Hallo zusammen, bei Solarzellen gibt es ja bekanntlich ein bestimmtes Strom-Spannungs-Optimum. Diese MPPT-Regler schaffen es 'irgendwie', die Solarzellen mit genau der optimalen Last zu belasten, so dass sich die optimale Spannung und damit der maximale Strom einstellt. Aber wie machen sie das? Ich nehmen an, dass es kein Längswiderstand ist, denn der würde ja kostbare Spannung verbraten. PWM kann es auch nicht sein, denn dann wären die Vergleiche zwischen PWM und MPPT in Youtube keinen Sinn machen. Wie funktionieren nun solche MPPT-Regler? Danke für Eure Erklärungen und viele Grüße aus der Eifel Karl Römer
Julian macht ein paar guter Erklärungen dazu: https://www.youtube.com/user/julius256/search?query=MPPT
Es gibt verschiedene Regelmöglichkeiten, die sich im Wesentlichen von der Ermittlung des Optimums unterscheiden. Wenn ich das vorerst ausgrenzen darf, ist es nichts anderes als ein Schaltregler, der den Ausgangsstrom begrenzt. Liefert das Panel nicht mehr genug Leistung um die gerade notwendige Versorgung sicherzustellen, wird der Strom begrenzt. Soetwas geht natürlich nur, wenn die Last ausreichend variabel ist. Es bietet sich an, einen Puffer als Last zu betrachten und den zu füllen. Ist nicht genug Leistung vom Panel abgreifbar, übernimmt der Puffer, ansonsten wird die Leistung aus Panel und Puffer oder nur dem Panel (Puffer voll) bezogen. Der einfachste MPPT-Regler geht von einem statischen Optimum aus, d.h. eine Eingangsspannung wird benutzt, den Ausgangsstrom zu regeln. Es gibt keine Temperaturkompensation (das Optimum verschiebt sich dabei) und die Schaltung ist für genau ein Panel ausgelegt. (Das kann natürlich auch ein Modul mit mehreren Zellen sein.) Aufwändiger wird es, wenn die Temperatur des Panels mit einfließen soll und das anzuschließende Panel irgendeines sein kann. Das Optimum lässt sich dann etwa suchen, in dem die aktuelle Eingangsleistung ermittelt wird (Strom x Spannung) und eine kleine Änderung aufgezwungen wird (bspw. Ausgangsstrom drosseln). Wird die Eingangsleistung nun größer, geht es näher zum Optimum, wird sie kleiner, muss der Strom von Stund an in die andere Richtung korrigiert werden. Eine weitere Möglichkeit ist die kurrzzeitige Trennung des Panels, um die Leerlaufspannung messen zu können. Die hängt linear mit dem Optimum zusammen und ein Stützkondensator übernimmt in der Zwischenzeit (Mikrosekunden) die Versorung. Der Schaltungsvarianten gibt es nun viele, als Buck, als Boost, als SEPIC und auch trickreiche, etwa einen normalen Schaltregler einzusetzen, um die Eingangs- und nicht die Ausgangsspannung zu regeln.
Im einfachsten Fall hat einfach einen DC/DC-Konverter und stellt dessen Tastgrad (angefangen bei 0) immer höher bis die abgegebene Leistung (bzw. bei konstanter Spannung der Strom) kleiner statt größer wird und dreht dann wieder um. Damit pendelt man (ähnlich wie ein Thermostat) um den MPP. Das ist halt maximal billig zu bauen (ein paar opamps) und kommt dem optimum relativ nah. Sowas hab ich auhc irgendwo mal mit nem arduino gesehen um das Konzept anhand von dem Code zu erklären, ich find den Link aber nichmehr...
