I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS)   Vo l.  1 6 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 5 ,   p p .   4 9 7 ~ 5 0 8   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 6 .i 1 . p p 4 9 7 - 508       497     J o ur na ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   new  hybrid  M P PT  a lg o rithm co mbinin g   P& O  an fuzzy    lo g ic t echniqu es       O um a im a   M rha r,   K ha lid   K a nd o us s i,   M o ha m ed  E lj o ua d   S c i e n c e   E n g i n e e r   La b o r a t o r y   f o r   En e r g y   ( La b S I P E) ,   N a t i o n a l   S c h o o l   o f   A p p l i e d   S c i e n c e s,  C h o u a i b   D o u k k a l i   U n i v e r si t y ,     El   J a d i d a ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   9 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   2 7 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  2 3 ,   2 0 2 4       Th is  stu d y   i n tr o d u c e a n   in n o v a ti v e   a p p ro a c h   to   m a x imu m   p o we p o in t   trac k in g   ( M P P T)  in   p h o t o v o lt a i c   sy ste m u sin g   a   h y b rid   a lg o r it h m   th a t   c o m b in e p e rtu r b   a n d   o b se rv e   (P & O)  with   fu z z y   lo g ic.  T h e   n o v e l ty   o t h is   wo rk   l ies   in   th e   c h o ice   o f   in p u v a riab les   fo th e   f u z z y   c o n tro ll e r,   sp e c ifi c a ll y   d a n d   d P ,   w h ich   a d d re ss e sig n ifi c a n c h a ll e n g e su c h   a slo re sp o n se   t o   e n v iro n m e n tal  c o n d i ti o n   v a riatio n a n d   li m it e d   re sp o n si v e n e ss   u n d e l o w   so lar  irrad iati o n .   Th is   m e th o d   o f   M P P T   is  m o d ifi e d   to   m a k e   i p a rti c u lar l y   su it a b le  f o e x trac ti n g   p e a k   p o we fro m   p h o to v o lt a ic  sy ste m s.  T o   e v a lu a te  th e   e ffe c ti v e n e ss   o t h is   a p p r o a c h ,   a   sim u latio n   wa c o n d u c t e d   u si n g   M ATLAB/ S imu li n k   so ftwa re   o n   a   sy ste m   c o m p risi n g   a   p h o t o v o l taic   p a n e l   c o n n e c ted   to   th e   n e c o n tr o ll e r.   S imu latio n   re su lt s   in d ica te  th a t   t h e   su g g e ste d   h y b rid   a lg o rit h m   su rp a ss e trad it io n a m e th o d li k e   p e rtu r b   a n d   o b se rv e   (P & O)  a n d   fu z z y   l o g ic  (F L)  i n   se v e ra wa y s.  It  n o tab ly   e x c e ls  i n   re sp o n se   ti m e   a n d   trac k in g   e fficie n c y ,   a c h iev i n g   a   re m a rk a b le  su c c e ss   ra te  o 9 9 . 7 %   i n   p in p o i n ti n g   th e   m a x imu m   p o we r   p o i n t.   Th e se   o u tco m e c o u l d   sig n ifi c a n tl y   b o o st  th e   p e rf o rm a n c e   o p h o t o v o lt a ic sy ste m s a n d ,   c o n se q u e n tl y ,   f u rth e t h e   a d o p t io n   o f   re n e wa b le en e rg y   wh il e   les se n in g   e n v ir o n m e n tal  imp a c ts.   K ey w o r d s :   Fu zz y   lo g ic   Ma x im u m   p o wer   p o i n t tr ac k in g   P er tu r b   an d   o b s er v e   Ph o to v o ltaic   R en ewa b le  en er g y   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ou m aim Mr h ar   Scien ce   E n g in ee r   L a b o r at o r y   f o r   E n er g y   ( L ab SIPE ) ,   Natio n a l Sch o o l o f   A p p lied   Scien ce s   C h o u aib   Do u k k ali  Un iv er s ity   E l Jad id 2 4 0 0 0 ,   M o r o cc o   E m ail:  o u m aim a. m r h ar @ m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h g lo b al  en e r g y   co n tex t   is   ch ar ac ter ized   b y   t h r elian ce   o n   f o s s il  f u els,  wh ich   in   2 0 2 2   ac co u n te d   f o r   7 9 o f   th e   g lo b al  to tal  f in al  en er g y   co n s u m p tio n   ( T FEC ) ,   as  ca n   b e   s ee n   in   Fig u r e   1 ,   a n d   m o r t h an   6 0 o f   g r o s s   g lo b al  elec tr icity   p r o d u ctio n   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h is   co n s u m p tio n   o f   n o n - r en ewa b les  en er g ies  h as  ca u s ed   p o ten tial  ec o n o m ic  d is r u p ti o n ,   m ajo r   p o llu tio n   p r o b lem s   an d   th r elea s o f   g r ee n h o u s g ases   r esp o n s ib le  f o r   clim ate  ch an g e   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T o d ay ,   b u ild in g s   ac co u n ted   f o r   4 0 o f   en er g y   co n s u m p tio n ,   h ig h lig h tin g   th n ec ess ity   f o r   r en ewa b le  en e r g y   s o u r ce s   [ 5 ] .   