FOTOVOLTAİK MODÜLLERİN REFERANS PARAMETRELERİNİN ÇIKARILMASI İÇİN İKİYE AYIRMALI ARAMA ALGORİTMASI TEMELLİ YENİ BİR YÖNTEM

Üreticiler genellikle fotovoltaik (PV) modüllerin standart test koşullarındaki veri sayfası değerlerini paylaşmaktadırlar. Bu koşullar PV modüllerinin yüksek güç üretmesini sağlar, ancak gerçek ortamda nadiren karşılaşılır. Bu nedenle, PV modüllerin doğru modellenmesi, her türlü çalışma koşulunda elde edilebilecek enerjinin tahmin edilebilmesi açısından oldukça önemlidir. Literatürde bu alanda pek çok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada, yaygın kullanılan beş-parametreli modelin uygulanmasında yeni bir yöntem önerilmektedir. Bu yeni yöntem, beş parametreden biri olan seri direncin değerini hesaplamak ve böylelikle diğer parametrelerin çıkarılması için ikiye ayırmalı bir arama algoritması kullanmaktadır. Seri direncin ve dolayısıyla diğer parametrelerin elde edilmesinde üreticilerin sunduğu veri sayfası değerleri yeterli olmaktadır. Yöntemin doğruluğu, ilk olarak, üç farklı PV modülün veri sayfası değerleri ile önerilen yöntemin çıktılarının karşılaştırılmasıyla test edilmiştir. Son olarak, önerilen yönteminin farklı çalışma şartları için simülasyon doğruluğu ise Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) tarafından toplanan gerçek ölçüm verilerinin, yöntemin aynı çalışma şartlarındaki çıktılarıyla karşılaştırılmasıyla test edilmiştir. Sonuçlar, önerilen yöntemin hem veri sayfası değerleri hem de gerçek ölçüm verileri ile iyi bir uyum sağladığını göstermektedir. Yöntem iyi bir basitlik-doğruluk dengesi sunmaktadır.

A NOVEL METHOD BASED ON BISECTION SEARCH ALGORITHM FOR EXTRACTING THE REFERENCE PARAMETERS OF PV MODULES

Manufacturers generally share datasheet values of photovoltaic (PV) modules at only standard test conditions (STC). Theseconditions enable PV modules to generate high power but are rarely encountered in the real environment. Therefore,accurate modeling of PV modules is very important in terms of estimating the energy that can be obtained under alloperating conditions. Many studies have been conducted in this field in the literature. In this study, a new method isproposed for the implementation of the commonly used five-parameter model. This new method uses a bisection searchalgorithm for calculating the value of the series resistance, which is one of the five parameters, and thus extracting theother parameters. The datasheet values provided by the manufacturers are sufficient for obtaining the series resistanceand therefore other parameters. The accuracy of the method was first tested by comparing the datasheet values of the threedifferent PV modules with the outputs of the proposed method. Finally, the simulation accuracy of the proposed method fordifferent operating conditions was tested by comparing the real measurement data collected by the National RenewableEnergy Laboratory (NREL) with the outputs of the method under the same operating conditions. The results show that theproposed method demonstrates good agreement with both datasheet values and real measurement data. The method offersa good balance of simplicity-accuracy.