Max D. schrieb: > Das ist halt maximal billig zu bauen Ist es nicht und es sind auch nicht nur ein paar OpAmps. Wäre es billig, gäbs das in der Kinderüberraschung oder als Schlüsselanhänger. Ein Arduino zur Regelung ist möglich, aber Irrsinn und auch nur, weil die Multiplikation dafür notwendig ist. Ich frug mal wegen »ein paar OpAmps«: Beitrag "Ansteuerung eines (current mode) Schaltreglers für MPPT" Von Maxim Integrated (und auch in einem der Elektor-Juli-Hefte der 200er) wird soetwas gemacht (Schaltregler mit weiteren Eingängen hart ein und ausgeschaltet): https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/484 Die Suche im Forum erzeugt auch eine Menge Treffer.
Ich hab die minimal-Lösung beschrieben wie ich sie mal im Internet gesehen hatte (lang lang ists her xD). Das Design da kam wirklich mit nur ein paar Opamps aus und hat einen Bleiakku geladen indem es den Tastgrad von einem Step-Down so verstellt hat, dass ein maximaler Strom in den Akku geflossen ist (bis zum abschalten bei ~14 V). Ich bin mir sicher der maxim Chip wird das ganze etwas komplexer und professioneller gelöst haben...
Max D. schrieb: > Das Design da kam wirklich mit nur ein paar Opamps aus und hat einen > Bleiakku geladen indem es den Tastgrad von einem Step-Down so verstellt > hat, dass ein maximaler Strom in den Akku geflossen ist (bis zum > abschalten bei ~14 V). Das ist auch relativ einfach, weil die Spannung annähernd konstant ist. Karl-alfred R. schrieb: > Diese MPPT-Regler schaffen es 'irgendwie', die Solarzellen mit genau der > optimalen Last zu belasten, so dass sich die optimale Spannung und damit > der maximale Strom einstellt. Das geht natürlich nur, wenn die Last diese maximale Leistung auch umsetzen oder aufnehmen kann. Ein Akku kann das. Und eine Wasserpumpe. Wir hatten das im Studium mal als Praktikum mit einem 80535 uC für eine Springbrunnenpumpe gebastelt. Da sah man dann so richtig schön, wie sich nach einer Beleuchtungsänderung bzw. Abschattung der Regler wieder an den MPP herangetastet hat und evtl. am Anfang auch mal die falsche Richtung ausprobiert hat. Das war offenbar beeindruckend genug, dass das Ding noch Jahre später als Demoobjekt auf Messen herumstand... ;-)
Vielen Dank für Eure Antworten Kurze Zusammenfassung mit eigenen Worten: Damit das MPPT überhaupt Sinn macht, muss die Leistung, die hinten raus kommt, auch aufgenommen werden können, was bei Akkus und Netzeinspeisung gegeben ist. MPPT ist im Grunde ein geregeltes PWM, wobei vor dem Schalter ein Kondensator als Puffer zwischengeschaltet wird. Der Kondensator wird dann pulsweise entladen, dann wieder aufgeladen, so dass im Mittel die optimale MPP-Spannung am Ausgang der Solarzelle anliegt. Was mir bisher nicht klar war, aber jetzt durch diesen Thread hier klar wurde: Dass das Finden des optimalen Punktes so problematisch und trickreich ist. In einem Youtube-Video wurde in einem Eigenbau MPPT eine Speicherdrossel verwendet. Sehe ich es richtig, dass man je nach Geschmack so eine Speicherdrossel oder einen Kondensator nehmen kann? Sehe ich es richtig, dass man bei konstanter Einstrahlung einfach am Ausgang der Solarzelle einen fetten Kondensator parallelschalten kann und mit einem Mosfet an einem PWM-Generator (z.B. Arduino) und einem Poti für die PWM-Einstellung schon einen MPPT- 'Steller' hätte? Man müsste dann ja nur die mittlere Spannung und Stromstärke messen und so lange am Poti rumregeln, bis die Leistung maximal wird. Könnte man das schon so machen ? Später könnte man im Arduino dann die Regelfunktionen hinzufügen.