T h d em an d   f o r   r en e wab le  en er g y   is   d r iv en   b y   t h ese  en v ir o n m e n tal   d eg r ad atio n s   [ 3 ] ,   [ 6 ] ,   [ 7 ] ,   wh i ch   co n s titu ted   ar o u n d   1 3 o f   wo r ld wid T FEC  an d   co n tr ib u ted   to   ab o u 29 . 9 o f   g lo b al  elec tr icity   p r o d u ctio n   in   th y ea r   2 0 2 2   [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   [ 8 ] .   Ph o to v o ltaic  en er g y   is   em er g in g   as  am o n g   th m o s in ter esti n g   alter n ativ en er g y   s o u r c es  o f   th e   f u tu r e;  it  is   clea n ,   en v ir o n m en t ally   f r ien d ly   an d   m ain te n an ce - f r ee   [ 3 ] ,   [ 9 ] .   So lar   r ad iatio n   is   th p r im ar y   d r i v er   o f   p h y s ical,   b io lo g ical,   h y d r o l o g ical,   an d   a g r icu ltu r al   o p er ati o n s ,   an d   th e   ca p ac ity   o f   s o lar   e n er g y   is   u n lim ited .   T h is   en er g y   is   av ailab le  in   alm o s all  lo ca liti es   [ 1 0 ] .   T h p er f o r m a n ce   o f   p h o t o v o ltaic  en er g y   o n     tem p er atu r a n d   ir r a d iatio n ,   wh ich   co m p licates  th f u n ctio n   o f   tr ac k in g   t h e   m ax im u m   p o wer   p o in t   or   MPP,   with   an   en er g y   lo s s   o f   u p   to   2 5 %   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Fo r   th is   r ea s o n ,   s ev er al  r esear ch   h av b ee n   c o n d u cted   to   im p r o v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 6 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 5 :   497 - 508   498   th o v er all  s y s tem   ef f ec tiv en e s s   [ 1 3 ] - [ 1 6 ] .   t h ese  r esear ch es  f o cu s   o n   u s in g   elec tr o n ic  s y s t em s   to   co llect  an d   co n v er th m a x im u m   am o u n o f   s o lar   en er g y ,   s p ec if ically   th r o u g h   th u s o f   m ax im u m   p o wer   p o in tr ac k in g   r eg u lato r   [ 1 7 ] - [ 1 9 ] .           Fig u r e   1 .   T o tal  f in al  en e r g y   c o n s u m p tio n   ( T FEC)  2 0 1 2 - 2 0 2 2       I n   th is   co n tex t,  n ew   m ax im u m   p o wer   p o in tr ac k in g   ( MPPT )   alg o r ith m   is   im p lem en ted   in co r p o r atin g   a n   o p tim ized   d u t y   cy cle,   f r o m   th f u s io n   o f   two   m eth o d s f u zz y   lo g ic   an d   th P er tu r b   a n d   Ob s er v m eth o d s .   T h is   r esear c h   s p ec if i ca lly   ex p lo r es  th e   in f lu e n ce   o f   th is   co m b in atio n   o f   tech n iq u e s   o n   th ef f icien cy   o f   p h o t o v o ltaic  p an els.  T h d e s ig n   o f   th f u zz y   MPPT  alg o r i th m   p r im ar ily   r elies  o n   s elec tin g   in p u an d   o u tp u t   p ar am eter s   s u ited   to   th s p ec if ic  m o d u le.   T h m ain   o u tp u p a r am eter   is   th d u ty   cy cle,   wh ich   ad j u s ts   th p o wer   o f   th co n v er ter .   Fo r   in p u v ar i ab les,  v ar io u s   co n f ig u r atio n s   ar p o s s ib le,   in clu d in g       an d   its   v ar iatio n ,   as  well  as c o m b in atio n s   s u ch   as      with   d P,  d P with   d V,   an d   d P with   d I .   T h n o v elty   o f   th is   s tu d y   lies   in   th e   s elec tio n   o f   s p ec if ic   i n p u v ar iab les  f o r   t h f u zz y   co n tr o ller ,   n am ely   d V   an d   d P.  W h ile  s u cc ess f u h y b r id   p e r tu r b   &   o b s er v ( P& O ) - f u zz y   lo g ic  ( FL )   tech n iq u es  h av e   ac h iev ed   im p r o v ed   r esu lts ,   th e y   h av n o u tili ze d   th ese  p r o p o s ed   in p u v ar iab les.  T h ese  v ar i ab les,  r ep r esen tin g   ad ju s tm en ts   in   p o wer   an d   v o lt ag ac co r d in g   o n   th P - cu r v e,   p r o v i d d ir ec an d   r ap id   m eth o d   to   o p tim izin g   s y s tem   p er f o r m an ce .   T h is   ch o ice  was  m ad to   ad d r ess   k ey   ch allen g es  ass o ciate d   wi th   tr ad itio n al  s y s tem s ,   s u ch   as sl o r esp o n s to   ch an g es in   en v ir o n m en tal  c o n d itio n s   a n d   lim ited   ef f ec tiv en ess   u n d er   v a r iab le  o r   l o s o lar   ir r ad iatio n .   T o   a d d r ess   th ese  li m itatio n s ,   th f u zz y   lo g ic  al g o r ith m   was  co m b in ed   with   th e   co n v en tio n al  P& co n tr o ller ,   wh ich   is   s im p le  a n d   r eliab le,   b u also   it  m ay   e x h ib it  ex ce s s iv o s cillatio n s   ar o u n d   t h MPP  u n d er   lo ir r ad iatio n   [ 2 0 ] - [ 2 2 ] .   