PDF

___

[1] J. Duffie and W. Beckman, “Solar Engineering of Thermal Processes, 2th ed.,” p. 919, 1991.
[2] M. A. De Blas, J. L. Torres, E. Prieto, and A. García, “Selecting a suitable model for characterizing photovoltaic devices,” Renew. Energy, vol. 25, no. 3, pp. 371–380, 2002.
[3] A. N. Celik and N. Acikgoz, “Modelling and experimental verification of the operating current of mono-crystalline photovoltaicmodules using four- and five-parameter models,” Appl. Energy, vol. 84, no. 1, pp. 1–15, 2007.
[4] M. Villalva, J. Gazoli, and E. Filho, “Comprehensive Approach to Modeling and Simulation of Photovoltaic Arrays,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no. 5, pp. 1198–1208, 2009.
[5] V. Lo Brano, A. Orioli, G. Ciulla, and A. Di Gangi, “An improved five-parameter model for photovoltaic modules,” Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 94, no. 8, pp. 1358–1370, 2010.
[6] A. Chouder, S. Silvestre, N. Sadaoui, and L. Rahmani, “Modeling and simulation of a grid connected PV system based on the evaluation of main PV module parameters,” Simul. Model. Pract. Theory, vol. 20, no. 1, pp. 46–58, 2012.
[7] A. Orioli and A. Di Gangi, “A procedure to calculate the five-parameter model of crystalline silicon photovoltaic modules on the basis of the tabular performance data,” Appl. Energy, vol. 102, pp. 1160–1177, 2013.
[8] J. Y. Park and S. J. Choi, “A novel datasheet-based parameter extraction method for a single-diode photovoltaic array model,” Sol. Energy, vol. 122, pp. 1235–1244, 2015.
[9] G. Wang et al., “An iterative approach for modeling photovoltaic modules without implicit equations,” Appl. Energy, vol. 202, pp. 189–198, 2017.
[10] W. De Soto, S. A. Klein, and W. A. Beckman, “Improvement and validation of a model for photovoltaic array performance,” Sol. Energy, vol. 80, no. 1, pp. 78–88, 2006.
[11] J. Bai, S. Liu, Y. Hao, Z. Zhang, M. Jiang, and Y. Zhang, “Development of a new compound method to extract the five parameters of PV modules,” Energy Convers. Manag., vol. 79, pp. 294–303, 2014.
[12] E. I. Batzelis and S. A. Papathanassiou, “A Method for the Analytical Extraction of the Single-Diode PV Model Parameters,” IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 7, no. 2, pp. 504–512, 2016.
[13] F. Rasool, M. Drieberg, N. Badruddin, and B. S. Mahinder Singh, “PV panel modeling with improved parameter extraction technique,” Sol. Energy, vol. 153, pp. 519–530, 2017.
[14] J. Y. Park and S. J. Choi, “A novel simulation model for PV panels based on datasheet parameter tuning,” Sol. Energy, vol. 145, pp. 90–98, 2017.
[15] Y. Chaibi, M. Salhi, A. El-jouni, and A. Essadki, “A new method to extract the equivalent circuit parameters of a photovoltaic panel,” Sol. Energy, vol. 163, no. January, pp. 376–386, 2018.
[16] V. J. Chin, Z. Salam, and K. Ishaque, “Cell modelling and model parameters estimation techniques for photovoltaic simulator application: A review,” Appl. Energy, vol. 154, no. September, pp. 500– 519, 2015.
[17] A. H. Arab, F. Chenlo, K. Mukadam, and J. L. Balenzategui, “Performance of PV water pumping systems,” Renew. Energy, vol. 18, no. 2, pp. 191– 204, 1999.
[18] G. Ciulla, V. Lo Brano, V. Di Dio, and G. Cipriani, “A comparison of different one-diode models for the representation of I-V characteristic of a PV cell,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 32, pp. 684–696, 2014.
[19] A. R. Jordehi, “Parameter estimation of solar photovoltaic (PV) cells: A review,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 61, pp. 354–371, 2016.
[20] G. Walker, “Evaluating Mppt Converter Topologies Using a Matlab Pv Model,” J. Electr. Electron. Eng., vol. 21, no. 1, pp. 49–56, 2001.
[21] G. Wang, K. Zhao, T. Qiu, X. Yang, Y. Zhang, and Y. Zhao, “The error analysis of the reverse saturation current of the diode in the modeling of photovoltaic modules,” Energy, vol. 115, pp. 478– 485, 2016.
[22] “Matlab.” Mathworks, 2017.
[23] “KC200GT Datasheet,” Kyocerasolar.com, 2018. [Online]. Available: https://www.kyocerasolar.com/dealers/produc t-center/archives/spec-sheets/KC200GT.pdf. [Accessed: 20-Mar-2018].
[24] “SP70 Datasheet,” solenerg.com.br, 2018. [Online]. Available: http://www.solenerg.com.br/files/SP70.pdf. [Accessed: 20-Mar-2018].
[25] “ST40 Datasheet,” atlantasolar.com, 2018. [Online]. Available: http://www.atlantasolar.com/pdf/Shell/ShellST 40_USv1.pdf. [Accessed: 20-Mar-2018].
[26] B. Marion et al., “New data set for validating PV module performance models,” in 2014 IEEE 40th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2014, pp. 1362–1366.
[27] “Photovoltaics Report,” 2016. [Online]. Available: https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/is e/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf. [Accessed: 24-Apr-2018].