A hybrid maximum power point tracking for partially shaded photovoltaic systems in the tropics

Partial shading and rapidly changing irradiance conditions significantly impact on the performance of photovoltaic (PV) systems. These impacts are particularly severe in tropical regions where the climatic conditions result in very large and rapid changes in irradiance. In this paper, a hybrid maximum power point (MPP) tracking (MPPT) technique for PV systems operating under partially shaded conditions witapid irradiance change is proposed. It combines a conventional MPPT and an artificial neural network (ANN)-based MPPT. A low cost method is proposed to predict the global MPP region when expensive irradiance sensors are not available or are not justifiable for cost reasons. It samples the operating point on the stairs of I–V curve and uses a combination of the measured current value at each stair to predict the global MPP region. The conventional MPPT is then used to search within the classified region to get the global MPP. The effectiveness of the proposed MPPT is demonstrated using both simulations and an experimental setup. Experimental comparisons with four existing MPPTs are performed. The results show that the proposed MPPT produces more energy than the other techniques and can effectively track the global MPP with a fast tracking speed under various shading patterns.

Optimization and design of energy transport system for solar cooking application

This paper proposes a hybrid solar cooking system where the solar energy is transported to the kitchen. The thermal energy source is used to supplement the Liquefied Petroleum Gas (LPG) that is in common use in kitchens. Solar energy is transferred to the kitchen by means of a circulating fluid. Energy collected from sun is maximized by changing the flow rate dynamically. This paper proposes a concept of maximum power point tracking (MPPT) for the solar thermal collector. The diameter of the pipe is selected to optimize the overall energy transfer. Design and sizing of different components of the system are explained. Concept of MPPT is validated with simulation and experimental results. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Cargador fotovoltaico para Smartphones de última generación.

[ES]Este proyecto tiene como objetivo diseñar e implementar un prototipo de un cargador fotovoltaico para teléfonos móviles de última generación. Dicho prototipo constará de un panel fotovoltaico, reguladores de tensión y corriente, un MPPT, un regulador de carga de batería, una batería auxiliar y una conexión USB para conectarlo al dispositivo a cargar. Para su realización, se llevará a cabo un estudio previo para obtener conocimientos sobre el funcionamiento de las nuevas tecnologías en esta área, su oferta en el mercado, y se hará uso de las herramientas necesarias para su diseño, implementación y pruebas posteriores.

Estudo Comparativo de Controladores Fuzzy Aplicados a um Sistema Solar Fotovoltaico.

Neste trabalho apresenta-se o modelo de um controlador baseado em Lógica Fuzzy para um sistema de energia baseado em fonte renovável solar fotovoltaica (photovoltaic - PV) multi-string em operação isolada, para o aproveitamento da máxima potência desta fonte. O sistema é composto por painéis solares, conversor CC-CC tipo elevador de tensão (boost), armazenamento por banco de baterias, inversor trifásico e carga trifásica variável. O sistema fotovoltaico foi modelado no MATLAB/Simulink de forma a representar a curva característica V-I do módulo PV, e que é baseado nos dados disponíveis em data-sheets de painéis fotovoltaicos comerciais. Outros estudos de natureza elétrica tais como o cálculo dos valores eficazes das correntes no conversor CC-CC, para avaliação das perdas, indispensáveis para o dimensionamento de componentes eletrônicos, foram realizados. O método tradicional Perturb and Observe de rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking MPPT) de painéis foi testado e comparado com métodos que usam a Lógica Fuzzy. Devido ao seu desempenho, foi adotado o método Fuzzy que realiza o MPPT por inferência do ciclo de trabalho de um modulador por largura de pulso (Pulse Width Modulation - PWM) através da variação da potência pela variação da corrente do painel solar. O modelo Fuzzy adotado neste trabalho foi testado com sucesso. Os resultados mostraram que ele pode ser robusto e atende à aplicação proposta. Segundo alguns testes realizados, este controlador pode realizar o MPPT de um sistema PV na configuração multi-string onde alguns arranjos fotovoltaicos são usados. Inclusive, este controle pode ser facilmente adaptado para realizar o MPPT de outras fontes de energia baseados no mesmo princípio de controle, como é o caso do aerogerador.

Proposta de um otimizador para rastreamento do ponto de máxima potência de um conjunto de painéis solares conectados em um sistema híbrido de energia.

Este trabalho apresenta o projeto e os algoritmos de controle, de um sistema de geração de energia híbrido. Este sistema é formado por conversores de potência conectados em Back-to-Back associados a um arranjo solar fotovoltaico, que por sua vez é conectado no lado CC dos conversores. Em relação ao sistema de geração fotovoltaico, a contribuição consiste no desenvolvimento de cinco algoritmos para determinar o ponto de máxima potência (MPP) do arranjo fotovoltaico. O primeiro algoritmo consiste em uma versão modificada do algoritmo de Perturbar e Observar (PeO); o segundo algoritmo proposto é baseado no método do gradiente (MG); e o terceiro é baseado na otimização do MG (MGO). Porém, são desenvolvidos algoritmos híbridos que combinam rede neural com o método PeO, e rede neural com o algoritmo MGO. O sistema foi desenvolvido e simulado utilizando o Matlab/Simulink, e os resultados de simulação são apresentados com objetivo da avaliar o comportamento do sistema e a resposta dos diferentes algoritmos. Esta resposta foi avaliada para condições transitórias e de regime permanente, considerando diferentes requisitos de consumo na carga, irradiância e temperatura.

