe r e nc e  s ys t e m   (A N F IS ),  a nd   c u c koo s e a rc (CS ).   U nde r t h e  s a m e   c l i m a t i c  c ondi t i o ns ,  a  c o m pa ri s o n be t w e e n t he s e   t e c hni qu e s   i n vi e w  of  s om e  c ri t e ri a ’s :  e ffi c i e n c i e s ,  t ra c k i n g re s pons e ,  i m p l e m e nt a t i on  c os t ,   a nd ot h e r s ,  w i l l  be  p e rf orm e d.  S i m ul a t i on  re s ul t s ,  obt a i ne d us i ng   MAT L AB / S IM U L IN K  progra m ,  s how   t ha t  t h e  M P P T  t e c hni que s  i m prov e   t h e  l o w e s t  e f f i c i e n c y   r e s ul t e d  w i t ho ut  c on t rol .  A N F IS  i s   t he  hi ghe s t   e ffi c i e n c y,  but   i t   re qui r e s   m ore   s e ns ors .  CS  a nd   A N N  produc e  t h e  b e s t  p e rform a n c e ,  bu t  CS   provi de d  s i gni fi c a nt  a dv a nt a g e s  ove r  ot h e rs  i n   vi e w  of  l ow  i m pl e m e nt a t i on   c os t ,   a nd f a s t  c om put i ng  t i m e .  P & O  ha s  t h e   hi gh e s t  os c i l l a t i on,  but  t hi s   dra w ba c k   i s  e l i m i na t e d   us i ng M - P & O .  F L C h a s  t h e   l onge s t  c om put i ng  t i m e   due  t o  s oft w a re   c om pl e xi t y ,  bu t   IN C ha s  t he  l ong e s t  t r a c ki ng  t i m e .   Ke y wo r d s :   A r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   ( A I )   Bi o - i n s p i r e d   ( BI )   Cl a s s i c a l   t e c h n i q u e s   M P P T   te c hn iqu es     P h o t o v o l t a i c   ( P V )     R en ew a b l e n e r g y   r es o u r ces     T hi s  i s  an ope n   ac c e s s  ar t i c l e  un de r  t he   CC B Y - SA   l i c e n s e.     C or r e s po n di n A u t h or :   M .   A .   E l - D ab ah ,     D ep a r t m e n t   o f   E l ect r i cal   E n g i n eer i n g ,     A l - A z h a U n i v e rs i t y ,   El   M o k h a y am   E l   D aem   S t r eet ,   N as r   C i t y ,   Ca i r o ,   E g y p t .   E m a i l :   d r _m da ba h @ a z ha r . e d u. e g       1.   I N T R O D U C T I O N   N o wa da ys ,  r e n e w a bl e  e ne r g y  r e s o ur c e s  s uc h a s  p h ot o vol t a i c   ( P V )   s ol a r  e ne r g y i s  o ne   of  t he   m o s t   f r ee  an d  f r i en d l y  s o u r ce  co m p ar e d  t o  o t h er   t r ad i t i o n al  s o u r ces .   PV  i s   a  s t a t i c   a n d non lin e a r   d ev i ce   c o nve r t s   t h e  l i g h t   ( p h o t o n )  e n e r g y   d i r e c t l y  i n t o  e l e c t r i c i t y   an d  i t   can   b e  r e p r es en t ed  as  a  cu r r e n t  s o u r ce   m o d el .     T h e m aj o r   pr ob le m s  of   P V  s y s te m s  a r e  th e   lo w c onv e r s i on  e f f ic ie n c y a nd   no n - l i n e a r i t y  d u e  t o   ch a r act er i s t i cs   (I - V  &  P - V  cu r v e s )   i s   s t r o ngl y de pe n de d o n a t m os phe r i c   c o ndi t i o ns   ( i r ra d i a n c e  ( G ),   a n d   t e m p e ra t u re  (T ) ) [1 ,  2 ] .     A t  t he  t o ( k ne e )   of  I - V  c u r v e,  t h er e  i s  a  poi nt   c ha ng e s  w ith  G   a nd   T   cal l ed   m a xi m um   p ow e r  p oi nt   ( M PP)  a t   w hi c h t he   P V s o u rc e   s h oul d be  ope r a t e s   t o  pr o duc e   an d  t r an s f e r   m a x im um  pow e r   t o t h e  l oa d  r e ga r dl e s s  o f   v a r i a t i o n s  i n  c l i m a t i c  c o n d i t i o n s .  A  de vi c e  c a n t r a c k  t hi s   u ni q ue   p oi nt  c a l l e m a xi m um  po w e r  poi nt   t r a c ki n g   ( M PPT ) ,   w h e re  i t   l o cat ed  b e t w een  P V   s our c e   an d  l o ad .  I t   c o m p r i s e s  t w o  e s s e n t i a l  c o m p o n e n t s ,   D C - D c on ve r t e r   a l on g w i t h MP P T   c ont r ol l e r .   Ma ny   M PPT   t e c h ni q ue s  c a be   us e d t o  c ha n ge  t he  s ys t e m  o p e r a t i ng   poi nt   b c o nt r o l l i ng  t he   d ut y   c yc l e   a n d   g e n e r a t i n g   a   p u l s e   t o   f i r e   a   s w i t c h   o f   D C - D C   c onve r te r   [ 3] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r 2 02 :    57   -   73   58   Ma ny  r e s e a r c h e r s  a d dr e s s e d   a  t o pi c   of  M P P T  t e c h ni que s   a nd  t he  l i t e r a t ur e  s ur ve y  c l a s s i f i e d i t  i nt m a n y t y pe s  [ 4,  5] :   c o n ve nt i o n a l  s uc h a s   pe r t ur a n d obs e r v e   ( P& O )   [6 ] i nc r e m e nt a l  c on duc t a nc e   (I N C )   [7 8 ],   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e  ( A I )   s u c h  a s   f uz z y  l o gi c  c ont r ol l e r   (F L C )   [3 , 9 - 1 1] a r t i f i c ia l   n e u r a l  n e t w o r k   (A N N )   [ 12 ,  13] ,   a da pt i ve  ne u ro - f u zz y  i n f er e n ce  s y s t em   (A N F IS )   [1 4 - 16 ] ,   hy b r i d t e c h ni q ue s  s uc h a s   m o di f i e d pe r t u r b a n d   ob s e r v (M - P & O )   u s i ng  F L C  [ 1 7,  1 8] ,   b i o - i ns pi r e ( B I)  o m e t a - h e u r i s t i c t ech n i q u es  s u ch  as   cu c k o o  s ear ch   (C S ) [ 1 9 ,   20 ] ,   a nd ot he r s .  P a pe r s  [ 2 1 - 2 4]  i nt r o d uc e  t h e  i m pl e m e nt a t i on  of   di f f e r e nt   t e c hni que s .  