Maximum Power Point Tracking ist eine Technik, netzgekoppelte Wechselrichter, Solar-Ladegeräte und ähnliche Geräte benutzen, um die maximal mögliche Leistung aus einem oder mehreren Photovoltaikanlagen, Sonnenkollektoren in der Regel erhalten, obwohl optische Kraftübertragungssysteme können aus ähnlichen Technologie profitieren. Solarzellen mit einer komplexen Beziehung zwischen Sonneneinstrahlung, Temperatur und Gesamtwiderstand, der eine nicht-lineare Ausgangseffizienz, basierend auf der IV-Kurve ausgewertet werden können produziert. Es ist der Zweck der MPPT-System, um die Ausgabe der Zellen zu probieren und wenden Sie die richtigen Widerstands um maximale Leistung für alle Umweltbedingungen zu erhalten. MPPT Vorrichtungen werden typischerweise in ein elektrisches Leistungswandlersystem, das Spannungs- oder Stromwandlung, Filterung und Regulierung zum Ansteuern verschiedener Lasten, einschließlich Stromnetz, Batterien oder Motoren bietet integriert.

• Solar-Wechselrichter wandeln den Gleichstrom in Wechselstrom und kann MPPT nehmen: wie Wechselrichter probieren Sie die Ausgangsleistung von der Solarzelle und Anwendung der richtigen Widerstand, um maximale Leistung zu erhalten.
• MPP ist das Produkt aus der MPP-Spannung und MPP-Strom: einige Sonnenkollektoren haben eine höhere Maximalleistung als andere.

I-V-Kurve

Photovoltaik-Zellen haben eine komplexe Beziehung zwischen ihrer Betriebsumgebung und der maximalen Leistung, die sie produzieren können. Der Füllfaktor FF abgekürzt, ist ein Parameter, der die nicht-lineare elektrische Verhalten der Solarzelle charakterisiert. Der Füllfaktor ist definiert als Verhältnis der maximalen Leistung von der Solarzelle zu dem Produkt aus Leerlaufspannung Voc und Kurzschlussstrom Isc definiert. In Tabellendaten wird oft verwendet, um die maximale Leistung, die eine Zelle mit einer optimalen Last unter gegebenen Bedingungen bieten zu schätzen, P = FF * * Voc Isc. Für die meisten Zwecke sind FF, Voc und Isc genügend Informationen, um eine nützliche Näherungsmodells des elektrischen Verhaltens einer photovoltaischen Zelle unter typischen Bedingungen ergeben.

Für jeden gegebenen Satz von Betriebsbedingungen, Zellen einen einzigen Betriebspunkt, wo die Werte des Stroms und der Spannung der Zelle führt zu einer maximalen Ausgangsleistung. Diese Werte entsprechen einem bestimmten Lastwiderstand, der gleich V / I, wie durch das Ohmsche Gesetz. Die Leistung P ist durch P = V * I angegeben. Eine photovoltaische Zelle, für die Mehrheit der Nutzungskurve, wirkt als Konstantstromquelle. Zumin MPP Region eine photovoltaische Zelle ist, hat seine Kurve jedoch eine näherungsweise exponentieller Beziehung zwischen Strom und Spannung. Von Grundschaltungstheorie wird die Leistung von oder zu einer Vorrichtung geliefert optimiert wobei die Ableitung dI / dV der IV-Kurve entspricht und gegenüber dem I / V-Verhältnis. Dies ist als der Punkt maximaler Leistung bekannt und entspricht dem "Knie" der Kurve.

Eine Belastung mit dem Widerstand R = V / I gleich dem Kehrwert dieses Wertes zeichnet die maximale Leistung aus dem Gerät. Dies wird manchmal als das "charakteristische Tragfähigkeit" der Zelle. Dies ist eine dynamische Größe, die sich in Abhängigkeit der Höhe der Beleuchtung, als auch andere Faktoren, wie Temperatur und dem Alter der Zelle abhängig. Wenn der Widerstand höher oder niedriger als dieser Wert ist, wird die verbrauchte Leistung kleiner als die maximal zur Verfügung stehen und damit die Zelle nicht effizient verwendet, da es sein könnte. Maximum Power Point Tracker nutzen verschiedene Arten von Steuerkreis und Logik, um diesen Punkt zu suchen und so, damit der Wandlerschaltung, um die maximale Leistung zur Verfügung aus einer Zelle zu extrahieren.

Klassifikation

Steuerungen in der Regel nach einem von drei Arten von Strategien, um die Leistung von einer Anordnung zu optimieren. Maximum Power Point Tracker kann verschiedene Algorithmen zu implementieren und zwischen ihnen auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Arrays.

Stören und beobachten

Bei diesem Verfahren wird der Regler die Spannung um einen kleinen Betrag von der Anordnung und Maßnahmen Leistung; wenn die Leistung erhöht, weitere Anpassungen in dieser Richtung versucht werden bis die Stromversorgung nicht mehr erhöht. Dies nennt man die stören und beobachten Methode und ist am häufigsten, obwohl diese Methode kann in Schwingungen der Leistung führen. Es wird als ein Steigverfahren bezeichnet, weil es auf dem Anstieg der Kurve der Macht gegen die Spannung unter den maximalen Leistungspunkt, und dem Fall über diesem Punkt hängt. Stören und zu beobachten, ist die am häufigsten verwendete MPPT Verfahren ist aufgrund ihrer einfachen Implementierung. Stören und beobachten Verfahren kann in der obersten Ebene Effizienz führen, vorausgesetzt, dass eine ordnungsgemäße prädiktive und adaptive Steigstrategie verabschiedet.

Inkrementelle Leitwert

In der inkrementellen Konduktanz Verfahren die Steuerung misst inkrementellen Änderungen in der Anordnung von Strom und Spannung, um den Effekt einer Spannungsänderung vorherzusagen. Dieses Verfahren erfordert mehr Berechnung in der Steuereinheit, kann aber sich verändernden Bedingungen schneller als die perturb verfolgen und zu beobachten Methode. Wie der P & amp; O-Algorithmus, kann es Schwingungen im Ausgangsleistung zu erzeugen. Dieses Verfahren nutzt die inkrementelle Leitwert der Photovoltaikanlage, um das Vorzeichen der Änderung der Leistung in Bezug auf Spannung zu berechnen.

Die inkrementelle Leitfähigkeit Methode berechnet den maximalen Leistungspunkt durch Vergleich der inkrementellen Leitwert zum Array Leitwert. Wenn diese beiden dieselben sind, ist die Ausgangsspannung der MPP-Spannung. Der Regler hält diese Spannung, bis die Bestrahlung ändert und das Verfahren wird wiederholt.

Aktuelle Sweep Method

Die aktuelle Sweep-Methode verwendet ein Sweep-Wellenform für die PV-Strom, so dass die IV-Kennlinie des PV-Generators wird erhalten und in festen Zeitabständen aktualisiert. Der maximale Leistungspunkt-Spannung kann dann aus der Kennlinie in den gleichen Intervallen berechnet werden.

Konstantspannung

Der Begriff "Konstantspannung" in MPP wird verwendet, um verschiedene Techniken von verschiedenen Autoren, eine, in der die Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert unter allen Bedingungen und eines, in dem die Ausgangsspannung geregelt wird, basierend auf einem konstanten Verhältnis zur geregelten beschreiben gemessene Leerlaufspannung. Die letztere Technik ist dagegen als "Leerlaufspannung" Methode von einigen Autoren bezeichnet. Wenn die Ausgangsspannung konstant gehalten wird, gibt es keinen Versuch, den Punkt maximaler Leistung zu verfolgen, so dass es nicht ein Maximum Power Point Tracking-Technik in einem strengen Sinn, obwohl es hat einige Vorteile in Fällen, wenn die MPP-Tracking neigt dazu, scheitern, und somit ist es manchmal verwendet wird, um eine MPPT Verfahren in jenen Fällen ergänzen.

In der "Konstantspannung" MPPT Verfahren ist die Leistung an die Last geliefert kurzzeitig unterbrochen und die Leerlaufspannung mit Nullstrom gemessen. Der Controller nimmt dann den Betrieb mit der Spannung in einem festen Verhältnis gesteuert wird, wie beispielsweise 0,76, der Leerlaufspannung VOC. Dieser ist in der Regel ein Wert, der bestimmt worden ist, um die maximale Leistung Punkt sein, entweder empirisch oder modellbasiert, für die zu erwartenden Betriebsbedingungen. Der Arbeitspunkt des PV wird somit in der Nähe des MPP durch Regulieren der Anordnungsspannung und Abgleichen mit der festen Referenzspannung Vref = kVOC gehalten. Der Wert von Vref kann auch gewählt werden, um eine optimale Leistung in Bezug auf andere Faktoren als auch den MPP zu geben, aber die zentrale Idee bei dieser Technik ist, dass Vref wird als ein Verhältnis von VOC bestimmt.

Einer der inhärenten Annäherungen an die "konstante Spannung" ratio Verfahrens ist, dass das Verhältnis der MPP-Spannung an VOC ist nur annähernd konstant, so dass es Raum für weitere Optimierungsmöglichkeit.

Methodenvergleich

Sowohl zu stören und zu beobachten, und inkrementelle Leitfähigkeit, sind Beispiele für "Bergrennen" Methoden, die das lokale Maximum der Leistungskurve für den Betriebszustand des Arrays zu finden, und so ein den tatsächlichen Punkt maximaler Leistung.

Die stören und beobachten Methode kann Schwingungen der Leistung um den Punkt maximaler Leistung auch unter stationären Beleuchtung zu erzeugen.

Die inkrementelle Leitfähigkeit Methode hat den Vorteil gegenüber dem stören und beobachten Methode, die es den Punkt maximaler Leistung ohne Oszillieren um diesen Wert zu bestimmen. Es kann Maximum Power Point Tracking unter schnell variierenden Bestrahlungsbedingungen mit höherer Genauigkeit als die stören führen und beobachten Methode. Allerdings kann die inkrementelle Leitwert Verfahren Schwingungen produzieren und unregelmäßig unter sich rasch verändernden atmosphärischen Bedingungen durchführen können. Der Rechenzeit aufgrund einer Verlangsamung der Abtastfrequenz von der höheren Komplexität des Algorithmus gegenüber dem P & amp resultierende erhöhte; O-Verfahren.

In der Konstantspannungsverhältnisverfahren wird der Strom aus der Photovoltaikanlage muss auf zeitig Null bis zur Leerlaufspannung zu messen und erst danach auf einen vorbestimmten Prozentsatz der gemessenen Spannung, in der Regel etwa 76% eingestellt. Energie kann während der Zeit der Strom wird auf Null gesetzt verschwendet werden. Die Annäherung von 76% als MPP / VOC-Verhältnis ist aber nicht unbedingt richtig. Obwohl einfach und kostengünstig zu implementieren, die Unterbrechungen zu reduzieren Array Effizienz und stellen nicht sicher, der Suche nach dem eigentlichen Punkt maximaler Leistung. Jedoch können Wirkungsgrade von einigen Systemen über 95% zu erreichen.

MPPT Platzierung

Traditionelle Solarwechselrichter führen MPPT für ein ganzes Array als Ganzes. In solchen Systemen der gleiche Strom durch den Wechselrichter bestimmt, durchströmt alle Panels in der Zeichenkette. Weil verschiedene Paneele verschiedene Kurven IV und unterschiedliche MPPs Diese Architektur bedeutet, dass einige Platten werden unter den MPP die Durchführung, was zu einem Verlust an Energie.

Einige Unternehmen sind jetzt Platzierung Spitzenleistungspunkt-Wandler in einzelne Platten, so dass jeder, um mit maximaler Effizienz trotz unebenen Schattierung zu betreiben, Verschmutzung oder elektrische Fehlanpassung.

Daten legen nahe, mit einem Wechselrichter mit einem MPPT für ein Projekt, nach Osten und Westen ausgerichtete Module stellt keine Nachteile im Vergleich zu den mit zwei Wechselrichtern oder einem Wechselrichter mit mehr als einem MPPT. "Efficient Ost-West-Oriented PV-Anlagen mit einem MPP-Tracker hat, "Dietmar Staudacher 2011

Betrieb mit Batterien

In der Nacht kann ein Off-Grid-PV-Kraftsystem Batterien verwenden, um Lasten zu liefern. Obwohl der vollständig geladenen Akku-Spannung kann der Nähe der Maximalleistungspunkt-Spannung des PV-Panel, das ist unwahrscheinlich, um wahr zu sein bei Sonnenaufgang, wenn die Batterie teilweise entladen wurde. Der Ladevorgang kann bei einer Spannung deutlich unter dem PV-Panel Maximum Power Point Spannung zu beginnen, und ein MPPT kann dieses Missverhältnis zu beheben.

Wenn die Batterien in einem Off-Grid-System voll aufgeladen sind und PV Produktions lokalen Belastungen übersteigt, ein MPPT nicht mehr das Panel am Punkt maximaler Leistung zu betreiben, wie die überschüssige Energie hat keine Last zu absorbieren. Der MPPT muss dann verschieben die PV-Panel Betriebspunkt weg von der maximalen Leistungspunkt, bis die Produktion genau die Nachfrage übereinstimmt.

In einer netzgekoppelten Photovoltaik-Anlage, werden alle abgegebenen Leistung von Solarmodulen an das Netz gesendet werden. Daher wird die MPPT in einer netzgekoppelten PV-Anlage immer versuchen, das PV-Panel am Punkt maximaler Leistung zu betreiben.