AT411405B - Methode zum betrieb von solarpanelen im punkt maximaler leistung - Google Patents

Methode zum betrieb von solarpanelen im punkt maximaler leistung Download PDF

Info

Publication number
AT411405B
AT411405B AT0190298A AT190298A AT411405B AT 411405 B AT411405 B AT 411405B AT 0190298 A AT0190298 A AT 0190298A AT 190298 A AT190298 A AT 190298A AT 411405 B AT411405 B AT 411405B
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
converter
current
point
load
solar panels
Prior art date
Application number
AT0190298A
Other languages
English (en)
Other versions
ATA190298A (de
Inventor
Felix Himmelstoss
Original Assignee
Himmelstoss Felix Dipl Ing Dr
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Himmelstoss Felix Dipl Ing Dr filed Critical Himmelstoss Felix Dipl Ing Dr
Priority to AT0190298A priority Critical patent/AT411405B/de
Publication of ATA190298A publication Critical patent/ATA190298A/de
Application granted granted Critical
Publication of AT411405B publication Critical patent/AT411405B/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Bei der Nutzung von photovoltaischen Anlagen stellt der Wirkungsgrad ein wichtiges Kriterium dar. Die Kosten für die Solarzelle (photovoltaischer Generator) stellen den grössten Anteil an den Gesamtkosten dar. Um die Anlage optimal auszunutzen, muss daher versucht werden-wenn von der Last her   möglich - die maximal   mögliche Leistung (bei vorgegebenen Einstrahlungsverhältnissen) aus den Zellen zu entnehmen. 



   Aus der Patentliteratur sind Methoden zur maximalen Leistungsentnahme von Solargeneratoren bekannt. So wird in JP 08-123561 A (MEIDENSHA CORP. ) der Sollwert der Spannung so vorgegeben, dass sich der maximale Leistungpunkt ergibt. Betrachtet man jedoch die Figur 2 dieser Patentschrift, so erkennt man, dass sowohl die Eingangsspannung als auch der Eingangsstrom in den Konverter (2) gemessen und anschliessend multipliziert wird. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass mit weniger Messwerten und einem Berechnungsalgorithmus das erforderliche Tastverhältnis gerechnet wird. 



   In US 4899269 A (ROUZIES) wird ausführlich ein Verfahren zur Auffindung des maximalen Leistungspunkts dargestellt, wobei es sich hier um einen schaltenden Algorithmus handelt, der letzlich zu diesem Punkt konvergiert. Im Gegensatz dazu ist das hier vorgelegte Verfahren prinzipiell eine Steuerung, die je nach der verwendeten Topologie mit wenig Messinformation auskommt und das Tastverhältnis aus einem, für jede Konverterstruktur anderen, Steuergesetz bestimmt. 



   Bei dem hier vorgeschlagene Verfahren zum Betrieb des Solargenerators stellt der Konverter unabhängig von den Einstrahlungsbedingungen die optimale Belastung dar. Gleichzeitig ist keine zusätzliche Sensorik erforderlich. Die erforderlichen Messwerte können aus Signalen, die für die Überwachung des Konverters benötigt werden bestimmt werden. 



   Betrachtet man die Spannungs-Strom Kennlinie eines photovoltaischen Generators bei verschiedenen Einstrahlungsverhältnissen und zeichnet jeweils den Verlauf der Leistung, so liegen die Maxima annähernd auf einer Geraden. Verbindet man die Punkte maximaler Leistung auf den Kennlinien der verschiedenen Einstrahlungsverhältnissen, so liegen diese in dem StromSpannungskoordinatensystem auf einer Gerade (dies entspricht einem Widerstand mit Offset) gemäss   Vn =1'in +K2, (1)    wobei die Formel schon aus Sicht der angeschlossenen Leistungselektronik mit deren Eingangsspannung Von (entspricht der Ausgangsspannung des Solargenerators) und deren Eingangsstrom   t, n   (entspricht dem Ausgangsstrom des Solargenerators) angeschrieben ist.   K1   ist die Steigung und K2 der Durchtrittspunkt durch die Von Achse.

