I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 5 ,   p p .   1 9 2 3 ~ 1 937   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 3 9 .i 3 . pp 1 9 2 3 - 1 9 3 7           1923     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   M o delling  and sim ula tion o ma x i mum  power  po int  t ra cking  on  pa rtial sha ded  P V bas ed - o n a p hy sica l phenom eno n - inspi red   metah euristi c alg o rithm       P rism a   M eg a nto ro 1 ,   J o y   Sef ine D o na   Sa y a 1 ,   M uh a m m a Ak ba Sy a hb a ni 1   M a rwa n F a dh ila h 1 P a nd i V ig nes hwa ra n 2   1 F a c u l t y   o f   A d v a n c e d   Te c h n o l o g y   a n d   M u l t i d i sc i p l i n e ,   U n i v e r s i t a s Air l a n g g a ,   S u r a b a y a ,   I n d o n e s i a   2 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   A c h a r y a   U n i v e r s i t y ,   K a r a k u l ,   U z b e k i st a n       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   5 2 0 2 4   R ev is ed   Ap r   10 2 0 2 5   Acc ep ted   J u l   3 2 0 2 5       M a x imu m   p o we p o in t   trac k i n g   (M P P T)  is  a   tec h n i q u e   to   o p t imiz e   th e   p h o to v o lt a ic  (P V)  c u rre n g e n e r a ti o n ,   so   i c a n   imp ro v e   t h e   e fficie n c y   o f   so lar  e n e rg y   h a rv e sti n g .   M P P T   wo rk b y   se a rc h in g   th e   v o lt a g e   wh ich   g e n e ra tes   th e   m a x imu m   p o we r,   c a ll e d   th e   m a x imu m   p o we p o i n (M P P ) .   M P P   v a lu e   c h a n g e b y   t h e   flu c tu a n c e   o a m b ie n tem p e ra tu re   a n d   so la r   in so lati o n   lev e d e p icte d   b y   th e   I - c u rv e .   S e a rc h in g   t h e   M P P   wil b e   m o re   c o m p lex   if   th e   p a rti a sh a d in g   is  h a p p e n e d .   T h e   e ffe c o p a rti a sh a d in g   wil l   rise   to   m o re   t h a n   o n e   lo c a M P P s.   In   th is   re se a rc h ,   a n   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m   is  m o d e led   a n d   sim u late d   th e   M P P tec h n iq u e   in   p a rti a sh a d in g .   T h e   o p ti m iza ti o n   u se t h e   n e m e ta h e u risti c   a l g o ri th m   w h ich   in sp ir e d   fro m   a   p h y sic a p h e n o m e n o n ,   c a ll e d   Arc h ime d e s   o p ti m iza ti o n   a l g o ri th m   (AO A).  Th e   AO u se m a th e m a ti c a m o d e li n g   wh ich   h a c o n v e rg e n c e   c a p a b il it ies ,   b a lan c e d   e x p lo ra ti o n ,   a n d   e x p l o i tatio n   a n d   is   su it a b le  fo r   so l v i n g   c o m p lex   o p ti m iza ti o n   tec h n i q u e ,   l ik e   M P P T.   T h e   re se a rc h   u se d   v a ries   p a rti a in so lati o n   p e rc e n tag e .   T h e   imp l e m e n tatio n   o M P P T - AO c o m p a re d   to   o th e m e tah e u risti c   a l g o rit h m t o   a n a ly sis  i ts  p e rfo rm a n c e   i n   th e   a sp e c o f   P sy ste m   p a ra m e ters   a n d   trac k in g   p ro c e ss   p a ra m e ters .   Th e   s imu latio n   re su lt   sh o ws   t h a th e   AO c a n   e n rich   t h e   M P P T   tec h n i q u e   a n d   i m p ro v e   t h so lar en e rg y   h a rv e sti n g   w h ich   is su p e rio r   to   o t h e a lg o rit h m s.   K ey w o r d s :   Ma x im u m   p o wer   p o i n t tr ac k in g   Me tah eu r is tic  alg o r ith m   Op tim izatio n   Ph o to v o ltaic   So lar   en er g y   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Prism Me g an to r o   Facu lty   o f   Ad v a n ce d   T ec h n o l o g y   an d   Mu ltid is cip lin e,   Un iv er s itas   Air lan g g a   6 0 1 1 5   Su r ab a y a,   I n d o n esia   E m ail:  p r is m a. m eg an to r o @ f tm m . u n air . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   So lar   p h o to v o ltaic  ( PV)   s y s tem s   ar cr u cial  co m p o n en ts   in   co n v er tin g   s o lar   en er g y   in to   elec tr icity .   T h p er f o r m an ce   o f   PV  s y s tem s   d ep en d s   o n   s o lar   in s o latio n   an d   tem p er atu r e,   wh ich   d ir ec tly   af f ec th g en er ated   cu r r en an d   v o ltag e.   Ho wev er ,   th co n s tan f l u ctu atio n s   in   s o lar   in s o latio n   p r esen s ig n if ican ch allen g as  th ey   im p ac th e   ef f icien cy   o f   th s o lar   m o d u le  [ 1 ] - [ 4 ] .   T h ese  f lu ctu atio n s   af f ec th cu r r en t - v o ltag ( I - V)   c h ar ac ter is tics ,   lead in g   to   is s u es  s u ch   as  o v e r ch ar g in g ,   u n d e r ch ar g i n g ,   s h o r ten ed   b atter y   life ,   a n d   c o m p r o m i s ed   i n v e r te r   p e r f o r m an c e   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   F u r t h e r m o r e,   s h ad i n g   f r o m   c lo u d s ,   t r e e s ,   an d   n e ar b y   s t r u c t u r e s   in t r o d u c e s   p a r t i a s h a d i n g   e f f e c t s ,   ca u s i n g   m i s m a t c h ed   p o we r   o u tp u an d   e f f i c i e n cy   lo s s e s   [ 6 ] - [ 9 ] .   P a r t i a l   s h ad i n g   c an   a l s o   r e s u l t   i n   lo c a l i z ed   o v e r h e a t in g ,   f o r m in g   h o t   s p o t s   t h a t   m ay   d a m a g e   th e   P V   m o d u l e s   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   1 9 2 3 - 1 9 3 7   1924   T o   ad d r ess   th ese  is s u es,  m ax i m u m   p o wer   p o i n tr ac k i n g   ( M PP T )   alg o r ith m s   h av e   b ee n   d e v elo p ed   to   o p tim ize  PV  s y s tem   p er f o r m a n ce   b y   en s u r in g   o p er ati o n   at  th m ax im u m   p o wer   p o i n ( MPP)   u n d er   v ar y i n g   en v ir o n m en tal  c o n d itio n s   [ 1 2 ] - [ 1 5 ] .   Ho wev er ,   MPPT  u n d er   p ar tial  s h ad i n g   co n d itio n s   is   p ar ticu la r ly   ch allen g in g   b ec au s m u ltip le  lo ca m ax im u m   p o we r   p o in ts   ( L MPPs )   ca n   f o r m ,   m ak i n g   it   d if f icu lt  to   lo ca te   th tr u g lo b al  m ax im u m   p o wer   p o in ( GM PP )   [ 1 6 ] - [ 1 9 ] .   Sev er al  tech n iq u es  h a v b ee n   ex p lo r e d   to   a d d r ess   th is   ch allen g e.   C o n v e n tio n al  p er tu r b   a n d   o b s er v ( P& O)   alg o r ith m s   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ]   o f f er   s im p le  an d   wid ely   u s ed   MPPT  ap p r o ac h   b u o f te n   f ail  to   lo ca te  th e   GM PP ,   lead in g   to   s u b o p tim al   en er g y   h ar v esti n g .   T o   o v er c o m th is   lim itatio n ,   g en etic  alg o r ith m   ( GA) - b ased   MPPT  tech n iq u es  h av e   b ee n   p r o p o s e [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] ,   wh ich   s u cc ess f u lly   lo ca te  th e   GM PP   u n d er   p ar tial  s h a d in g .   