Effiziente Energienutzung durch MPPT-Batterieladegerät

Sie müssen zwischen MPPT und dem unterscheiden, was Sie mit der übertragenen Energie machen.

MPPT ist der Prozess, die maximal verfügbare Energie von einer Quelle unter gegebenen Energieeingangsbedingungen zu gewinnen und/oder der Last unter gegebenen Bedingungen maximale Energie zuzuführen. Damit MPPT funktionieren kann, muss die Last bereit sein, alle angebotenen Notfälle zu AKZEPTIEREN.

In den meisten Fällen, wenn die Batterie von einer Solarquelle geladen wird, ist die Energie, die die Batterie aufnehmen KÖNNTE, größer als die verfügbare Energie, und MPPT dient dazu, die Übertragung der verfügbaren Energie zu optimieren.

Wenn sich die Batterie in einem Modus befindet, in dem sie weniger Energie aufnehmen kann, als das Panel optimal zur Verfügung stellen kann, kann MPPT nicht vollständig genutzt werden, da die MAXIMALE LEISTUNG die gewünschte Leistung übersteigt. Dies ist kein "Fehler" des MPPT-Systems, sondern nur eine Eigenschaft der Last.

So:

Zunächst einmal funktioniert die Implementierung von MPPT so, wie ich es verstehe, indem der Widerstand der Schaltung so variiert wird, dass die Ausgangsspannung des Panels * der gezogene Strom am maximalen Punkt der Leistungskurve liegen.

Fast – aber der Unterschied ist entscheidend. Der MPPT-Controller variiert die Last so, dass die Last so viel Leistung wie möglich aufnimmt ODER dass das Panel so viel Energie wie möglich liefert. Dies verändert effektiv den "effektiven" oder dynamischen Widerstand, aber es gibt keinen Widerstand im herkömmlichen Sinne und keine absichtliche Energiedissipation. Die nützlichste Analogie ist, dass ein MPPT-System ein Impedanzübersetzer ist, der Quellen- und Lastimpedanzen anpasst. Dies ist kein vertrautes „Bild“, aber wahrscheinlich näher an dem, was es tut, als viele andere „Metaphern“.

Dann nimmt der Batterieladeabschnitt die vom MPPT-Abschnitt "gegebene" Spannung und senkt sie auf innerhalb des Batterieladespannungsbands (z. B. 13,5-14,5 V für Bleisäure), möglicherweise unter Verwendung eines Abwärtswandlers.

Nein. Die Umwandlung in einen geeigneten Ladezustand ist ein wesentlicher Bestandteil des eigentlichen MPPT-Systems. Der Tiefsetzsteller ist im Wesentlichen ein Impedanzwandler – wir sehen das nur normalerweise nicht so.

Außerdem verwenden die meisten MPPT-Batterieladegeräte, so wie ich es verstehe, die Konstantstrom-Bulk-Charge-Methode, gefolgt von einer Konstantspannungs-Topping-Methode (möglicherweise gefolgt von einer Konstantspannungs-Float-Ladung).

Das Ladeverfahren ist unabhängig von der eigentlichen MPPT-Aktion. Der Konstrukteur entscheidet sich für einen Batterieladealgorithmussatz und der MPPT-Controller passt dann die Ladeanforderung in jeder Phase an die Panelenergie an. CCCV /float / ... sind alle nur "Clients" des MPPT-Prozesses.

Was mich jetzt verwirrt, ist, wie das Ladegerät einen Konstantstrom-Massenladealgorithmus ausführen soll, während es die ihm zugeführte Energie effizient nutzt. Denn wenn das Ladegerät die Ausgangsspannung einfach über einen Messwiderstand so regelt, dass der Ausgangsstrom auf einem vorbestimmten konstanten Niveau bleibt, hängt diese Spannung von den Batterieeigenschaften und dem Ladezustand ab, so dass die Batterieladeleistungskurve im Wesentlichen für einen festen Wert festgelegt ist aktuell.