B y   m ix in g   th ese  two   alg o r ith m s ,   th aim   was  to   lev er ag th ad v an tag es  o f   b o t h   m eth o d s   in   d ev el o p in g   m o r e   ef f ec tiv e,   r ea ctiv e,   an d   s tab le  MPPT  tr ac k in g   s o lu tio n ,   ca p a b le  o f   d y n am ically   ad ap tin g   to   v ar iab le  e n v ir o n m en tal  co n d itio n s   [ 2 3 ] .   T h er ar s ev er al  way s   to   co m b in P& an d   f u zz y   l o g ic  tech n iq u es  f o r   MPPT  s y s tem s ,   ea c h   o f f er in g   u n iq u e   ad v a n tag es  an d   im p r o v em en ts   o v e r   c o n v e n tio n al  m eth o d s .   Acc o r d in g   to   ar ticle   [ 2 4 ] ,   an   o p tim ized   P& O - f u zz y   m eth o d   f o r   a n   M PP T   co n tr o ller   s ig n if ican tly   o u tp er f o r m s   tr ad itio n al  tech n iq u es,  p r o v id in g   a   f ast  r esp o n s tim o f   0 . 0 1 5   s ec o n d s   m ar k ed l y   f aster   t h an   th e   0 . 0 4   s ec o n d s   ty p ical  o f   P& a n d   0 . 0 2   s ec o n d s   f o r   f u zz y   lo g ic   ( FL ) .   Ad d itio n ally ,   th is   m eth o d   ex h ib its   n o   o v e r s h o o an d   m ai n tain s   lo o s cillatio n   tim es   o f   0 . 0 2   s ec o n d s   ( co m p ar ed   to   0 . 1 2   s ec o n d s   f o r   P& an d   0 . 4 5   s ec o n d s   f o r   FL) ,   en s u r i n g   g r ea ter   s tab ilit y   ev en   i n   th e   p r esen ce   o f   n o is with in   th P m o d u le.   T h is   co m b in atio n   lev er ag es  th s im p licity   a n d   wid esp r ea d   u s o f   P& O   with   th r esp o n s iv ca p ab ilit ies  o f   f u zz y   lo g ic,   r esu ltin g   in   r o b u s an d   ef f icien MPPT   s y s t em .   T h ese  f in d in g s   ar co r r o b o r ated   b y   [ 3 ] ,   wh ic h   in tr o d u ce d   m o d if ied   MPPT  p er tu r b   &   o b s er v c o n tr o ll er   th at  in te g r ates  a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n ew h yb r id   MPP T a lg o r ith co mb in in g   P & a n d   fu z z lo g ic  tech n iq u es   ( Ou ma ima   Mr h a r )   499   f u zz y   l o g ic  co n tr o ller   with   v ar iab le  s tep   s izes.  T h is   ap p r o ac h   ad d r ess es  th lim itatio n s   o f   f i x ed   s tep   s ize  P& O   m eth o d s ,   s u ch   as  s lo co n v er g en ce   an d   co n s id er ab le  f lu ctu atio n s   ar o u n d   th MPP.  T h in co r p o r atio n   o f   f u zz y   lo g ic  allo ws f o r   d y n am ic   ad ju s tm en t o f   t h s tep   s ize,   lead in g   to   f aster   r esp o n s tim es a n d   r ed u ce d   s tead y - s tate   o s cillatio n s ,   th u s   b o o s tin g   th s y s tem ' s   o v er all  ef f icien cy   an d   d ep en d a b ilit y .   Mo r eo v er   [ 1 1 ] ,   p r o p o s es  n o v el  co n ce p th at  f in e - tu n es  th f u zz y   lo g ic  co n tr o ller s   m em b e r s h ip   f u n cti o n s   b ased   o n   P& alg o r ith m .   T h is   m eth o d   ef f ec tiv el y   co m b in es  t h ad v an tag es  o f   b o th   tech n iq u es,  lead in g   to   h ig h ly   ef f icien r esu lts .   T h s y s tem   d em o n s tr ated   a n   im p r ess iv y ield   o f   ap p r o x im ately   9 9 . 6 u n d er   v ar y i n g   wea th er   co n d itio n s ,   s h o wca s in g   its   ab ili ty   to   ac cu r ately   tr ac k   th MPP  with   m in im al  f lu ctu atio n s   an d   n o   d iv er g e n ce ,   ev e n   d u r i n g   r ap i d   ch an g es  in   ir r ad ian ce .   T h m eth o d ' s   ab ilit y   to   b alan ce   r esp o n s s p ee d ,   s t ab ilit y ,   an d   ef f icien cy   m a k es  it  s tan d o u am o n g   MPPT  tech n iq u es,  p ar ticu lar ly   f o r   g r id - co n n ec ted   PV sy s tem s   [ 1 1 ] ,   [ 2 5 ] - [ 2 8 ] .   T h in itial  p h o to v o ltaic  s y s tem   in co r p o r atin g   MPPT  tech n o lo g y   was  u n v eiled   i n   1 9 6 8   s p e cif ically   f o r   s p ac ap p licatio n   [ 2 9 ] - [ 3 1 ] .   Fo llo win g   th at,   r esear ch   h as   in ten s if ied   to   im p r o v MPPT  tech n iq u es,  with   s ig n if ican p r o g r ess   in   ter m s   o f   r eliab ilit y ,   ac c u r ac y ,   ea s o f   u s e,   tr ac k in g   s p ee d   a n d   e f f ic ien cy ,   u s in g   s ea r ch   alg o r ith m s ,   m o d el - b ased   a p p r o ac h es,  an d   m o r e   s o p h is ticated   elec tr o n i d ev ices.  T ec h n o lo g ical  ad v an ce s   h a v e   co n tr ib u ted   to   th e   wid esp r ea d   ad o p tio n   o f   MPPT  in   v ar iet y   o f   a p p licatio n s ,   f r o m   s m all   s tan d - alo n e   s y s tem s   to   lar g g r id - c o n n ec te d   s o lar   in s tallatio n s .   