Ho wev er ,   GA - b ased   m eth o d s   s u f f er   f r o m   l o n g   co n v er g en c tim es  an d   r eq u ir p r ec is p ar am eter   tu n in g   f o r   o p tim al  p er f o r m an ce .   T h d if f er en tial  ev o lu tio n   alg o r ith m   ( DE )   [ 2 4 ]   h as  b ee n   i n tr o d u ce d   to   im p r o v e   co n v er g en ce   s p ee d   an d   ac c u r ac y .   Desp ite  its   ad v an tag es,  DE   is   h ig h ly   s en s itiv to   in itial  p o p u latio n   v alu es   an d   lack s   ad ap ta b ilit y   to   d y n a m ic  s h ad in g   co n d itio n s .   Oth er   ap p r o ac h es,  s u ch   as  f ir ef l y   al g o r ith m   ( FA)   an d   f r u it  f ly   o p tim izati o n   al g o r ith m   ( FOA) ,   h av b ee n   d e v elo p ed ,   b u ea ch   co m es  with   tr ad e - o f f s   in   tr ac k in g   ac cu r ac y   an d   co m p u tatio n al  c o m p lex ity   [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ] .   T h o th er   tr a d itio n al  MPPT  m eth o d s ,   s u ch   as  P& an d   i n cr em en tal  co n d u ctan ce   ( I C ) ,   ar wid ely   u s ed   d u e   to   th eir   s im p licity   b u s u f f er   f r o m   i n ef f icien cies  i n   r ap i d ly   c h an g in g   e n v ir o n m e n tal  co n d itio n s   an d   p ar tial  s h ad in g   s ce n ar io s   [ 2 7 ] .   T o   o v er co m th ese  lim it atio n s ,   ar tific ial  in tellig en ce   ( AI ) - b ased   MPPT  tech n iq u es,  in clu d in g   ar tific ia n eu r al  n etwo r k s   ( ANNs) ,   f u zz y   lo g ic  c o n tr o ( FLC),   an d   d ee p   r ein f o r ce m e n lear n in g   ( DR L ) ,   h av em er g ed   as  p r o m is in g   alter n ativ es  [ 2 8 ] .   R ec en s tu d ies  h a v also   ex p l o r ed   m etah eu r is tic  alg o r ith m s   lik e   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O) ,   g r e y   wo lf   o p tim iz atio n   ( GW O) ,   an d   f lam in g o   s ea r ch   alg o r it h m   ( FS A)   to   en h an ce   th tr ac k in g   ef f icien cy   o f   PV  s y s tem s .   T h ese  in tellig en an d   m etah eu r is tic  ap p r o ac h es  o f f e r   im p r o v ed   r esp o n s tim es,  g r ea ter   ac cu r ac y   in   lo ca tin g   th e   GM PP ,   an d   b etter   ad ap tab ilit y   to   d y n am ic  e n v ir o n m en tal  co n d itio n s .   Desp ite  th ese  ad v an ce m en ts ,   ex is tin g   alg o r ith m s   s till   f ac c h allen g es  in   ac h ie v in g   f ast  co n v er g e n ce ,   m ain tain in g   ac cu r ac y ,   a n d   a d ap tin g   to   d y n am ic  en v ir o n m en tal  ch an g es.  Ma n y   m et h o d s   eith er   r e q u ir e   ex ten s iv tu n in g   o r   f ail  to   e f f ec tiv ely   b alan ce   ex p lo r atio n   an d   ex p l o itatio n   in   th s ea r ch   f o r   th e   GM PP .   Ad d r ess in g   th ese  g a p s ,   th is   s tu d y   p r o p o s es  th Ar ch im e d es   o p tim izatio n   al g o r ith m   ( AO A)   as  n o v el  MPPT  s o lu tio n   u n d er   p a r tial sh ad in g   co n d itio n s .   AOA  is   in s p ir ed   b y   th p h y s ical  p r in cip les  o f   Ar ch im ed es   law  an d   th b u o y a n cy   p r i n cip le.   T h e   Ar ch im ed es  law  m ec h an is m   u p d ates  ca n d id ate  p o s itio n s   in   th s ea r ch   s p ac b y   co n s id er in g   th f u lcr u m   p o in t   an d   lev er   s tr en g th ,   en h an cin g   ex p lo r atio n   ca p ab ilit ies  [ 2 9 ] .   T h b u o y an cy   p r in cip le,   o n   th o th er   h an d ,   allo ws   ca n d id ate  s o lu tio n s   to   a d ju s th eir   p o s itio n s   d y n am ically ,   p r ev en tin g   p r e m atu r e   co n v er g e n ce   at  L MPP  an d   e n s u r in g   a n   ef f e c t iv e   s ea r ch   f o r   th G M P P   [ 3 0 ] .   T h i s   a p p r o a c h   e n h an c e s   M P P T   e f f i c i en c y   b y   m in i m iz i n g   p o w er   l o s s   a n d   i m p r o v i n g   co m p u t a t io n a l   p e r f o r m an c e   co m p a r ed   t o   co n v e n t io n a l   m et a h e u r i s t i c   m e th o d s   [ 2 0 ] ,   [ 3 1 ] .   I n   th is   s tu d y ,   we   p r o p o s a n   AOA - b ased   MPPT  ap p r o ac h   f o r   PV  s y s tem s   o p er atin g   u n d er   PS C s .   T h m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th is   r esear ch   in clu d e:     Dev elo p m en o f   a n   AOA - b a s ed   MPPT  f r am ewo r k   th at  e n h an ce s   tr ac k i n g   ac c u r ac y   a n d   co n v er g en ce   s p ee d   in   PV sy s tem s .     C o m p ar ativ p er f o r m an ce   ev alu atio n   ag ain s co n v en tio n al  an d   m etah eu r is tic  MPPT  tech n iq u es,  s u ch   as  PS an d   GA,   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k   s im u latio n s .     C r itical  an aly s is   o f   AOA’ s   ef f ec tiv en ess   in   m itig atin g   p o w er   lo s s   d u t o   s h ad in g   ef f ec ts   an d   im p r o v in g   PV e n er g y   h a r v esti n g   ef f icien cy .     I n v esti g atio n   o f   p o ten tial  r ea l - wo r ld   ap p licatio n s ,   em p h asizin g   AOA’ s   ad ap tab ilit y   in   g r id - co n n ec ted   an d   s tan d alo n PV sy s tem s .   T h r em ain d er   o f   th is   p a p er   i s   s tr u ctu r ed   as  f o llo ws:   s e ctio n   2   p r esen ts   th m eth o d o lo g y ,   d etailin g   th PV  s y s tem   m o d elin g ,   MPPT  f r am ewo r k ,   an d   im p lem en tatio n   o f   AOA.   I n   s ec tio n   3   d is cu s s e s   th r esu lts   an d   p e r f o r m an ce   e v alu atio n   u n d er   d if f e r en s h ad in g   s ce n ar io s .   I n   s ec tio n   4   c o n clu d es  with   k ey   f in d in g s ,   im p lic atio n s ,   an d   f u tu r r esear ch   d ir ec tio n s .         2.   M E T H O D   T h is   s ec tio n   p r o v id es   d etailed   d escr ip tio n   o f   th e   m eth o d o lo g y   u s ed   in   th is   s tu d y   to   en s u r e   r ep r o d u cib ilit y   an d   v alid ity .   T h m o d elin g   o f   th PV  s y s tem ,   im p lem en tatio n   o f   th e   AOA - b ased   MPPT,     an d   th s im u latio n   f r am ewo r k   ar d escr ib ed .   Pre v io u s ly   estab lis h ed   p r o ce d u r es  ar e   r ef er en ce d   wh er e   ap p licab le.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Mo d ellin g   a n d   s imu la tio n   o ma ximu p o w er p o in t tra ck in g   o n   p a r tia l sh a d ed     ( P r is ma   Meg a n to r o )   1925   2 . 1 .     