Aut ho r s  a l s o  s t ud y   c o m pa r i s o of  di f f e r e nt   M P P T  t e c hni que s  ba s e d  o n  c o n v e n t i o n a l  [ 2 5 ] ,  a r t if i c i a l  i n t e l l i g e n c e  [ 2 6 ] ,  b o t h   c on ve nt i ona l   a nd   A I   [ 2 7] ,   a n m e t a - h e u r i s t i c   [ 2 8] .   T he   g oa l   of  t hi s  pa pe r  i s  t gi ve   co m p a r at i v e s t u d y   t o f i n t he  be s t   a m on s ev e n   pr op os e d MP P T   m e t ho ds :   pe r t u r b   a nd   obs e r ve   (P & O ) ,   i n cr em e n t a l   c o n d u c t an ce  (I NC ),   f u z z y l ogi c  c ont r ol l e r   (F L C ),   a r t i f i c i a l   ne u r a l  ne t w or ( AN N ) ,   m od if ie d p e r tur b a nd   ob s e r v e   (M - P & O ),   a da pt i ve  ne or o - f u zzy   i n f e r en ce  s y s t e m   (A NF IS ) ,   an d   c u c koo  s e a r c ( C S)   i vi e w  o f   9 c r i t e r i a s :  MP P T  e f f i c i e nc y,  i m pr ov e d e f f i c i e nc y,   MP P T   e r r or ,  di f f e r e nt   va l u e s  of   d ut y r a t i o,   t r a c ki ng   t i m e ,  s t e a d y  s t a t e   p o w e r   o s c i l l a t i o n ,  e f f e c t  o f  i r r a d i a n c e  a n d   t em p er at u r e   o n  t h e  P V   v o l t ag e ( V pv ) a n d  c u rr e n t  (I pv ) ,  i m p l e m e n t a t i o n  c o s t ,   a nd th e  c om p u ting  t i m e . D C - D buc k c o nve r t e r   wa s  c h os e n   i n t hi s   pa pe r   as   t h i n t er f ace   b et w ee n  P V   s o u r ce  an d  a r es i s t i v e   l o a d .     MA T L AB / S I MU L I N K  pr o gr a m  us e t o  m o de l   a nd  o b t a i r e s ul t s  s h ow s   t ha t   t he  C S - t ech n i q u ba s e d o m e t a - h e u r i s t i c   pr o vi de d s i g ni f i c a n t  a d va nt a ge s  o ve r   ot h e r   pr o pos e d t e c h ni q ue s   i . e.  co n s i d e r ed     t h e b es t ,  a n d  t h A N N - te c hniq u e   i s   s i m i l a r  t o   CS   i n  m o s t  r e s u l t s .   T he   A I - t e c h n i q u e s  l i k e  AN N,   A NF IS ,  a n F LC   ha ve  t he   f as t es t   t r ac k i n g  s p eed   r es p ect i v el y ,  a n d   A N F I S  ha s  t he   hi g he s t  e f f i c i e nc o ve r o t h e t ech n i q u es .   C o nve nt i o na l  t e c hni que s  l i ke  P & O  a nd  I NC  a r e  s i m pl e ,  b u t  t h e y   s u f f e r  f r o m  h i g h   o s c i l l a t i o n  a n d   s l ow t r a c ki ng  r e s p ons e  r e s pe c t i ve l y.  F L C  c a be   bl e n de d   w i t h P & O  t o e l i m i na t e  t he   os c i l l a t i on a r o u n MP P .   T he   f ol l owi ng  s e c t i ons  a r e  o r ga ni z e d   a s  f o l l o w s :  S e c t i o n   2   in t r odu c e s   t he  r e s e a r c h m e t ho d w hi c e x p l a i n s     t h e   s y s t e m  d e s c r i p t i o n ,   m ech an i s m  o f   l o a d  m at ch i n g   an d   t he  pr o pos e d M P P T   t e c hni que s .   S e c t i o n   3 pr e s e nt s   t h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   a n d   d i s c u s s i o n .   F i n a l l y,   t he   pa pe r   i s   c onc l ude i s e c t i o n   4.       2.   R ES EA R C H   M ETH O D   2. 1.   S y s t em  d e s cri p t i o n     F i gu r e   1   s ho w s   bl oc k di a g r a m  of   t he  pr op o s e d s t a n d - a l o n e  P V  s y s t e m  c o n s i s t s  o f  P V a rra y ,  DC / DC   buc k c on ve r t e r  c ont r ol l e by  MP P T  c o nt r ol l e r ,  a n d r e s i s t i v e  l oa d.  T he  P V  a r r a y a f f e c t  b i rra d i a n c e   (G ),   a n d   t em p er at u r e ( T )   t o ge ne r a t e  a nd t r a ns f e r   m a xi m u m  p o w e r   t o  t h e  l o a d .  T o  a c h i e v e  t h i s   g o a l ,  M P P T  c o n t r o l l e r   i ns e r t e be t w e e n t he m  t o c on t r ol   t he  dut c yc l e   a n d ge ne r a t e   a  pul s e   t o  f i r e  t h e  D C/ D C c o n v e r t e r  s w i t c h  i . e .   t t r a c k   M P P .  S e ve t ype s  of   M P P T   t e c h ni que s   a r e  us e d  t o dr i ve   t he  s y s t e m  un de r   s e v en  l ev el s   o f w e a t h e c o n d it i o n s  a c t i n g  a s  i n p u t s  o f   P V  a r r a y  d u r i n g  s i m u l a t i o n  s t o p  t i m e  e q u a l  0 . 7  S .  T h e co n t r o l l er  acq u i r es   r eal - t i m e   ope r a t i n pa r a m e t e r s  s uc h a s   P v ol t a ge  a n d  c u r r e nt  ( V PV , I PV )  o r  i r r a di a nc e  a n d t e m pe r a t u r e  ( G,  T )   de pe n di n on    t h e  c o n t r o l  a l g o ri t h m   [1 ].   M A T L A B/ S I M U L I N K   p r o g r a m  i s   u s e d   to  m o d e l   a n d  s i m u l a t e   t he   p r op os e s ys t e m .             F i gu r e  1.   D e s c r i pt i o of   p r o p os e P V   s ys t e m   wi t h   MP P T   c ont r ol l e r   u ni t       2. 2.   M e c h an i s m   o f   l oa d   m at c h i n f or   D C - D C   b u c k   co n v e rt er   W he n a   f i xe r e s i s t i ve  l oa d  ( R L i s  d i r ect l y  co n n ect e d  t o  P V  s o u r ce ,   t he  ope r a t i ng poi nt   i s   de t e r m i ne d by   t h e  i n t e r s e c t i o n  o f  I - V  c ha r a c t e r i s t i c s  f or   b ot h P V  s o ur c e   a nd l oa de pe n di n g o n l oa v a l ue ,  a s   i n   F igur e   2 ( a) .   