T y p ically ,   th id ea MPPT  alg o r ith m   d em o n s tr ates  s wif r e s p o n s an d   m in im al  f lu ctu atio n s   ar o u n d   th m ax im u m   p o wer   p o in t,  en ab lin g   it  to   ef f ec tiv el y   ad ap to   s u d d en   v ar iatio n s   in   o u tp u t p o wer   [ 2 9 ] ,   [ 3 2 ] .       2.   M E T H O D   T h co r e   f o c u s   o f   th is   wo r k   is   to   s tu d y   t h im p ac o f   c o m b i n in g   P& an d   f u zz y   lo g ic  tec h n iq u es  o n   th p er f o r m a n ce   o f   p h o to v o lta ic  p an els  in   o r d er   to   o p tim izin g   th e   ef f ec tiv en ess   o f   co n v er ti n g   s o lar   en er g y   i n to   elec tr ical  p o wer ,   wh ich   is   g en er ally   v er y   lo ar o u n d   9   t o   1 7 %   [ 3 3 ] .   T h PV m o d u le  was set u p   b y   co n n ec tin g   th s u g g ested   p h o to v o ltaic  m o d u le  to   b o o s DC   D C   co n v er ter   cr ea tin g   a   u n it.  T o   ass ess   an d   co m p ar its   p er f o r m an ce   th e   n ew  m o d el  u n d er wen s im u latio n   u s in g   M AT L AB   Simu lin k   s o f twar e,   al o n g s id th e   P& an d   FL  m eth o d s ,   as in   Fig u r 2 .           Fig u r e   2 .   Pro p o s ed   s y s tem   m o d elin g   o n   MA T L AB /Si m u lin k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 6 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 5 :   497 - 508   500   T h f u n d am en tal  o p er atio n   o f   th n ew  m o d el,   as p r esen ted   i n   Fig u r 3 ,   is   co m p o s ed   o f   f o u r   s tag es:   ˗   P<  6 10   MPP Du r in g   th is   in itial  p h ase,   th s y s tem   im p lem en ts   a n   alter n atio n   o f   th e   d u t y   cy cle   b etwe en   t h e   two   MPPT  alg o r ith m s ,   P& O ,   an d   FL .   T h is   alter n atio n   m ak e s   it  p o s s ib le  to   d eter m in th b est  o p tim izatio n   m eth o d   d e p en d in g   o n   th o p er atin g   co n d itio n s .   T h MPP  is   ca lcu lated   f o r   th PV  p an el  b ased   o n   its   s p ec if ic   ch ar ac ter is tics ,   in clu d in g   th I - cu r v e,   as we ll a s   th s im u l atio n   v alu es o f   tem p er atu r an d   ir r ad iatio n .   ˗   6 10   MPP  P<  9 10   MPP:  in   th is   tr an s itio n   s tag e,   th m o d el  f av o r s   th u s o f   t h P& m eth o d .   T h is   d ec is io n   is   b ased   o n   th d em o n s tr ated   ef f icien cy   in   ca lc u latin g   th e   m ax im u m   p o wer   p o in wh ic h   is   b e tter   th an   th e   FL   m eth o d .   ˗   9 10   MPP P>M P P:  W h en   th g en er ated   p o wer   is   g r ea ter   th a n   o r   eq u al   to   9 0 o f   th e   m ax im u m   p o wer ,   th e   m o d el  s witch es  to   u s in g   th FL  m eth o d .   T h is   m eth o d   is   ch o s en   b ec au s it  h as  th ad v an tag o f   n o t   ex h ib itin g   f l u ctu atin g   b eh av i o r   ar o u n d   th e   MPP,  u n lik th P& tech n iq u e.   ˗   P=M PP : o n ce   th MPP is r ea c h ed ,   th s am d u ty   c y cle  is   u s ed .   T h u s ,   th m o d el  ad a p ts   its   o p tim izatio n   s tr ateg y   b ased   o n   p r o x im ity   to   th e   MPP,  u s in g   P & f o r   th e   tr an s itio n   an d   FL  f o r   o p tim iza tio n   wh en   th e   MPP  is   alm o s r ea ch ed ,   w h ile  k ee p i n g   s tab ilit y   wh en   th e   MPP  is   m ain tain ed .   T a b le  1   p r o v id es   s et  o f   p ar am eter s   u s ed   in   b u ild in g   p h o t o v o ltaic  ( PV )   m o d u le  m o d el  in   MA T L AB - Simu lin k .   T h ese  p ar am eter s   ar ess en tial  to   ch ar ac ter ize  an d   v alid ate  th p er f o r m an ce   o f   th PV   m o d u le   in   te r m s   o f   its   cu r r en t,   v o ltag e   an d   p o wer   ch ar ac ter is tics .   Fig u r e s   4 ( a )   a n d   4 ( b )   s h o ws g r ap h s   o f   th e   P - an d   I - ch a r ac ter is tics   o f   th s elec ted   p h o t o v o ltaic  s y s tem   f o r   th r ee   d iv er s ir r ad iatio n   lev els.  I t’ s   n o ted   th at   th m ax im u m   p o wer   in c r ea s es a s   th s o lar   r ad ian ce   in c r ea s es.  Similar ly ,   th cu r r en t a ls o   i n cr ea s es a s   th lig h in ten s ity   co n tin u es   to   in c r ea s e   [ 2 4 ] ,   [ 3 4 ] .           Fig u r e   3.   W o r k f lo ch ar o f   t h p r o p o s ed   m o d el       T ab le  1 .   PV p an el  p ar am eter s   I t e m   V a l u e   I t e m   V a l u e   M a x i m u m   p o w e r   ( P m p p )     2 1 3 . 1 5   W   O p e n - c i r c u i t   v o l t a g e   ( V o c )     36 . 