Solarzellen-Verständnis von Strom vs. angelegter Spannung

Ich habe über die Theorie von Solarzellen gelesen und einige Schaltungssimulationen mit dem idealisierten Modell von Solarzellen durchgeführt. Aber ich habe immer noch das Gefühl, dass ich einige Probleme habe zu verstehen, wie sich die Solarzelle verhält, und würde gerne einige Dinge überprüfen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mein Verständnis ist, dass die Stromquelle im Solarzellenmodell einen variablen Strom erzeugt, der hauptsächlich von der Bestrahlungsstärke abhängt und von null Ampere bis zum Kurzschlussstrom reicht. Abhängig von der an der Solarzelle anliegenden Spannung fließt ein Teil dieses Stroms nutzlos durch die Diode zurück, während der Rest aus der Solarzelle in den Verbraucher fließt. Die Spannung, bei der der Solarzelle die maximale Leistung entzogen wird, ist der Maximum Power Point.

Meine Frage ist also, wenn ich eine Batterie mit einem geeigneten Unterspannungs- / Überspannungskreis habe und sie direkt an ein Solarpanel anschließe (vorerst jede Sperrdiode ignoriere), dann bestimmt die Spannung an der Batterie die Spannung an der Solarpanel, und etwas Strom fließt von der Solarzelle zur Batterie, solange die Batteriespannung unter der VOC des Panels liegt. Die Strommenge, die in der Batterie fließt, wird durch die IV-Kurve des Solarpanels bei jeder gegebenen Batteriespannung angegeben.

Wenn ich das Solarmodul so auswähle, dass sein maximaler Leistungspunkt bei einer Spannung nahe der Nennbatteriespannung erreicht wird, entzieht die Batterie dem Modul eine angemessene Leistung (nahe dem maximalen Leistungspunkt), ohne dass ein MPPT-Controller erforderlich ist.

Soweit ich weiß, besteht der Hauptnachteil dieses Ansatzes darin, dass die VOC bei geringer Bestrahlung abfallen und den maximalen Leistungspunkt des Panels verschieben, sodass die Batterie bei schlechten Lichtverhältnissen möglicherweise ineffizient (oder überhaupt nicht, wenn die VOC zu stark abfällt) aufgeladen wird. Der VOC hängt auch von der Zelltemperatur ab.

Und ein MPPT-Controller legt eine bestimmte Spannung an das Solarpanel an, um den maximalen Leistungspunkt zu erreichen, indem er dem Panel eine variierende Last zuführt, und regelt diese Spannung dann auf die Spannung, die die Batterie benötigt, damit das Solarpanel dies kann arbeiten effizient bei mehr Lichtverhältnissen und unterschiedlicher Batteriechemie.

Ist mein Verständnis richtig?