Practical deployment of the brushless doubly-fed machine in a medium scale wind turbine

The Brushless Doubly-Fed Machine (BDFM) is a brushless electrical generator which allows variable speed operation with a power converter rated at only a fraction of the machine rating. This paper details an example implementation of the BDFM in a medium-scale wind turbine. Details of a simplified design procedure based on electrical and magnetic loadings are given along with the results of tests on the manufactured machine. These show that a BDFM of the scale works as expected but that the 4/8 BDFM chosen was slower and thus larger than the turbine's original induction machine. The implementation of the turbine system is discussed, including the vector-based control scheme that ensures the BDFM operates at a demanded speed and the Maximum Power Point Tracking (MPPT) scheme that selects the rotor speed that extracts the most power from the incident wind conditions.

Macroporous Pt modified glassy carbon electrode: preparation and electrocatalytic activity for methanol oxidation

Three-dimensional (3D) macroporous Pt (MPPt) with highly open porous walls has been successfully synthesized using the hydrogen bubble dynamic template synthesis and galvanic replacement reaction. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and electrochemical methods were adopted to characterize their structures and properties.

Energy harvesting embedded wireless sensor system for building environment applications

For many wireless sensor networks applications, indoor light energy is the only ambient energy source commonly available. Many advantages and constraints co-exist in this technology. However, relatively few indoor light powered harvesters have been presented and much research remains to be carried out on a variety of related design considerations and trade-offs. This work presents a solution using the Tyndall mote and an indoor light powered wireless sensor node. It analyses design considerations on several issues such as indoor light characteristics, solar panel component choice, maximum power point tracking, energy storage elements and the trade-offs and choices between them.

Energy harvesting system design and optimization for wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSN) are becoming widely adopted for many applications including complicated tasks like building energy management. However, one major concern for WSN technologies is the short lifetime and high maintenance cost due to the limited battery energy. One of the solutions is to scavenge ambient energy, which is then rectified to power the WSN. The objective of this thesis was to investigate the feasibility of an ultra-low energy consumption power management system suitable for harvesting sub-mW photovoltaic and thermoelectric energy to power WSNs. To achieve this goal, energy harvesting system architectures have been analyzed. Detailed analysis of energy storage units (ESU) have led to an innovative ESU solution for the target applications. Battery-less, long-lifetime ESU and its associated power management circuitry, including fast-charge circuit, self-start circuit, output voltage regulation circuit and hybrid ESU, using a combination of super-capacitor and thin film battery, were developed to achieve continuous operation of energy harvester. Low start-up voltage DC/DC converters have been developed for 1mW level thermoelectric energy harvesting. The novel method of altering thermoelectric generator (TEG) configuration in order to match impedance has been verified in this work. Novel maximum power point tracking (MPPT) circuits, exploring the fractional open circuit voltage method, were particularly developed to suit the sub-1mW photovoltaic energy harvesting applications. The MPPT energy model has been developed and verified against both SPICE simulation and implemented prototypes. Both indoor light and thermoelectric energy harvesting methods proposed in this thesis have been implemented into prototype devices. The improved indoor light energy harvester prototype demonstrates 81% MPPT conversion efficiency with 0.5mW input power. This important improvement makes light energy harvesting from small energy sources (i.e. credit card size solar panel in 500lux indoor lighting conditions) a feasible approach. The 50mm × 54mm thermoelectric energy harvester prototype generates 0.95mW when placed on a 60oC heat source with 28% conversion efficiency. Both prototypes can be used to continuously power WSN for building energy management applications in typical office building environment. In addition to the hardware development, a comprehensive system energy model has been developed. This system energy model not only can be used to predict the available and consumed energy based on real-world ambient conditions, but also can be employed to optimize the system design and configuration. This energy model has been verified by indoor photovoltaic energy harvesting system prototypes in long-term deployed experiments.

Three-port DC-DC Converter for Stand-Alone Photovoltaic Systems

System efficiency and cost effectiveness are of critical importance for photovoltaic (PV) systems. This paper addresses the two issues by developing a novel three-port DC-DC converter for stand-alone PV systems, based on an improved Flyback-Forward topology. It provides a compact single-unit solution with a combined feature of optimized maximum power point tracking (MPPT), high step-up ratio, galvanic isolation and multiple operating modes for domestic and aerospace applications. A theoretical analysis is conducted to analyze the operating modes followed by simulation and experimental work. The paper is focused on a comprehensive modulation strategy utilizing both PWM and phase-shifted control that satisfies the requirement of PV power systems to achieve MPPT and output voltage regulation. A 250 W converter was designed and prototyped to provide experimental verification in term of system integration and high conversion efficiency.

