H παρούσα διπλωματική εργασία μελέτα τις τεχνικές ανίχνευσης του σημείου μέγιστης ισχύος (Maximum Point Tracking, MPPT) φωτοβολταϊκής συστοιχίας και την προσομοίωση μιας εξ αυτών (Διαταραχής και Παρατήρησης, P&O) για μεταβαλλόμενη ένταση ηλιακής ακτινοβολίας και μεταβαλλόμενο φορτίο. Η προσομοίωση έγινε με το πρόγραμμα MATLAB/SIMULINK. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις μορφές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σήμερα και οι οποίες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τις συμβατικές και τις ανανεώσιμες. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η φωτοβολταϊκή τεχνολογία, παρουσιάζονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και οι ενεργειακές καταστάσεις του φωτοβολταϊκού στοιχείου και δίνεται ο ορισμός του Σημείου Μέγιστης Ισχύος (Maximun Power Point, MPP), του Συντελεστή Πλήρωσης (Fill Factor, FF) και του Συντελεστή Απόδοσης (Performance Ratio, PR). Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των μετατροπέων DC/DC διακοπτικού τρόπου λειτουργίας που χρησιμοποιούνται στα συστήματα MPPT και αναλύονται οι βασικές τοπολογίες τους. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στους μονοφασικούς αντιστροφείς και αναλύεται η ημιτονοειδή PWM τεχνική ελέγχου των αντιστροφέων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση των σημαντικότερων τεχνικών MPPT. Η κάθε τεχνική έχει ως στόχο την συνεχή ταύτιση του σημείου λειτουργίας με το εκάστοτε σημείο μέγιστης ισχύος. Αναφέρονται τα κύρια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου ξεχωριστά, δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στην τεχνική «Διαταραχής και Παρατήρησης» (P&O) που θεωρείται η πιο διαδεδομένη και εύχρηστη λόγω της απλότητας στην υλοποίησή της. Στο έκτο κεφάλαιο αναλύεται ξεχωριστά ο τρόπος που υλοποιήθηκε το κάθε υποσύστημα που συνθέτει το συνολικό υπό εξέταση σύστημα και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του συστήματος. Τέλος οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι ο αλγόριθμος επιτυγχάνει την απορρόφηση της διαθέσιμης ισχύος της φωτοβολταϊκής λειτουργίας αλλά παρουσιάζει δυσλειτουργία κάτω από μεταβολές της ακτινοβολίας. / This diploma thesis examines the Maximum Power Point Tracking (MPPT) techniques for photovoltaic array and the simulation one of them (Perturb and Observe, P&O) for changing level of solar irradiation and changing load. Simulation was made with MATLAB/SIMULINK. Τhe first chapter is an introduction to the types of energy used today and which are divided into two categories, conventional and renewable. The second chapter analyzes the photovoltaic technology, presents the electrical characteristics and the energy states of the photovoltaic element and we define the Maximun Power Point (MPP), the Fill Factor (FF) and Performance Ratio (PR). The third chapter is a presentation of switch mode DC / DC converters used in MPPT systems and analyze the basic topologies. The fourth chapter deals with single-phase inverters and analyzed the sinusoidal PWM control technique of inverters. In the fifth chapter we present the most important technical MPPT. We indicate the main advantages and disadvantages of each method separately, paying special attention to the technique “Perturb and Observe” (P&O), which is considered the most popular and easy to use because of its simplicity in implementation. The sixth chapter the simulation of the whole MPPT system is discussed. We present the modeling of each system separately and we show the results. Finally the study comes to conclusion that the algorithm achieves the enhancement of the available power of the photovoltaic array but it has erratic behaviour under changes of irradiation.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάλυση και ο έλεγχος ενός φ/β συστήματος διασυνδεδεμένου στο δίκτυο, με στόχο να παρέχει μονίμως την μέγιστη ισχύ του και η άεργος ισχύς που εγχέεται στο δίκτυο να μηδενίζεται. Το φ/β σύστημα αποτελείται από μια φ/β συστοιχία, έναν πυκνωτή και έναν DC/AC αντιστροφέα (με το κύκλωμα ελέγχου του) με τον οποίο συνδέεται στο δίκτυο μέσω ενός RL φίλτρου. Στο κύκλωμα ελέγχου περιλαμβάνεται ο έλεγχος για την ανίχνευση του σημείου μέγιστης ισχύος (MPPT ελεγκτής) καθώς και όλοι οι PI ελεγκτές που είναι απαραίτητοι τόσο για τον έλεγχο της dc τάσης όσο και για τον έλεγχο της αέργου ισχύος. Το σύστημα προσομοιώνεται στο περιβάλλον Simulink του Matlab υπό μεταβαλλόμενη ηλιακή ακτινοβολία. Αρχικά, για τον MPPT έλεγχο εφαρμόζεται η κλασική Perturb & Observe τεχνική και στη συνέχεια προτείνεται και εφαρμόζεται μια βελτιωμένη εκδοχή της, η οποία αποδεικνύεται ότι έχει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. / The main subject of this diploma thesis is the analysis and the control of a grid connected Photovoltaic system, in order that it can permanently provide the maximum power and the reactive power injected to the grid could be reduced to zero as well. The P/V system consists of a P/v array, a capacitor and a DC/AC inverter (and the whole control circuit) which is connected to the grid through an RL filter. The control circuit includes the control for the detection (tracking) of the maximum power point (MPPT controller) and all the PI controllers that are necessary in order to control both the dc voltage and the reactive power. The system is simulated by the Simulink in Matlab under changing solar irradiation. Initially, for the MPPT control the classical Perturb & Observe technique is implemented and then an improved version of this technique is proposed and implemented, since it is proved to be much more efficient.