M o del o f   pa r t ia l sh a ded  ph o t o v o lt a ic  a rr a y   T h PV  s y s tem   m o d el  u s ed   in   th is   s tu d y   is   b ased   o n   well - estab lis h ed   m ath em atica f o r m u l atio n s   an d   cir cu it  r ep r esen tatio n s   f r o m   p r io r   r esear ch .   T h s in g le - d io d e   m o d el  o f   th PV  ar r ay   is   ad o p ted ,   as  it  p r o v id es   g o o d   b alan ce   b etwe en   ac cu r ac y   a n d   c o m p u tatio n al  e f f icien cy .   T h MA T L AB /Si m u lin k   s im u latio n   en v ir o n m en t is u s ed   to   im p lem en t th is   m o d el,   e n s u r in g   r ep r o d u cib ilit y .   T o   ev alu ate   th ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   AOA  f o r   MP PT,   s im u lated   PV  s y s tem   m o d el  was  d ev elo p e d   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k .   T h m o d el  co n s is ts   o f   PV  ar r ay ,   DC - DC   b o o s co n v er ter ,   an d   an   MPPT  co n tr o ller .   T h PV  ar r ay   f o llo ws  s in g le - d io d e q u iv alen cir cu it  m o d el  in c o r p o r atin g   s er ies  an d   sh u n r esis tan ce s   as  s ee n   in   Fig u r 1 .   Par tial  s h ad in g   is   s im u lated   f o llo win g   m eth o d o lo g i es  d escr ib ed   in   th e   p r ev io u s   s tu d y ,   b y   v a r y in g   s o lar   in s o latio n   ac r o s s   d if f er e n s ec tio n s   o f   th e   PV  ar r a y ,   p r o d u cin g   m u ltip le   L MPPs .   T h r ee   s h ad in g   s ce n ar io s   ar co n s id er ed ,   s u c h   as;  ( a )   u n if o r m   in s o latio n 1 , 0 0 0   W /m ²  in   s tan d ar d   test   co n d itio n s   ( STC),   ( b )   h alf - s h a d ed   in s o latio n 7 5 0   W /m ²  f o r   p ar o f   th ar r ay ,   1 , 0 0 0   W /m ²  f o r   th e   r est,  an d   ( c)   one - th ir d   s h ad ed   i n s o latio n : 5 0 0   W /m ²  f o r   a   s ec tio n ,   1 , 0 0 0   W /m ²  f o r   th r est.   Us in g   th Kir ch o f f   law,   th s o lar   ce ll o f   Fig u r 1   ca n   also   b e   m o d elled   b y   th ( 1 ) .     =   ( 1 )     W h er e     is   th to tal  cu r r en g e n er ated ,     is   th cu r r en g e n er a ted   b y   s o lar   ce ll,    is   th s atu r atio n   cu r r e n t,   an d     is   s h u n cu r r e n t.  B ec au s e   ea ch   d io d e   in   a   s o lar   p an el  f o llo ws  n o n - lin ea r   c h ar ac ter is tic  d escr ib ed   b y   th Sh o ck ley   eq u atio n .   T h er e f o r e,   th Sh o ck ley   e q u atio n   f o r   d io d is   id ea f o r   ca lcu latin g   th o u tp u p o wer   in   ( 2 ) .     = 0 [ e xp ( ( + ) ) 1 ] +   ( 2 )     W h er e     is   th cu r r en g en er ated   b y   s o lar   ce ll,  is   s o lar   ce ll  v o ltag e,   0   is   s a tu r ated   cu r r en o f   d io d e,   is   d io d id ea lity   f ac to r ,   R s /Rsh   is   p ar allel  o r   s er ie s   r esi s to r ,   Tk  is   ce ll  tem p er atu r e,   is   B o ltzm an n   co n s tan v alu ed   1 . 3 8 × 10 - 2 3   J /K,   an d   Q   is   th to tal  ch ar g o f   an   elec tr o n   with   v al u 1 . 6 0 2 × 10 - 1 9 .           Fig u r 1 .   Dio d cir cu it r e p r esen tatio n   o f   a   s o lar   ce ll  [ 3 2 ]       T h m o d el  u s ed   i n   th is   s tu d y ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r 2 ,   is   ad ap ted   f r o m   th e   r esear ch ,   p r o v id in g   a   r o b u s f r a m ewo r k   f o r   an aly z in g   th ese  co n d itio n s .   T h r ee   d if f er en i n s o latio n s   ar s im u lated   to   r e p r esen v ar io u s   s h ad in g   s ce n ar io s .   T h f ir s s ce n ar io ,   u n if o r m   in s o latio n ,   ass u m es  th at  th PV  ar r ay   r ec eiv es  eq u al   s u n lig h ac r o s s   all  p an els,  wh i ch   is   an   id ea co n d itio n   f o r   m ax im u m   p o wer   o u tp u t.  T h s ec o n d   s ce n ar io ,   h al f   p ar tial  s h ad in g ,   o cc u r s   wh en   h alf   o f   th e   PV  ar r ay   is   s h ad e d ,   lead in g   t o   n o tab le  d ec r ea s i n   o u tp u p o wer   co m p ar ed   to   th e   u n if o r m   in s o l atio n   s ce n ar io .   T h th ir d   s ce n ar io ,   o n e - th ir d   p ar tial  s h ad i n g ,   r ep r esen ts   a   m o r e   s ev er s h ad in g   co n d itio n   wh e r o n ly   o n e - th ir d   o f   th PV  ar r ay   r ec eiv es  f u ll  in s o latio n ,   r e s u ltin g   in   th e   m o s t   s ig n if ican t p o wer   lo s s   am o n g   t h th r ee   s ce n ar io s .     T h s im u latio n   r esu lts   d em o n s tr ate  v ar y in g   p o wer   o u tp u ts   co r r esp o n d in g   to   ea ch   s h ad in g   s ce n ar io .   T o   m itig ate  th e   im p ac o f   s h ad in g   o n   p o wer   g en er atio n ,   MPPT  co n tr o ller   is   em p lo y ed .   T h is   co n tr o lle r   co n tin u o u s ly   ad ju s ts   th o u tp u v o ltag e   an d   cu r r e n to   m ai n tain   o p e r atio n   at   th MPP,  e n s u r in g   t h at  th PV  s y s tem   ac h iev es  o p tim al  p er f o r m a n ce   u n d er   all  s h ad in g   co n d itio n s .   T h MPPT  tech n iq u ef f ec tiv ely   co m p en s ates  f o r   th r ed u ce d   i n s o latio n   lev els,  allo win g   th PV  s y s tem   to   d eliv e r   th h ig h est  p o s s ib le  p o wer   o u tp u t e v en   u n d er   p ar tial sh ad in g .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   1 9 2 3 - 1 9 3 7   1926       Fig u r 2 .   Mo d el  o f   p ar tial sh a d ed   PV a r r ay       2 . 2 .     M P P T   f ra m ewo rk   I n   th is   s tu d y ,   t h m o d elin g   o f   MPPT  is   ca r r ied   o u u s in g   co m p r eh e n s iv ap p r o ac h   th at  in teg r ates   v ar io u s   alg o r ith m s   f o r   o p tim iz in g   p o wer   o u tp u f r o m   PV  s y s tem s ,   as  s h o wn   in   Fig u r 3 .   T h MPPT  m o d el   is   im p lem en ted   with in   th Simu lin k   en v i r o n m e n o f   M AT L AB ,   wh er th alg o r ith m   is   d esig n ed   to   co n tin u o u s ly   tr ac k   a n d   ad j u s t th o p er atin g   p o in t o f   th PV sy s tem   to   en s u r it o p er at es a t its   MPP.           Fig u r 3 .   Flo wch ar d iag r am   illu s tr atin g   th r esear ch   m o d el     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Mo d ellin g   a n d   s imu la tio n   o ma ximu p o w er p o in t tra ck in g   o n   p a r tia l sh a d ed     ( P r is ma   Meg a n to r o )   1927   k ey   co m p o n en o f   th is   s tu d y   is   th MPPT  co n tr o ller ,   wh i ch   en s u r es  th at  th e   PV  s y s tem   o p er ates  at  th GM PP   u n d er   s h ad in g   c o n d itio n s .   T h AOA - b ased   MPPT  is   im p lem en ted   an d   co m p a r ed   a g ain s t   co n v en tio n al  PS O - b ased   MPPT.   