   Diese Formel gilt nicht mehr bei geringer Einstrahlung, hier kommt es zu einer Abweichung zu höheren Spannungen. 



   Belastet man den photovoltaischen Generator mit dieser Kennlinie, so arbeitet der Generator unabhängig von den Strahlungsverhältnissen im optimalen Arbeitspunkt und liefert die maximale Leistung. Die Abweichung bei geringer Einstrahlung ist unbedeutend, da dann sowieso nur eine sehr geringe Leistung zur Verfügung steht. 



   Durch eine entsprechende elektronische Schaltung soll die Last an den photovoltaischen Generator angepasst werden. Die Last kann   z. B.   ein Akkumulator (oder mehrere), der geladen werden soll, oder ein Zwischenkreis, von dem mit einem Wechselrichter (oder Drehrichter) in ein Wechsel- (oder Drehstromnetz) gespeist wird, oder eine sonstige Last sein. 



   Anhand eines Tiefsetzstellers, der zwischen Solargenerator und Zwischenkreis (oder Akkumulator) geschälten wird, soll das erforderliche Steuergesetz berechnet werden. Die Ausgangsspannung eines Tiefsetzers im kontinuierlichen Betrieb berechnet sich mit dem Tastverhältnis a, der Eingangsspannung Von, und der Ausgangsspannung Vout im eingeschwungenen Zustand gemäss   Vout = a. Vm (2)    
Der Strom am Eingang der Schaltung hängt mit dem Mittelwert des Stromes in der Induktivität IL und daher mit dem Ladestrom   toad   gemäss   /=a-/, =a-/   (3) 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 zusammen.

   Setzt man diese beiden stationären Beziehungen des Tiefsetzstellers in die gewünschte Belastungskennlinie ein, so erhält man die Beziehung   V. =K1. a2 "Load +K2. a (4)    und kann damit das erforderliche Steuergesetz für den Tiefsetzsteller in Abhängigkeit der Ausgangsspannung und des Laststroms zu 
 EMI2.1 
 bestimmen. Die Koeffizienten   K1   und K2 können aus den Daten des Solargenerators bestimmt werden. Wird der Laststrom (Strom durch die Induktivität) gemessen und dient der Tiefsetzer als Ladeschaltung für einen Akkumulator, so erfolgt die Steuerung im eingeschwungenen Zustand durch dieses Steuergesetz. Die Berechnung des Steuergesetzes kann über einen Microcontroller oder durch eine festverdrahtete Schaltung, oder kundensspezifischen   IC   erfolgen.

   Die Stromerfassung in der Spule des Konverters oder im Lastkreis erfolgt durch irgend ein bekanntes Verfahren. 



  Aus messtechnischen Gründen wird man die Stromerfassung in Serie der Konverterinduktivität legen, da dort der Strom nicht springen kann, oder in die Zuleitung zum Akkumulator bei einem Ladegerät. Wird ein anderer DC/DC Konverter als ein Tiefsetzer verwendet, so muss genauso der 
 EMI2.2 
 lichen Belastungskennlinie zu bestimmen. Beim klassischen Boost Konverter ergibt sich   z. B.   
 EMI2.3 
 mit   Ion als   Eingangsstrom in den Konverter (beim klassischen Boost Konverter entspricht dieser gleichzeitig dem Strom in der Drossel). Die beiden hier behandelten Beispiele beziehen sich auf den kontinuierlichen Betrieb mit konstanter Schaltfrequenz.

   Ebenso können erforderliche Steuergesetze für den diskontinuierlichen Betrieb und bei variabler Schaltfrequenz hergeleitet werden ; diese sind jedoch umfangreicher und daher schwerer zu realisieren. 