T r a n s f e r r i n g m a xi m u m  p o we r  t o t he  l oa d i s   pe r f or m e b y m a t c hi n g t he  i nt e r n a l  s ou r c e   i m pe da nc e   w i t h t he  l oa d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om E n g     I S S N 208 8 - 87 08       M ax i m u pow e r   p oi nt   t r ac k i ng   t e c h ni q ue s   f or   ph ot ov ol t ai c   s y s t e ms :   c o m p ar at i v e   …  ( M .   A .   Ab o - S e nn ah )   59   i m pe da nc e .   W he n  l oa r e s i s t an ce ( R L )  i s  e q u al  t o  a  v al u e cal l ed  o p t i m u m   r es i s t an ce  ( R opt ) ,   l oa d m a t c hi ng   o ccu r s   [ 2 9 ] .   T h l o ad   r es i s t a n ce  ( R L )   a n d   t h e   i n t er n al   r es i s t a n ce  o f   P V   s o u r ce  ( R in )   a r d es cr i b e d  as :     R L = V L I L             ,         R in   = V mp I mp       ( 1)     w h er e :   V L ,   I L   i s   t h l o ad   v o l t ag a n d   cu r r e n t   r es p ect i v el y .   V mp ,   I mp   i s   v ol t a ge   a nd   c u r r e nt   a t   MP P   r e s pe c t i ve l y.     D C - D C  c on ve r t e r  c on ve r t s   un r e g ul a t e d  DC  i np ut s  i nt o  a  c o nt r ol l e D C   o u t put .   MP P T   pr ovi de s  l oa d   m a t c hi n g a nd  t r a ns f e r  m a xi m um   p owe r   by  r e gul a t i n g t he   i np ut   vol t a ge  a nd  b y c ont r ol l i ng  t he   dut r a t i o ( D) .   B ne gl e c t i n t he   l o s s e s   i t he   c i r c ui t ,   r e l a t i o ns   f o r   a   b uc ( s t e do w n)   c o n ve r t e r   a r e :     V o V in   =   I in I o   = t on T S   = D     ( 2)     I n p ut  r e s i s t a nc e  o f  t he  c on ve r t e r  c a n   be   c a l c ul a t e d  b y  k n o wi n g t he  i n put  v ol t a ge  a nd  c ur r e nt .   MP P   c a pt u r e  f or  t h e  buc k c on ve r t e r  wi l l  onl y be   pos s i bl e  f or     ≤     v al u es ,  as  i n  F i g u r 2 (b ),   a s  s how n in   ( 3)   a nd ( 4 )   [ 3 0] .   Ch a r a c t e r i s t i c s   o f  us e PV  m od ul e   H C   S o l a r P o we r H C P 2 5 0 P - 24 ,  2 50 - W   ar e t ak e n  at   s t a nda r d   t e s t  c o n d i t i o n s  S T C ( 1 k w / m 2 ,  25 º C )  a n d l i s t e d i n T a bl e  1.  T he  p r op o s e 1 - k w  P V   a rra y  c o n s i s t s  o f  4   m o dul e s ,   ( 2  i n  s e r i e s   2  i n  pa r a l l e l ) .  O ut put  ( l o a d)  vo lta g e  is  c los e to   b e  48 V .  D es i g n ed  p ar a m e t e r  i s   s u m m ar i zed   i n   T ab l 2   [ 1 1 ] .     R in = V in   I in   = V o   /   D I o   D   = V o   /   I o D 2     = R o   D 2     = R L   D 2       (3 )     =    ( 4)         ( a)       ( b)     F i gu r e   2.   (a I n t e rs e c t i o n   o I - V   c ur ve   a n l o a l i ne ,   ( b)   MP P   c a pt ur e   f or   t he   buc c o nve r t e r     0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Voltage (V) 0 2 4 6 8 10 Current (A) B A 2 3 1 Increasing         R Isc Imp Vmp Voc MPP Load line  Slop = 1/ R opt Slop = 1/ R Slop = 1/ R Voltage Source Region Current Source Region 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Voltage (V) 0 2 4 6 8 10 Current (A) B A R MPP < R L LB Voc Isc LA = R MPP R R MPP > R MPP Point A can be driven                to MPP MPP  non-capature zone Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r 2 02 :    57   -   73   60   T ab l 1 .   C h a r a c t e r i s t i c s   o f   P V   m o d u l e   a t   S T C   Par a m eter   S ym bol   Valu e   M ax im u m  p o wer   Pm ax   250. 15 8 W   Vo ltag e at M PP   V m p   34. 6 V   C u r r en t at  M PP   I m p   7. 23 A   Op en  cir cu it v o lta g e   Vo c   44 V   Sh o r t cir cu it cu r r e n t   Is c   7. 82 A   C ells  p er   m o d u le   Ncell   7 2  C ells       T ab l 2 .   S u m m a r y   o f   c on ve r t e r   pa r a m e t e r s   a nd   l oa va l ue   Par a m eter   S ym bol   Valu e   M ax im u m  in p u t v o ltag e   V in m   69. 2 V   M a xi m u m  out put  vol t a ge   V om   48 V   M ax im u m  in p u t cu r r en t   I in m   14. 46 A   M a xi m u m  out put  c ur r e nt   I om   20. 846 5 A   D ut y r a t i o a t   m a xi m um  pow e r  out put   D mp   0. 6936   Switch in g  f r eq u en cy   f s   5 KHZ   I n p u t cap acito r  f ilt er   C in   800 µF   Ou tp u t in d u cto r  f ilter   L   353µ H   Ou tp u t cap acito r  f i lter   C o   4 00 µF   Op tim u m  in p u t ( I n ter n al)   r es is tan ce   R in   4. 786   Op tim u m  o u tp u t ( L o ad )  r es is tan ce   R L   2. 303       2. 3.   M a x i mu m   p o w er  po i nt   t r a c k i n g   t e c hn i q ue s   Th i s s u b - s e c t i o n ha s  s e ve n t r a c ki n g t e c h ni q u e s ,  w hi c ha s  t he  a bi l i t y t o d r i ve  t he  P V s ys t e m  t o f i n t he   o pt i m u m   o pe r a t i n p oi nt   un de r   c ha n gi n a t m os phe r i c   c on di t i on s .     2. 3 . 1 .   