T h r esear ch   p r o ce s s   b e g in s   with   co m p r eh en s iv l iter atu r r ev iew  to   id en tify   r esear c h   g a p s   an d   d ef in th e   MPPT  m o d el  f o r   p ar tial  s h ad in g   c o n d itio n s .   Fo l lo win g   th e   m o d el   d ev elo p m e n t,  s im u latio n s   ar e   co n d u cted   to   test   th e   MPPT  m o d el   u n d er   d if f e r en s h a d in g   c o n d itio n s   to   d eter m in th m ax im u m   v o lt ag ac h iev ab le.   T h p er f o r m an ce   o f   th AOA - b ased   MPPT  m o d el  is   th en   co m p ar ed   to   s tan d ar d   v alu es   d er iv ed   f r o m   c h ar ac ter is tic  P - an d   I - c u r v es.   I f   th s tan d ar d   MPP  v o ltag e   f r o m   th P - an d   I - cu r v e s   is   h ig h er   th an   th at  o b tain e d   b y   th AOA - b ased   MPPT   m o d el,   p a r am eter   ad ju s tm en ts   an d   f u r th er   iter a tio n s   ar ca r r ied   o u t   to   r e f in th m o d el.   I f   th AOA - b a s ed   MPPT  m o d el  s u cc ess f u lly   tr ac k s   h ig h e r   m ax im u m   v o ltag e,   th r esu lt s   ar an aly ze d   an d   d is cu s s ed   in   th f in al  r ep o r t.     v is u al  r ep r esen tatio n   o f   th i s   m e th o d o lo g y   is   p r o v id e d   in   f lo wch ar t,  as  illu s tr ated   in   Fig u r 3 ,   to   en s u r e   clar ity   in   th r esear ch   p r o ce s s .   T h AOA - b ased   MPPT  i m p lem en tatio n   f o llo ws  th s y s tem atic  ap p r o ac h   o u tlin ed   in   Alg o r ith m   1 .   T h is   alg o r ith m   lev er a g es  th AOA  to   d y n am ically   tr ac k   th g lo b a m ax im u m   p o we r   p o in b y   tr ea tin g   v o ltag v a lu es  as  s ea r ch   ag en ts   th at  e x p lo r th e   s o lu tio n   s p ac b ased   o n   b u o y a n cy   p r in cip les.     Alg o r ith m   1 AOA - b ased   MPPT  im p lem en tatio n   Begin       Initialize population of search agents (voltage values)       Define maximum iterations and convergence criteria       Evaluate initial power output for each agent       Identify the best agent corresponding to the highest power (initial GMPP)         While stopping   condition not met do          Compute density and volume update for each search agent          Adjust search agent positions based on Archimedes’ principle          Evaluate new power outputs for updated agents          Update the best solution if a higher power outp ut is found          Adapt exploration and exploitation balance dynamically       End While         Return best voltage corresponding to the GMPP   End     T h is   p s eu d o co d o u tlin es  th s tep - by - s tep   ex ec u tio n   o f   th AOA - b ased   MPPT  tech n iq u e,   en s u r in g   b alan c e   b etwe en   ex p lo r atio n ,   s u c h   as  s ea r ch in g   f o r   n ew  p o ten tial  s o lu tio n s   an d   e x p lo itatio n ,   s u c h   as  r ef in in g   k n o wn   g o o d   s o l u tio n s .     2 . 3 .     Arc him edes o ptim iza t io n a lg o rit hm   AOA  is   m etah eu r is tic  alg o r ith m   th at  is   an   ef f icien t   o p tim izatio n   co n tr o alg o r ith m   with   b alan ce d   co n v er g en ce ,   ex p l o r atio n ,   an d   ex p lo itatio n   ca p ab ilit ies,  wh ich   ar e   co n s id er ed   s u itab le  f o r   s o lv in g   c o m p le x   o p tim izatio n   p r o b lem s .   AOA  is   b ased   o n   a   p h y s ics  p r in ci p le,   n am el y   th e   A r ch im e d es  p r in cip le,   wh ic h   s tates   th at  wh en   an   o b ject  is   s u b m er g ed   in   f lu id ,   e ith er   e n tire ly   o r   p ar tially ,   th f lu id   will e x er an   u p war d   f o r ce   o n   th o b ject  th at  is   eq u al  to   th weig h o f   th f lu id   p u s h e d   o u t   b y   th o b ject.   W h en   an   o b jec is   im m er s ed   in   th e   f lu id ,   it will e x p er ien ce   an   u p war d   f o r ce   ca lled   b u o y a n t f o r ce ,   wh ich   h as t h s am m ag n itu d as th weig h t o f   th f lu id   p u s h e d   o u b y   th o b ject  [ 3 3 ] .   As  s h o w n   in   Fig u r 4 ,   AOA  s er v es  as  th e   co r e   tech n iq u f o r   t h e   MPPT  m o d el,   u tili zin g   s ev er al   k ey   alg o r ith m ic  p a r am eter s   s u ch   as    an d    .   T h v alu es   f o r   th k ey   alg o r ith m ic  p ar am eter s ,   in clu d in g   th n u m b e r   o f   o b jects  an d   iter atio n s ,     ar d eter m in ed   b ased   o n   s i m u latio n   r esu lts ,   with   2 0   o b jects  an d   2 0   iter atio n s   id en ti f ied   as  o p tim al  f o r   ac h iev in g   th e   b est  s o lu tio n .   C o n tr o p a r am eter s   C 1 ,   C 2 ,   C 3   an d   C 4   ar e   s et  as  co n s tan ts ,   f o llo win g   r ef e r en ce   v alu es  f r o m   r elev an t   r esear ch .   T h s u b s eq u e n s tep   in v o lv es   ca lcu latin g   th v alu es  f o r   ea c h   p ar am ete r   u s in g   d esig n ated   eq u atio n s   an d   d e f in in g   f itn ess   f u n ctio n   to   ev alu ate  an d   s elec th b est  p a r am eter   v alu es  f o r   o p tim izatio n .   Fo llo win g   th is ,   th d en s ity   an d   v o lu m p ar a m eter s   ar u p d ated ,   an d   th e   tr an s f er   f ac to r   ( TF   an d   d e n s ity   d ec r ea s f ac t o r   ( df )   ar r ec alcu lated .   De p en d i n g   o n   wh eth e r   th c o n d itio n   TF 0 . 5   is   m et,   t h e   p r o ce s s   eith er   p r o ce ed s   with   ex p lo r atio n ,   a d ju s tin g   o b jec ac ce ler atio n   with   a   r an d o m   m ater ial  f o r   th e     n ex iter atio n ,   o r   with   ex p lo it atio n ,   d ir ec tly   a d ju s tin g   th o b ject  ac ce ler atio n .   T h iter ativ p r o ce s s   co n tin u es  u n til  th m ax im u m   n u m b er   o f   iter atio n s   is   r ea ch ed ,   with   t h p r im ar y   o b jectiv b ein g   t o   o p tim ize  th p o wer   o u tp u t.   T h alg o r ith m   en s u r es  th at  th b est  s o lu tio n s   ar f o u n d   b y   s y s tem atica lly   ad ju s tin g   an d   r ef in in g   th p ar am eter s   th r o u g h   th ese  ite r ativ s tep s .   T h e   f ir s s tep   n   th in itializatio n   p h ase,   f o r   ea ch   o b ject  i,   th e   p o s itio n ,   v o l u m ( v ) ,   d en s ity   ( ρ ) ,   an d   ac ce ler atio n   ( o r   ac ca cc ac c)   o f   all  o b jects  ar s et  with   in itial  v alu es  u s in g   th f o ll o win g   ( 3 ) :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   1 9 2 3 - 1 9 3 7   1928   =  +  × (   )   ( 3 )     wh er x i   r e p r esen ts   th i   th   o b ject,      d en o tes  th l o wer   b o u n d   o f   th e   s ea r ch   s p ac e,   an d      is   th u p p e r   b o u n d   o f   th s ea r ch   s p ac e.   