Wie oben, damit MPPT funktioniert, muss die Energie, die verwendet werden KÖNNTE, größer sein als die verfügbare Energie. MPPT stellt dann so viel wie möglich zur Verfügung.
Beim Laden von LA (Blei-Säure)-Batterien über das Stromnetz wird die Wahl der Laderate normalerweise durch Batteriefaktoren oder Kosten bestimmt. Beispielsweise kann ein Batterieladegerät für den Haushalt maximal 2 A liefern, wenn aus Kostengründen 10 A akzeptabel wären. Aber in einem entworfenen System, wo die Kosten wichtig, aber zweitrangig sind, kann eine Entscheidung getroffen werden, maximal C/5 oder C/10 oder was auch immer zu berechnen. Angenommen C/10 für ein Beispielsystem. Wenn das gleiche System mit einer Solarquelle verwendet wird und die Solarquelle mehr als C/10 liefern kann, wird MPPT nicht vollständig genutzt. Aber wenn das PV-System ungefähr C/15 liefern kann, dann ermöglicht MPPT, I so hoch wie möglich einzustellen, ohne C/10 zu überschreiten.

SO

Was also, wenn der MPPT plötzlich mehr Leistung liefert? Wird es verschwendet? Was ist, wenn der MPPT weniger Strom produziert? Wird der Konstantstrom nicht so konstant?

Wie oben, wenn MPPT mehr als C/10 unter CC-Bedingungen liefern kann, wird ja nicht die gesamte verfügbare Energie verbraucht - wenn es keine andere Verwendung für die Energie gibt, IST sie "verschwendet".

Wenn es so etwas wie ein MPPT-Ladegerät mit konstanter Spannung gibt (was für mich in dieser Situation sinnvoller ist), wie würde der Übergang von der Hauptladung zur Topping-Ladung bei sich ändernden Bedingungen (Änderung des Stroms) durchgeführt? Eine Plateauerkennung wäre beispielsweise unmöglich.

Auch hier liegt es am Konstrukteur des Batterieladegeräts. Es gibt kein "MPPT-Ladegerät" an sich - es gibt nur ein Ladegerät, das MPPT verwendet, um so viel Energie wie möglich zu erhalten. Wenn ein Ladegerät eine CV-Ladung implementiert, würde es in einer bestimmten Situation eine bestimmte Energiemenge benötigen. Wenn dafür genügend Energie vorhanden ist, ist CV bei der gewählten V nicht möglich, ABER MPPT liefert so viel Energie wie möglich. Wenn MPPT den gesamten Bedarf decken kann, wird etwas Energie "verschwendet".

Ein wenig genutzter, aber sinnvoller Umgang mit überschüssiger Energie besteht darin, sie in irgendeiner Form zum Heizen zu nutzen. Dies kann Warmwasserbereitung, Raumheizung, Obsttrocknung oder was auch immer sein. Eine Heizungslast ist nahezu 100 % effizient (mit Verlusten in Versorgungsleitungen und Anschlüssen, die Wärme erzeugen, die möglicherweise nicht nützlich ist). Wenn die Wärme nützlich ist, ist sie ein hervorragendes Mittel, um ansonsten „verschwendete“ Energie zu nutzen. Beachten Sie, dass dies für Energie gilt, die direkt von einem PV-Panel bezogen wird. Sie gilt nicht direkt für Energie, die in einer Batterie usw. gespeichert wurde, da auch Zykluslebensdauer und Umwandlungseffizienz und andere Faktoren gelten.

Aber wie kann ein Konstantstrom-Ladealgorithmus (der Stunden dauern kann) bestimmt werden, wenn die zukünftigen Bedingungen unbekannt sind? Entweder ist es kein Konstantstrom oder das Ladegerät muss einen Fehlerspielraum lassen und verschwendet dadurch viel Strom.

Konstantstrom wird angelegt, bis Vbattery einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Icc ist normalerweise das MAXIMAL, das aus irgendeinem Grund zulässig ist. Wenn weniger verfügbar ist, dauert es einfach länger, bis Vmax erreicht wird.