3   V   V o l t a g e   a t   ma x i m u p o w e r   p o i n t   V m p     2 9   V   Te mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   o f   V o c   ( % / ° C )   - 0 . 3 6 0 9 9   C u r r e n t   a t   ma x i mu p o w e r   p o i n t   I mp     7 . 3 5   A   Te mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   o f   I sc  ( %/ ° C )   0 . 1 0 2   S h o r t - c i r c u i t   c u r r e n t   ( I sc)    7 . 8 4   A         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n ew h yb r id   MPP T a lg o r ith co mb in in g   P & a n d   fu z z lo g ic  tech n iq u es   ( Ou ma ima   Mr h a r )   501   ( a)     ( b )       Fig u r 4 .   PV p a n el  ch ar ac ter is tics :   ( a)   P - ch ar ac ter is tic  an d   ( b )   I - ch ar ac ter is tics       2 . 1 .   Alt er na t io s t a g e   Sin ce   th two   m eth o d s   P& a n d   FL   d o   n o p er f o r m   well  u n d er   lo ir r ad iatio n ,   th ap p r o ac h   in v o lv es  m ax im izin g   th r esp o n s iv e n e s s   o f   b o th   m eth o d s   b y   alter n atin g   b etwe en   th em .   C o n s e q u en tly ,   s tr ateg ic   ex ch an g e   o f   d u ty   c y cles  b etwe en   th two   co n v en tio n al  MPPT  alg o r ith m s   P& an d   FL  is   ap p lied   as  m en tio n e d   in   Fig u r 5 .   T h f o llo win g   s ec tio n s   will p r o v id d escr ip tio n s   o f   MPPT  m eth o d s   ap p lied : P& an d   FL.           Fig u r e   5.   Alter n atio n   s tag in   MA T L AB / S im u lin k       2 . 2 .   P &O   s t a g e   T h p e r tu r b   an d   o b s er v e   o r   P& O   tech n ic  is   c o m m o n ly   u tili ze d   as th e   p r im a r y   MPPT  m et h o d   b ec au s e   o f   its   s tr aig h tf o r war d   im p lem e n tatio n .   Ho we v er ,   it  h as   ce r tai n   co n s tr ain ts ,   s u ch   as  v ar iatio n s   ar o u n d   th e   MPP  an d   s lu g g is h   r esp o n s tim ca u s ed   b y   v ar iatio n s   in   s o lar   ir r ad ian ce   [ 3 5 ] T h P& O   tech n ic  o p er ates  b y   co n tin u o u s ly   m ea s u r in g   th o u tp u p o wer   o f   th p h o to v o ltaic  ar r ay   an d   m o n ito r in g   th c h an g es  in   b o th   PV   cu r r en t   an d   v o ltag e .   Per io d ically ,   th al g o r ith m   co m p ar es  th cu r r en p o wer   v alu e   with   th p r io r   v alu e   t o   d eter m in w h eth er   to   a d ju s t h PV  ar r ay   v o ltag e   o r   cu r r e n ( b ased   o n   th e   co n tr o l   s tr ateg y )   in   t h s am e   o r   o p p o s ite  d ir ec tio n ,   d ep en d in g   o n   wh eth e r   an   au g m en tatio n   o r   r ed u ctio n   i n   o u tp u t   p o wer   is   o b s er v ed   [ 1 2 ] ,   [ 3 6 ] - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 6 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 5 :   497 - 508   502   [3 9 ] .   T h e   alg o r ith m   was sim u l ated   o n   MA T L AB   s o f twar e ,   a s   d is p lay ed   in   Fig u r e   6   wh ile   i ts   f lo is   p r esen ted   in   Fig u r 7 .   Ho wev e r ,   o n ce   t h MPP  is   a ttain ed ,   th s y s tem   ten d s   to   o s cillate  ar o u n d   it.   T h is   p r o b lem   h as  b ee n   co r r ec ted   in   th is   n ew  m eth o d ,   b y   o p ti n g   f o r   th d u ty   c y cle  o f   th f u zz y   lo g ic  m et h o d   o n ly   i n   o r d e r   to   m i n im ize   th ese  o s cillatio n s .           Fig u r e   6.   P& alg o r ith m   in   MA T L AB / Simu lin k           Fig u r e   7.   C h ar ac ter is tic  o f   P& m eth o d   u s ed     2 . 3 .   F uzzy   lo g ic  s t a g e   T h f u n d am en tal  p r in cip le  o f   f u zz y   c o n tr o ller   is   p r esen ted   in   Fig u r 8 ,   wh ich   in v o lv es  c o n v er tin g   cr is p   in p u ts   in to   f u zz y   in p u ts   t h r o u g h   th a p p licatio n   o f   m e m b er s h ip   f u n ctio n s   an d   t h eir   r esp ec tiv d eg r ee s   o f   m em b er s h ip   ( k n o wn   as  f u zz i f icatio n ) .   T h in f e r en ce   en g in e   g en er ates  f u zz y   o u tp u b y   t ak in g   in to   ac co u n th d eg r ee s   o f   th e   m em b er s h ip   f u n ctio n s   d escr ib e   in   Fig u r es  9 ( a) - 9 ( c) ,   an d   th e   r u le   b ase  i n   T ab le  2 ,   em p lo y in g   m eth o d s   s u ch   as  im p licatio n   a n d   ag g r eg atio n .   T o   o b tain   p r ec is o u tp u t,  th e   f u zz y   o u t p u t is  tr an s f o r m ed   in t o   cr is p   o u tp u u s in g   v ar io u s   ap p r o ac h es,  lik th ce n ter   o f   a r ea   m eth o d   ( k n o wn   as  d ef u zz i f icatio n )   [ 1 2 ] .   