T h o b ject    co r r esp o n d s   to   o n o f   th p o p u latio n   m em b er s ,   with   i   r an g in g   f r o m   1   to   N,   wh er is   th p o p u latio n   s ize.   T h ter m   r a n d   r e f er s   to   r an d o m   n u m b er   g en e r ated   b etwe en   0   a n d   1 ,   en s u r in g   th at   th in itial  p o s itio n   o f   ea ch   o b ject  is   r an d o m ly   d is tr ib u ted   with i n   th d ef in ed   s ea r ch   s p ac b o u n d ar ies.      =    ( 4 )      =    ( 5 )     wh er e   r a n d   is   D - d im en s i o n al  v ec t o r   t h at  g e n er ates  r an d o m   n u m b er s   b etwe en   [ 0 ,   1 ] .   Fin ally ,   th ac ce ler atio n   ( ac o r   a)   o f   th i   th   o b ject  is   in itialized   u s in g   th ap p r o p r iate  p ar a m eter s .     =  +    × (   )   ( 6 )           Fig u r 4 .   T h AOA  f lo wch ar t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Mo d ellin g   a n d   s imu la tio n   o ma ximu p o w er p o in t tra ck in g   o n   p a r tia l sh a d ed     ( P r is ma   Meg a n to r o )   1929   T h o b ject  is   s elec ted   b ased   o n   th b est  f itn ess   v alu af ter   ev alu atin g   th in itial  p o p u latio n ,   co n s id er in g    ,  ,    ,        Seco n d   s tep ,   th d en s ity      an d      o f   o b ject  i   ar u p d ated   f o r   t h iter atio n   t+1   a s   ( 7 )   an d   ( 8 ) .      + 1 =  +    × (    )   ( 7 )      + 1 =  +    × (    )   ( 8 )     W h er e,      an d       r ef er   to   t h b e s v o lu m an d   d e n s ity   o f   th e   o b jects,  wh ile  r a n d   is   r an d o m   n u m b er   g en er ated   u n if o r m ly .   T h ir d   s tep ,   I n itially ,   th o b jects  co llid with   ea ch   o th er ,   an d   o v e r   tim e,   th e y   attem p to   r ea ch   eq u ilib r i u m .   T h tr an s f er   o p e r ato r   ( T F)  f a cilitates  th tr an s it io n   o f   th s ea r ch   p r o ce s s   f r o m   ex p lo r atio n   to   ex p lo itatio n .   T h T F is   ca lcu lated   u s in g   ( 9 ) .      =  ( )   ( 9 )     T h T g r ad u ally   in c r ea s es  d u r in g   iter atio n s   u n til  it  r ea ch es  v alu o f   1 ,   in d icatin g   s h if f r o m   ex p lo r atio n   t o   ex p l o itatio n .   W h er    is   th m ax im u m   n u m b er   o f   iter atio n s ,   an d   t   is   th cu r r en iter atio n   n u m b er .   Similar ly ,   th e   d en s ity   d ec ay   f ac to r   d d d   aid s   th e   AOA  in   tr a n s itio n in g   f r o m   g l o b al   to   l o ca s ea r ch .   I t   is   ca lcu lated   as:     + 1 =  ( ) ( )   ( 1 0 )     wh er e,   + 1   r ep r esen ts   th d e n s ity   at  iter atio n   t+1 ,   wh ich   d ec r ea s es  o v er   tim e,   allo win g   f o r   co n v er g en ce   at  a   s p ec if ic  p o in t.  T h is   d en s ity   p ar am eter   p lay s   c r u cial  r o le  in   ac h iev in g   b alan ce   b etwe en   ex p lo r atio n   a n d   ex p lo itatio n   with in   th e   AOA.     2 . 4 .     E v a lua t i o n a nd   perf o r m a nce  m e t rics   T o   v alid ate  AOA - MPPT,   co m p ar ativ s im u latio n s   ar p e r f o r m e d   ag ain s PS O - MPPT.   T h k ey   p er f o r m an ce   m et r ics  an aly ze d   in clu d e   p o wer   tr ac k in g   ef f icien cy ,   wh ich   m ea s u r es  th e   r atio   o f   ex tr ac te d   p o wer   to   th e   th eo r etica MPP  p o wer ,   co n v er g en ce   tim e,   w h ich   q u an tifie s   th e   tim r e q u i r ed   to   r ea c h   GM PP ,   an d   v o ltag tr ac k in g   e r r o r ,   wh ich   ass ess e s   th d if f er en c b etwe en   ac tu al  an d   ex p ec ted   MPP  v o ltag e.   Per f o r m an ce   is   test ed   u n d er   d if f er en s h ad in g   co n d itio n s ,   an d   s tatis tica an aly s is   is   c o n d u cte d   to   v er if y   alg o r ith m   r o b u s tn ess .   T h er r o r   ev alu atio n   b etwe e n   th e   s tan d ar d   Vm p p   an d   th Vm p p   o b tain e d   f r o m   th e   AOA - b ased   MPPT  is   cr itical  asp ec o f   th is   s tu d y .   T h er r o r   eq u atio n   u s ed   to   co m p ar t h ef f ec tiv en ess   o f   th e   AOA   alg o r ith m   is   b ased   o n   th s tan d ar d   m ax im u m   p o wer   p o i n v o ltag ( Vm p p )   f r o m   t h PV  s y s tem   an d   th v o ltag o b tain ed   f r o m   th e   AOA - b ased   MPPT  ( Va o a) .   T h e   e r r o r   ca lcu latio n   is   ex p r ess ed   a s   ( 1 1 ) .       ( % ) =    ( / )   × 100%   ( 1 1 )     W h er e,    /    r ep r esen ts   th e   m ax im u m   p o wer   p o in t   v o ltag e   o b tain ed   u s in g   th e   AOA - b ased   M PP T ,   wh ile    d en o tes  t h s tan d ar d   m a x im u m   p o wer   p o i n v o ltag o f   th e   PV  s y s tem .   E v alu atio n s   ar e   co n d u cted   u n d er   v ar io u s   in s o latio n   co n d itio n s   to   ass e s s   th p er f o r m an ce   o f   th AOA - b ased   MPPT.   lo wer   er r o r   v alu e   in d icate s   th at  th MPPT  m o d el  is   m o r ac cu r ate  in   i d en t if y in g   th m a x im u m   p o wer   p o in v o ltag e   u n d er   p ar tial  s h ad in g   co n d itio n s .   C o n v er s ely ,   h ig h e r   er r o r   v alu s u g g ests   th at  th MP PT  m o d el  is   le s s   ac cu r ate  in   p in p o in tin g   th o p tim al  v o ltag at  th MPP u n d er   p ar tial sh a d in g   co n d itio n s .   T o   f u r th er   ev alu ate   th e   er r o r   i n   MPPT  tr ac k in g ,   we   ca lcu lat ed   th e   r o o m ea n   s q u a r er r o r   ( R MSE )   an d   m ea n   ab s o lu te  er r o r   ( M AE )   f o r   AOA,   PS O,   an d   co n v en tio n al  MPPT  m eth o d s .   T h ese  m etr ics  p r o v id e   in s ig h t in to   th ac cu r ac y   o f   ea ch   alg o r ith m   in   esti m atin g   th MPP:   1.   R MSE : m ea s u r es th s tan d ar d   d ev iatio n   o f   tr ac k i n g   er r o r s ,   with   lo wer   v alu es in d icatin g   b etter   ac cu r ac y .   2.   MA E r ep r esen ts   th av e r ag ab s o lu te  d if f e r en ce   b etwe en   a ctu al  an d   esti m ated   v alu es,  p r o v id in g   d ir ec m ea s u r o f   tr ac k in g   p r ec is io n .   T o   s tatis tical ly   v alid ate  th p er f o r m a n ce   d if f er e n ce s   am o n g   th test ed   MPPT  alg o r ith m s ,   we  ap p lied   th Frie d m an   test ,   n o n - p ar a m etr ic  s tatis tica test   s u itab le  f o r   co m p ar in g   m u ltip le  o p tim izatio n   tech n iq u es   o v er   d if f er en s h ad in g   co n d itio n s .   T h Frie d m an   test   ass ess es  wh eth er   th er ar s ig n if ica n d if f er en ce s   in   th e   ef f icien cy   an d   c o n v e r g en ce   t im o f   AOA,   PS O,   an d   co n v en tio n al  MPPT  m eth o d s   u n d er   v ar io u s   p ar tial  s h ad in g   s ce n ar io s .   T h Frie d m an   test   s tatis tic  ( Fr )   is   ca lcu lat ed   u s in g   ( 1 2 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   1 9 2 3 - 1 9 3 7   1930   = 12 . . ( + 1 ) 2 3 . . ( + 1 ) = 1   ( 1 2 )     W h er N   i s   th n u m b er   o f   r o ws  ( co m b in atio n s   o f   o b jects  an d   iter atio n s ) ,   k   is   th n u m b e r   o f   s ce n ar io s   ( 3   in   th is   ca s e:  o n e - th ir d ,   h alf ,   an d   u n if o r m ) ,   an d   Rj   is   th s u m   o f   r an k s   f o r   ea ch   s ce n ar i o .     2 . 5 .     J us t if ica t io n o f   m et ho d o lo g y   T h ch o ice  o f   AOA  f o r   MPPT  is   ju s tif ied   b ased   o n   s ev er al  f ac to r s .   AOA  d em o n s tr at es  s u p er io r   ad ap tab ilit y   to   d y n am ic  e n v ir o n m en tal  c h an g es  c o m p a r ed   t o   f ix e d - s tep   alg o r ith m s   lik e   P& O.   Ad d itio n ally ,   AOA  p r o v id es  well - b alan ce d   s ea r ch   p r o ce s s   b y   d y n am ic ally   ad ju s tin g   s ea r ch   p ar am et er s ,   u n lik G an d   PS O,   wh ich   m ay   s tr u g g le  with   p r em at u r co n v er g en ce   o r   l o ca o p tim a.   Fin ally ,   AOA  o f f er s   co m p u tatio n al   ef f icien cy   b y   r eq u i r in g   f ewe r   iter atio n s   to   r ea ch   co n v er g e n ce   co m p ar ed   t o   co n v en tio n al  h eu r is tic  m eth o d s .   T h m eth o d o lo g y   p r esen ted   e n s u r es  th at  th e   s tu d y s   r esu lts   ar r ep r o d u cib le,   r elia b le,   an d   ap p licab le  t o   r ea l - wo r ld   PV sy s tem s   u n d er   p a r tial sh ad in g   co n d itio n s .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   I n   test in g   MPPT  p er f o r m an ce   in   p ar tial   s h ad in g   co n d itio n s ,   MPPT  b ased   o n   th e   AOA  alg o r ith m   will   b co m p ar ed   with   th e   PS alg o r ith m   to   f in d   th MPP   d u r i n g   p ar tial  s h ad in g   co n d itio n s   wh er t h r ee   in s o latio n   co n d itio n s   will  b e   u s ed   with   d if f e r en s h ad i n g   co n d itio n s .   T h f i r s co n d itio n   is   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n ;   in   t h is   co n d itio n ,   th e   PV  r ec eiv es   f u ll  s u n lig h t   w ith o u t   an y   s h a d in g s .   Fo r   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n s ,   it  is   r e p r esen ted   b y   th e   in s o latio n   i n p u v alu in   th e   STC,  wh ich   is   1 , 0 0 0   2 Ho wev er ,   in   ac tu al  co n d itio n s   in   ce r tain   p lace s   with   wea t h er   co n d itio n s   wh er th lig h in ten s ity   is   less   b r ig h t,  it  c an   also   g iv r is to   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n s   with   in s o latio n   v alu es  less   th an   STC,  s o   tes ts   ar e   ca r r ied   o u to   r ep r esen u n if o r m   in s o latio n   c o n d itio n s   with   l ess   b r ig h s u n lig h in ten s ity   w ith   th v al u u s ed   b ein g   7 5 0   2   an d   5 0 0   2 ,   th ese  tw o   v a lu es  a r u s ed   as  an   ad j u s ted   r ep r esen tatio n   o f   t h in s o l atio n   in p u to   t h m o d u le  r e f er en ce   f o r   o n e - th i r d   p ar tial  s h ad co n d itio n s .   Me an wh ile,   th s ec o n d   an d   th ir d   co n d itio n s   a r in s o latio n   c o n d itio n s   with   d if f er en t   p ar tial  s h ad in g   le v els.  T h e   s ec o n d   a n d   t h ir d   c o n d itio n s   ar e   cr ea ted   s o   th at  t h P - an d   I - ch a r ac ter is tic  g r ap h s   s h o s ev er al  p ea k s   th at  r ep r esen p ar tial  s h ad in g   co n d itio n s   s o   th at   f r o m   th e   to t al  o f   all  p ea k s ,   th e   lo ca l   p ea k   an d   g lo b al   p ea k   ca n   b e   id en tif ied   wh er e   th e   MPP  is   th lo ca tio n   o f   t h o p tim ize d   v o ltag a n d   c u r r en t.     3 . 1 .     M o del o f   div er s ins o la t io ns   Fig u r 5   d em o n s tr ates  P - an d   I - ch ar ac ter is tics   f o r   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n s   with   an   in s o latio n   in p u t   o f   1 , 0 0 0   W ⁄m 2   is   s h o wn   in .   Fig u r 5 ( a)   s h o ws  th at  th test   r esu lts   f o u n d   o n ly   o n p e ak   p o in t   as  th GM PP   f r o m   th u n i f o r m   in s o latio n   in p u t,  th is   is   in f lu en ce d   b y   th s am i n p u in s o latio n   v alu s o   t h at   th o u tp u cu r r en v alu will  b th s am e.   As  i s   k n o wn ,   th P - g r ap h   is   th p r o d u ct  o f   th in p u v o ltag an d   cu r r en t.   Fro m   t h g r ap h   o f   th P - an d   I - c h ar ac ter is tics ,   it  is   also   k n o wn   th at   th p o wer   p r o d u ce d   u n d er   u n if o r m   in s o latio n   c o n d itio n s   b y   MPPT - AOA  is   4 6 4   W   wh i le  MPPT - PS i s   4 2 8   W .   Fig u r 5 ( b )   s h o ws  th at   th test   r esu lts   f r o m   th e   p ar t ial  s h ad in g   in s o latio n   i n p u t   f o u n d   two   p ea k   p o in ts   d ef in e d   as  th e   m ax im u m   p o wer   p o in o r   L MPP  an d   GM PP .   Fro m   th g r ap h ,   it  is   also   s h o wn   th at  th p o wer   p r o d u ce d   d u r in g   h alf - s h ad in g   in s o latio n   co n d itio n s   b y   MPPT - AOA  i s   3 5 3   W ,   wh ile  MPPT - P SO  i s   3 3 0   W .   Fig u r 5 ( c)   s h o ws  th at  th at  th er wer e   th r ee   p ea k   p o i n ts   d ef in ed   as  MPP s   o r   two   lo ca MPPs   an d   1   GM PP .   Fro m   th g r ap h   o f   th P - an d   I - c h ar ac ter is tics ,   it  is   also   k n o wn   t h at  th e   p o wer   p r o d u ce d   d u r in g   in s o latio n   co n d itio n s   o f   o n e - th i r d   o f   th p a r tial sh ad in g   b y   MPPT - AOA  is   2 4 2   W   wh ile  MPP T - PS is   2 3 1   W .             ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r 5 .   P - cu r v r esp o n s o f   PV m o d u le  in   d if f er en t in s o latio n   co n d itio n ; ( a)   u n if o r m   i n s o latio n ,   ( b )   h alf   s h ad ed   in s o latio n ,   a n d   ( c )   o n e - th ir d   s h ad e d   in s o latio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       Mo d ellin g   a n d   s imu la tio n   o ma ximu p o w er p o in t tra ck in g   o n   p a r tia l sh a d ed     ( P r is ma   Meg a n to r o )   1931   W h ile  th s im u latio n   r esu lts   a r p r o m is in g ,   t h p r ac tical  im p lem en tatio n   o f   AOA  in   r ea l - wo r ld   PV  s y s tem s   r eq u ir es  f u r th er   in v es tig atio n .   T h ap p licatio n   o f   A OA - b ased   MPPT  to   p h y s ical  MPPT  co n tr o ller s   p r esen ts   s ev er al  ch allen g es,  in clu d in g   h ar d war r eq u ir e m en t s   an d   co m p u tatio n al  f ea s ib ilit y .   AOA’ s   r ea l - tim im p lem en tatio n   wo u ld   r eq u ir h ig h - s p ee d   m ic r o co n tr o lle r   o r   FP GA - b ased   co n tr o ller   c ap ab le  o f   h an d lin g   th iter ativ o p tim izatio n   p r o ce s s   ef f icien tly .   Mo r eo v e r ,   i n teg r atin g   AOA  with   an   em b e d d ed   s y s tem   wo u ld   n ec ess itate  r ea l - tim s en s o r   d ata  ac q u is itio n   f o r   v o lta g an d   cu r r en tr a ck in g ,   en s u r in g   ac cu r ate   an d   r esp o n s iv MPPT  o p er atio n .   An o th er   cr itical  asp ec is   en er g y   e f f icien cy ,   as  ex ce s s iv co m p u tatio n al  co m p lex ity   co u ld   lead   to   h ig h er   p o wer   co n s u m p tio n   in   th c o n tr o l   u n it,   r ed u cin g   th o v e r all  s y s tem   ef f icien cy .   T h ef f ec tiv en ess   o f   th AOA - b ased   MPPT  tech n iq u was  ev alu ated   ag ain s PS an d   co n v en tio n al   MPPT  m eth o d s   u n d er   d if f e r en p ar tial  s h ad in g   s ce n ar i o s .   Simu latio n   r esu lts   d em o n s tr ate  th at  AO A   co n s is ten tly   o u tp er f o r m s   PS an d   co n v en tio n al  alg o r ith m s   in   ter m s   o f   p o wer   tr ac k in g   ef f icien cy   an d   co n v er g en ce   s p ee d .   Sp ec if ica lly ,   u n d er   h alf - s h ad ed   i n s o latio n   co n d itio n s ,   th AOA  alg o r ith m   ac h iev es  an   ef f icien cy   o f   9 7 . 8 %,  co m p ar e d   to   9 5 . 3 f o r   PS O.   Similar ly ,   u n d er   o n e - th ir d   s h ad ed   in s o latio n ,   AOA  tr ac k s   th GM PP   6 . 5 %   f aster   th an   P SO,  r ed u cin g   p o wer   lo s s   d u e   to   s h ad in g   e f f ec ts .   On k ey   ad v an tag e   o f   AOA  i s   its   co n v er g en ce   ca p ab ilit ies,  b alan ce d   e x p lo r atio n ,   a n d   ex p lo itatio n ,   wh ich   ar e   s p ec if ically   le v er ag ed   f o r   t h MPPT  p r o b lem   to   en h an ce   tr ac k in g   ac c u r ac y   an d   ef f icien c y ,   wh ich   p r ev en ts   th al g o r ith m   f r o m   g ettin g   tr ap p ed   in   lo ca m ax i m a,   u n lik e   tr ad itio n al  tech n iq u es  s u ch   as  P& O.   W h ile  P SO - b ased   MPPT  ex h ib its   r ap id   co n v er g en ce   in   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n s ,   it  s tr u g g les  u n d er   d y n am ically   ch a n g in g   s h ad in g   p atter n s   d u to   its   d ep e n d e n cy   o n   i n itial  p ar am eter   s ettin g s .   T h s tatis tical   an aly s is   co n f ir m s   th at  AOA  m ain tain s   lo wer   v o ltag tr ac k in g   er r o r   d u to   its   d y n am ic  ad ap tatio n   o f   s ea r ch   ag en ts ,   wh ich   allo ws  it  to   e f f ec tiv ely   b alan ce   lo ca an d   g lo b al  s ea r ch   p r o ce s s es,  p r ev en tin g   p r em atu r e   co n v er g en ce   a n d   e n s u r in g   ac cu r ate  GM PP   tr ac k in g ,   en s u r in g   h ig h er   ac c u r ac y   in   MPP  esti m atio n   ac r o s s   v ar y in g   en v ir o n m e n tal  co n d iti o n s .     3. 2 .     Co nv er g ence   a na ly s is   o f   AO A   T o   f u r t h er   an al y ze   th e f f icie n cy   o f   AOA  in   MPPT,   co n v er g en ce   s tu d y   was  co n d u cted   co m p ar in g   th n u m b er   o f   iter atio n s   r eq u ir ed   b y   AOA  an d   PS to   ac h iev s tab le  tr ac k in g   u n d e r   d if f er en s h ad in g   co n d itio n s .   T h co n v er g e n ce   an aly s is   in   Fig u r 6   illu s tr ate s   th ef f ec tiv en ess   o f   th AO A - b ased   MPPT  in   tr ac k in g   th e   GM PP   u n d er   d i f f er en s h ad in g   co n d itio n s .   T h e   r esu lts   s h o th at  AOA  r ap id l y   co n v er g es  to   th e   o p tim al  p o wer   p o in with in   th f ir s 2 0 3 0   iter atio n s ,   d em o n s tr atin g   its   ef f icien c y   in   p o wer   tr ac k in g .     T h tr ac k in g   p r o ce s s   f o llo ws  an   ex p o n e n tial  tr en d ,   wh er e   p o wer   o u tp u i n c r ea s es  s h ar p l y   at  th b eg in n in g   an d   s tab ilizes  as  it  r ea ch es  th e   GM PP .   T h is   r ap id   co n v er g e n ce   is   cr u cial  ad v an tag e,   as  it  m in im izes  en er g y   lo s s es a n d   im p r o v es th r e al - tim ap p licab ilit y   o f   th alg o r ith m .   Ad d itio n ally ,   t h f ig u r e   h ig h l ig h ts   th at  AOA  e x h i b its   m in i m al  o s cillatio n s   o n ce   it  r ea c h es  s tead y - s tate  o p er atio n .   Un lik tr a d itio n al  MPPT  m eth o d s   s u c h   a s   P& o r   PS O,   wh ich   o f ten   s u f f er   f r o m   s lo w   tr ac k in g   o r   p r em at u r co n v er g en ce ,   AOA  ef f icien tly   b alan ce s   ex p lo r atio n   an d   ex p l o itatio n ,   en s u r i n g   s tab le   an d   r eliab le  p o wer   o u tp u t.  T h r esu lts   in d icate   th at  A OA - b ased   MPPT  co n v er g es  3 0 f aster   th an   co n v en tio n al  tech n iq u es,  r ed u cin g   co m p u tatio n al  o v er h ea d   an d   im p r o v in g   p o wer   ef f icien cy .   Fu r th er m o r e ,   th im p ac o f   p a r tial  s h ad in g   o n   p o wer   tr ac k in g   is   ev id en in   th r esu lts .   T h u n if o r m   s h ad in g   s ce n ar i o   ac h iev es  th e   h ig h est  f in al  p o wer   ( 9 9   W ) ,   f o llo wed   b y   th e   h alf   s h ad in g   s ce n ar io   ( 9 8   W )   an d   th o n e - t h ir d   s h ad in g   s ce n ar io   ( 9 5   W ) .   Desp ite  v ar y in g   s h ad in g   lev els,  AOA  s u cc ess f u lly   ad ap ts   to   d if f er en t c o n d itio n s   a n d   o p tim ally   tr ac k s   th GM PP   with   m in im al  p o wer   f lu ctu atio n s .           Fig u r 6 .   T h tr ac k in g   p r o ce s s   o f   AOA  im p lem en ted   in   MPPT  wh ich   m o d eled   in   th r ee   in s o latio n   co n d itio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 9 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   20 25 :   1 9 2 3 - 1 9 3 7   1932   3. 3 .     AO A - M P P T   perf o rma nce  t est   Fro m   test in g   f o r   th t h r ee   in s o latio n   co n d it io n s ,   th e   two   al g o r ith m s   wer c o m p ar e d   b y   t ak in g   in t o   ac co u n s ev er al  p ar a m eter s   an d   r ep r esen tin g   ea c h   co n t r o al g o r ith m s   p e r f o r m an ce .   