Development and Implementation of Advanced MPPT Techniques for Photovoltaic Systems under Dynamic Environmental Conditions

Abstract

This dissertation presents a comprehensive review and comparative analysis of Maximum Power Point Tracking (MPPT) control strategies for photovoltaic (PV) systems operating under both constant and variable solar irradiance conditions. The study investigates four prominent algorithms: Perturb and Observe (P&O), Incremental Conductance (INC), Artificial Neural Networks (ANN), and Fuzzy Logic Control (FLC). The operational principles, advantages, and limitations of each technique are thoroughly examined. Using MATLAB-Simulink as a simulation platform, a quantitative performance evaluation is conducted. The results demonstrate that the ANN-based MPPT controller achieves the highest conversion efficiency, recording 96.63% under constant irradiance, while the FLC algorithm exhibits superior dynamic response characterized by minimal steady-state oscillations and rapid adaptability to fluctuating atmospheric conditions. The findings underscore the critical role of appropriate MPPT selection tailored to specific system requirements and environmental dynamics. Future research directions are proposed, focusing on experimental validation of the simulated results and the development of hybrid algorithms combining the strengths of multiple techniques to further optimize PV system performance under real-world operating conditions. تقدم هذه المذكرة دراسةً شاملةً وتحليلاً مقارناً لاستراتيجيات التحكم في تعقب نقطة القدرة القصوى )(MPPT المخصصة للأنظمة الكهروضوئية العاملة تحت ظروف إشعاع شمسي ثابت ومتغير. تبحث الدراسة في أربع خوارزميات رئيسية وهي: الاضطراب والرصد) ، (P&Oوالتوصيلية المتزايدة) ، (INCوالشبكات العصبية الاصطناعية) ، (ANNوالتحكم المنطقي الضبابي ). (FLCتم تحليل مبادئ التشغيل والمزايا والقيود لكل تقنية بدقة. باستخدام بيئة المحاكاة ، MATLAB-Simulinkتم إجراء تقييم كمي للأداء. أظهرت النتائج أن وحدة التحكم MPPTالقائمة على الشبكات العصبية الاصطناعية ) (ANNتحقق أعلى كفاءة تحويل، حيث سجلت %96.63تحت إشعاع ثابت، في حين أظهرت خوارزمية التحكم المنطقي الضبابي ) (FLCاستجابة ديناميكية فائقة تميزت بتموجات (تذبذبات) ضئيلة في الحالة المستقرة وقدرة عالية على التكيف السريع مع التقلبات الجوية. تؤكد النتائج على الدور الحاسم لاختيار تقنية MPPTالمناسبة وفقاً لمتطلبات النظام المحددة والظروف البيئية المحيطة. تم اقتراح اتجاهات للبحث المستقبلي، تركز على التحقق التجريبي من النتائج المحاكاة وتطوير خوارزميات هجينة تجمع بين نقاط القوة في تقنيات متعددة لزيادة تحسين أداء الأنظمة الكهروضوئية في ظل ظروف التشغيل الحقيقية.الكلمات المفتاحية: تعقب نقطة القدرة القصوى ( ،)MPPTالأنظم