T h e   in p u t v ar ia b les,     an d      ar d e f in ed   b y   ( 1 )   a n d   ( 2 ) ,   r esp ec tiv ely :      = ( ) ( 1 )   ( 1 )      = ( ) ( 1 )   ( 2 )     T h f u zz y   l o g ic  co n tr o f o r   s ea r ch in g   th MPP  was  d esig n ed   an d   test ed   in   Simu lin k   s o f twar e ,   as  r ev ea led   i n   Fig u r 1 0 .   T h is   s y s tem   u tili ze s   two   in p u ts ,   d an d   d at  th s am p lin g   tim k .   T h o u tp u o f   th f u zz y   lo g ic   r eg u lato r   c o r r esp o n d s   to   th e   d u ty   cy cle  D   [ 4 0 ] ,   [ 4 1 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n ew h yb r id   MPP T a lg o r ith co mb in in g   P & a n d   fu z z lo g ic  tech n iq u es   ( Ou ma ima   Mr h a r )   503       Fig u r e   8.   B lo ck   s ch em atic  o f   f u zz y   MPPT  alg o r ith m       ( a)     ( b )     ( c)       Fig u r e   9.   Me m b er s h ip   f u n ctio n s   f o r   ( a )   i n p u o f   d Pp v ,   ( b )   i n p u t   o f   d Vp v ,   an d   ( c)   o u tp u t   o f   d D       T ab le  2 .   Fu zz y   r u les   I n p u t   v a r i a b l e   ( d V )   O u t p u t   V a r i a b l e   ( d P )         dV   NB   NS   Z   PS   PB   NB   NS   Z   PS   PB   NS   NS   Z   PS   PS   Z   Z   Z   Z   Z   PS   PS   Z   NS   NS   PB   PS   Z   NS   NB   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 6 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 5 :   497 - 508   504   2 . 4 .   Ret urn sta g e   Af ter   ac h iev in g   th m a x im u m   p o wer   p o in t,  it  is   o f ten   ad v an tag eo u s   to   co n tin u u s in g   th s am d u ty   cy cle  th at  was  em p lo y ed   ju s b ef o r r ea c h in g   th MPP ,   as  r ev ea led   in   Fig u r 1 1 .   T h is   is   b ec au s at  th MPP,  th PV  s y s tem   o p er ates  at  its   p ea k   p o wer   o u tp u t .   Als o ,   an y   s ig n if ican d ev iatio n   f r o m   th cu r r en o p er atin g   co n d itio n s   co u ld   r esu lt in   d r o p   in   p o wer   p r o d u ctio n .           Fig u r 1 0 .   FL  a lg o r ith m   in   M AT L AB /Si m u lin k           Fig u r e   11.   R etu r n   s tag in   MA T L AB /Si m u lin k       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   Simu latio n   ex p er im e n ts   wer p er f o r m ed   u s in g   t h s u g g ested   h y b r id   P& O - f u zz y   tec h n ic,   f o llo wed   b y   co n v en tio n al  P& co n tr o a n d   f u zz y   l o g ic  tech n ics,  with   t h aim   o f   e v alu atin g   a n d   co m p ar in g   th e m .   W h en   ev alu atin g   th ef f ec tiv en ess   o f   ea ch   MPPT  r eg u lato r ,   m o s im p o r tan ce   is   g iv en   to   tim r esp o n s e,   s tab ilit y ,   o v er s h o t   a n d   o s cillatio n s .   T o   ass ess   th ef f icien cy   o f   th p h o to v o ltaic  s y s tem ,   s ev er al  test   s ce n ar io s   wer s im u lated   to   co m p a r th tr a d itio n al  P& co n tr o ller ,   t h f u zz y   r eg u lato r   to   th e   p r o p o s ed   h y b r i d   co n t r o ller .   T h r ee   s ce n ar io s   wer cr ea ted   r ep r esen tin g   ab r u p v ar iatio n s   o f   s o lar   r ad iatio n   lev els  an d   th o p e r atio n al   tem p er atu r o f   th p h o to v o ltai m o d u le.     3 . 1 .   Scena rio   1 :   T em pera t ure  o f   2 5   ° a nd   increm ent a l c ha ng in  s o la irra dia t io n   I n   th is   ca s e,   th p er f o r m an ce   o f   th r eg u lato r s   was  ev alu ate d   at  an   o p er atin g   tem p e r atu r e   o f   2 5   °C   u s in g   in cr em e n tal  v ar iatio n s   in   s o lar   ir r a d ian ce .   An   ir r a d ian ce   s ig n al  was  em p lo y ed ,   with   in cr ea s es  o f     2 0 0   W /m ²,   s tar tin g   at  4 0 0   W /m ²  an d   r ea ch in g   8 0 0   W /m ².   I r r ad ian ce   v ar iatio n s   wer a p p lied   e v er y   0 . 0 2   s ec o n d s ,   f o r   to tal  s im u latio n   tim e   o f   0 . 1 2   s ec o n d s ,   as in   Fig u r 1 2 .   Fig u r 1 3   illu s tr ates  th o u t p u p o wer   f o r   d if f er en i n cr ea s es  in   s ig n al  ir r ad ian ce .   