Solarpanel MPPT und Batterieladung

Die Eigenschaften des Solarmoduls IV sind stark nichtlinear; dies führt zu einem Strom-Spannungs-Diagramm mit einem Maximum bei einer gegebenen Spannung Vmpp über dem Panel .

Wie Sie in Ihrer Frage angemerkt haben, ändert sich die IV-Kurve im Laufe der Zeit je nach Lichteinstrahlung und Temperatur, und auch Vmpp ändert sich. Das ist der Grund, warum Methoden zum Verfolgen von Vmpp gesucht werden: So viel Energie wie möglich aus der Quelle, dh dem Panel, herausquetschen .

Zwischen Ihrem Panel und dem Speicherelement (Batterie, Superkondensator) befindet sich eine Ernteschaltung, basierend auf einer (geschalteten) DC-DC-Wandlertopologie (z. B. Boost); In dieser Schaltung sind MPPT-Techniken implementiert, um die Eingangsspannung des Harvesters (dh die Ausgangsspannung des Panels) so nahe wie möglich an Vmpp zu halten . Wenn Sie also auf MPPT abzielen, liegt der Fokus auf der optimalen Leistungsübertragung von der Quelle zum Harvester (was wiederum selbst zu einem gewissen Verlust führt, ja!). Wie RoyC es ausdrückt, ist die optimale Batterieladung eine andere Geschichte.

Vielleicht hilft das folgende Schema: Das Photovoltaikmodul wird als Stromquelle parallel zu einer Diode (die den PN-Übergang darstellt) modelliert. Das Ziel von MPPT ist es, die Spannung V so nahe wie möglich an Vmpp zu halten .

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Zur Verdeutlichung habe ich eine mögliche Implementierung eines Boost-basierten Solar-Harvesters gezeichnet. Der IC, den ich in den Schaltplan eingefügt habe, ist ein Schmitt-Trigger-Komparator, dessen Aufgabe es ist, die Spannung an seinem nicht invertierenden Anschluss so nahe wie möglich an Vref zu halten. Man kann Vref = Vmpp setzen, um unser Ziel zu erreichen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Nun: Wie können wir Vref = Vmpp erzeugen?

Auch in diesem Fall gibt es verschiedene Möglichkeiten: Beispielsweise kann ein zusätzlicher Zeitschaltkreis so ausgelegt werden, dass er die Last des Solarmoduls periodisch trennt, sodass ein Spitzenhalter die Leerlaufspannung Voc des Moduls „erfassen“ kann. Es ist ersichtlich, dass Vmpp unabhängig von den Umgebungsbedingungen normalerweise ein ungefähr konstanter Bruchteil von Voc ist. Indem das Verhältnis Vmpp/Voc bekannt ist, kann ein Spannungsteiler verwendet werden, um Vmpp ausgehend von dem gespeicherten Wert von Voc zu erhalten.

Überlegungen zum Schema oben:

• dies ist nur ein Implementierungsbeispiel: Es ist zu beachten, dass keine externe Steuerlogik erforderlich ist , um den MOSFET ein- und auszuschalten; Stattdessen erfüllt der Komparatorausgang diese Aufgabe, was in Anwendungen sehr nützlich ist, in denen sich energieverbrauchende Mikrocontroller nicht leisten können.
• der Niederleistungskomparator bezieht seine Versorgung aus dem Eingangsanschluss der Erntemaschine; Da dies eine gewisse Schwankung aufweist (hauptsächlich abhängig vom Induktorwert und der Zeitverzögerung des Komparators), kann ein RC-Filter verwendet werden, um es zu glätten.

Andere mögliche Erntelösungen umfassen die Verwendung von Mikrocontrollern, die eine Art „Perturbe & Observe“-Algorithmus implementieren: Wie in einer anderen Antwort gezeigt, werden in diesem Fall die Betriebsbedingungen ein wenig geändert, während die Reaktion der Eingangsleistung überwacht wird.

Ein MPPT-Tracker benötigt 2 unabhängige Spannungen für Eingang und Ausgang. Die Ausgangsspannung ist fest, aber die Eingangsspannung muss variabel und veränderbar sein, indem die Eingangs-"Last" dynamisch geändert wird.

Ihr Tracker muss die Eingangs-"Last" ständig auf und ab bewegen, um die Eingangs-"Last" zu finden, die die meiste Leistung liefert.

Der Algorithmus sollte in etwa so aussehen:

Set input load change direction as +
Loop {
Input load increase/decrease 1 step. 
If output power is greater than before,  set this as new Maximum Power Point. 
Is not, invert input load change direction (if it is + it will become -).  
} 

Die Software ist recht einfach zu implementieren. Der schwierige Teil wird das Hardware-Design sein.