   Das Tastverhältnis a (Einschaltzeit des aktiven Schalters bezogen auf die Periodendauer) wird man nach oben hin begrenzen   (amax < 1),   ebenso wird ein softstart des Konverters sinnvoll sein, um Überschwingungen zu vermeiden. Die erforderliche Stromerfassung stellt keinen wesentlichen Zusatzaufwand dar, da sie aus Gründen des Schutzes der Schaltung notwendig ist. 



   Der Nachteil einer Steuerung, bei der keine Rückmeldung des Systems verarbeitet wird, kann durch einen Kalibrierlauf des Systems ausgeglichen werden, bei dem die optimale Kennlinie bestimmt wird. Temperatureinflüsse können ebenfalls korrigiert werden. 



   Soll die Ausgangsspannung am Zwischenkreis unabhängig von der Last konstant gehalten werden, so ist eine Regelschleife erforderlich, die auf den Faktor im Steuergesetz wirkt, in dem die Ausgangsspannung aufscheint. 



   Die aktiven Schalter des Konverters können dabei mit Bipolartransistoren, MOSFETs, IGBTs, MCTs, MCThs, SITs,   GTOs,   Solid State Relais oder Kombinationen von Halbleiterschaltern realisiert sein und mit Netzwerken zur Reduktion der Schaltverluste versehen sein. 



   Figur stellt das Strom- Spannungskennlinienfeld bei verschiedenen Einstrahlungsverhältnissen eines photovoltaischen Generators dar, weiters ist die jeweilige Leistungskurve für die 5 verschiedenen Einstrahlungen und die erforderliche Lastkennlinie eingezeichnet, die den Betrieb im optimalen Arbeitspunkt gewährleistet. Figur 2 stellt eine Prinzipskizze dar. Der Solargenerator (1) ist mit dem Eingang des DC/DC Konverters (2) verbunden (Spannung   V, n),   am Ausgang (Spannung Vout) des DC/DC Konverters (2) ist die Last (3) angeschlossen. Das Steuersignal (4) greift in den Konverter (2) ein und wird durch den Steuersignalgenerator (5) aus der Eingangsspannung   (Von),   zugeführt über (6), der Ausgangsspannung (Vout), zugeführt über (7) und ein Gleichstromsignal, zugeführt über (8), bestimmt.

   Dem Steuersignaigenerator (5) müssen die Koeffizienten der 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Belastungungskurve entsprechend dem Solargenerator zugeführt werden. Diese Skizze soll das grundlegend Konzept andeuten, der   Steuersignalgenerator   wird natürlich im DC/DC Wandler integriert. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Methode zum Betrieb von Solarpaneelen im Punkt maximaler Leistung durch Bestimmung des Tastverhältnisses des/der aktiven Schalter eines DC/DC bzw. DC/AC Konverters unter zu Grundelegung von 2 Messgrössen aus den Grössen Eingangsspannung, Ausgangsspan- nung, Eingangsstrom, Ausgangsstrom, Spulenstrom, Schalterstrom und   gewählter   Kon- stanten dadurch gekennzeichnet, dass für einen Hochsetzsteller, bzw. Tiefsetzsteller, bzw. beliebigen anderen Konvertern ein linearer Zusammenhang mit Offset zwischen Ein- 
 EMI3.1 


Claims (1)

  1. EMI3.2 EMI3.3 EMI3.4 EMI3.5 5. Ansteuerverfahren gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergesetz über eine analoge Schaltung berechnet wird.
    6. Ansteuerverfahren gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuergesetz eine Regelung zur Stabilisierung des Ausgangs des Konverters überlagert ist.
    7. Ansteuerverfahren gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten entsprechend der Betriebstemperatur angepasst werden können.
    8. Ansteuerverfahren gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten des Steuergesetzes durch Kalibrierläufe überprüft und nachjustiert werden können.
AT0190298A 1998-11-16 1998-11-16 Methode zum betrieb von solarpanelen im punkt maximaler leistung AT411405B (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0190298A AT411405B (de) 1998-11-16 1998-11-16 Methode zum betrieb von solarpanelen im punkt maximaler leistung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0190298A AT411405B (de) 1998-11-16 1998-11-16 Methode zum betrieb von solarpanelen im punkt maximaler leistung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ATA190298A ATA190298A (de) 2003-05-15
AT411405B true AT411405B (de) 2003-12-29