I n   g en er al,   th f o llo win g   ca n   b o b s er v ed :   i)   W h en   ir r ad iatio n   =   4 0 0   W /m ²:  th h y b r id   co n tr o ller   g i v es th b est p er f o r m an ce ,   f o llo wed   b y   th P& c o n tr o ll er   an d   t h f u zz y   co n tr o ller   r eg ar d in g   r esp o n s tim a n d   s tab i lity th is   is   r ef lecte d   b y   th e   f ac t   th at  t h c h o s en   f u z zy   co n tr o ller   d o es n o t   g iv e   g o o d   p r ec is io n   d u r in g   l o ir r a d i atio n   [ 2 3 ] ;   ii)  W h en   ir r ad iatio n   =   6 0 0   W /m ²:  th h y b r id   co n tr o ller   r em ain s   th m o s ef f icien t,  wit h   n o   ap p ar en o s cillatio n s   an d   wit h   r em ar k ab le  s p ee d ; a n d   iii)  W h en   ir r ad iatio n   =   8 0 0   W /m ²:  th p er f o r m a n ce   o f   th th r ee   co n t r o ller s   is   g en er ally   s atis f ac to r y ,   alth o u g h   th er a r e   s lig h f lu ctu atio n s   in   th cu r v e   o f   th P& c o n tr o ller   an d   a   s lig h r esp o n s d elay   in   th ca s o f   th e   FL  co n tr o ller .           Fig u r e   1 2 .   I n cr e m en tal  ch an g e   in   s o lar   ir r ad iatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n ew h yb r id   MPP T a lg o r ith co mb in in g   P & a n d   fu z z lo g ic  tech n iq u es   ( Ou ma ima   Mr h a r )   505       Fig u r e   13.   Ou tp u p o wer   o f   th PV m o d u le  f o r   in cr e m en tal  v ar iatio n   in   s o lar   i r r ad ian ce       3 . 2 .   Scena rio   2 :   T em pera t ure   =   25  ° decr em ent a l c ha ng in   s o la irra dia t io n   T h is   s ce n ar io   d ea ls   with   th b eh av io r   o f   MPPT  co n tr o ller s   with   d ec r ea s in   ir r ad iatio n   th at  v ar ies   b etwe en   8 0 0 ,   6 0 0 ,   an d   4 0 0   W /m ² ,   as  s ee n   in   Fig u r 1 4 ,   wh i le  m ain tain in g   a   f ix e d   tem p e r atu r o f   2 5   °C .   T h e   m ax im u m   p o wer   p o i n ( MPP)   o b tain ed   f o r   th ir r a d ian ce   le v els  o f   8 0 0   W /m ²,   6 0 0   W /m ² ,   an d   4 0 0   W /m ²  ar 6 8 7 . 2   W ,   5 1 8   W ,   an d   3 4 5   W   r esp ec tiv ely ,   in   ac co r d an ce   wit h   th v alu es  p r esen ted   in   Fig u r 1 5 .   H o wev er ,   it' s   wo r th   em p h asizin g   th at:   i)   T h FL  co n tr o ller   e x h ib its   s lo b e h av io r   a n d   p o o r   tr ac k i n g   ac c u r ac y   a all  ir r a d iatio n   lev els  co m p ar ed   to   o th e r   co n tr o ller s   test ed ,   with   th ap p ea r an ce   o f   s ig n if ican f lu ctu atio n s   a r o u n d   th m ax i m u m   p o wer   p o in f o r   th P& co n tr o ller ii)  R eg ar d in g   th P& co n tr o ller ,   th r esp o n s tim in d icate d   in   th cu r v is   n o tab ly   h ig h er   th a n   th at  o f   t h FL  alg o r ith m ,   th latter   p r e s en ts   v er y   r em a r k ab le  s tab ili ty   co m p a r ed   to   t h P& O ; a n d   iii)  T h p r o p o s ed   h y b r id   P& O - FL  alg o r ith m   g en e r ates th b est r esu lts .           Fig u r e   14.   Dec r em en tal  ch a n g in   s o lar   ir r ad iatio n           Fig u r e   15.   Ou tp u p o wer   o f   th PV m o d u le  f o r   d ec r em en tal  v ar iatio n   in   s o lar   i r r ad iatio n       3 . 3 .   Scena rio   3 :   So la irra dia t i o n o f   8 0 0   W/m ²  increm ent a l c ha ng in t em pera t ure   T h i s   l a s t   s c e n a r i o   e v a l u a t e s   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   M P P T   a l g o r i t h m s   i n   t h e   p r e s e n c e   o f   a     g r a d u a l   t e m p e r a t u r e   v a r i a t i o n ,   w h i l e   m a i n t a i n i n g   a   f i x e d   v a l u e   o f   i r r a d i a t i o n   a t   8 0 0   W / m ² .   T h e   s i g n a l   s h o w n   i n   F i g u r e   1 6   w a s   u s e d ,   w i t h   t e m p e r a t u r e   i n c r e a s e s   e v e r y   0 . 0 4   s e c o n d s ,   c o v e r i n g   t h e   r a n g e   f r o m   0   ° C   t o   5 0   ° C ,   o v e r   a   t e s t   p e r i o d   o f   0 . 1 2   s e c o n d s .   F i g u r e   1 7   i l l u s t r a t e s   t h e   g e n e r a t e d   p o w e r   a n d   e m p h a s i z e s   t h e   p o w e r   l o s s e s   l i n k e d   t o   t h e   F L   c o n t r o l l e r .   N e v e r t h e l e s s ,   i n   t h i s   p a r t i c u l a r   s c e n a r i o ,   s u d d e n   t e m p e r a t u r e   f l u c t u a t i o n s   n o t a b l y   a f f e c t   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 6 ,   No .   1 Ma r c h   20 2 5 :   497 - 508   506   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   P & O   c o n t r o l l e r .   C o n v e r s e l y ,   f u z z y   a n d   h y b r i d   r e g u l a t o r s   m a i n t a i n   a   c o n s i s t e n t   p o w e r   o u t p u t   t h a t   a d a p t s   t o   t e m p e r a t u r e   c h a n g e s   i n   t h e   o p e r a t i o n a l   p h o t o v o l t a i c   m o d u l e .   