An Adaptive Predictive Control Strategy for RMPPT under Partially Shaded Conditions

As one of key technologies in photovoltaic converter control, Maximum Power Point Tracking (MPPT) methods can keep the power conversion efficiency as high as nearly 99% under the uniform solar irradiance condition. However, these methods may fail when shading conditions occur and the power loss can over as much as 70% due to the multiple maxima in curve in shading conditions v.s. single maximum point in uniformly solar irradiance. In this paper, a Real Maximum Power Point Tracking (RMPPT) strategy under Partially Shaded Conditions (PSCs) is introduced to deal with this kind of problems. An optimization problem, based on a predictive model which will change adaptively with environment, is developed to tracking the global maxima and corresponding adaptive control strategy is presented. No additional circuits are required to obtain the environment uncertainties. Finally, simulations show the effectiveness of proposed method.

CMOS indoor light energy harvesting system for wireless sensing applications

This book discusses in detail the CMOS implementation of energy harvesting. The authors describe an integrated, indoor light energy harvesting system, based on a controller circuit that dynamically and automatically adjusts its operation to meet the actual light circumstances of the environment where the system is placed. The system is intended to power a sensor node, enabling an autonomous wireless sensor network (WSN). Although designed to cope with indoor light levels, the system is also able to work with higher levels, making it an all-round light energy harvesting system. The discussion includes experimental data obtained from an integrated manufactured prototype, which in conjunction with a photovoltaic (PV) cell, serves as a proof of concept of the desired energy harvesting system. © 2016 Springer International Publishing. All rights are reserved.

Inversor fotovoltaico para utilização em ambiente doméstico

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Modelamento e simulação de um sistema inversor trifásico para injeção de energia na rede de distribuição a partir de fontes renováveis do tipo FV

Este trabalho baseia se na necessidade de aumentar as fontes renováveis de energia, reduzindo assim a dependência de fontes não renováveis, principalmente as poluentes como as de provenientes de combustíveis fosseis. A fonte de energia renovável explorada neste trabalho é a advinda de energia solar, com a utilização de painéis solares e métodos de extração para converter esta energia em energia elétrica e assim poder utilizar esta energia de forma eficiente. A energia produzida por painéis fotovoltaicos se apresenta em forma de corrente continua, tendo assim a necessidade do uso de conversores CC-CA, ou ditos inversores de tensão, para utilização da mesma, já que a maioria do equipamentos que utilizam energia elétrica são construídos em forma a serem abastecidos com energia elétrica em corrente alternada. Como este trabalho foca na injeção da energia produzida pelos painéis FV na rede de distribuição de baixa tensão, faz se necessário o uso de um PLL para garantir que o sistema inversor esteja em sincronismo com a rede de distribuição e possa garantir a entrega de energia ativa. Por fim mas não menos importante, é utilizado neste projeto técnicas de MPPT para garantir um maior aproveitamento da energia proveniente dos painéis FV, ajudando assim a melhorar a eficácia deste tipo de energia, sendo mais fiável e viável.

Sistema autónomo de alimentação para monitorização ambiental

Este projecto tem como principal objectivo a criação de sistemas autónomos de^alimentação para redes de sensores sem fios (RSSF) que prolonguem a autonomia das mesmas. Considerando que, geralmente, a alimentação das RSSF é fornecida por baterias e devido à limitação que estas impõem a nível de durabilidade e autonomia é crucial desenvolver sistemas capazes de captar e armazenar energia ambiental de modo a disponibilizá-la aos nós sensores quando estes necessitarem. Assim sendo, este projecto apresenta três protótipos cujo intuito visa prolongar a longevidade dos nós sensores. Nesta conformidade recorreu-se ao aproveitamento da energia produzida pelo sol, vento e cursos de água. Foram estudados dois protótipos solares, um com ligação directa ao elemento de armazenamento e o outro com um circuito que deve transferir o máximo de potência fornecida pela fonte. Para o aproveitamento do fluxo de ar foi desenvolvido um pequeno gerador trifásico com uma estrutura de captação de energia segundo o modelo de pás do aerogerador Savonius. As características (tensão e corrente) foram analisadas com o objectivo de poder desenvolver um circuito de controlo de carga para as baterias. O último sistema de controlo foi dirigido ao aproveitamento da água proveniente das levadas ou ribeiras. Este sistema também é composto por um pequeno gerador trifásico ao qual foi associado um sistema de pás do tipo Pelton. Este protótipo foi proposto para situações em o caudal à saída de um reservatório se mantém constante evitando desta forma, a necessidade de utilização de elementos de armazenamento de energia Todos os sistemas possuem circuitos que permitem a monitorização de variáveis fundamentais para a avaliação dos mesmos. Para a transferência de dados foi utilizada uma rede de sensores sem fios, com recurso a um rádio XBee. Estes dados são encaminhados para uma base de dados presente na estação central. Após todo o tratamento de dados, a informação é disponibilizada através de uma página da Internet.