Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik MPPT - wie macht der das technisch ?


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von Frank S. (basti2025)


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Hallo zusammen,bin neu hier und hoffe, ich poste hier im richtigen 
Folder.
Beschäftige mich mit MPPT, Solarladeregler und Co und hätte eine 
technische Verständnisfrage. Ein MPPT ist ja technisch ein Step Up/down 
Wandler. Dessen Ausgangsspannung ist vom Tastverhältnis und der 
Eingangsspannung abhängig. Bei der Findung des MPP muss der Tracker ja 
irgendwie die Eingangsspannung durchfahren. Dazu wird wohl das 
Tastverhältnis variiert, aber was passiert oder besser wie wird die 
Ausgangsspannung konstant gehalten oder angepasst. Kann mir das jemand 
erklären?
Danke
Basti

: Bearbeitet durch User
von Uwe S. (bullshit-bingo)


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Frank S. schrieb:
> Ein MPPT ist ja technisch ein Step Up
> Wandler.

Nein, kann genau so gut auch ein step-down sein.

Das Verhältnis zwischen Ein- und Ausgangsspannung wird einfach über das 
korrekte Tastverhältnis des Schaltreglers angepasst. Natürlich mit dem 
MPP der Zelle als Sollwert.

von Michael B. (laberkopp)


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Frank S. schrieb:
> Dazu wird wohl das Tastverhältnis variiert

Ja.

Frank S. schrieb:
> wird die Ausgangsspannung konstant gehalten

Die ist normalerweise ja die Akkuspannung und in dem kurzen Zeitraum als 
konstant anzusehen

Frank S. schrieb:
> irgendwie die Eingangsspannung durchfahren

Na ja, es gibt unterschiedlich gute Algorithmen. Einfach ändert ständig 
das Tastverhältnis um +1% oder -1% und vergleicht mit der Leistung kurz 
zuvor. Sinkt der Ertrag ändert er die Richtung.

So ein einfacher MPPT bleibt aber gerne mal in lokalen Maxima hängen, 
denn teilverschattete Strings, womöglich noch mehrere parallel,,sind 
tückisch.

Bessere machen alle Nase lang ein komplettes Durchfahren des Bereichs 
und springen dann zum Punkt des maximalen Ertrags.

von Flip B. (frickelfreak)


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Einige wechselrichter haben einen Algorithmus, mit dem sie recht schnell 
die eingansseitige kennlinie abscannen können. Der Schaltwandler wird 
dazu mit Maximalem Tastverhältnis angesteuert, so dass der maximale 
Eingansstrom fliesst. Die spannung fällt auf ein Minimum, der 
Schaltwandler wird abgeschaltet. Beim anschliessenden Ladevorgang der 
bekannten eingangskapazität wird die spannung hochfrequent abgetastet 
und somit die kennline geschrieben. Dann geht es wieder einige sekunden 
oder minuten mit dem lokalen trackenden MPP algorithmus weiter, bis 
wieder ein globaler Scan ansteht.

Passiert natürlich alles in Software mittels ADC und Timer.

: Bearbeitet durch User
von Jobst M. (jobstens-de)


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Eine Solarzelle wird eigentlich erst mit Nennspannung dazu fähig 
Leistung abzugeben. Ohne Last ist die Nennspannung auch mit geringer 
Beleuchtung schnell vorhanden.
Ich mache es so, dass ich erst ab Nennspannung die Pulsweite des 
Ladereglers erhöhe. Solange, bis entweder der maximal benötigte Strom am 
Akku erreicht ist, bis die Solar-Spannung wieder unter den Nennwert 
fällt oder die Ladeschlussspannung erreicht ist. Umgekehrt wird die 
Pulsweite wieder gesenkt. Alle Messwerte besitzen Hysteresen und 
Prioritäten und der Pulsweitenbereich ist begrenzt.
Außerdem gibt es Notabschaltwerte, welche bei Überschreitung zu einem 
sofortigen Abschalten führen. Abhängig von der Situation wird dann 
entweder neu gestartet oder komplett angehalten.
Ist die Ladeschlussspannung erreicht und der Mindestladestrom auch, wird 
abgeschaltet. Es wird ein Flag gesetzt, dass der Akku voll ist und erst 
bei unterschreiten einer bestimmten Akkuspannung wird der Ladevorgang 
wieder erlaubt.
Da eine Solarzelle ohne Last gerne mal das doppelte der Nennspannung 
ausgibt, sollte der Eingang dies aushalten können.

