Анализ использования различных методов отслеживания точки максимальной мощности для фотоэлектрических систем


Авторы

Альхусейни Х. 1*, Абдали Л. М.1**, Кувшинов В. В.2***, Гусева Е. В.2****

1. Университет Куфы, Почтовый ящик 21, Куфа, мухафаза Наджаф, Ирак
2. Севастопольский государственный университет, 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33

*e-mail: laith_2210@yahoo.com
**e-mail: laithm.abood@uokufa.edu.iq
***e-mail: кuvshinov.vladimir@gmail.com
****e-mail: alenaalena73@mail.ru

Аннотация

Фотоэлектрические системы всё чаще используются в качестве экологически чистого и устойчивого источника энергии. Однако их эффективность существенно зависит от условий окружающей среды, таких как солнечное излучение и температура. Для обеспечения максимального извлечения энергии из фотоэлектрических панелей используются методы отслеживания точки максимальной мощности. В представленной работе рассматривается концепция отслеживания мощности для фотоэлектрических систем, а также представлен обзор и классификация нескольких методов отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), описанных в литературе. В данной работе представлена новая классификация алгоритмов MPPT, которая применяется в соответствии с очерёдностью выполнения процессов. Основные разделы работы организованы следующим образом. В первом разделе представлен анализ использования возобновляемых источников энергии, в том числе солнечной электроэнергетики, во втором разделе описаны характеристики фотоэлектрических генераторов, в третьем разделе представлен принцип работы системы MPPT, в четвертом разделе обсуждается классификация методов MPPT. В заключении проводилось обсуждение результатов, а в выводах представлена сравнительная таблица для обзора методов. Результаты, полученные в этой работе, могут быть полезны, как для традиционной энергетики, так и для альтернативных способов преобразования энергии. Фотоэлектрические преобразователи и модули на их основе являются основным источником энергии для орбитальных космических станций и другой аэрокосмической техники.
Использование предложенных в работе методов отслеживания точки максимальной мощности при работе солнечных батарей позволяет значительно сократить потери, улучшить качество используемой электрической энергии, а также повысить эффективность использования уже преобразованной электрической энергии. Предложенные методы могут быть использованы также и в наземных фотоэлектрических системах, обеспечивающих авиационные и другие промышленные предприятия, а также могут найти применение для удалённых объектов крайнего севера Российской Федерации и в других труднодоступных районах. 

Ключевые слова:

точка максимальной мощности (MPPT), фотоэлектрическая (PV) генерация, солнечная радиация, температура, DC-DC преобразователь