P ert u r b   a n d   o b s erv ( P &O )   t ech n i q u e   P & m e t h od  is   on e   of   h ill - c l i m bi n g   a l g or i t h m s   t ha t   de pe n d   o n   m ovi ng   t he   o pe r a t i ng   poi n t   o f   t he   P V   a r r a y i n  t he   di r e c t i on  o f   whi c h t he  p o w e r   i s  i nc r e a s i ng .   I t s  c o nc e pt  i s   ba s e d o n t ha t :  O n t he   P - V  c u rv e ,     t h e  c h a n g e  i n   P V   p o w e r  i s  e q u a l  t o  z e r o  a t  M P P   ( Δ P P V = 0 ) .   F l o w c h a r t   o f  t h e  P & O  a l g o r i t h m  i s  i l l u s t r a t e d  i n   F i g u r e  3  [6 ,   1 0 ].   I t  o p e r a t e s  w i t h  f i x e d   s t e p - s i z e  by  pe r i od i c a l l pe r t u r bi ng  ( i nc r e m e nt i ng  or  de c r e m e nt i ng )   t he   P V   a r r a v ol t a ge   a n c o m pa r i n P   ( k+ 1)   w i t t he   pr e vi o us   pe r t u r ba t i on  P   ( k) .   T hi s   c yc l e   i s   r ep eat ed   u n t i l   r e a c hi ng  t he   MP P  [ 2 5] .   P & O a l go r i t hm   ha s  t w o i np ut s :  P V   v ol t a ge  ( V P V ) ,  a n d  c u rre n t  (I P V ) ,   a n d o ne  out put   t h a t  i s  d u t y   r a t i o  ( D ) .  T h i s   m e t h o d   h a s  s i m p l e  i m p l e m e n t a t i o n  a n d  l o w  c o s t ,   b u t  i t   h a s  d i s a d v a n t a g e s  o f     t h e  o s c i l l a t i o n s  a r o u n d   M P P ,   a l s o u n de r   r a pi dl y c ha ngi n g a t m o s p he r i c  c on di t i on s  i t  m a y t r a c M P P  i   t he   w r on di r e c t i on  [ 1 4,   2 5] .     2. 3. 2.   I nc r e m e nt a l   c o nduc t a nc e   ( I N C )   t e c hni que   I NC  a l go r i t hm  a l s o ba s e o n  t he  hi l l  c l i m bi ng  p r i nc i pl e .  I t  i s  ba s e d o n t h e  de r i va t i ve   of  P p owe r   w i t h  r e s pe c t  t P v ol t a ge   whi c h i s  e q ua l  t o z e r o  a t  M P P ,  ne ga t i ve   on  t he  r i ght  a n po s i t i ve  o n t he  l e f t   of  i t  [ 2 7] .   F l o w c h a r t  o f   I N C a l g o r i t h m   i s   il l u s t r a t e d  i n  F i g u r e   4  [ 6 ] .   S i n ce:     d P   d V   = d ( IV )   d V   = I + V   d I   d V   = I + V   Δ I   Δ V     ( 5)     F r o m   t h r el at i o n s   a b o v w h av e:     Δ I   Δ V   =   I   V       at   MP P   ( 6)     Δ I   Δ V   >   I   V       at   l ef t   of   MP P   ( 7)     Δ I   Δ V   <   I   V       at   r igh t   of   MP P   ( 8)     I NC   de pe n ds   o n m e a s u r i n g a nd  c o m pa r i n t h i n c r em e n t al   co n d u ct an ce   ( Δ I / ΔV ) ,   a n d i n s t a nt a ne ous   co n d u ct an ce ( I / V ) o P V [7 ].  Wh e n   t h e y   a re   e q u a l ,  M P P   i s   re a c h e d .  INC - M P P T  h a s  t w o  i n p u t s :  P V   v o l t a g e   (V pv ),   a n d   c u rre n t   (I pv )   a n o n e   o ut p ut   dut r a t i ( D ) .   T hi s   t e c hni que   l e s s   o s c i l l a t i on  t ha P & O - te c hn ique ,   b u i t   ha s   di s a d va n t a ge   o f   s l ow s   r e s p ons e   f or   M P P   [ 1 4] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om E n g     I S S N 208 8 - 87 08       M ax i m u pow e r   p oi nt   t r ac k i ng   t e c h ni q ue s   f or   ph ot ov ol t ai c   s y s t e ms :   c o m p ar at i v e   …  ( M .   A .   Ab o - S e nn ah )   61       F i gu r e  3.   F l o w c h a r t   o f   t h e   P & O   a l g o r i t h m       F i g u r e   4 .   F l o w c h a r t   o f   t h e   I N a l g o r i t h m       2. 3. 3.   F u zzy   l o g i co n t r o l l er ( F L C )   t ech n i q u e   F u z z y  l o g i c  i s  o n e  o f  a r t i f i c i a l  i n t e l l i g e n c e  ( A I )  t e c h n i q u e s  t h a t  s i m u l a t e  h u m an - l i k e  d e c i s i o n s   i n   c ont r ol .   I t  d e a l s  w i th  n o i s y   o r   m i s s i n g  i n p u t  i n f o r m a t i o n ,  b u t  i t  d o e s   n o t  n e e d   a n  a c c u r a t e  m a t h e m a t i c a l  m o d e l   [2 6 ].   F u zzi f i cat i o n ,   i n f er e n ce  e n g i n e,  an d  d e f u z zi f i cat i o n   a r e   t h e  t h r e e  c o m p o n e n t s   o f  t y p i c a l  f u z z y  l o g i c  [ 3 ] .     In   t h e  fi rs t  p r o c e s s ,   c ri s p  s e t s   (n u m e ri cal  i n p u t s )  a r e c o n v er t ed  t o  f u zz y   s et s   ( l i n g u i s t i c  v a r i a b l e s )  b a s e d   o n   a  m e m be r s hi p  f unc t i o n  ( MF ) .   P V  vol t a ge  ( V pv a nd  c ur r e nt   (I pv can   b e m eas u r e d  as  i n p u t  v a r i ab l e s  an d     t h e   p o we r   c a n   b e   c a l c u l a t e d ,   Δ P   ( k a n d   Δ V   ( k a re   d e t e r m i n e d   a s   f o l l o w s :     Δ   P ( k ) = P ( k ) P ( k 1 )   ( 9)     Δ   V ( k ) = V ( k ) V ( k 1 )   (1 0 )     T he  t w o i n put  va r i a bl e s  t o f uz z y c o nt r ol l e r  a r e :   e rr o r (E )   w hi c h r e pr e s e nt s  t he  s l o pe   o f  P - V  c u rv e   a nd  t he   c ha n ge   i e r r o r   ( C E )   w hi c e x p r e s s e s   t he   m ovi ng   di r e c t i o o f   op e r a t i ng  p oi nt ,   a nd  o ne   out put   ch an g e   i n   d u t y   r a t i o   D),   t h e n   i t   w i l l   b e   a d d e d   t o   t h e   p re v i o u s   d u t y   c y c l e   t o   d e t e r m i n e   t h e   fi n a l   d u t y   (D [9 ],   w h e r e :     E ( k ) =   Δ   P ( k )   Δ   V ( k )     =   P ( k ) P ( k 1 )   V ( k ) V ( k 1 )     ( 11 )     CE ( k ) =   E ( k )     E ( k 1 )   ( 12 )     S e v e n  tr ia ngu la r  MF S   de not e d b y:   ne ga t i ve   bi (N B ),   ne ga t i ve   m e d i u m   ( N M ),   n e g a t i v e  s m a l l   ( N S ),   zer o   (Z E ),   p os i t i ve  bi (P B ) ,   p o s i t i v e  m e d i u m   (P M ) ,  a n d   p o s i t i v e  s m a l l   (P S ) [2 7 ]  i s  u s e d   f or   bo th  i n puts  a nd  out put ,  wi t h   r an g e ( - 200 , 2 00) ,  ( - 0. 