Family

ID=3523489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
AT0190298A AT411405B (de) 1998-11-16 1998-11-16 Methode zum betrieb von solarpanelen im punkt maximaler leistung

Country Status (1)

Country Link
AT (1) AT411405B (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4899269A (en) * 1988-01-29 1990-02-06 Centre National D'etudes Spatiales System for regulating the operating point of a direct current power supply
JPH08123561A (ja) * 1994-10-20 1996-05-17 Meidensha Corp 太陽光発電システムの最大出力追従制御方法および装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4899269A (en) * 1988-01-29 1990-02-06 Centre National D'etudes Spatiales System for regulating the operating point of a direct current power supply
JPH08123561A (ja) * 1994-10-20 1996-05-17 Meidensha Corp 太陽光発電システムの最大出力追従制御方法および装置

Also Published As

Publication number Publication date
ATA190298A (de) 2003-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2053732B1 (de) Schaltungsanordnung und Steuerungsverfahren für einen Wechselrichter mit Hochsetzsteller
EP2515424B1 (de) Gleichspannungswandler
DE69617026T2 (de) Elektrisches netzteil mit gemischer anordnung von wechselrichter und wechselstrom-/gleichstromwandler
EP2863528B1 (de) Einsatz eines Wechselrichters als Gleichstrom-Wander
DE102006010694A1 (de) Wechselrichterschaltung für erweiterten Eingangsspannungsbereich
AT403865B (de) Spannungsumsetzungsvorrichtung für einen gleichspannungsverbraucher
DE112010001775T5 (de) Steuervorrichtung eines Boosters vom Transformator-Kopplungstyp
DE102017213055B4 (de) DC/DC-Wandler
DE102013114271B4 (de) Wechselrichter und verfahren zum betrieb eines wechselrichters
EP1497913A1 (de) Umrichtersystem, verfahren und umrichter
DE102011116593B4 (de) Wechselrichter mit asymmetrischen Drosseln und einer Steuereinheit zum asymmetrischen Betrieb der Drosseln
DE102020104380A1 (de) Abwärts/aufwärtswandler für elektrischen antrieb
DE112019002256T5 (de) Leistungswandler
DE4013506C2 (de) Elektrisches Antriebssystem mit einer aufladbaren Gleichspannungsquelle
DE102021110098A1 (de) Stromwandlungsvorrichtung
DE102020120530A1 (de) Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung, Stromversorgung und Verfahren zur Auswärtswandlung einer Eingangsspannung
WO2009156021A1 (de) Spannungswandlerschaltung und wechselrichter
EP2774262B1 (de) Verfahren zum ansteuern einer stromrichterschaltung
DE102010052808A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einem Quasi-Z-Source-Umrichter
EP2763276A1 (de) Umrichter und Verfahren zum Betrieb eines solchen
Dogga et al. Boost Derived Hybrid Converter implementation using fuzzy controller
EP2771958B1 (de) Nachführverfahren und -einrichtung für einen spannungswandler für eine photovoltaikanlage
Bharathraghava et al. Hybrid Hysteresis Control for SI-MIMO DC-DC Converter
Gani Design and Analysis of High Gain DC-DC Converter for Single-Phase Grid-Tied Systems
LU101979B1 (de) Hochsetzsteller-Schaltungsanordnung, Stromversorgung und Verfahren zur Auswärtswandlung einer Eingangsspannung

Legal Events

Date Code Title Description
ELJ Ceased due to non-payment of the annual fee