Abhängig von der an die Solarzelle angelegten Spannung - was sagen Sie hier? Schlagen Sie vor, dass eine Spannung außerhalb der Fotozelle verwendet wird? Sie stellen die gleiche Behauptung auch noch mindestens zweimal weiter unten auf???
Sie haben so ziemlich in allem Recht, aber ein paar Punkte, die Sie vielleicht nicht ganz zu schätzen wissen, denke ich. Erstens ändern sich Voc und Vmpp nur sehr wenig mit der Bestrahlungsstärke. Es ist in erster Linie die Strömung, die sich ändert. Auch wenn Sie ein Solarpanel an eine Batterie anschließen und die Batteriespannung ziemlich gut angepasst ist, benötigen Sie immer noch einen Laderegler, um eine Überladung der Batterie zu verhindern. Die frühen netzunabhängigen Solarsysteme koppelten typischerweise 36-Zellen-Module mit 12-V-Blei-Säure-Batterien (oder behielten dieses Verhältnis von Zellen pro Volt für 6-, 24- oder 48-Volt-Batterien bei). MPPT bietet solchen Systemen nur geringe Vorteile.
Mit MPPT können Sie Panels an Batterien anpassen, selbst wenn die Batteriespannung nicht in der Nähe von Vmpp liegt. Das ist sein Hauptvorteil.
Andere rufen Sie wegen der Terminologie des "Anlegens von Spannung" an eine Solarzelle an. Ich habe das bemerkt, aber ich glaube nicht, dass es so eine große Sache ist. Sie legen eine Spannung an die Zelle an und sie liefert Strom in diese Spannung. Wenn ich eine Batterie an einen Widerstand anschließe, lege ich eine Spannung an. Aber wenn ich zwei Stromquellen miteinander verbinde, welche legt die Spannung an und welche ist die Last? Aber das ist nur Begrifflichkeit. Ihr Verständnis ist ziemlich richtig.
@mkeith danke, dass du mich in der Terminologie korrigiert hast. Ich habe eine Frage; Sie erwähnen, dass sich die VOC mit der Bestrahlungsstärke nur sehr wenig ändert, aber was ist mit einem bewölkten Himmel, wo die VOC um bis zu 0,1 V pro Serienzelle abnehmen kann (z. B. gemäß diesem Datenblatt ixapps.ixys.com/DataSheet/SM111K06L.pdf ), Das scheint ziemlich wichtig zu sein, wenn ich versuche, beispielsweise eine Li-Ionen-Batterie (3 V bis 4 V) aufzuladen. Bei sechs in Reihe geschalteten Solarzellen könnte sich die VOC beispielsweise von 4,15 V (1000 W/m^2) auf 3,6 V (100 W/m^2) ändern. Oder meinten Sie mit großen 12-V-Batterien, bei denen ein Voltunterschied keine so große Rolle spielt?
@Thomas - Ja, die Spannung fällt bei geringer Bestrahlungsstärke ab - aber die zu diesem Zeitpunkt verfügbare Leistung ist im Vergleich zu höheren Pegeln sehr gering. Selbst bei perfektem MPPT beträgt die Leistung weniger als 10 % der hohen Intensitätsstufe, ebenso wie die integrierte Energie. Wenn die Umgebung so ist, dass ein Großteil der Zeit in diesem Regime verbracht wird, kann es sich lohnen, komplexere Schaltungen oder mehr Zellen in Reihe hinzuzufügen.
Ziemlich knapp. Aber ein einfacher PWM-Controller (nicht MPPT) zwischen ihnen kann zwei Dinge erreichen: Ermöglichen Sie ein höheres Voc-Panel, verwenden Sie PWM, um die Ausgangsspannung auf die Batterie zu senken, und ermöglichen Sie die Ladesteuerung, um Batterieschäden durch Überladung zu vermeiden.
Sehr wenig, wenn die Bestrahlungsstärke um etwa 50 % variiert. Aber bei sehr geringer Einstrahlung, ja, es fällt ab.
Bezüglich "...Strom, der hauptsächlich von der Bestrahlungsstärke abhängt", HALTEN Sie genau dort! Der ICH L in Ihrem Diagramm hängt von der Bestrahlungsstärke ab. Es kommt nicht auf die Belastung an. Der ICH D Und ICH S H Ströme stellen den Teil dieses Stroms dar, der nicht durch den externen Stromkreis fließt. ICH D + ICH S H + ICH = ICH L .

Antworten (1)

Es scheint, als ob Ihr Verständnis ziemlich richtig ist. Es gibt nur eine Klarstellung. Voc und Vmpp sind nur wenig strahlungsempfindlich. Siehe beigefügte Diagramme, die echte DC-Daten von einem Strang in meiner gittergebundenen Solaranlage sind. Der netzgekoppelte Wechselrichter protokolliert Daten in 5-Minuten-Intervallen.

Solarleistungsdiagramme

Wie Sie sehen können, ändert sich Vmpp im Laufe des Tages nicht stark. Und seine Werte für bewölkte und sonnige Tage liegen ziemlich nahe beieinander, alles in allem. Der Abfall in Vmpp an einem sonnigen Tag ist wahrscheinlich eine Widerspiegelung der Paneltemperatur.

Daher ist es in einigen Fällen möglich, eine OK-Installation ohne Verwendung von MPPT zu haben. Um jedoch die Leistung über den gesamten Bereich der Batteriespannungen zu maximieren oder wenn die Batteriespannung nicht nahe an der Vmpp des Solarmoduls liegt, sind MMPT-Laderegler erforderlich.

Generell ist eine Art Laderegler schon allein deshalb erforderlich, um ein Überladen der Batterie zu vermeiden. Es muss aber nicht immer ein MPPT Laderegler sein.

Sie können sich vorstellen, dass wenn ich eine Batteriebank hätte, die aus 75 Lithium-Ionen-Zellen in Reihe besteht, es möglich wäre, sie mit diesem Solarstring ohne MPPT zu laden (solange der maximale Ladestrom und die maximale Spannung eingehalten wurden).
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