Hallo, für eine aktuelle Anwendung möchte ich einen MPPT an einer 45W 17V Solarzelle betreiben. ich habe da aber noch ein paar Probleme mit dem Verständnis der Wirkweise. Ich möchte einen 12V Bleiakku laden, welcher jede Nacht auf rund 25 bis 33% entladen wird. Der MPPT sucht also um etwa 17Volt nach dem Punkt, an dem die Zelle die meiste Leistung abgibt und regelt dann auf welche Ausgangsspannung? Vmtl auf die voreingestellte Ladeschlussspannung? Was passiert, wenn der Akku geladen ist und er nahezu keinen Strom mehr aufnimmt? Was passiert, wenn das Panel völlig verschattet ist? wenn die Ausgangsspannung niedriger ist, als die eingestellte Ausgangsspannung wird einfach direkt durchgeschaltet richtig? wie ist der einfachste Aufbau für solch einen Tracker in Sachen Hardware? Möchte das ganze mit einem kleinen Mikrocontroller wie attiny13 realisieren. Vom Programmcode sollte das sicherlich machbar sein, hab den Grundablauf dazu auch schon gefunden.
Die Maximale Leistung abgeben bedeutet, da die Elektronik ja nichts fuer sich behaelt, automatsch, dass dschon die richtige ausgangsspannung erreicht wird. Das ist in der Tat einer festen Ladeschlussspannung widersprechend. Also rechnet man aufgrund des MPPT algorithmusses einen PWM. Dann, falls die maximale Ausgangsspnnung erreicht wurde, nimmt man den PWM zurueck. Diesem modewechsel muss man sich merken.
Also baue ich einen einfachen Step- Down- Wandler und muss dann in meinem Programmcode bei erreichen der Ladeschlussspannung die Suche nach dem Maximum Power Point beenden?!
Henk schrieb: > Also baue ich einen einfachen Step- Down- Wandler und muss dann in > meinem Programmcode bei erreichen der Ladeschlussspannung die Suche nach > dem Maximum Power Point beenden?! Genau. Wenn Uout < Uout_max, dann MPPT. Ansonsten: Aus oder Erhaltungsladung. Und tu dir einen Gefallen und nimm einen Tiny25 \ 45 \ 85 statt dem Tiny13. Mit Fast-PWM (über 64MHz PLL) kriegst du auch 250kHz oder 125kHz für den Step-Down hin => kleinere Drossel. Und mit dem integriertem 20x ADC-Vorverstärker sparst du dir einen extra OpAmp, oder kommst mit einem viel kleinerem Shunt aus.
Ah ja, das ist eine gute Idee mit dem anderen Prozessor. Bei einem Step- Down schalte ich aber ja zyklich das Solarpanel an und aus? Dann kann doch aber bei einem DutyCycle von 50% die Leistungsausbeute niemals über 50% liegen? ich glaub es fehlt noch ein Stück des Puzzles in meinem Kopf. Nur Panel, Step- Down- Wandler und Akku können nicht reichen.
> Bei einem Step- Down schalte ich aber ja zyklich das Solarpanel an > und aus? Dann kann doch aber bei einem DutyCycle von 50% die > Leistungsausbeute niemals über 50% liegen? Als kleine Denkhilfe: Am Eingang eines Schaltwandlers ist ein Pufferkondensator. Entweder fließt der Strom vom Panel in die Spule (Schalter ein) oder in den Eingangskondensator (Schalter aus). Es fließt aber immer Strom vom Panel in den Schaltwandler.
Achso ja, das hatte ich dann wohlmissachtet, war zu sehr auf die Prinzipschaltung fixiert http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html#down Ich messe also nun den Strom zwischen Eingangelko und Step-Down, sowie die Spannung dort und regele damit den Duty-Cycle Richtung höchster Leistung. Mir ist aber noch immer nicht recht klar, wie sich dann die gewollte Ausgangsspannung einstellt. In den "Prinziperklärungen" über MPPT wird immer nur gesagt, dass die Eingangsleistung die einzig wichtige Größe sei. Wäre es nicht allgemein einfacher einen MPPT als Step-up von einer "12V- Zelle" auf beispielsweise 24V- Akkusystem aufzubauen?