Die MPPT Regler die ich kenne benötigen eine Referenzspg. die von der MPP Spannung des Solarmodules abgeleitet ist. Unterhalb(bis) dieser Spannung wird der Strom geregelt, oberhalb ist der Strom konstant und die Spannung steigt an.
Karl-alfred R. schrieb: > Sehe ich es richtig, dass man bei konstanter Einstrahlung einfach am > Ausgang der Solarzelle einen fetten Kondensator parallelschalten kann > und mit einem Mosfet an einem PWM-Generator (z.B. Arduino) und einem > Poti für die PWM-Einstellung schon einen MPPT- 'Steller' hätte? Das ist eine viel zu einfache Sichtweise. Der Trick an dieser "PWM" ist, dass sie immer Teil eines Schaltreglers ist, dessen wichtigster Teil eine Spule ist. In unserem Fall war die Spule diese Induktivität. Du musst dich zum Verstehen der Funktion also unbedingt in die funktionsweise von Schaltreglern einarbeiten...
Hugo schrieb: > Chris schrieb: >> Leistungsanpassung ? > Was ist deine Frage? Warum Frage das war ein Hinweis das es über eine Leistungsanpassung gemacht wird.
Was würde eigentlich passieren, wenn man hinter dem MPPT eine Last anschließen würde, mit zu geringem Widerstand, also das Ding ÜBERlasten würde? Würde die MPPT-Elektronik dann immer noch die maximale Leistung versuchen zu bringen?
Karl-alfred R. schrieb: > Würde die MPPT-Elektronik dann immer noch die maximale Leistung > versuchen zu bringen? Wenn sie entsprechend ausgelegt ist. Der MPPT würde versuchen, die beste Leistung aus der Solarzelle herauszuholen. Was dabei am Ausgang passiert, ist nebensächlich. Dann wird die Spannung am Widerstand eben niedriger...
Karl-alfred R. schrieb: > Was würde eigentlich passieren, wenn man hinter dem MPPT eine Last > anschließen würde, mit zu geringem Widerstand, also das Ding ÜBERlasten > würde? Würde die MPPT-Elektronik dann immer noch die maximale Leistung > versuchen zu bringen? Nur die maximale Leistung die gefordert wird bis die Sicherheitsmechanismen greifen wie Überstrom/Temperatur. Ist die Frage ob der Regler denn sowas auch verbaut hat.
Vielen Dank an euch alle. Ganz grob habe ich das mit dem Kondensator, der Spule und der Diode jetzt glaube ich verstanden. Insbesondere das grobe Schaltbild das Solarbatterieloaders in http://www.zabex.de/site/mpptracker.html Vielleicht noch mal mit meinen Worten: Erst mal lädt das Solarmodul den Kondensator auf. Bei geschlossenem Schalter fließt zunächst ein Strom durch die Spule in den zweiten Kondensator, der sich jetzt auflädt und auch schon durch die Last. Wenn der Schalter öffnet, fließt der Strom über die Spule weiter, allerdings fließt er jetzt über die Last und den zweiten Kondensator nach Masse und von Masse aus über die Diode hinter dem Schalter zurück in die Spule. Ohne diese Diode würde die Spannung stark ansteigen, so wie bei einer Zündspule, deren Primärstrom man unterbricht. In der Zeit lädt das Solarmodul den Kondensator wieder auf. Beim erneuten Schließen des Schalters fließt wieder ein Strom über die Spule in Kondensator 2 und die Last. Die Solarzelle hat am Ausgang einen Sägezahn, dessen Mittelwert dem MPP-Optimum entspricht. Das PWM-Tastverhältnis muss so nachgeregelt werden, dass auch bei ändernder Sonneneinstrahlung und Laständerung immer der optimale MPP-Wert möglichst genau eingehalten wird. Je größer die Kondensatoren und die Spulen, umso geringer ist das Ripple, also umso besser. Ist das korrekt so?
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