8,   0 . 8 ) ,  a n d ( - 0 . 0 0 1,  0. 0 01 )  r e s pe c t i ve l a s  i n F i gu r e   5.   T he  n um be r ,   t y pe   a nd  r a n ge   of  t he   MF  a r e   c h o s e b pr e vi o u s  k n ow l e dge  a nd/ or  e x pe r i m e nt a l  da t a   f r o m  t he   P V  s ys t e m  [ 2 6] .   49  f uz z r ul e s  w i t h   t h e  f o rm  IF - TH EN   s h o wn  i n  T a bl e   3  [ 10 ]  a r e  a p pl i e d t o t he   f uz z y s e t s  t o   de t e r m i ne     t he  out put .  Ma m da ni  f uz z y   i n t e r f a c e  s ys t e m  ( Ma m da ni - F IS ) i s  u s e d  t o  pe r f or m  t he   f uz z y i nf e r e nc e   pr oc e s s .   C on ve r t i n g  t he  l i ng ui s t i c  f uz z s e t s   ba c k  t o t he  c r i s p   out put   u s i n g   c e n t e r  o f  g r a v i t y   ( CO G )  d e f u z z i f i c a t i o n   t e c hni q ue   i s  t h e  l a s t  p r oc e s s .   F i gu r e   6  s ho w s  t he  S i m ul i nk  m ode l  f or  f uz z y c o nt r ol l e r .   T h is  m e tho is   a  h igh  po w e r f ul  c ont r ol l e r   [ 1 4 ] ,  a n d  i t  c a n   be   bl e n de d   w i t h c o nv e nt i ona l  t e c h ni que s .   Hi ghe r  n um be r  of  MF S  a f f e c t s   t he  o ut p ut   a c c ur a c y,   b ut  i t   i nc r e a s e s   t he   c om pl e x i t a n t h e   c om put i n t i m e  [ 26 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r 2 02 :    57   -   73   62             F i gu r e  5.   Me m be r s hi p   f u nc t i o of   E   ( k ) ,   CE   ( k ) ,   a n d   d e l t a - D       T ab l 3 .   F uz z y   c o nt r ol   r ul e s               CE     NB   NM   NS   ZE   PS   PM   PB   NB   NB   NB   NB   NB   NM   NS   ZE   NM   NB   NB   NM   NM   NS   ZE   PS   NS   NB   NM   NS   NS   ZE   PS   PM   ZE   NB   NM   NS   ZE   PS   PM   PB   PS   NM   NS   ZE   PS   PS   PM   PB   PM   NS   ZE   PS   PM   PM   PB   PB   PB   ZE   PS   PM   PB   PB   PB   PB           F ig ur e   6 .   S i m u l i n k   m o d e l   o f   f u z z y   c o n t r o l l e r         2. 3. 4.   A r t i f i c i a l   ne ur a l   ne t w o r ( A N N )   t e c h ni que   A r t i f i c i a l  n e u r a l  n e t w o r k  i s   o n e   o f  p o w e r f u l  a r t i f i c i a l  i n t e l l i g e n c e  ( A I )  t e c h n i q u e s  t h a t  s i m u l a t e     t he  hu m a n bi ol o gi c a l  ne u r a l   ne t w o r ks  be ha vi or .  I t   i s   a i nf or m a t i o n - p ro c e s s i n g  m o d e l   [ 1 2 ].  AN N s  a r e   co n s i s t s   o f  a l ar g e   n u m b e r   o f  s i m p l e el e m en t s  cal l ed   n e u r o ns ,  o pe r a t i ng  i n   pa r a l l e l   a nd   w o r ki n g t o s ol ve   pr o bl e m s .   T hi s   t e c hni q ue  i s  ba s e o n a  c om p a r i s o of  t he   o ut p ut  a n d  t he  t a r ge t ,  u nt i l  t he   out put   o f  t he   ne tw or k   m a t c he s   t he   t a r ge t .   S o,  m a ny   i np ut /   t a r ge t   pa i r s   a r e   ne e de f or   t r a i ni n g.   A NN  i s  fo rm e d  fr o m  3   l a ye r s ,  a s  i l l us t r a t e d  i n F i g ur e   7:  i np ut ,   hi d de n a nd  o ut p ut  l a ye r .  I n put  l a ye r   r e c e i ve s   i n p ut s   a nd  s pr e a ds   t h e m   t t he   ne u r ons   o f   hi d de l a ye r .   O ut p ut   l a ye r   pr o duc e s   t he   f i na l   A N N   out put .   H i d de n l a ye r   pe r f o r m s  t he  i nt e r m e di a t e  c a l c ul a t i ons   f r o m  i np ut  t o ut put .   S t r uc t ur e   i s  c hos e n a f t e r  s e ve r a l   t es t s   t o   i n c r eas t h acc u r ac y   [ 2 6 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om E n g     I S S N 208 8 - 87 08       M ax i m u pow e r   p oi nt   t r ac k i ng   t e c h ni q ue s   f or   ph ot ov ol t ai c   s y s t e ms :   c o m p ar at i v e   …  ( M .   A .   Ab o - S e nn ah )   63       F i gu r e  7.   A N N   S t ru c t u r e       I r r ad i a n ce ( G )  an d  t em p er at u r e  ( T )  a r e s e l ect ed  as   n o n - e l e c t r i c a l  i n p u t s  [ 1 3 ]   w i t h   2  n e u r o n s  i n     t he  i np ut  l a ye r  a nd  t r a ns m i t t e d  t o  hi dde n  l a ye r   wi t h  5   ne ur o ns ;  t he   d ut r a t i o  ( D )  i s  t he  o ut p ut .  T he  i n p ut   s a m pl e  da t a  p oi nt s  w e r e   c ol l e c t e t t r a i t he  ne t w or k.   G   i s   s t a r t i ng f r om  50  t o 10 0 0W / m 2   i s t e ps  of   50 W/ m 2   a t   c on s t a nt  25 ο C.  A l s o ,  T  i s  s t a r t i n g  a t  2 0  t o  7 5 ο C i n  s t e p s  o f   5 ο C a t  c o n s t a n t   1 0 0 0 W / m 2 .   