Du kannst das ganze auch von hinten aufziehen: PWM so regeln, dass die
maximale Leistung herauskommt, darauf kommt es ja an.
Die Ausgangsspannung ergibt sich durch deren (nicht lineare) Kennlinie.
Ist eine Art Impedanzanpassung ("match box").
Ein sehr wichtiges (und dennoch oft unbedachtes) Thema bei allen
Wirkungsgrad-Optimierungen, in allen Bereichen der Technik.
Ob du abwärts- oder aufwärts wandelst ist nahezu nebensächlich.
Teil-Abschattung ist ein wichtiger Punkt. Da gibt es sogar eine
patentierte Schaltung (von www.ST.com), die das berücksichtigt. Jedes
Solarmodul hat seinen eigenen Wandler, der so geregelt wird, dass am
Gesamtausgang die maximale Leistung herauskommt.
Das Problem bei normaler Reihenschaltung ist nämlich, dass bei
ungleicher Bestrahlung evtl. ein Großteil der geernteten Leistung im
dunkelsten Modul in Wärme umgewandelt wird.
1. nicht gut für den Gesamtwirkungsgrad
2. gar nicht gut für die Lebensdauer des dunkelsten Modules.
Wird z.B. beim BMW-Werk München verwendet, da dort der benachbarte
Olympiaturm die Module beschattet.
Hat hierfür jemad einen Link (konnte auf die Schnelle nichts finden)?
Ich arbeite erstmal nur mit einem Modul, daher ist das mit der Abschattung recht unproblematisch. Ich will die Schaltung ja auch so einfach und billigst wie irgendwie möglich halten um dann bei Erweiterung um weitere Module je eine Schaltung pro Modul einsetzen zu können und diese alle dann parallel auf einen Akku(satz) wirken zu lassen. Aber das mit der Ausgangsspannung versteh ich leider noch immer nicht ganz. Normale Schaltregler versuchen ja eben gerade eine bestimmte Ausgangsspannung bei unbestimmter Eingangsspannung zu erreichen. Wenn ich nun nur auf Eingangsspannung bzw. Eingangsleistung regele ist der Stromfluss auf der sekundären Seite doch eigentlich "immer" lückend oder?
Meine *Meinung*: P_in ~= P_out bis auf Wirkungsgradverluste. Angenommen, P_in ist konstant, was für jeden kurzen Zeitabschnitt gegeben ist. Dann ist P_in ~= P_out = U_out * I_out. Falls man U_out konstant hält, müsste sich I_out ändern um die Leistung auf zu fangen. Das geht aber nicht, weil I_out = U_out / R_last von der Last abhängig ist und nicht vom MPP bei konstantem U_out geregelt werden kann. Ich würde also U_out regeln, so dass U_out * I_out = U_out^2 / R_last möglichst groß ist. Sozusagen eine Stromquelle, bei der der Strom sich immer ändert, je nachdem wieviel Leistung verfügbar ist. Je nach Last beschränkt man die Spannung noch nach oben.
