MODELING THE IMPACT OF PARTIAL SHADING ON PHOTOVOLTAIC SYSTEM PERFORMANCE

Abstract

This work studies the effects of shading on the performance of photovoltaic (PV) systems. Shading, whether partial, total, or temporary, can significantly reduce energy production and damage PV modules due to the electrical configuration of solar cells. The study analyzes the different types and sources of shading and their impact on current, voltage, and power generation. Mathematical models, including single- and dual-diode models and the Bishop model, are used to simulate the electrical behavior of shaded cells. A MATLAB/Simulink simulation illustrates how uneven irradiance leads to multiple peak power points and highlights the protective role of bypass diodes. Finally, the thesis presents mitigation strategies such as bypass diodes, microinverters, and optimized panel layouts to minimize shading losses and improve system efficiency. -------------------------------------------------------------------- يدرس هذا العمل آثار التظليل على أداء أنظمة الطاقة الكهروضوئية. يُمكن للتظليل، سواءً كان جزئيًا أو كليًا أو مؤقتًا، أن يُقلل بشكل كبير من إنتاج الطاقة ويُلحق الضرر بوحدات الطاقة الكهروضوئية بسبب التكوين الكهربائي للخلايا الشمسية. تُحلل الدراسة أنواع ومصادر التظليل المختلفة وتأثيرها على التيار والجهد وتوليد الطاقة. تُستخدم نماذج رياضية، بما في ذلك نماذج الصمام الثنائي المفرد والثنائي ونموذج بيشوب، لمحاكاة السلوك الكهربائي للخلايا المُظللة تُوضح محاكاة ماتلاب/سيمولينك كيف يُؤدي الإشعاع غير المتساوي إلى نقاط ذروة طاقة متعددة، وتُسلّط الضوء على الدور الوقائي للصمامات الثنائية الالتفافية. وأخيرًا، تُقدم الرسالة استراتيجيات تخفيفية، مثل الصمامات الثنائية الالتفافية، والعاكسات الدقيقة، وتصميمات الألواح المُحسّنة، لتقليل خسائر التظليل وتحسين كفاءة النظام -------------------------------------------------------------------- Ce mémoire étudie les effets de l’ombrage sur les performances des systèmes photovoltaïques (PV). L’ombrage qu’il soit partiel, total ou temporaire peut considérablement réduire la production d’énergie et endommager les modules PV en raison de la configuration électrique des cellules solaires. L’étude analyse les différents types et sources d’ombrage ainsi que leur impact sur le courant, la tension et la génération de puissance. Des modèles mathématiques, incluant les modèles à une et deux diodes ainsi que le modèle de Bishop, sont utilisés pour simuler le comportement électrique des cellules ombragées. Une simulation sous MATLAB/Simulink illustre comment une irradiance inégale conduit à plusieurs points de puissance maximale et met en évidence le rôle protecteur des diodes de dérivation. Enfin, le mémoire présente des stratégies d’atténuation telles que les diodes de dérivation, les micro-onduleurs et une disposition optimisée des panneaux pour minimiser les pertes dues à l’ombrage et améliorer l’efficacité du système.