F i g u re  8   sh o w   th e  m e a n s qu a r e   e r r or   ( M S E )  c ur v e   dur ing   o f f - l i ne  t r a i ni n us i n L e ve nbe r g - Ma r qu a r d t   ba c kp r opa ga t i o a l go r i t hm ,   w he r e  t he r e  a r e  3  pa r t s   of  d a t a ,  7 0%   f or  t r a i ni n g,  1 5%  f or  va l i da t i o n,   a nd  1 5%  f or  t e s t i ng.  T he  s m a l l e r     t h e  M S E   i s ,   t h e  b e t t e r  t he   pe r f o r m a nc e  [ 12 ,   2 6] .  T hi s   m e t ho d  ha s  a   qui c r e s po ns e ,  a nd  l e s s  o s c i l l a t i on   c om pa r e t f u z z c o nt r ol l e r .   AN l e a r ns   a n d oe s   not   ne e r e pr o gr a m m i ng  pr oc e s s .   B l a c b o w or ki ng  a n s l ow  t r a i ni n a r e   t he   m a i n   we a kne s s e s   of   t he   A N N   [ 13 ,   14 ] .           F ig ur 8 .   Me a n   s q ua r e   e r r o r   d ur i ng   t r a i ni ng       2. 3. 5.   A da pt i v e   n e u r o - f u zzy   i n f eren ce  s y s t em  ( A N F I S )   t ech n i q u e   N e u ro - f u z z y  s y s t e m  i s  a n  a r t i f i c i a l  i n t e l l i g e n c e   ( A I )  a n d   s u p e r v i s e d   m a c h i n e - l e a r ni ng  t e c h ni que   u s e d  i n  n o n l i n e a r  a p p l i c a t i o n s .   I t  ba s e d o n t he  a r c hi t e c t ur e  a n d f unc t i ons   o f  ne ur a l  ne t w or k a n d  f uz z y   c ont r ol l e r  i nt one  t e c hni qu e ,  s o i t  us e d t o ve r c om e  t he   d r a wba c ks  of   t he m   an d  t o  i n t e g r at e t h e ad v a n t ag es   of   t wo A I - t e c h n i q u e s   [1 4 ].   Fo r  M PP T ,  A N FI S - te c hn i que  ope r a te s  by  S ug e no  f uz z y   i nf e r e n c e  s y s te m   ( S ug e no - F I S )  b eca u s e i t  i s  m o r e e f f i ci e n t  w h er A NF IS   h as   t w o f o l d   ( A NN  a n d  F L C ) .  A N N  i s  t h e  f i r s t  f o l d   c om pr i s e s   ( c o l l e c t i o n   o f   d a t a ,   t r a i n i n g ,   t e s t i n g ,   a n d   v a l i d a t io n ) ,   a n d   F L i s   t h e   s e c o n d   f o l d   c o m p r i s e s   ( f u z z i f i c a t i o n ,  i n f e r e n c e ,   r u l es ,  a n d   d ef u zzi f i cat i o n )  [ 1 5 ] .   T h i s  t ech n i q u e  c r eat es  a  f u zzy  s y s t em  a n d   h as  n et w o r k - t ype  s t r uc t u r e  l i k e   ne u r a l   ne t w or k   [ 16 ] .       I n  t hi s   w or k,   A N F I S  s ys t e m  ha s  t w o i np ut s  ( G a n d T ) ,   w i t ga us s i a n m e m be r s hi p  f unc t i o ns  f or   each   o n e  t er m ed  as  l o w ,  m e di um ,  a nd  hi g h,  a s  i F i g ur e  9( a )   w i t ni ne  r ul e s  t ha t  c a f ol l o w t he  c on di t i ons .   O ut put   of  A N F I S  s ys t e m   i s   t he  c r i s p v a l ue  of  P V  c u r r e nt  a t  MP P  ( I mp ) ,  w h e r e  i t  c o m p a r e d   w i t h  t h e  a c t u a l   out put  c ur r e nt  ( I pv ) .   O ut c om e  i s  gi ve n t o P I  c ont r ol l e r  a s  e r r or   va l ue  t ge n e r a t e   c o n t r o l  s i g n a l s  a s  i n   F i g u r e   9( b )   T r a i ni n da t a  s e t  f or   A N F I S  i s  d on e  b y  va r yi n g t he  t w o i np ut s  i of f - lin e   u s ing M AT L A B  t oo lbo x.     A N F IS - t e c h ni q ue   ha s   hi g p ow e r  e f f i c i e nc y a n qui c r e s p o ns e   f or  t r a c ki ng  M P P ,   a n d l o w c o m p ut i ng  t i m e   [ 1 4] .       2. 3. 6.   M o di f i e pe r t ur b   a n d   o bs e r v e   ( M - P &O )   t ech ni qu e   T he  c o n ve nt i ona l  P & O  a l go r i t hm  i s  r u w i t h  a  f i x e s t e p - s i z e .  I t  h a s  m a i n  l i m i t a t i o n   i n     t h e   o s c i l l a t i o n   a t   s t e a d y - s t a t e   [ 2 2 ] .   M - P & O   t e c hni que   i s   ba s e on  t he   s t a n d a r P & O,   a n m o di f i e us i ng   F L C   t o pr o vi de   va r i a bl e  s t e p - s i z e  i n or de r  t o i m p r o ve  t he   t ra d e - o f f  b et w e en  s t ead y - s t at e an d   d y n a m i c s t at p er f o r m a n ce.  I t  can  b e  i m p l em en t ed  ei t h e r   a d u t y - r a tio c on tr o l w h e r e  t he  pow e r  is   m e a s u r e d e v e r y   P W cy cl e,   o r   r e f er e n ce  v o l t ag c o n t r o l   w h er e   P I - c ont r ol l e r   i s   ne e de t a dj u s t   t he   dut r a t i [ 1 7,   1 8] .     0 200 400 600 800 1000 1000 Epochs 10 -5 10 0 Mean Squared Error  (mse) Train Validation Test Best Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r 2 02 :    57   -   73   64   PV   vol t a ge  a n d c ur r e nt  c a be  m e a s u r e d t o c a l c ul a t e  t he  f uz z y i np ut  v a r i a bl e s ,  t he  c ha n ge  i n P V   p o w e P P V ),   a n d   c u r re n t   I P V ) .   T he   out put   va r i a bl e   i s   t he   c ha n ge   i s t e p - s i z e   ( ΔS )   w h i c h   i s   s e n t   a s   i n p u t   t o   t h e P & O   an d  d e f u zzi f i ed   u s i n g  cen t e r   o f  g r av i t y  ( C O G m e t h o d .  F l o w   c h a r t  o f M - P & O  w i t h  v a r i a b l e     s t e p - s i z e  i s  i n   F i g u r e   1 0   [ 1 8 ] .  