Was ist das Grundprinzip des MPPT-Solarreglers? | Demuda

Mai 19, 2023

Der MPPT-Solarregler ist ein verbessertes Produkt eines herkömmlichen Solarlade- und -entladereglers. Das Kernprinzip des MPPT-Controllers ist Maximum Power Point Tracking. Es kann die Ausgangsspannung von Solarmodulen in Echtzeit erkennen, den maximalen VI-Wert verfolgen und dafür sorgen, dass das System die Batterie mit maximaler Leistungsabgabe lädt. Der MPPT-Regler ist das Gehirn der Photovoltaikanlage und koordiniert die Arbeit von Solarmodulen, Batterien und Lasten.

Der Zusammenhang zwischen der maximalen Leistung, die Solarzellen abgeben können, und der Umgebung ist komplex. Der Formfaktor ist definiert als das Verhältnis der maximalen Leistung der Solarzelle zum Produkt aus Leerlaufspannung Voc und Kurzschlussstrom Isc. In den meisten Anwendungen können FF, Voc und Isc verwendet werden, um die elektrischen Eigenschaften der Photovoltaikzelle unter allgemeinen Bedingungen anzunähern.

Unter bestimmten Betriebsbedingungen hat die Batterie einen Arbeitspunkt und das Produkt aus Strom (I) und Spannung (V) (elektrische Leistung) ist der Maximalwert. Dieser Wert entspricht einem spezifischen Widerstand, der nach dem Ohmschen Gesetz gleich V / I ist. Die Leistung kann mit P = V * I berechnet werden. Im Hauptanwendungsbereich von Photovoltaikzellen können diese näherungsweise als Konstantstromquellen angesehen werden. Zwischen Spannung und Strom der Photovoltaikzelle besteht jedoch eine Funktion ähnlich einer Exponentialfunktion. Gemäß der grundlegenden Schaltungs- und Kalkulationstheorie ist die Ausgangsleistung der Maximalwert, wenn die Steigung der I-V-Kurve (dI/dV) und das Verhältnis von I/V gleich sind, dP/dV = 0, also entgegengesetztes Vorzeichen. Diese Position ist der Maximum Power Point (MPP), der dem Wendepunkt der Kurve entspricht.

Wenn der Lastwiderstand einer Solarzelle R = V/I ist, was der Kehrwert des oben genannten Werts ist, kann sie die maximale Leistung von der Solarzelle abgeben. Manchmal wird dieser Wert auch als „charakteristische Impedanz“ der Solarzelle bezeichnet, wobei es sich um einen dynamischen Wert handelt, der mit dem Sonnenlicht, der Temperatur und der Lebensdauer der Solarzelle zusammenhängt. Wenn der Widerstand kleiner oder größer als dieser Wert ist, ist die entnommene Leistung geringer als die maximale Leistung, sodass die Solarzelle nicht unter den idealsten und effizientesten Bedingungen funktioniert. Beim Maximum Power Point Tracking werden mehrere unterschiedliche Steuerwiderstände oder Logiken verwendet, um den Maximum Power Point zu finden, sodass der Konverter die maximale Leistung aus der Solarzelle ziehen kann.

Um die Batterie aufzuladen, muss die Ausgangsspannung des Solarpanels die aktuelle Spannung der Batterie überschreiten. Wenn die Spannung des Solarpanels niedriger ist als die Spannung der Batterie, liegt der Ausgangsstrom nahe bei 0. Aus Sicherheitsgründen ist die Spitzenspannung (Vpp) des Solarpanels daher bei der Herstellung auf etwa 17 V eingestellt , bei einer Standardeinstellung, wenn die Umgebungstemperatur 25°C beträgt. Bei sehr heißem Wetter sinkt die Spitzenspannung Vpp des Solarpanels auf etwa 15 V, bei kaltem Wetter kann die Spitzenspannung Vpp der Solarenergie jedoch 18 V erreichen.

Vergleichen wir nun die Unterschiede zwischen dem MPPT-Solarregler und dem herkömmlichen Solarregler. Herkömmliche Solarlade- und -entladesteuerungen funktionieren wie Schaltgetriebe. Wenn die Motordrehzahl steigt und sich die Gangposition des Getriebes nicht entsprechend erhöht, wirkt sich dies zwangsläufig auf die Fahrzeuggeschwindigkeit aus. Bei MPPT-Solarreglern werden die Ladeparameter jedoch vor Verlassen des Werks eingestellt. Das heißt, der MPPT-Regler kann den maximalen Leistungspunkt des Solarpanels in Echtzeit verfolgen und so die maximale Effizienz des Solarpanels nutzen. Je höher die Spannung, desto mehr Leistung kann durch maximale Leistungsnachführung abgegeben werden, wodurch die Ladeeffizienz verbessert wird. Theoretisch wird das Solarstromerzeugungssystem mit MPPT-Reglern 50 % effizienter sein als herkömmliche Regler, aber unseren tatsächlichen Tests zufolge kann der Endwirkungsgrad aufgrund von Umwelteinflüssen und verschiedenen Energieverlusten auch um 20–30 % gesteigert werden. .

In diesem Sinne wird der MPPT-Solarladeregler letztendlich den herkömmlichen Solarregler ersetzen.

Die Hauptfunktion des MPPT-Reglers besteht darin, die Gleichspannung und den Ausgangsstrom des Hauptstromkreises zu erfassen, die Ausgangsleistung der Solaranlage zu berechnen und die Verfolgung des maximalen Leistungspunkts zu realisieren. Der Störwiderstand R und der MOSFET sind in Reihe geschaltet. Unter der Voraussetzung, dass die Ausgangsspannung grundsätzlich stabil ist, kann durch Ändern des Tastverhältnisses des MOSFET der durchschnittliche Strom durch den Widerstand geändert werden, wodurch eine Stromstörung erzeugt wird. Gleichzeitig ändern sich auch der Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung der Photovoltaikzelle. Durch Messung der Änderung der Ausgangsleistung und Spannung der Photovoltaikzelle vor und nach der Störung wird die nächste Störungsrichtung bestimmt. Wenn die Störungsrichtung korrekt ist, erhöht sich die Ausgangsleistung des Solarpanels und die nächste Periode stört weiter in die gleiche Richtung. Andernfalls stören Sie in die entgegengesetzte Richtung. Auf diese Weise werden die Störung und die Beobachtung wiederholt, damit die Leistung des Solarpanels den maximalen Leistungspunkt erreicht.

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