Hm, da sind die Konstrukteure von MPPT´s aber wohl anderer Meinung. =)
wenn ich mich nicht tierisch verhauen habe, sollte das hier schon ungefähr der entsprechende Code sein?! (gehasstes BASCOM) ######################################################### 'Den verwendeten µC nennen $regfile = "attiny25.dat" 'Angeben mit welcher Frequenz der µC arbeitet $crystal = 1000000 'Ausgänge einstellen Config Portb.4 = Output 'Timer auf PWM-Modus stellen Config Timer1 = Pwm , Pwm = 8 , Prescale = 8 , Compare A Pwm = Clear Down 'Die Timer freigeben Enable Timer1 'Die Timer starten Start Timer1 'Die PWM-Register zuweisen Dcfet Alias Ocr1a 'Pwm- Register vorladen Dcfet = 50 'Variablen definieren Dim Pold As Word Dim Pnew As Word Dim Volts As Word Dim Amps As Word 'Variablen vorladen Volts = Getadc(0) Amps = Getadc(1) Pnew = Volts * Amps Pold = Pnew 'Hauptprogramm Do Volts = Getadc(0) Amps = Getadc(1) Pnew = Volts * Amps If Pnew > Pold Then Incr Dcfet Else Decr Dcfet Pold = Pnew Loop End
Henk schrieb: > wenn ich mich nicht tierisch verhauen habe, sollte das hier schon > ungefähr der entsprechende Code sein? So in etwa. Wg. eingangs- und Ausgangskondensatoren kann es noch nötig sein, die Regelschleife etwas abzubremsen, damit es nicht das schwingen anfängt. => Ausprobieren, ein Sleep oder Delay oder wie auch immer das in Bascom heist in die Schleife. Und für das Ladeende: noch die Ausgangsspannung messen, "If OutVolts>BatteryFull Decr Dcfet"
Das ganze wird noch durch natürliches "beschäftigen des Prozessors" verlangsamt werden. Wenn ich sowas schon drin hab soll er mir auch noch über irgendeinen Bus seine Daten ausgeben können. ;-) Wenn ich grad irgendwelche MosFet- Treiber da hätte würd ich versuchen das ganze schonmal auf Lochraster aufzubauen. Vielleicht jemand ne Empfehlung für nen einfachst- Treiber für den FET?
Hm... eine Frage hab ich doch noch. Nehmen wir an, der Maximalstrom aus dem Panel ist höher als das, was ich dem Akku als Ladestrom zumuten mag aber es gibt zusätzliche (nicht speichernde) Verbraucher am Akku, welche diesen Strom aufnehmen würden. Begrenze ich den Strom in den Akku dann einfach mit einem Vorwiderstand?
Henk schrieb: > Hm, da sind die Konstrukteure von MPPT´s aber wohl anderer Meinung. =) Hallo Henk, kannst du mir sagen was an meinen Gedankengang falsch ist? Ich habe es extra als meine Meinung gekennzeichnet um niemanden auf die falsche Fährte zu locken und um Feedback zu bekommen.
@Anon Dein Gedankengang stimmt schon. Nur ist das einfachste Ersatzbild für einen Akku ein Widerstand mit einer Spannungsquelle Ui. Die Leistung, die vom Akku aufgenommen wird ist dann Ilade*(UAStepdown-Ui) oder Ri*Ilade*Ilade. Ziel ist es hier ja den Akku zu laden. Deshalb wäre es sinnvoll den StepDownWandler so zu regeln dass der Ladestrom maximal wird. Es stellt sich dann auch die maximale Leistung ein. Die Akkuspannung muss, wie Du schon geschrieben hast bei der Ladeschlussspannung begrenzt werden. Der Strom aus dem Panel geht dann langsam gegen Null und der StepDown arbeitet nicht mehr im MPP. Zusätzliche Verbraucherströme könnten mit einem zweiten StepDownController angeschlossen werden.
noname schrieb: > Die Leistung, > die vom Akku aufgenommen wird ist dann Ilade*(UAStepdown-Ui) Natürlich Blödzinn. Muss Ilade*UAStepdown heißen.
Um das ganze also bestmöglich zu betreiben benötige ich getrennte Schaltungen für Akkuladung und Verbraucherbetrieb? Wuaaah das wird ja immer kostenintensiver, da komm ich ja langsam auf Ammortisationszeiten um 2 Jahre. Das gefällt mir irgendwie nicht so recht... Ääh moment mal, glaub ich habe da einen Denkfehler. Wenn ich die Verbraucher nur über den Akku betreibe wird er ja entladen und somit fängt der MPPT sofort wieder an vom Panel Leistung zu holen. Also brauche ich doch gar keinen zusätzlichen Wandler?!
