Maximum power point tracking improving of photovoltaic systems based on hybrid triangulation topology aggregation optimizer and incremental conductance algorithm

Abstract

Maximum power point tracking (MPPT) in photovoltaic (PV) systems has been a key research focus in recent years. While numerous techniques have been proposed to optimize power extraction, each suffers from inherent limitations that hinder their effectiveness. Problem. Environmental factors such as shading, partial shading, and low irradiance levels significantly impact PV system performance, with partial shading being the most critical and complex challenge due to its creation of multiple local power maxima. Goal. This study aims to improve MPPT in PV systems under partial shading conditions by developing a hybrid approach that integrates a Triangulation Topology Aggregation Optimizer (TTAO) with the Incremental Conductance (IC) algorithm. Methodology. Simulations were conducted in MATLAB/Simulink under four static partial shading scenarios, comparing the hybrid TTAO-IC algorithm against traditional methods like Perturb and Observe (P&O), IC and metaheuristic algorithms. Scientific novelty of this work lies in the hybrid TTAO-IC algorithm, which combines the global optimization strength of TTAO with the precision of IC, addressing the shortcomings of conventional methods. Practical value. The results show that the hybrid TTAO-IC algorithm achieves tracking efficiencies exceeding 99 %, outperforming existing methods and demonstrating robust adaptability to varying environmental conditions.

Відстеження точки максимальної потужності (MPPT) у фотоелектричних (PV) системах є ключовим напрямком досліджень в останні роки. Хоча було запропоновано численні методи оптимізації отримання енергії, кожен з них має певні обмеження, що зменшують їх ефективність. Проблема. Фактори навколишнього середовища, такі як затінення, часткове затінення та низький рівень опромінення, суттєво впливають на продуктивність PV системи, причому часткове затінення є найбільш критичною та складною проблемою через створення кількох локальних максимумів потужності. Мета. Це дослідження спрямоване на покращення MPPT у PV системах в умовах часткового затінення шляхом розробки гібридного підходу, який інтегрує оптимізатор агрегації топології триангуляції (TTAO) з алгоритмом інкрементальної провідності (IC). Методологія. Моделювання проводилося в MATLAB/Simulink за чотирма статичними сценаріями часткового затінення, порівнюючи гібридний алгоритм TTAO-IC з традиційними методами, такими як метод збурень та спостережень (P&O), IC та метаевристичними алгоритмами. Наукова новизна роботи полягає в гібридному алгоритмі TTAO-IC, який поєднує глобальну оптимізаційну силу TTAO з точністю IC, усуваючи недоліки традиційних методів. Практична цінність. Результати показують, що гібридний алгоритм TTAO-IC досягає ефективності відстеження, що перевищує 99 %, перевершуючи існуючі методи та демонструючи надійну адаптивність до різних умов навколишнього середовища.