Список источников

  1. Y. Al-Saleh, “Renewable energy scenarios for major oil-producing nations: The case of Saudi Arabia,” Futures, vol. 41, no. 9, pp. 650–662, 2009.
  2. Волков А.С. Разработка имитационной модели канала с группирующимися ошибками // Труды МАИ. 2023. № 128. 
  3. Issa, H. A., Abdali, L. M., Alhusseini, H., & Velkin, V. I. (2025). Design, Modeling, and Control of a Dual-Axis Solar Tracker Using Fractional Order PID Controllers for Enhanced Energy Efficiency. Results in Engineering, 106073. 
  4. X. Li, Q. Wang, H. Wen, and W. Xiao, “Comprehensive Studies on Operational Principles for Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Systems,” IEEE Access, vol. 7, pp. 121407–121420, 2019.
  5. Al–Maliki M.N., Soldan M., Issa H.A., Abdali L.M., Yakimovich B.A., Kobeticova H. The performance and advanced cooling techniques for photovoltaic solar panels. MM Science Journal. 2024. 
  6. Issa H.A., Abdali L.M., Velkin V.I. A stand-alone hybrid power system based on PV energy and hydrogen fuel cells with energy storage systems // MM Science Journal. 2024. 
  7. D. Ounnas, M. Ramdani, S. Chenikher, and T. Bouktir, “An Efficient Maximum Power Point Tracking Controller for Photovoltaic Systems Using Takagi–Sugeno Fuzzy Models,” Arab. J. Sci. Eng., vol. 42, no. 12, pp. 4971–4982, 2017.
  8. A. M. A. Haidar and N. Julai, “An improved scheme for enhancing the ride-through capability of grid-connected photovoltaic systems towards meeting the recent grid codes requirements,” Energy Sustain. Dev., vol. 50, pp. 38–49, 2019.
  9. M. Birane, C. Larbes, and A. Cheknane, “Comparative study and performance evaluation of central and distributed topologies of photovoltaic system,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 42, no. 13, pp. 8703–8711, 2017.
  10. N. Karami, N. Moubayed, and R. Outbib, “General review and classification of different MPPT Techniques,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 68, no. July 2016, pp. 1–18, 2017.
  11. H. Jeong, H. Lee, Y. C. Liu, and K. A. Kim, “Review of Differential Power Processing Converter Techniques for Photovoltaic Applications,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 34, no. 1, pp. 351–360, 2019.
  12. O. Wasynczuk, “Dynamic behavior of a class of photovoltaic power systems,” IEEE Trans. Power Appar. Syst., vol. PAS-102, no. 9, pp. 3031–3037, 1983.
  13. Исса Х.А., Абдали Л.М., Якимович Б.А., Кувшинов В.В., Морозова Н.В., Федотикова М.В. Сравнение эффективности различных методов управления энергетическими параметрами фотоэлектрических систем // Труды МАИ. 2023. № 128. 
  14. Абдали Л.М., Кувшинов В.В., Гусева Е.В., Конева С.А., Цалоев В.М. Увеличение производительности фотоэлектрических преобразователей при использовании высокотехнологичных систем охлаждения // Труды МАИ. 2025. № 141. 
  15. T. Shimizu, O. Hashimoto, and G. Kimura, “A novel high-performance utility-interactive photovoltaic inverter system,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 2, pp. 704–711, 2003.
  16. A. Al-Amoudi and L. Zhang, “Optimal control of a grid-connected PV system for maximum power point tracking and unity power factor,” IEE Conf. Publ., no. 456, pp. 80–84, 1998.
  17. S. D. Al-Majidi, M. F. Abbod, and H. S. Al-Raweshidy, “A Modified P&O-MPPT based on Pythagorean Theorem and CV-MPPT for PV Systems,” Proc. - 2018 53rd Int. Univ. Power Eng. Conf. UPEC 2018, pp. 1–6, 2018.
  18. M. Park and I. K. Yu, “A study on the optimal voltage for MPPT obtained by surface temperature of solar cell,” IECON Proc. (Industrial Electron. Conf., vol. 3, pp. 2040–2045, 2004.
  19. Layth M. Abd Ali, L.M. Ali, Q.A., Klačková I., Issa H.A., Yakimovich B.A., Kuvshimov V.V. Developing a thermal design for steam power plants by using concentrating solar power technologies for a clean environment. Acta Montanistica Slovaca. 2021. V. 26 (4), P. 773-783. 
  20. S. P. S. System, K. Kobayashi, H. Matsuo, and Y. Sekine, “An Excellent Operating Point Tracker of the,” vol. 53, no. 2, pp. 495–499, 2006.
  21. Y. Kim, H. Jo, and D. Kim, “New peak power tracker for cost-effective photovoltaic power system,” Proc. Intersoc. Energy Convers. Eng. Conf., vol. 3, pp. 1673–1678, 1996.
  22. A. S. Kislovski and R. Redl, “Maximum-power-tracking using positive feedback,” PESC Rec. - IEEE Annu. Power Electron. Spec. Conf., vol. 2, pp. 1065–1068, 1994, doi: 10.1109/pesc.1994.373812.
  23. Абдали Л.М., Якимович Б.А., Сяктерева В.В., Кувшинов В.В., Морозова Н.В. Оптимизация системы автоматического управления точкой максимальной мощности для ветро-солнечной генерирующей установки с накопителями энергии // Труды МАИ. 2023. № 129. 
  24. M. H. A. Hasan, S. A. Siddiaue, M. Rahman, B. Saha, and R. Basak, “An Effective Solar Powered Charging System Using Resonant LCC Boost Converter,” 2024 Int. Conf. Adv. Comput. Commun. Electr. Smart Syst. Innov. Sustain. iCACCESS 2024, no. March, 2024.