Gruß
Jobst

von Michael B. (laberkopp)


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Jobst M. schrieb:
> Da eine Solarzelle ohne Last gerne mal das doppelte der Nennspannung
> ausgibt

Wow, Herr Shockley ist an dir spurlos vorüber gegangen ?

von J. T. (chaoskind)


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Jobst M. schrieb:
> Eine Solarzelle wird eigentlich erst mit Nennspannung dazu fähig
> Leistung abzugeben. Ohne Last ist die Nennspannung auch mit geringer
> Beleuchtung schnell vorhanden

Also kann die Zelle ohne Last schon bei geringer Beleuchtung Leistung 
abgeben. Denn ohne Last erreicht sie die Nennspannung schon bei dunklem 
Licht, und ab Nennspannung ist sie belastbar. :D

von Jobst M. (jobstens-de)


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Michael B. schrieb:
> Wow, Herr Shockley ist an dir spurlos vorüber gegangen ?

Erzähl das den Solarzellen, die ich hier habe. Die haben 12V und ohne 
Last gehen die über 20V.

J. T. schrieb:
> Also kann die Zelle ohne Last schon bei geringer Beleuchtung Leistung
> abgeben. Denn ohne Last erreicht sie die Nennspannung schon bei dunklem
> Licht, und ab Nennspannung ist sie belastbar. :D

Naja, nur hat man dann eben mit Belastung, Last oder Leistung keine 
Nennspannung mehr..
Dafür benötigt man dann Licht. Das sollte aber klar sein.


Gruß
Jobst

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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J. T. schrieb:
> dunklem Licht,

Schearzlichtlampe?

von Michael B. (laberkopp)


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Jobst M. schrieb:
> Erzähl das den Solarzellen, die ich hier habe. Die haben 12V und ohne
> Last gehen die über 20V.

Die sind für 12V Akkus, laden sie bis 14.4V, haben dazu so 16V 
Nennspannung bei Nennleistung und dann 20V im Leerlauf.

von Frank S. (basti2025)


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Danke an alle,ist jetzt klarer geworden aber der Punkt mit der 
Ausgangsspannung ist mir noch nicht ganz klar.Wenn die Eingangsspannung 
nur mittels Änderung des Tastverhältnisses eingestellt und verändert 
wird und die Ausgangsspannung konstant gehalten wird,wie wird dann die 
Ausgangsspannung beim MPPT innerhalb eines Wechselrichters konstant 
gehalten ?

von Michael (michaelp)


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Die Netzspannung ist auch relativ konstant. Das heißt die Impedanz ist 
niedrig. Die 50Hz Sinus machen das ganze nur ein wenig komplexer.

von Michael B. (laberkopp)


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Frank S. schrieb:
> wird,wie wird dann die Ausgangsspannung beim MPPT innerhalb eines
> Wechselrichters konstant gehalten ?

Innerhalb von Wechselrichtern gibt es statt der Akkuspannung die 
Zwischenkreisspannung in Elkos gepuffert.

Erfordert halt mehr know how.

von Paul B. (paule201)


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Fürs bessere Verständnis:
https://www.zabex.de/site/mpptracker.html

von Darius (dariusd)


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Hallo

Michael schrieb:
> Die 50Hz Sinus machen das ganze nur ein wenig komplexer.

Das würde ich als "etwas" untertrieben bezeichnen ;-)

Der Sinus (oder eben oft nicht mehr "reine" Sinus und wie -was- ihn zum 
"Nicht Sinus" macht) ist das was den Wechselstrom und seine Verteilung 
in großen Netzen und wenn es mal höher als 50Hz (HF, "Funk") geht halt 
extrem Komplex, sehr schwer in den Details verständlich  und 
herausvordernd bei "komischen" Fehlern macht.

Man schau sich einfach nur mal einen x beliebigen E-Technik Kurs an:

Die Gleichspannung ist (bis auf seltene Ausnahmen wenn es extrem in die 
Details geht, was aber in Kursen eigentlich nie vorkommt) sehr einfach 
zu verstehen, nutzt recht einfache Mathematik, ist einfach 
nachvollziehbar und schnell abgearbeitet (bei einen 300 Seiten Buch nach 
vielleicht 50 Seiten) und nebenbei eigentlich immer gut erklärt - das 
schafft jeder Autor und Videoproduzent.

Und dann kommt der Wechselstrom...
Die ersten 10 Seiten im hypothetischen 300 Seiten Lehrbuch wo es dann 
damit losgeht sind nahezu immer noch leicht verständlich, logisch und 
nachvollziehbar.

Aber dann kommt es:

Kopf kratzen, meist heftige (üblicherweise unerklärte, das Zahlen und 
Symbole jonglieren, die komischen Zeichen muß man einfach beherrschen... 
na Danke da "wir" natürlich ja alle Abitur gemacht haben und natürlich 
dann auch als Leistungsfach Mathematik gewählt haben...) Mathematik.

Dann kommen die praxisferne "Erklärungen", 1001 Dinge die ungesagt 
vorausgesetzt werden und halt hochkomplexe Sprache und Begriffe dahinter 
- kaum etwas hat eine Alltagslogik  ist vom Bauch heraus verständlich, 
wird in klaren, einfachen Worten - die Worte würden halt einige Seiten 
füllen aber jeden abholen- erklärt.

Es gibt ganz seltene Ausnahmen wo der Autor und oder Videoproduzent das 
verstanden hat und einen die harten Brocken der Wechselstromlehrer 
vernünftig beibringt.

Das habe ich bisher nur bei einen einzigen (Buch) innerhalb eines 
Amateurfunklehrgang, bei mehreren  Videos von Schülern (ehemaligen aber 
immer noch jungen Erwachsenen welche die Realität und Problem nicht 
vergessen haben) für Schüler und erstaunlicher Weise in einen leider 
wieder nur einzigen Buch in der Form "Mathematik und E-Technik" für 
angehende Meister im E-Technik Umfeld vor mir gehabt.

Da haben die Autoren halt ihre Lauscher geöffnet und mal auf die realen 
Klagen, und Verständnisprobleme der "Schüler" und Lernwilligen gehört, 
bzw. gehören zu den sehr wenigen die ihre Vergangenheit nicht vergessen 
haben und aus der Praxis kommen.

Leider schreiben solche Leute nur sehr selten Lehrbücher oder 
Produzieren gute Videos (wobei bei der Schulmathematik es auf der 
Videoseite etwas besser aussieht).


Es bleibt aber dabei:
Wechselstrom (lehre) ist der komplizierteste und teilweise wortwörtlich 
komplexeste Teil der E-Technik  der schon viele den Spaß (vom Hobby und 
der Praxis kommend) wenn es zum Zugang in den Beruf und den Titel kommt 
kaputt gemacht hat.

Oder nein - es ist nicht die Wechselstromtechnik an sich - sondern wie 
(schlecht, abstoßend, theoretisch, mathematikverliebt, praxisfern) sie 
in der Bildung die zu Titel und Abschlüsse führen soll (nicht) 
vermittelt wird.

: Bearbeitet durch User
von Felix B. (e-b)


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von Hans H. (wen_h)


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Paul B. schrieb:
> Fürs bessere Verständnis:
> https://www.zabex.de/site/mpptracker.html

Sehr interessante und informative Seite !

Dort ist u.a. zu lesen, dass für das Tracken des MPP diverse Algorithmen 
existieren. Die meisten haben den Nachteil, dass sie nicht zuverlässig 
funktionieren und insbesondere bei wechselnder Einstrahlung den 
Arbeitspunkt weit weg vom eigentlichen MPP verschieben ... ??

Genau dieses Problem hat mein Tracker und ich weiß bis heute nicht, ob 
das ein Fehler in der Software ist, oder ob dies systembedingt nicht 
besser geht.

Folgendes kann ich berichten: Bei wolkenlosem Himmel und bei Suppe macht 
der Tracker was er soll, am Solarmodul stellen sich stabile 18V ein 
(=MPP). Nun kommen ein paar Wolken und der Tracker beginnt zu "rudern". 
Irgendwann gibt es wieder Sonne pur, aber der Tracker steht jetzt stabil 
bei 16V :-(

Nach 5min, 10min, 15min, 20min purer Sonne steht der Tracker immer noch 
stur bei 16V und das verstehe ich nicht. Ich dachte, der Tracker schaut 
immer mal nach links und nach rechts, ob sich dort vielleicht mehr 
Leistung generieren lässt ... ??

Also Gerät manuell ausschalten, nach dem Einschalten sehe ich wieder 
18V. Die nächsten Wolken lassen aber nicht lange auf sich warten, dann 
sehe ich wieder die altbekannten 16V :-(

Die zentrale Frage wäre nun: geht das nicht besser? Denn laut der oben 
verlinkten Seite ist das Tracking nicht ganz so trivial.

von Flip B. (frickelfreak)


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Billige Software, namhafte Hersteller können das seit >15 Jahren.

Ansonsten könnte es noch sein, dass das Gerät die Leistung über den 
ausgang/zwischenkreis nicht los bekommt und daher gezielt einen 
schwächeren Arbeitspunkt wählt. Normal geht dann aber die Spannung hoch 
und der Strom runter.

Un welches Gerät handelt es sich?

von Hans H. (wen_h)


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Flip B. schrieb:
> Billige Software ...

Da habe ich so meine Zweifel. Ich vermute eher, dass es den perfekten 
Tracking-Algorithmus nicht gibt. Könnte mir denken, dass alle 
Algorithmen irgendwo einen Pferdefuß haben. Nach dem Motto, keine Stärke 
ohne eine Schwäche.

Nebenbei: Wer von euch visualisiert denn permanent den aktuellen MPP und 
sieht, ob sein Tracker vernünftig arbeitet? Die Regel wird sein, dass 
man sein Gerät anstöpselt und wenn die grüne LED leuchtet, ist die Welt 
in Ordnung.

Zum Algorithmus meines Trackers gehört übrigens, alle 20 min. einen 
Reset durchzuführen. Dann stimmt der MPP wieder. Hilft nur nicht viel, 
wenn die nächsten Wolken im Anmarsch sind.

von Michael B. (laberkopp)


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Hans H. schrieb:
> Genau dieses Problem hat mein Tracker und ich weiß bis heute nicht, ob
> das ein Fehler in der Software ist,

Ist es, kauf was ordentliches.

z.B. Victron.

Hans H. schrieb:
> Ich vermute eher, dass es den perfekten Tracking-Algorithmus nicht gibt.

Na ja, alle Nase lang den gesamten Bereich durchzusteppen bringt schon 
den MPPT.

Nachteil ist halt dass vielleicht 1% der Zeit ausserhalb des MPP 
gearbeitet wird und die Anpassung (Blätterrauschen, Schäfchenwolken) 
nicht sofort erfolgt.

von Michi S. (mista_s)


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Hans H. schrieb:
> Bei wolkenlosem Himmel und bei Suppe macht der Tracker

Sollte vermutlich Sonne werden?

> was er soll, am Solarmodul stellen sich stabile 18V ein (=MPP).

Woher weißt Du, daß 18V das Optimum sind, also der Tracker hier das 
macht, was er soll?

> Nun kommen ein paar Wolken und der Tracker beginnt zu "rudern".
> Irgendwann gibt es wieder Sonne pur, aber der Tracker steht jetzt stabil
> bei 16V :-(

Und liefert dabei um wieviel Prozent weniger Leistung?


Hans H. schrieb:
> Ich vermute eher, dass es den perfekten Tracking-Algorithmus nicht gibt.

Den kann es eigentlich prinzipbedingt nicht geben. Je öfter und genauer 
(=langsamer) der komplette Eingangsbereich gescannt wird. umso schneller 
reagiert der Tracker auf Veränderung der Lichtverhältnisse; allerdings 
bleibt dadurch auch weniger Zeit zwischen den Scans über, in denen das 
Maximum geerntet wird.

von Johnny B. (johnnyb)


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Frank S. schrieb:
> MPPT - wie macht der das technisch ?

Von TI gibts den BQ25570, einem Boost-Konverter zum laden einer 
Lithium-Zelle und Abwärtswandler für kleine Solarzellen und 
Peltier-Elemente. Im Datenblatt ist beschrieben, wie bei diesem das MPPT 
funktioniert.
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25570.pdf

Damit kann man übrigens super ein Blue-Pill Board mit STM32 betreiben. 
Aber man sollte bei diesem den LDO Spannungsregler auslöten, weil der 
sonst mehr Strom verbraucht als der Mikrocontroller (war bei meiner 
Applikation wenigstens so).

: Bearbeitet durch User
von Fabian S. (fsasm)


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Von Microchip gibt es mehrere Application Notes zum Thema Photovoltaik. 
Für dich sind AN1521 und AN1211 interessant. Die Algorithmen zum MPPT 
werden auf einem PIC16F realisiert.

- AN1521: Practical Guide to Implementing Solar Panel MPPT Algorithms 
https://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00001521a.pdf
- AN1211: Maximum Power Solar Converter 
https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/OTH/ApplicationNotes/ApplicationNotes/01211B.pdf

von Jürgen (temp1234)


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Die Eingangsspannung ist beim MPPT völlig Wumpe. Was zählt ist die 
Leistung am Ausgang, also Akkuspannung mal Akkustrom. Wenn man die 
Akkuspannung als relativ konstant betrachtet, reicht es völlig aus, wenn 
auf den maximalen Akkustrom geregelt wird. Die Eingangsspannung stellt 
sich dann von selbst ein und ist höchstens fürs Logging oder der 
Verarsche der Unwissenden von Bedeutung.

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