Page Header

Improvement Performances of PV Water Pumping System Using MPPT-based Modified P&O Controller: Modeling, Setting Experimental Package and Analysis

Naruedol Tawanna, Falun Takkabutr, Apisak Kesutha, Rati Wongsathan, Atcharawan Nuangnit, Nilawan Wongsinlapamorakot

Abstract


งานวิจัยนี้ได้สร้างแบบจำลองและชุดทดลองอย่างง่ายเพื่อทดสอบประสิทธิภาพของระบบปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ (Photovoltaic Water Pumping System; PVWPS) ขนาดเล็กที่ไม่ใช้แบตเตอรี่ โดยใช้ตัวควบคุมแบบการรบกวนและสังเกตที่ถูกปรับ (Modified Perturb and Observe Controller; MP&O) ซึ่งไม่ซับซ้อน และอาศัยหลักการติดตามจุดที่ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุด (Maximum Power Point Tracking Method; MPPT) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของระบบ (Energy Conversion Efficiency) ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับระบบไฟฟ้ากำลังตัวควบคุมที่นำเสนอจะสร้างสัญญาณควบคุมที่มีขนาดขั้นการควบคุมไม่คงที่ให้กับวงจรบัคคอนเวอร์เตอร์ (Buck Converter) เพื่อเลื่อนจุดทำงานไปยังจุดที่ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดของเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งจะถูกส่งผ่านไปยังโหลดคือมอเตอร์และปั๊มน้ำ ระบบ PVWPS-MPPT-MP&O ถูกจำลองโดยใช้โปรแกรม Matlab/Simulink และทวนสอบผลที่ได้จากแบบจำลองด้วยชุดทดลองต้นแบบระบบปั้มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 130 วัตต์ ที่ถูกควบคุมผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ Arduino ภายใต้สภาวะจริงของความเข้มแสงอาทิตย์และอุณหภูมิของแผงเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงตลอดวัน ผลการทดสอบพบว่า ตัวควบคุมที่นำเสนอช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (Energy Utilization Efficiency) และประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ (PV Efficiency) ถึง 75.7 เปอร์เซ็นต์ และ 11.8 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ทำให้ประสิทธิภาพรวมของ PVWPS เพิ่มขึ้น 41 เปอร์เซ็นต์เทียบกับ PVWPS ที่ไม่ใช้ตัวควบคุม

A very low energy conversion efficiency of the photovoltaic (PV) technology is the main barrier in developing the PV power applications. To address the problem, in this work, a low-cost and simple converter-controller based on the Maximum Power Point Tracking (MPPT) technique is integrated into the small-scale 130-W PV Water Pumping System (PVWPS) without using battery storage. The MPPT-based Modified Perturb and Observe (MP&O) method based on variable step-size control is proposed and demonstrated through Matlab/Simulink software. To validate and verify the simulation model, the MPPT-MP&O is implemented using Arduino microcontroller and applied to the prototype PVWPS. When carried out under the actual weather conditions, as a result, it helps to increase the energy utilization efficiency and the PV efficiency up to 75.7% and 11.8%, respectively, and consequently improves the global efficiency by 41% over the PVWPS without a controller.


Keywords



Full Text: PDF

DOI: 10.14416/j.kmutnb.2020.12.001

ISSN: 2465-4698