Development of a DC Optimizer Using a Two-Switch Flyback Converter with Partial Power Conversion
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
This article presents the development of a DC Optimizer designed for installation on solar cell modules to solve the problem of power reduction caused by module mismatch under series-connected string configurations. The approach applies to a two-switch flyback converter structure combined with the Partial Power Conversion technique, which processes only the power difference rather than the total generated power. As a result, the proposed optimizer achieves high efficiency while significantly reducing the size of the power circuit. The appropriate design guidelines for the power circuit, system modeling, and control system design are presented. The optimizer prototype was tested under various operating conditions. The results indicated that at an input-to-output voltage ratio ranging from 0.55 to 0.75, the power processed through the flyback circuit accounted for only 30-50% of the total power generated by the PV module, while the remainder was transferred directly to the output. Consequently, the overall system efficiency increased by 12-15% compared to the converter's efficiency, maintaining the ability to accurately track the maximum power point of the photovoltaic modules.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
กองบรรณาธิการวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ มีความยินดีที่จะรับบทความจากอาจารย์ นักวิจัย นักวิชาการทั้งภายในและภายนอกมหาวิทยาลัย ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้แก่ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมถึงสาขาต่างๆ ที่มีการบูรณาการข้ามศาสตร์ที่เกี่ยวข้องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่เขียนเป็นภาษาไทยหรือภาษาอังกฤษ ซึ่งผลงานวิชาการที่ส่งมาขอตีพิมพ์ต้องไม่เคยเผยแพร่ในสิ่งพิมพ์อื่นใดมาก่อน และต้องไม่อยู่ในระหว่างการพิจารณาของวารสารอื่น
การละเมิดลิขสิทธิ์ถือเป็นความรับผิดชอบของผู้ส่งบทความโดยตรง บทความที่ได้รับการตีพิมพ์ต้องผ่านการพิจารณากลั่นกรองคุณภาพจากผู้ทรงคุณวุฒิและได้รับความเห็นชอบจากกองบรรณาธิการ
ข้อความที่ปรากฏอยู่ในแต่ละบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารวิชาการเล่มนี้ เป็นความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแต่ละท่าน ไม่เกี่ยวข้องกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพแต่อย่างใด ความรับผิดชอบด้านเนื้อหาและการตรวจร่างบทความแต่ละบทความเป็นของผู้เขียนแต่ละท่าน หากมีความผิดพลาดใดๆ ผู้เขียนแต่ละท่านจะต้องรับผิดชอบบทความของตนเองแต่ผู้เดียว
กองบรรณาธิการขอสงวนสิทธิ์มิให้นำเนื้อหา หรือข้อคิดเห็นใดๆ ของบทความในวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ ไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตจากกองบรรณาธิการ อย่างเป็นลายลักษณ์อักษร ผลงานที่ได้รับการตีพิมพ์ถือเป็นลิขสิทธิ์ของวารสาร
References
Femia N, Lisi G, Petrone G, Spagnuolo G, Vitelli M. Distributed maximum power point tracking of photovoltaic arrays: Novel approach and system analysis. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008; 55(7): 2610–21.
Uno M, Kukita A. Single-Switch Voltage Equalizer Using Multistacked Buck–Boost Converters for Partially Shaded Photovoltaic Modules. IEEE Transactions on Power Electronics. 2015;30(6):3091–105.
Boyar A, Kabalci E. Two-Stage Flyback Micro Inverter for Solar Power Conversion. In: 2020 2nd Global Power, Energy and Communication Conference (GPECOM); 2020 Oct 20–23; Izmir, Turkey. IEEE; 2020. p. 6–11.
Kabalci E, Boyar A. An Interleaved Flyback Micro Inverter with H5 Topology for Photovoltaic Applications. In: 2020 2nd Global Power, Energy and Communication Conference (GPECOM); 2020 Oct 20–23; Izmir, Turkey. IEEE; 2020. p. 12–7.
Godoi RR, Felipe TA, Melo FC, Freitas LCG. Comparison of String Inverter and Microinverters: A Case Study Concerning Energy Yield and Accuracy of MPPT Algorithms. In: 2023 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC); 2023 Mar 19–23; Orlando, FL, USA. IEEE; 2023. p. 3075–82.
Yang S, Bryant A, Mawby P, Xiang D, Ran L, Tavner P. An industry-based survey of reliability in power electronic converters. In: 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition; 2009 Sep 20–24; San Jose, CA, USA. IEEE; 2009. p. 3151–7.
Petrone G, Spagnuolo G, Teodorescu R, Veerachary M, Vitelli M. Reliability issues in photovoltaic power processing systems. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008; 55(7):2569–80.
Nakane T, Shinohara T, Uno M. Single-switch voltage equalizer based on forward-flyback resonant voltage multiplier for partially-shaded series-connected photovoltaic modules. In: TENCON 2017 - 2017 IEEE Region 10 Conference; 2017 Nov 5–8; Penang, Malaysia. IEEE; 2017. p. 1115–20.
Uno M, Kukita A. Single-Switch Voltage Equalizer Using Multistacked Buck–Boost Converters for Partially Shaded Photovoltaic Modules. IEEE Transactions on Power Electronics. 2015;30(6):3091–105.
Walker GR, Sernia PC. Cascaded DC-DC converter connection of photovoltaic modules. IEEE Transactions on Power Electronics. 2004;19(4):1130–9.
Femia N, Lisi G, Petrone G, Spagnuolo G, Vitelli M. Distributed maximum power point tracking of photovoltaic arrays: Novel approach and system analysis. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008;55(7): 2610–21.
Elkamouny K, Lakssir B, Hamedoun M, Benyoussef A, Mahmoudi H. Simulation, design and test of an efficient power optimizer using DC-DC interleaved isolated boost PV-micro inverter application. In: 2017 14th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD); 2017 Mar 28–31; Marrakech, Morocco. IEEE; 2017. p. 518–25.
Zhao J, Yeates K, Han Y. Analysis of high efficiency DC/DC converter processing partial input/output power. In: 2013 IEEE 14th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL); 2013 Jun 23–26; Salt Lake City, UT, USA. IEEE; 2013. p. 1–8.
Zapata J, Kouro S, Carrasco G, Meynard T. Step-Down Partial Power DC-DC Converters for Two-Stage Photovoltaic String Inverters. Electronics. 2019;8(3):87.
Femia N, Petrone G, Spagnuolo G, Vitelli M. Power Electronics and Control Techniques for Maximum Energy Harvesting in Photovoltaic Systems. IEEE Industrial Electronics Magazine. 2013;7(3):66–7.
Erickson R. Fundamentals of Power Electronics. 2nd ed. New York: Springer; 2001.
Mohan N. Power Electronics: A First Course. 1st ed. Hoboken: Wiley; 2012.
