Optimization and Comparative Analysis of a Photovoltaic Energy Conversion System Using Multiple MPPT Techniques

Abstract

Les systèmes photovoltaïques constituent l'une des technologies les plus importantes dans le domaine des énergies renouvelables grâce à leur capacité à produire une électricité propre et durable. Toutefois, leurs performances sont fortement influencées par les variations de l'irradiation solaire et de la température, ce qui entraîne des fluctuations de la puissance produite. Dans ce contexte, ce mémoire présente une étude des systèmes photovoltaïques, des convertisseurs à courant continu, ainsi que des techniques de suivi du point de puissance maximale afin d'améliorer l'extraction de l'énergie. Il traite également des convertisseurs abaisseur, élévateur et abaisseur-élévateur, ainsi que des principales méthodes de suivi du point de puissance maximale, notamment la méthode de perturbation et observation, la méthode de la conductance incrémentale, les réseaux de neurones artificiels et la logique floue. Enfin, le système photovoltaïque a été modélisé et simulé à l'aide de MATLAB/Simulink afin d'évaluer les performances de la technique de suivi retenue. Les résultats de simulation ont montré que cette technique permet de suivre efficacement le point de puissance maximale, d'améliorer la puissance extraite et d'augmenter le rendement ainsi que la stabilité du système dans différentes conditions de fonctionnement Photovoltaic (PV) systems have become one of the most important renewable energy technologies for sustainable electricity generation. However, their performance is significantly affected by variations in solar irradiance and temperature. To improve energy extraction, DCDC converters and Maximum Power Point Tracking (MPPT) techniques are employed. This dissertation presents the fundamentals of photovoltaic systems, DC-DC converters, and MPPT techniques. It also discusses the Buck, Boost, and Buck-Boost converters, as well as the Perturb and Observe (P&O), Incremental Conductance (INC), Artificial Neural Networks (ANN), and Fuzzy Logic Control (FLC) algorithms. The proposed photovoltaic system is modeled and simulated using MATLAB/Simulink to evaluate the performance of the selected MPPT technique. The simulation results demonstrate that the adopted MPPT technique effectively tracks the maximum power point, improves the extracted output power, and enhances the overall efficiency and stability of the photovoltaic system under varying environmental conditions. تُعد الأنظمة الكهروضوئية من أهم تقنيات الطاقة المتجددة لما تتميز به من قدرة على إنتاج طاقة كهربائية نظيفة ومستدامة، إلا أن أداءها يتأثر بشكل مباشر بتغير الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة، مما يؤدي إلى تغير القدرة الكهربائية المستخرجة. لذلك، تهدف هذه المذكرة إلى دراسة الأنظمة الكهروضوئية، ومحولات التيار المستمر، وتقنيات تتبع نقطة القدرة العظمى بهدف تحسين كفاءة استخراج الطاقة. كما تتناول دراسة محولات خفض الجهد، ورفع الجهد، والخفض والرفع، إضافة إلى استعراض أهم خوارزميات تتبع نقطة القدرة العظمى، وهي خوارزمية الاضطراب والملاحظة، وخوارزمية التوصيلية التزايدية، وخوارزمية الشبكات العصبية الاصطناعية، وخوارزمية المنطق الضبابي. وقد تم نمذجة النظام الكهروضوئي ومحاكاته باستخدام برنامج المحاكاة الرياضي، لتقييم أداء تقنية تتبع نقطة القدرة العظمى، وأظهرت نتائج المحاكاة قدرة التقنية المعتمدة على تتبع نقطة القدرة العظمى بكفاءة، مما أدى إلى تحسين القدرة الكهربائية المستخرجة وزيادة كفاءة النظام واستقراره في ظل ظروف تشغيل مختلفة