Imax in einem Netzsystem wird normalerweise durch Batteriefaktoren und Kosten festgelegt, und Imax_actual wird normalerweise gleich Imax_design sein.
In einem PV-System mit begrenzter Energie ist I_right_now normalerweise < I_max_allowed und MPPT kann helfen.
Wenn I_max_possible_now normalerweise > I_CC_Max ist, verschwenden Sie Geld mit MPPT. –

Wenn der MPPT in einem Konstantstrom-Ladesystem in der Lage ist, genug Strom zu erzeugen, um diesen Strompegel zu erreichen, ist alles in Ordnung, aber wenn plötzlich Wolken zwischen Sonne und Panel ziehen und nicht genug Strom vorhanden ist, um diesen Strompegel aufrechtzuerhalten , es fällt offensichtlich ab. Aber was hält das „intelligente Ladegerät“ davon? Es kann so aussehen, als hätte der Akku plötzlich genug. Irgendwelche Ideen, wie MPPT-Ladegeräte mit dieser Situation umgehen könnten?

Dies sollte im CC-Modus kein Problem sein - wenn Vbattery < Vmax ist, liefern Sie den Strom, den Sie können, und fahren fort. MPPT funktioniert in diesem Fall – es nimmt die verfügbare PV-Energie, passt die Lastimpedanz an, um die Panelleistung zu maximieren, und versorgt dann das Ladegerät so mit Strom, dass der Strom maximiert wird.

Ich habe konstante Spannung und Strom mit dem letzten Teil dieses Kommentars darüber verwechselt, dass es so aussieht, als ob die Batterie genug hätte. Aber die Frage bleibt. Sie sagen, wenn das MPPT mehr Leistung liefern kann, wenn es nötig ist, dann tut es das, und deshalb ist es so nützlich. Aber was ist mit der Stabilität der Ladegerät-Feedback-Informationen, wenn sich sowohl Strom als auch Spannung im gesamten Laden ändern? Muss ein Ladegerät nicht eine schöne stetige Kurve aufbauen, um zu wissen, wo es ist? Mein Netzladegerät braucht dafür am Anfang 10min.

Du brauchst mehr arkane Fähigkeiten - schwarze Magie ist im Spiel :-).
Sie stellen Fragen zu mindestens zwei Themen, die im Wesentlichen unabhängig, aber in vielen Anwendungen eng miteinander verbunden sind.
Q1 ist „Was macht MPPT“ und ist oben ausreichend abgedeckt.

Die zweite Frage lautet: „Welchen Algorithmus soll ich verwenden, um diese Batterie angesichts einer variablen Energieversorgung aufzuladen, die manchmal nicht so viel Energie liefern kann, wie ich erhalten kann?“. Ich gehe davon aus, dass sich dies alles auf ein "12-V" -Blei-Säure-System bezieht, da Sie dies erwähnen. Ich habe (zu) viel mit kleinen Solar-NimH-Ladevorgängen gespielt und arbeite derzeit an kleinen Solar-LiFePO4-Ladevorgängen. Ich habe weniger Solar-LA-Erfahrung, aber die Anforderungen an die Chemie überschneiden sich etwas.

Im CC-Modus kann MPPT nützlich sein. Auch beim Start von CC, aber wenn ich fällt, wird ein Stadium erreicht, in dem PV ohne MPPT auskommt. Wenn Sie den Regler vorübergehend unterbrechen und er PV-bewusst ist, ist es in den meisten Fällen einfach, dort weiterzumachen, wo Sie aufgehört haben. CC ist einfach.

Ein Ladegerät im CC-Modus sollte nicht verloren gehen und sollte nicht viel Mühe oder Zeit benötigen, um festzustellen, dass CC erforderlich ist - AUSSER wenn der Hersteller etwas Ungewöhnliches oder "Fantastisches" tut oder vorgibt zu tun oder vorgibt, etwas zu tun.

Ich weiß nicht, was Ihr Netzladegerät tut oder warum - Modell und Link wären nützlich.
LA CCCV-Grundladung ist relativ einfach. Hersteller können Analysen oder Konditionierungen oder obskure Hoffnungen hinzufügen, und man muss wissen, was sie zu erreichen sagen.
In den meisten Fällen, wenn Vbat > Vmin_normal ist, können Sie bei definiertem CC starten. Wenn Sie die Batteriekapazität nicht kennen, wissen Sie nicht, was CC_max ist, und sie können die Kapazität ermitteln, indem sie zu Beginn deltaV oder was auch immer betrachten, indem sie verschiedene Standardströme anwenden und sehen, wie sich die Spannung ändert.

