Multilevel solar power converters

Phuc Hau Nguyen

Master's thesis

Abstract:

Práce si klade za cíl nastínit potíže při konfiguraci solárního systému a poskytnout řešení tohoto problému. Na začátku práce je provedena literární rešerše a jsou uvedeny vlastnosti solárních panelů za různých podmínek, jako je ozáření a teplota. Pro optimalizaci výkonu nelineární charakteristiky je testována metoda Pertub & Observe (P&O) založená na sledování maximálního bodu výkonu (MPP) a použita s DC / DC převodníkem. Pro srovnání měničových struktur byla implementována běžná jednoduchá a víceúrovňová struktura měniče. Obě konfigurace pracují se sériovým řazením solárních panelů. Analýza je rozdělena na dva případy jako ideální stav a stav při částečném zastínění. Ideální stav je definován jako standardní testovací podmínka (STC), že solární panel je osvětlen 1000 W/m2 a pracuje při teplotě 25 stupňů celsia. Částečné stínování je pro každý panel vyrovnáno. Problémy s částečným zastíněním jsou patrné z charakteristik běžného solárního měniče. Proudový odběr z panelů byl ovlivněn sériovým připojením, což vede k odběru malého výkonu ze solárního baterie. Víceúrovňový solární konvertor dosáhl většího výkonu proti běžně použitému. Výsledky jsou zobrazeny provedením numerické simulace v prostředí MATLAB.

Abstract:

The thesis aims to draw the main issue of the solar panel on solar system configuration and giving the solution for the issue. From the beginning, the thesis studies the characteristics of the solar panel under the varying condition as irradiance and temperature. For optimizing the performance of the non-linear characteristic, a method Perturb & Observe (P&O) based on Maximum Power Point (MPP) tracking is tested and applied with the DC/DC converter. The commonly used solar structure converter and the multilevel converter structure have been implemented. Both configurations have a series connection between panel to panel or module to module. The analysis is divided into two cases as ideal condition and partial – shading condition. The ideal condition complied as standard test condition (STC) that the solar panel is illuminated by the irradiance of 1000W/m2 with the temperature during test 25°C. The partial – shading is levelized for every panel. The inherent issues are shown by the characteristic of the commonly used solar converter. The current path has been affected by the series connection which leads to the low power extraction from the solar cell. The multilevel solar converter has taken the advantages against the commonly used one. The results are shown by doing the numerical simulation in the MATLAB environment.

Keywords

Fotovoltaika, částečné stínování, MPPT (sledování maximálního výkonu), P&O (Perturb & Observe), struktura solárního měniče.

Keywords

Photovoltaic, partial shading, MPPT (maximum power point tracking), P&O (Perturb & Observe), solar converter structure.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2021
• Supervisor: Vladislav Damec
• Reader: Aleš Havel

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme:
Aplikovaná elektronika