Design, Modeling, and Simulation of a DC/DC Boost Converter for MPPT-Based Photovoltaic Systems

Abstract

The increasing demand for renewable energy has led to significant interest in solar photovoltaic (PV) systems as a sustainable and clean energy source. However, the efficiency of PV systems is highly dependent on environmental conditions such as solar irradiance and temperature. To address this challenge, Maximum Power Point Tracking (MPPT) techniques are widely used to ensure that the PV system operates at its optimal power point. This project focuses on the design, modeling, and implementation of a DC–DC boost converter integrated with an MPPT algorithm for photovoltaic applications. The boost converter is used to step up the low output voltage of the PV panel to a higher and regulated level suitable for the load. An appropriate MPPT technique is applied to maximize the energy extraction from the solar panel under varying environmental conditions. The system is first modeled and simulated using MATLAB/Simulink to analyze its performance and validate the control strategy. Key parameters such as output voltage, efficiency, and response to changes in irradiance are evaluated. Finally, the implementation aspects of the system are discussed to demonstrate its practical feasibility. The results show that the integration of the boost converter with MPPT significantly improves the overall efficiency and performance of the photovoltaic system, making it a reliable solution for renewable energy applications. أدى الطلب المتزايد على الطاقة المتجددة إلى اهتمام كبير بأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) كمصدر طاقة مستدام ونظيف. ومع ذلك، فإن كفاءة هذه الأنظمة تعتمد بشكل كبير على الظروف البيئية مثل شدة الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة. ولمعالجة هذه المشكلة، تُستخدم تقنيات تتبع نقطة القدرة العظمى (MPPT) على نطاق واسع لضمان عمل النظام عند نقطة القدرة المثلى. يركز هذا المشروع على تصميم ونمذجة وتنفيذ محول رافع للتيار المستمر (DC–DC Boost Converter) مدمج مع خوارزمية MPPT لتطبيقات الطاقة الشمسية. يُستخدم هذا المحول لرفع الجهد المنخفض الخارج من اللوح الشمسي إلى مستوى أعلى ومنظم مناسب للحمل. كما يتم تطبيق تقنية MPPT مناسبة لتعظيم استخراج الطاقة من اللوح الشمسي تحت ظروف بيئية متغيرة. يتم أولاً نمذجة النظام ومحاكاته باستخدام MATLAB/Simulink لتحليل أدائه والتحقق من استراتيجية التحكم. ويتم تقييم معلمات رئيسية مثل جهد الخرج، الكفاءة، واستجابة النظام للتغيرات في شدة الإشعاع الشمسي. وأخيرًا، تتم مناقشة جوانب تنفيذ النظام لإظهار قابليته للتطبيق العملي. تُظهر النتائج أن دمج المحول الرافع مع تقنية MPPT يحسن بشكل كبير الكفاءة العامة وأداء النظام الكهروضوئي، مما يجعله حلاً موثوقًا لتطبيقات الطاقة المتجددة.