Sobald Sie Vmax erreichen und CV eingeben, ist die Batterie für den Strom verantwortlich.
Wenn der Controller entscheidet, dass Iccv auf ein Zielniveau gefallen ist oder die maximal zulässige Ladezeit abgelaufen ist, kann er den Ladevorgang beenden oder eine Topping-Ladung anwenden – aber auch hier ist die Batterie für den Strom verantwortlich.

CV ist ein Problem, wenn niedrige Sonne dazu führt, dass Ichg unter Itterminate fällt oder wenn Sie mit der Batterie spät im C-Ladezyklus "aufwachen" und die Sonnenenergie niedrig ist. Das heißt, die niedrige Sonnenenergie kann Ichg unter CV reduzieren, sodass es unter Vterminate fällt, aber ein wenig Timing-Intelligenz und ein Bewusstsein für den Zustand der verfügbaren Energie werden wahrscheinlich ausreichen. Wenn Sie zB 30 Minuten im CV-Modus waren und es normalerweise ~= 4 Stunden dauert und die Sonnenenergie abstürzt oder die Nacht hereinbricht, können Sie Entscheidungen treffen, den Zyklus als unvollständig zu betrachten, obwohl Ichg < Iterminate ist.

Wenn ich mich jedoch nicht irre, muss beim Massenladen mit konstantem Strom die Stromeinstellung (dies wird jedoch wahrscheinlich durch das Batteriedatenblatt bestimmt) geringer sein als der erwartete durchschnittlich verfügbare Strom (für einen bestimmten Leistungspunkt auf der Ladespannungskurve ) andernfalls wird es schwierig sein, diese Strömung bei wechselnden Wetterbedingungen aufrechtzuerhalten. Das bedeutet nun, dass das Ladegerät in der Lage sein muss, mehr Leistung zu liefern, als die Batterien vernünftigerweise aufnehmen, was bedeutet, dass das System immer noch Leistung verschwendet (möglicherweise unvermeidlich). – William vor 1 Stunde

" ...wenn ich mich nicht irre ..." -> Du bist :-).
Oder Sie liegen nicht falsch, wenn Sie es als ERFORDERLICH definieren, KONSTANTE Strom-CC-Massenladung zu haben - aber es ist fast nie ERFORDERLICH, dies zu tun.
Wenn Sie sich entscheiden, dass Sie zB 2000 Zyklen aus einer Batterie herausholen möchten und dies zu tun ist, zB C/12.3456 oder was auch immer aufzuladen, und sonst nichts, dann ist die einzige Möglichkeit, dies mit Sicherheit in einem solarbetriebenen System zu erreichen, um sicherzustellen, dass es niemals Stürme oder Wolken (oder Nächte) gibt.
ABER in den meisten Fällen ist CC Imax (wie ich oben sagte) keine spezielle magische Zahl, die genau eingehalten werden muss, sondern eher ein Maximum, das aus (normalerweise) Gründen der Batteriegesundheit festgelegt wird. Es ist unwahrscheinlich, dass, wenn Sie entscheiden, dass 12 A maximal ist, die Verwendung von 8 bis 12 & variieren und gelegentlich 2 A oder 0 A Schaden anrichten wird. Das Ende des CC-Ladens wird fast nie durch Timer und Berechnung festgelegt, sondern dadurch, dass die Batterie eine gewünschte Spannung erreicht. Es ist normalerweise kein Problem, etwas länger als das absolute Minimum zu brauchen, um dorthin zu gelangen.

| Ein Bereich, in dem es erforderlich ist, mindestens etwas Imin zur Verfügung zu haben, ist die Bereitstellung einer Topping-Ladung, bei der die PV möglicherweise nicht mehr in der Lage ist, genügend I bei erhöhtem V bereitzustellen, und Sie möglicherweise in der Lage sind, die Batterie für immer unter der erforderlichen Rate aufzuladen und niemals abzuschließen die Ladung. Ich habe genau dieses Problem in Systemen mit sehr geringer PV-Kapazität im Verhältnis zur Batteriekapazität gesehen. –