F i v e  t r i a n g u l a r  M F S   i s  us e d f or   bot h i n p ut s  a nd  o ut p ut ,  wi t h r a n ge  ( - 200 ,  2 00) ,     ( - 1 2,  12) ,  a n d   ( - 0 . 4 ,   0 . 4 fo P P V ),   I P V ) ,   a nd  ( Δ S )   r e s p e c t i ve l y.   T pe r f or m   t he   f uz z i n f e r e n ce p r o ces s ,     25   f uz z r ul e s   s ho w i n   T a bl e   a r e   a p pl i e us i n Ma m da n i - F IS   [ 1 7 ,   1 8 ].         ( a)       ( b)     F i gu r e  9.   A NF IS   (a )   MF S   of   i r r a d i an ce an d   t em p e r at u r e,   ( b )   s i m u l i n k   m o d e l   o f   c o n t r o l   s y s t e m           F ig ur e   10 .   F l o w   c h a r t   o f   M - P & t e c hni qu e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om E n g     I S S N 208 8 - 87 08       M ax i m u pow e r   p oi nt   t r ac k i ng   t e c h ni q ue s   f or   ph ot ov ol t ai c   s y s t e ms :   c o m p ar at i v e   …  ( M .   A .   Ab o - S e nn ah )   65   T ab l 4 .   F u z z y   ru l e s   fo M - P & t e c hni qu e          Δ IP V   Δ PPV      NB   NS   ZE   PS   PB   NB   NB   NS   ZE   ZE   PS   NS   NS   ZE   ZE   PS   PS   ZE   NS   ZE   ZE   PS   PB   PS   ZE   ZE   PS   PS   PB   PB   ZE   PS   PS   PB   PB       2. 3. 7.   C uc ko o   s e a r c h   ( C S )   t e c hni que   Cu c k o o  s e a r c h  i s  o n e  o f  t h e  b e s t  o p t i m i z a t i o n  m e t a - he ur i s t i c  t e c hni que s  a nd  be c om e  p o pul a r  a m on g   t h e   i n t e l l i g e n t   a l g o r i t h m s   [ 2 8 ] .   I t   d r i ve s   P V   s ys t e m   wi t hi gh   e f f i c i e nc y   a nd   qui c k   r e s p o ns e   f or   MP P   [ 1 9,   2 0 ] .   T h i s   t e c h n i q u e   i n s p i r e d   b y   t h e   p a r a s i t i c   b e h a v i o r   a n a g gr e s s i ve   r e p r o d u c t i on  s t r a t e gy   of   c uc ko bi r d s ,   w he r e   t he y l a y e g gs  i n c o m m una l   n e s t s  a nd  m a r e m o ve  ot he r s   e gg s  t o i nc r e a s e  t he  ha t c hi ng  pr o ba bi l i t y o f   t he i r   o wn   e g g s   [ 1 9 ].  C S - t e c h ni q ue   de pe n ds   o n   3   r ul e s :   e a c h   c uc k oo   s h oul l a ys   onl y   o ne   e g g   a t   a   tim e   in  r a ndo m ly  s e l e c t e d  n e s t ,   t h e  b e s t  n e s t  i n  t h e  f i r s t  i t e r a t i o n  w i t h   h i g h  q u a l i t y  o f  e g g s   ( i . e . ,  w i t h  t h e  b e s t  v a l u e s  o f     t he   obj e c t i ve   f unc t i o n )   wi l l   c a r r o ve r   t o   t h e   ne xt   ge ne r a t i on ,   a n t he   e gg   l a i b a   c uc k oo   i n   a n ot he r   n e s t   c a n   b d i s co v er e d   by   t he   h os t   bi r wi t a   p r o ba bi l i t P a   w he r e   ( <   P a   <   1 ) .   S e a r c hi ng   p r o c e s s   f or   t he   be s t   ne s t   of   a  h os t  bi r oc c ur s  i n a   r a nd om   f o r m .  I t  c a be  m o de l e on  m a t he m a t i c a l  f unc t i o n  c a l l e L évy   f l i g h t .   F l o w c h a r t   o f   C S   i s   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e  1 1   [ 2 0 ] .           F i g u r e   1 1.   F l o c ha r t   of   C S   t e c hni que       I n  t hi s  m e t ho d,  P V  v ol t a ge  ( P P V )  a nd  c ur r e nt  ( I P V )  a r e m e as u r ed  a n d   a c ts   a s   inpu ts .   T he   duty   c y c le   ( D )   i s   t he   out put   a n d   c a n be   u pda t e ba s e on   L évy   f l i g h t  b y   th e  f o llow ing   [ 5,   2 8] :     D i (t+ 1)  D (t) best α     L évy   f l i g h t   ( λ )   ( 13 )     w h e re :  D be s t (t )   ar e   s am p l es   / eg g s   o r   t h b e s t   d u t y   cy c l am o n g   t h f i t n es s ,   i   i s   t h s am p l n u m b er ,  t   i s   t h nu m be r   of   i t e r a t i o n ,   α   i s   t h e   s t e p - s i ze  ( α >0   a n d   as s u m ed   t h at   α =1 ) ,   th e  pr odu c   m e a n s  e n t r y   w i s e  m u l t i p l i c a t i o n s .   T h v al u e   o f   α   can   b cal c u l at ed   as :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r 2 02 :    57   -   73   66   α= α (x j ( t) - x i (t) )   ( 14 )     T he   s t e l e n gt i s   dr a w f r o m   l e’ vy   d i s t r i b u t i o n   a c c o r d i n g   t o   p o w e r   l a w ,   w h e re :     é    ( λ )   u   =   L λ             w h er e   ( 1 <   λ < 3 )   ( 15 )       3.   R ES U LT A N D I S C U S S I O NS   3. 1.   R e s u l ts   T h i s e c t i o n   sh o w c om pa r i s o r es u l t s   an d   w av ef o r m s   f o r   7   p r o p o s e d   t ech n i q u es   at   s t ead y   s t at e,   an d   d y n a m ic   s t a t e  a t h e  s t a r t i n g   o f   e a c h  l e v e l  o f   7  c l i m a t i c  c o n d i t i o n s .   S t a t i s t i c a l  r e s u l t s   a n d  a n a l y s i s  a r e  l i s t e d   i n  t a b l e s .       3. 2.   D i sc u ssi o n     I - V  &  P - V  c ha r a c t e r i s t i c  c ur ve s   of  P a r r a y s ho w i n F i g ur e  1 2   ( s e e  a p pe n di x)  c om pa r e   t he  o pe r a t i n poi nt s  wi t h o ut  a ny c o nt r ol  ( bl a c k )  wi t o p t i m um  o ne s  a t  MP P T  ( r e d ) .   