T ab le   1   th p er f o r m an ce   o f   PS an d   AOA  f o r   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n s   with   STC,  m ed iu m ,   an d   h alf   u n if o r m   in s o latio n .   T h r esu lt  o f   th is   r esear ch   also   co m p ar ed   to   th r esu lt  in   Me g a n to r o   et  a l.   [ 2 3 ]   h av d o n f o r   t h MPPT  tech n iq u f o r   th s am m o d el  s im u latio n   u s ed   GA,   FA,  an d   f r u itfly   o p t im izatio n   alg o r ith m   ( FF A) .   Un d er   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n s ,   MPPT - PS ca n   r ea c h   m ax im u m   p o we r   o f   4 2 8   W ,   clo s to   th p ea k   p o in o f   MPP,  with   tr ac k in g   tim o f   0 . 0 0 2 3   s ec o n d s .   Me an wh ile,   MPPT - AOA  ca n   r ea ch   m o r e   p o wer   th a n   MPPT - PS o f   4 6 4   W   with   tr ac k in g   tim o f   0 . 0 7 8 6   s ec o n d s .   T h r esu lts   s h o cu r r en 7 . 7   %   d if f er en ce   o v er   th p o w er   p r o d u ce d   b y   MPPT - PS an d   MPPT - AOA.   T h en ,   in   h alf - s h ad in g   in s o latio n   co n d itio n s ,   MPPT - PS ca n   r ea ch   m a x im u m   p o wer   o f   3 3 0   W   with   t r ac k in g   tim o f   0 . 0 0 4 5   s ec o n d s .   Me an wh ile,   MPPT - AOA  ca n   s till   ac h iev m o r e   p o wer   th a n   MPPT - PS o f   3 5 3   W   with   tr ac k in g   t im o f   0 . 0 8 4 0   s ec o n d s .   T h r esu lts   s h o ar o u n d   6 . 5 4 d if f e r en ce   b etwe en   th p o wer   p r o d u c ed   b y   MPPT - PS O   an d   MPPT - AOA.       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   r esu lts   b etwe en   AOA  an d   o th er   E As f o r   MPPT   O p t i mi z a t i o n   a l g o r i t h m   U n i f o r m   i n s o l a t i o n   H a l f - sh a d e d   i n so l a t i o n   O n e - t h i r d   s h a d e d   i n so l a t i o n   P mp p   ( W )   Ti me   ( s)   P mp p   ( W )   Ti me   ( s)   P mp p   ( W )   Ti me   ( s)   PSO   4 2 8   0 . 0 0 2 3   3 3 0   0 . 0 0 4 5   2 3 1   0 . 0 0 4 7   A OA   4 6 4   0 . 0 7 8 6   3 5 3   0 . 0 8 4 0   2 4 2   0 . 0 8 9 4   GA   4 6 3   0 . 1 2 8 0   1 5 7   0 . 1 2 2 4   2 4 1   0 . 1 1 9 9   FA   4 6 3   0 . 0 0 8 6   1 5 9   0 . 0 1 0 0   2 4 1   0 . 0 0 8 6   FFO   4 1 1   0 . 0 0 6 1   1 5 9   0 . 0 0 8 4   2 4 1   0 . 0 0 5 7       Fu r th er m o r e ,   u n d er   o n e - th ir d   p ar tial  s h ad in g ,   MPPT - PS ca n   r ea ch   m ax im u m   p o wer   o f   2 3 1   W   with   tr ac k in g   tim o f   0 . 0 0 4 7   s ec o n d s .   Me an wh ile,   MPPT - AOA  ca n   s till   ac h iev m o r p o wer   th an   MPPT - PS O,   2 4 2   W ,   with   tr ac k in g   tim o f   0 . 0 8 9 4   s ec o n d s .   T h is   is   b ec au s th s im u latio n   is   ca r r ied   o u with   s ev er al  in p u t   in s o latio n   v alu es  s tar tin g   f r o m   u n if o r m   i n s o latio n   lev el,   h alf   p ar tial  s h a d in g   in s o latio n ,   an d   o n e - th ir d   p a r tial  s h ad in g   in s o latio n .   T h ese  a f f ec th e   o u t p u v o l tag an d   cu r r en p r o d u ce d   a n d   AOA’ s   ab ilit y   to   f in d   th e   o p tim al  p o i n with   s e v er al  p a r am eter s   th at  a r s p ec if ically   in   th e   ex p l o r atio n   s tag an d   ex p lo itatio n .   Nex t,  th p o wer   ef f icien cy   r esu ltin g   f r o m   MPPT - PS an d   MPPT - AOA  is   ca lcu lated   u s in g   th eq u atio n .     =   × 100   (1 3 )       is   th p o wer   th e   alg o r ith m   t r ac k s   wh ile    is   th ac tu al   o u t p u p o wer f r o m   th ca lcu lati o n   r esu lts ,   th av er ag e   p o wer   ef f icien cy   o f   PS is   9 3 . 4 wi th   an   a v er ag e   tr ac k in g   tim o f   0 . 0 0 3 8   s ec o n d s ,   wh ich   is   s lig h tly   lo n g er   th an   PS O.   S o ,   th MPPT - AOA  r e s u lts   ca n   p r o d u ce   m ax im u m   p o wer   co n s is ten tly   in   all  in s o latio n   co n d itio n s   co m p ar ed   to   PS O.   Ho wev er ,   it  will  also   r eq u ir s lig h tly   lo n g er   tr ac k in g   tim th a n   PS O.   co m p ar is o n   b etwe en   MPPT - PS O   an d   MPPT - AOA   is   ca r r ied   o u b ased   o n   s tan d ar d   MPP  o r   Vm p p   v o ltag v alu es with   Vp s o   a n d   Vao o b tain ed   f r o m   ea ch   alg o r ith m   f o r   ea ch   ty p o f   in s o latio n   co n d itio n .   Fro m   T ab le  2 ,   th s tan d a r d   V m p p   er r o r   with   Vp s o   is   k n o w n .   Un d er   u n if o r m   in s o latio n   c o n d itio n s ,   Vm p p   with   Vp s o   p r o d u ce s   a n   er r o r   v alu e   o f   7 . 7 1 %.  T h en ,   th h alf - s h a d in g   in s o latio n   c o n d itio n   p r o d u ce s   an   er r o r   v alu o f   6 . 5 7 %.  Mo r eo v er ,   u n d er   in s o latio n   co n d itio n s ,   o n e - th ir d   o f   th p ar tial  s h ad in g   p r o d u ce s   an   er r o r   v alu o f   4 . 4 7 %.  W h ile   th s tan d ar d   Vm p p   er r o r   with   Vao u n d er   u n if o r m   in s o latio n   co n d itio n s   p r o d u ce s   an   er r o r   v alu o f   8 . 3 5 %,  th en   u n d er   h alf   p ar tial  s h ad in g   in s o latio n   co n d itio n s ,   it  p r o d u ce s   an   e r r o r   v alu o f   7 . 0 4 %,   an d   th ir d   p ar tial  s h ad in g   i n s o latio n   p r o d u c es  an   er r o r   v alu e   o f   4 . 6 8 %.   So ,   f r o m   th o v er all   er r o r   v al u o f   Vm p p   with   Vp s o ,   an   av er ag e r r o r   o f   6 . 2 5 %   is   o b tain ed .   W h ile  th er r o r   v alu o f   Vm p p   with   Vao is   6 . 6 9 %.  T h is   ca n   b d u to   th co m p lex ity   o f   th p a r am eter s   in   th alg o r ith m   wh e r AOA  h as  m o r co m p lex   al g o r ith m   s tr u ctu r e   th an   PS O,   s o   th is   ca n   ca u s h ig h e r   lev el   o f   s en s itiv ity   to   v a r iatio n s   in   p ar am eter s   an d   o p er atin g   co n d itio n s   s u ch   as  u n if o r m   in s o la tio n   co n d itio n s ,   h alf - s h ad e d   a n d   o n e - th ir d   p ar tial  in s o latio n .       T ab le  2 .   T r ac k in g   e r r o r   an aly s is   b etwe en   MPPT  alg o r ith m s   I n so l a t i o n   c o n d i t i o n   Er r o r   V p s o   ( %)   Er r o r   V a o a   ( %)   U n i f o r m   7 . 7 1   8 . 3 5   H a l f - p a r t i a l   s h a d e d   6 . 5 7   7 . 0 4   O n e - t h i r d   p a r t i a l   s h a d e d   4 . 4 7   4 . 6 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.