Nachtrag: Und bei einem Step-Down- Converter ist die Masse des Eingangs ja nicht gleich der Masse des Ausgangs?! Bedeutet also, ich darf nicht die Ausgangsspannung mit meinem Mikrocontroller messen?
edit: Das mit den verschiedenen Massen ist natürlich Unfug.
Ich blicke es auch nicht so ganz. Folgende Vorraussetzungen/Annahmen: - PWM Step-Down Converter (eigentlich egal ob up or down) - konstante Ausgangsspannung für den Akku - konstante Last durch Akku - Eingangsstrom wird von Eingangsspannung abhängig gemacht (eben MPP) Mit der PWM kann ich doch nur eine Größe regeln, entweder Ausgangsspannung oder Strom. Aber die Ausgangsspannung muss ja einigermaßen konstant sein. Bräuchte ich da nicht zusätzlich - um die Eingangssparameter für den MPP einstellen zu können - ein zusätzliches Stellglied zur Ausgangsstrombegrenzung? Entweder regele ich mit der PWM die Ausgangsspannung, habe aber keine Kontrolle über den Ausgangsstrom - und somit nicht über die Eingangsleistung... Ah, oder schalte ich den Converter zur Strombegrenzung im Burst-Betrieb, also mal für ein paar PWM-Zyklen an und wieder aus? Hmmm.... klingt nicht so optimal. Gibt's da nicht was schöneres um den Ausgangsstrom zu drosseln?
Rechenbeispiel: MMP: Eingangsspannung StepDownWandler: 17V Strom nach Solarmodulkennlinie sei: 2A Der Akku soll mit maximalem Strom geladen werden und hat momentan 12V. Die erforderliche Ladespannung ist jetzt stromabhängig und stelle sich bei 14V ein. Wenn weiter angenommen wird, dass der Wirkungsgrad des StepDownWandlers 100% ist, können wir bei 14V mit einem Ladestrom von 17V*2A/14V=2,43A rechnen. Die PWM wird so geregelt, dass der Akkuladestrom maximal ist (hier die 2,43A). Ohne StepDownWandler hätten wir nach der Modulkennlinie vielleicht nur 2,2A Ladestrom. Da der Wirkungsgrad des Converters eher bei 90% oder schlechter liegt, sollte man schon genau nachrechnen, ob sich hier ein StepDownWandler lohnt.
Angehängte Dateien:
-
musterkennlinie.gif
20 KB
Naja, bei niedrigen Ladeständen der Akkus lohnt es sich im 2stelligen Watt- Bereich auf jeden Fall, wenn man sich mal die Modulkennlinien anschaut.
Danke @ noname dann habe ich doch etwas verstanden ;) Das Problem bei Bleiakkus ist, dass diese gegen Ladeende nicht mehr viel Leistung aufnehmen: Spannung ~14,4V, I -> 0. Natürlich kann dann hier auch nicht mehr die maximale Leistung aus dem Modul entnommen werden. Ich hatte bei meinen Ausführungen allgemein an MPP gedacht, wie z.B. bei Windgeneratoren. Die Leistung die der Bleiakku nicht braucht könnte man weiterhin verwenden, z.B. für ein Heizelement. @Henk wegen den verschiedenen Massen: Ein stepdown wandler wird extrem einfach, wenn man die lowside schaltet. Das gemeinsamme Potential ist dann Plus. Das Minus als gemeinsame Masse verwendet wird ist nur Konvention. Strom muss sowieso differentiell gemessen werden, Spannung muss dann leider auch differentiell gerechnet werden. Wegen den verschiedenen Wandlern: Braucht man IMO nicht. Der Bleiakku soll ja eh als Puffer verwendet werden. Du kannst ja eine proportionale Unterspannungsabschaltung basteln, die die Ausgangsleistung von deinem zweiten Wandler zwischen 13V - 13,8V linear steuert. Je nach Verbraucher ;)
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