I t  a p pe a r s  t ha t  t he  P V   s y s t e m   w i t h o u t   a n y   c o n t r o l   d o e s   n o t   o p e r a t e   a t   i d e a l   ( o p t i m u m )   o p e r a t i n g   p o i n t s ,   i . e .   i t   o p e r a t e s   a t   l o w   p o w e r   ef f i ci en c y .   Lo w   r e s ul t a nt  e f f i c i e nc w i t ho u t  c ont r ol  i s  i m pr o ve f r om   5 0. 6%  t 9 9. 9 %  b y s e ve pr op os e d   M P P T   t e c h n i q u e s   ( P & O ,   IN C ,   F L C ,   A N N ,   M - P & O,   AN F I S ,   a n d   C S w i t h   a   s m a l l   r a n g e   o e rro a s   s h o w n   i n   F ig ur e  13   ( s e e  a ppe n di x )   a n T a bl e   5.  T he  s e ve n   pr o pos e d  t e c h ni q ue s  w o r k  ve r e f f i c i e n t l y  f r o m  9 9 . 9 8 %   t o   9 9. 89 % .  A NF IS - t e c h ni q ue   i s  t he  hi g he s t   e ne r g e f f i c i e nc y  up   t o  99 . 9 8% ,  but   A N a nd  C S   t e c h ni q ue s  w o r k   w i t 99 . 8 9% .   T he s e   va l ue s  a gr e e  wi t h  hi gh  e f f i c i e nc y  i [ 14 ,   20 ]   f o r   A N F I S  a n d C S .   I n  [ 26 ]   F L C  i s  l ow e r   e f f i c i e n c y  t h a n   A N N,   but   r e s ul t s  of   F L C  i s  hi g he r  t ha A N N i n t hi s  w or k.   D ut y r a t i o i s  t he  o ut p ut  of   MP P T   c o n t r o l l e r ,  a n d  t h e n  i t   f e d s  t o  f i r e  t h e  s w i t c h   o f   D C/ D C  c o n v e r t e r   b y   p u l s e  w i d t h  m o d u l a t i o n  ( P W M ) .   F r o m   t he   r e s ul t s  o f  d ut y  r a t i o  s h ow n i F i g ur e   14   ( s ee a p p en d i x )   a n d  T a bl e   6,  t he   ge ne r a t e d ut y  va l ue  o f  C S  a nd   A N t e c hni qu e s   a r e   t he   be s t   c om pa r e t ot he r   t e c h ni q ue s   a nd   a p p r o xi m a t e l e q ua l   t he   o pt i m um .       T ab l 5 .   R e s ul t s   a n e f f i c i e nc c om pa r i s on   a m o ng   MP P T   t e c hni que s   Atm o s p h er ic co n d itio n s   G  (W / m 2 )   700   500   800   1000   1000   1000   1000   Av er ag Valu e   T ( o C)   25   25   25   25   40   65   50   P m ax   (W )   ''T heo re t ica l''   714. 8   515. 2   812   1000. 6 32   941. 2   840. 8   901. 2   Dir ect   W ith o u t M PPT   P pv   (W )   272   139. 7   354. 1   549. 7   559. 1   574. 5   565. 3   --- ---   η w i t hout - M PPT   (% )   38. 05   27. 12   43. 61   55   59. 4   68. 33   62. 73   50. 6   P& O   P pv   (W )   714. 5   514. 9   811. 5   1000. 1   941. 2   840. 5   900. 8   --- ---   η M PPT   (% )   99. 95   99. 94   99. 93   99. 94   100   99. 96   99. 95   99. 95   I m p r o v ed  ef f icien c y  ( % )   61. 9   72. 82   56. 32   44. 94   40. 6   31. 63   37. 22   49. 35   MP P T  Er ro (% )   0. 042   0. 058   0. 062   0. 053   0   0. 036   0. 044   0. 042   I NC   P pv   (W )   714. 8   514. 9   812   1000. 3   940. 8   840. 6   900. 8   ------   η M PPT   (% )   100   99. 94   100   99. 96   99. 95   99. 97   99. 95   99. 96   I m p r o v ed  ef f icien c y  ( % )   61. 95   72. 82   56. 39   44. 96   40. 55   31. 64   37. 22   49. 36   MP P T  Er ro (% )   0   0. 058   0   0. 033   0. 042   0. 024   0. 044   0. 029   FL C   P pv   (W )   714. 7   515   811. 8   1000. 2   940. 9   840. 6   901. 2   --- ---   η M PPT   (% )   99. 98   99. 96   99. 97   99. 95   99. 96   99. 97   100   99. 97   I m p r o v ed  ef f icien c y  ( % )   61. 93   72. 84   56. 36   44. 95   40. 56   31. 64   37. 27   49. 37   MP P T  Er ro (% )   0. 014   0. 039   0. 025   0. 043   0. 032   0. 023   0   0. 025   ANN   P pv   (W )   714. 3   514. 8   811. 1   999. 3   940. 3   840. 2   900. 1   --- ---   η M PPT   (% )   99. 93   99. 92   99. 88   99. 86   99. 90   99. 92   99. 87   99. 89   I m p r o v ed  ef f icien c y  ( % )   61. 88   72. 80   56. 27   44. 86   40. 5   31. 59   37. 14   49. 29   MP P T  Er ro (% )   0. 070   0. 078   0. 011   0. 133   0. 096   0. 071   0. 122   0. 083   M - P& O   P pv   (W )   714. 7   514. 7   811. 8   1000   941   840. 7   900. 8   --- ---   η M PPT   (% )   99. 98   99. 90   99. 97   99. 93   99. 97   99. 98   99. 95   99. 95   I m p r o v ed  ef f icien c y  ( % )   61. 93   72. 78   56. 36   44. 93   40. 57   31. 65   37. 22   49. 34   MP P T  Er ro (% )   0. 014   0. 097   0. 025   0. 063   0. 021   0. 012   0. 044   0. 039   ANF I S   P pv   (W )   714. 8   515   811. 9   1000. 1   941. 2   840. 7   901. 2   --- ---   η M PPT   (% )   100   99. 96   99. 98   99. 94   100   99. 98   100   99. 98   I m p r o v ed  ef f icien c y  ( % )   61. 95   72. 84   56. 37   44. 94   40. 6   31. 65   37. 27   49. 37   MP P T  Er ro (% )   0   0. 039   0. 012   0. 053   0   0. 012   0   0. 017   CS   P pv   (W )   714. 3   514. 8   811. 1   999. 3   940. 3   840. 2   900. 1   --- ---   η M PPT   (% )   99. 93   99. 92   99. 88   99. 86   99. 90   99. 92   99. 87   99. 89   I m p r o v ed  ef f icien c y  ( % )   61. 88   72. 80   56. 27   44. 86   40. 5   31. 59   37. 14   49. 29   MP P T  Er ro (% )   0. 070   0. 078   0. 011   0. 133   0. 096   0. 071   0. 122   0. 083       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.