Development and simulation of a high-precision MPPT controller for thin-film solar cells

Віталій Феденько; Богдан Дзундза

doi:10.15222/TKEA2025.3-4.40

Віталій Феденько Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна https://orcid.org/0009-0009-8907-683X
Богдан Дзундза Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна https://orcid.org/0000-0002-6657-5347

DOI: https://doi.org/10.15222/TKEA2025.3-4.40

Ключові слова: MPPT-контролер, тонкоплівковий сонячний елемент, CdTe, відновлювана енергія, високочутливі сенсори

Анотація

Наведено схемотехнічні рішення високоточного контролера відстеження точки максимальної потужності (MPPT), адаптованого для роботи з невеликими зразками тонкоплівкових фотоперетворювачів на основі телуриду кадмію (CdTe). Реалізована схема продемонструвала високу стабільність під час експериментальних досліджень та здатність працювати зі струмами в діапазоні від 1 мкА до 3 А. Дослідження ефективності обраного алгоритму відстеження точки максимальної потужності проведено на імітаційній моделі, побудованій на основі бібліотеки pvlib, яка реалізує розрахунок п’ятипараметричної моделі De Soto та алгоритм Incremental Conductance із заданими параметрами. Результати моделювання свідчать про точність відстеження 97,88% протягом року та 99,83% протягом одного дня, що підтверджує високу ефективність роботи навіть за умов дуже низьких вихідних параметрів тонкоплівкових фотоперетворювачів.

Посилання

M. Imamzai, M. Aghaei, Y. H. M. Thayoob, and M. Forouzanfar, “A review on comparison between traditional silicon solar cells and thin-film CdTe solar cells,” in Proc. Nat. Graduate Conf., Putrajaya, Malaysia, 2012, pp. 1–5. [Online]. Available: https://surl.li/llqknc

V. Y. Fedenko, R. S. Yavorskyi, A. I. Kashuba, and B. S. Dzundza, “Spectral and temperature properties of solar cells based on cadmium telluride thin-films,” Phys. Chem. Solid State, vol. 26, no. 3, pp. 658–665, 2025. doi: 10.15330/pcss.26.3.658-665.

D. Beriber and A. Talha, “MPPT techniques for PV systems,” in Proc. 4th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), Istanbul, Turkey, May 2013, pp. 1437–1442. doi: 10.1109/PowerEng.2013.6635721.

M. Y. A. Khan, M. A. Memon, A. H. Memon, A. A. Shah, and A. A. Memon, “Design and analysis of maximum power point tracking (MPPT) controller for PV system,” J. Mech. Continua Math. Sci., vol. 14, no. 1, pp. 276–288, 2019. doi: 10.26782/jmcms.2019.02.00019.

R. B. Bollipo, S. Mikkili, and P. K. Bonthagorla, “Critical review on PV MPPT techniques: classical, intelligent and optimisation,” IET Renew. Power Gener., vol. 14, no. 9, pp. 1433–1452, 2020. doi: 10.1049/iet-rpg.2019.1163.

K. Chen, S. Tian, Y. Cheng, and L. Bai, “An improved MPPT controller for photovoltaic system under partial shading condition,” IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 5, no. 3, pp. 978–985, 2014. doi: 10.1109/TSTE.2014.2315653.

S. Manna, D. K. Singh, A. K. Akella, H. Kotb, K. M. AboRas, H. M. Zawbaa, et al., “Design and implementation of a new adaptive MPPT controller for solar PV systems,” Energy Reports, vol. 9, pp. 1818–1829, 2023. doi: 10.1016/j.egyr.2022.12.152.

U. Yilmaz, A. Kircay, and S. Borekci, “PV system fuzzy logic MPPT method and PI control as a charge controller,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 81, no. 1, pp. 994–1001, 2018. doi: 10.1016/j.rser.2017.08.048.

D. Haji and N. Genc, “Fuzzy and P&O based MPPT controllers under different conditions,” in Proc. Int. Conf. Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), IEEE, 2018, pp. 649–655. doi: 10.1109/ICRERA.2018.8566943.

D. Menniti, A. Burgio, N. Sorrentino, A. Pinnarelli, and G. Brusco, “An incremental conductance method with variable step size for MPPT: Design and implementation,” in Proc. Int. Conf. Electrical Power Quality and Utilisation (EPQU), IEEE, 2009, pp. 1–5. doi: 10.1109/EPQU.2009.5318833.

D. S. Selvan, “Modeling and simulation of incremental conductance MPPT algorithm for photovoltaic applications,” Int. J. Sci. Eng. Technol., vol. 2, no. 7, pp. 681–685, 2013.

pvlib-python documentation, [Online]. Available: https://surl.li/qkttqg.

W. De Soto, S. A. Klein, and W. A. Beckman, “Improvement and validation of a model for photovoltaic array performance,” Solar Energy, vol. 80, no. 1, pp. 78–88, 2006. doi: 10.1016/j.solener.2005.06.010.

H. Tian, F. Mancilla-David, K. Ellis, E. Muljadi, and P. Jenkins, “A cell-to-module-to-array detailed model for photovoltaic panels,” Solar Energy, vol. 86, no. 9, pp. 2695–2706, 2012. doi: 10.1016/j.solener.2012.06.004.

M. N. I. Sarkar, “Effect of various model parameters on solar photovoltaic cell simulation: a SPICE analysis,” Renewables: Wind, Water, and Solar, vol. 3, art. 13, 2016, doi: 10.1186/s40807-016-0035-3.

National Solar Radiation Database (NSRDB), [Online]. Available: https://nsrdb.nrel.gov/data-viewer.

N. Deyneko, A. Zhuravel, L. Mikhailova, E. Naden, A. Onyshchenko, V. Strelets, et al., “Devising a technique to improve the efficiency of CdS/CdTe/Cu/Au solar cells intended for use as a backup power source for the systems of safety and control of objects,” East.-Eur. J. Enterprise Technol., vol. 6, no.5, pp. 21–27, 2020. doi: 10.15587/1729-4061.2020.220489.

Розробка та моделювання високоточного MPPT-контролера для тонкоплівкових сонячних елементів

Анотація

Посилання