T h i s   i m p l i e s   t h a t   t h e   f u z z y   r e g u l a t o r   i s   n o t   s i g n i f i c a n t l y   i m p a c t e d   b y   t e m p e r a t u r e   f l u c t u a t i o n s   b u t   a p p e a r s   t o   b e   m o r e   r e s p o n s i v e   t o   v a r i a t i o n s   i n   i r r a d i a t i o n .   I n   s u m m ar y ,   th f in d in g s   d is cu s s ed   in   th p r ec ed i n g   s ec tio n s   p r o v id e   clea r   ev id e n ce   o f   th o u ts tan d in g   p er f o r m an ce   o f   t h s u g g ested   h y b r i d   ap p r o ac h   in   ef f ec tiv ely   tr ac k in g   th m ax im u m   p o wer   p o in o f   th e   p h o to v o ltaic  m o d u le  ac h iev in g   an   im p r ess iv ef f icien c y   o f   9 9 . 7 %.  T h co r o b jectiv o f   th is   h y b r id   m eth o d   is   to   s tr ateg ically   lev er ag th u n iq u ad v a n tag es  o f   b o t h   f u zz y   lo g ic  an d   p e r tu r b   an d   o b s er v co n tr o ller s .   T h e   ch o ice  o f   c o m b in i n g   th ese  t wo   tech n iq u es  was  m ad wit h   ca r ef u c o n s id er atio n ,   p ar ti cu lar ly   to   o p tim ize  r esp o n s tim an d   s y s tem   s tab ilit y .   T h alg o r ith m   p r o p o s ed   in   th is   p ap e r   d em o n s tr ates  b etter   p e r f o r m an ce   co m p ar ed   to   th e   o n e   p r esen ted   in   [ 2 4 ] .   I ac h iev es  a   r esp o n s tim o f   less   th an   0 . 0 1   s ec o n d s   ( v er s u s   0 . 0 1 5   s ec o n d s   i n   [ 2 4 ] ) ,   elim in ates  o v er s h o o t,  a n d   m ain tain s   v er y   lo o s cillatio n   tim es;   all  u n d er   0 . 0 2   s ec o n d s as  o b s er v ed   in   [ 2 4 ] .   W h en   ev alu atin g   th e   ef f icac y   o f   t h is   ap p r o ac h ,   it  b ec o m es  ev id e n th at  it  s u cc ess f u lly   ad d r ess es  s ev er al  s h o r tco m in g s   ass o ciate d   with   u s in g   eith er   t h m eth o d s   P& O,   o r   FL  with   in p u v ar iab les  d P   an d   d V.   B y   h ar n ess in g   th e   s tr en g th s   o f   FL   an d   P& wh ile  m itig atin g   th eir   r esp ec tiv e   wea k n ess es,  th is   h y b r i d   ap p r o ac h   o f f er s   a   well - b alan ce d   s o lu tio n   f o r   m a x im i zin g   th p o wer   o u tp u o f   th p h o to v o ltaic  s y s tem .   I ts   ex ce p tio n al  ef f icien c y   in   f o llo win g   th m ax im u m   p o we r   p o in u n d er s co r es  its   p o te n tial  f o r   p r ac tical  ap p licatio n s   in   r en ewa b le   en e r g y   s y s tem s ,   p r o m is in g   m o r r eliab le  an d   ef f icien t e n er g y   g en er atio n .           Fig u r 16.   I n cr e m en tal  ch an g e   in   tem p er atu r e           Fig u r e   17.   Ou tp u p o wer   o f   th PV m o d u le  f o r   in cr e m en tal  v ar iatio n   in   tem p er atu r e       4.   CO NCLU SI O   T h is   p ap er   in tr o d u ce s   n o v e FL - P& h y b r id   co n tr o ller   tailo r ed   f o r   th p r ec is tr ac k in g   o f   th e   m ax im u m   p o wer   p o i n in   PV  m o d u les.  T h s tu d y   co n d u cts  co m p r eh e n s iv p er f o r m an ce   c o m p ar is o n   b etwe en   th is   h y b r id   co n tr o ller   an d   c o n v en tio n al  f u zz y   a n d   P& O   co n tr o ller s .   T h e n tire ty   o f   th PV  s y s tem ,   en co m p ass in g   t h PV  m o d u l its elf ,   th b o o s c o n v e r ter ,   an d   th e   n ewly   p r o p o s ed   FL ,   P& O,   an d   h y b r id   co n tr o ller s ,   h as  b ee n   m eticu l o u s ly   m o d eled   with in   th e   M AT L AB /Si m u lin k   en v ir o n m e n t.  T o   ass ess   th PV  s y s tem ' s   b eh av io r   u n d e r   v a r io u s   co n d itio n s ,   th r ee   d is tin c test   s ce n ar io s   wer ca r ef u l ly   d esig n ed ,   ea ch   in co r p o r atin g   v ar iatio n s   in   te m p er atu r a n d   s o lar   ir r ad ian ce .   T h r esear ch   f in d in g s   clea r l y   d em o n s tr ate  th e   o u ts tan d in g   p er f o r m a n ce   o f   th e   p r o p o s ed   h y b r id   co n tr o ller ,   p ar ticu lar ly   wh en   f ac ed   with   s u d d e n   f lu ct u atio n s   in   tem p er at u r an d   r a d iatio n   im p ac tin g   th PV   m o d u le.   R em ar k ab ly ,   th h y b r id   co n tr o ller   ac h iev es  a n   ef f i cien cy   r ate  o f   9 9 . 7 %.  I n   co n tr ast,  b o th   th f u zz y   lo g ic  an d   P& co n t r o ller s   ex h ib it  s ig n if ican s h o r tco m in g s ,   s u ch   as  p r o lo n g ed   r esp o n s tim es  an d   co n s id er ab le   d ev iatio n s   f r o m   th MPP.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.