  25. C. Xing et al., “LCC-HVDC Frequency Robust Control Strategy Based on System Parameter Identification in Islanded Operation Mode,” Electron., vol. 13, no. 5, 2024.
  26. R. Alik and A. Jusoh, “Modified Perturb and Observe (P&O) with checking algorithm under various solar irradiation,” Sol. Energy, vol. 148, pp. 128–139, 2017.
  27. Абдали Л.М.А., Аль-Малики М.Н.К., Аль Баирмани А.Г. и др. Анализ методов управления производительностью преобразователей постоянного тока солнечных элементов и выбор оптимального метода // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 1. С. 125-137. 
  28. N. Femia, G. Petrone, G. Spagnuolo, and M. Vitelli, “Optimization of perturb and observe maximum power point tracking method,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no. 4, pp. 963–973, 2005.
  29. B. Naima et al., “Enhancing MPPT optimization with hybrid predictive control and adaptive P&O for better efficiency and power quality in PV systems,” Sci. Rep., vol. 15, no. 1, pp. 1–31, 2025, 
  30. Y. Wang and L. Sun, “An Improved Global Perturbation Observation Algorithm for Partially Shaded Photovoltaic Arrays,” IEEE Access, vol. 12, no. October, pp. 165017–165025, 2024, doi: 10.1109/ACCESS.2024.3487850.
  31. S. Li, “A MPPT speed optimization strategy for photovolatic system using VWP interval based on weather forecast,” Optik (Stuttg)., vol. 192, no. March, p. 162958, 2019.
  32. Абдали Л.М., Аль-Малики М.Н., Кувшинов В.В. Kузнецов П.Н., Морозова Н.В. Математическое моделирование с использованием алгоритма контроля точки максимальной мощности для фотоэлектрической системы// Труды МАИ. 2023. № 130. 
  33. T. Kitano, M. Matsui, and D. hong Xu, “Power sensor-less MPPT control scheme utilizing power balance at DC link system design to ensure stability and response,” IECON Proc. (Industrial Electron. Conf., vol. 2, no. C, pp. 1309–1314, 2001.
  34. E. I. Batzelis, G. Anagnostou, and B. C. Pal, “A state-space representation of irradiance-driven dynamics in two-stage photovoltaic systems,” IEEE J. Photovoltaics, vol. 8, no. 4, pp. 1119–1124, 2018.
  35. J. Ni and J. Xiang, “A Concise Control Method Based on Spatial-Domain dp/dv Calculation for MPPT / Power Reserved of PV Systems,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 38, no. 1, pp. 3–14, 2023.
  36. S. Bouchakour, A. H. Arab, K. Abdeladim, S. Boulahchiche, S. O. Amrouche, and A. Razagui, “Evaluation of the PV energy production after 12-years of operating,” AIP Conf. Proc., vol. 1968, no. May, 2018.
  37. Анализ различных методов отслеживания точки максимальной мощности при работе солнечных фотоэлектрических систем / Л. М. А. Абдали, Х. А. И. Исса, М. Н. К. Аль-Малики, Б. А. Якимович, В. В.Кувшинов // Интеллектуальные системы в производстве. 2022. Т. 20. № 3. С. 104–113. 
  38. M. Shim, J. Jeong, J. Maeng, I. Park, and C. Kim, “Fully Integrated Low-Power Energy Harvesting System with Simplified Ripple Correlation Control for System-on-a-Chip Applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 34, no. 5, pp. 4353–4361, 2019.
  39. G. Spiazzi, S. Buso, and P. Mattavelli, “Analysis of MPPT algorithms for photovoltaic panels based on ripple correlation techniques in presence of parasitic components,” 2009 Brazilian Power Electron. Conf. COBEP2009, pp. 88–95, 2009.
  40. M. Alsumiri, “Residual Incremental Conductance Based Nonparametric MPPT Control for Solar Photovoltaic Energy Conversion System,” IEEE Access, vol. 7, pp. 87901–87906, 2019.
  41. N. Bouarroudj et al., “Fuzzy based incremental conductance algorithm stabilized by an optimal integrator for a photovoltaic system under varying operating conditions,” Energy Sources, Part A Recover. Util. Environ. Eff., vol. 47, no. 1, pp. 9682–9707, 2025.
  42. I. M. Elzein, M. Kurdi, and Y. Harrye, “Optimizing The Maximum Power of Photovoltaic System Using Modified Incremental Conductance Algorithm Operating Under Varying Dynamic Climatic Conditions,” Int. J. Comput. Digit. Syst., vol. 15, no. 1, pp. 465–485, 2024.
  43. H. Shahid, M. Kamran, Z. Mehmood, M. Y. Saleem, M. Mudassar, and K. Haider, “Implementation of the novel temperature controller and incremental conductance MPPT algorithm for indoor photovoltaic system,” Sol. Energy, vol. 163, no. January, pp. 235–242, 2018.
  44. N. Guler, Z. Ben Hazem, and A. Gunes, “Optimizing solar PV systems using fuzzy logic for Climate-Resilient Healthcare infrastructure in Kyrgyzstan,” Green Technol. Sustain., vol. 3, no. 3, p. 100190, 2025.
  45. S. S. Kumar and K. Balakrishna, “A novel design and analysis of hybrid fuzzy logic MPPT controller for solar PV system under partial shading conditions,” Sci. Rep., vol. 14, no. 1, pp. 1–17, 2024.
  46. A. Dawahdeh, H. Sharadga, and S. Kumar, “Novel MPPT Controller Augmented with Neural Network for Use with Photovoltaic Systems Experiencing Rapid Solar Radiation Changes,” Sustain., vol. 16, no. 3, 2024.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход