Analysis and comparison of PV configurations and MPPT methods to maximize power under partial shading

Partial shading is the condition where PV array experiences different levels of irradiations on it, which results significant reduction in output power. To handle this issue, PV modules are connected in various configurations as reported in literatures to improve power attainment under partial shading, and many techniques are put forward to achieve the maximum power point. This thesis studies the comparison of different PV configurations and MPPT methods to maximize power under partial shading conditions. After a comprehensive overview of different connection schemes of PV modules, several experiments are carried out on various configurations in Simulink. The superiority of these configurations in distinct operating conditions is demonstrated by comparing their maximum power output, relative power loss and fill factor. A brief overview of main MPPT techniques is provided and one of them is validated in Simulink under partial shading conditions. An improvement is proposed to the conventional method to enhance its accuracy of maximum power point tracking. Based on the results obtained, two centralized and distributed PV systems are built in Simulink to compare their performance by simulating the practical output power and the efficiency of the system.

L'ombreggiatura parziale è la condizione in cui l'array fotovoltaico subisce diversi livelli di irraggiamento su di esso, il che si traduce in una significativa riduzione della potenza di uscita. Per gestire questo problema, i moduli fotovoltaici sono collegati in varie configurazioni come riportato nelle letterature per migliorare il raggiungimento della potenza in condizioni di ombreggiamento parziale e molte tecniche vengono proposte per raggiungere il punto di massima potenza. Questa tesi studia il confronto tra diverse configurazioni FV e metodi MPPT per massimizzare la potenza in condizioni di ombreggiamento parziale. Dopo una panoramica completa dei diversi schemi di connessione dei moduli fotovoltaici, in Simulink vengono eseguiti diversi esperimenti su varie configurazioni. La superiorità di queste configurazioni in condizioni operative distinte è dimostrata confrontando la loro potenza massima, la relativa perdita di potenza e il fattore di riempimento. Viene fornita una breve panoramica delle principali tecniche MPPT e una di esse è convalidata in Simulink in condizioni di ombreggiamento parziale. Viene proposto un miglioramento al metodo convenzionale per migliorare la precisione del rilevamento del punto di massima potenza. Sulla base dei risultati ottenuti, due sistemi fotovoltaici centralizzati e distribuiti sono costruiti in Simulink per confrontare le loro prestazioni simulando la potenza di uscita pratica e l'efficienza del sistema.