In jeder solarbetriebenen Anlage ist ein Solarladeregler unerlässlich. Diese Regler regeln die Spannung und den Stromfluss vom Solarmodul zur Batterie. Dies schützt die Batterie vor Überladung. Es gibt hauptsächlich vier Grundtypen von Solarladereglern. Wir erklären, was ein MPPT-Laderegler ist und wie er funktioniert.
Was ist ein MPPT-Laderegler?
Die grundlegendste Funktion einer Solarstromanlage besteht darin, dass Solarmodule Sonnenenergie sammeln und in Batterien für die spätere Nutzung speichern. Sie können Ihre Solarmodule jedoch nicht einfach an Ihre Batterien anschließen und erwarten, dass sie sich aufladen. Um das Beste aus Ihren Solarmodulen herauszuholen, benötigen Sie einen Laderegler. Laden Sie Ihre Batterien effizient aufDer Laderegler mit Maximum Power Point Tracking (MPPT) ist die effizienteste Art von Laderegler. Lassen Sie uns im Detail besprechen, was ein MPPT-Laderegler ist.
Was ist Maximum Power Point Tracking?
Bevor wir uns mit der Funktionsweise von MPPT-Ladereglern befassen, ist es wichtig zu verstehen, wie sie zu ihrem Namen kamen. Die maximale Leistungspunktspannung (MPPT-Spannung) ist die Spannung, bei der ein Solarmodul die höchste Leistung erzeugt. Diese Spannung variiert je nach Umgebungsbedingungen und Tageszeit.
MPPT -Laderegler verdanken ihren Namen der Tatsache, dass sie das Solarmodul überwachen und die Spannung am Punkt maximaler Leistung unter den gegebenen Bedingungen berechnen . Dies wird als Maximum Power Point Tracking oder kurz MPPT bezeichnet.
Was genau ist ein MPPT-Ladegerät?
Die idealen Betriebsspannungen von Solarmodulen und Batterien unterscheiden sich. Darüber hinaus unterliegen ihre Spannungen Schwankungen. Ein MPPT-Laderegler ist ein DC/DC-Wandler, der die Effizienz einer Solaranlage verbessert. Dies wird durch eine optimierte Spannungsanpassung zwischen den Solarmodulen und den Batterien erreicht.
Eine 12-Volt-Batterie beispielsweise weist eine Nennspannung auf, die je nach Ladezustand zwischen etwas über 10 Volt und knapp 13 Volt variiert. Zudem variiert die zum Laden einer 12-Volt-Batterie benötigte Spannung je nach Ladephase zwischen 13.5 und 14.5 Volt.
Die ideale Ausgangsspannung eines Solarmoduls hingegen ändert sich je nach Modultemperatur, Tageszeit, Bewölkung und anderen äußeren Parametern. Ein 250-Watt-Solarmodul kann beispielsweise unter idealen Bedingungen eine optimale Betriebsspannung von 32 Volt haben. Erwärmt sich das Modul in der Sonne oder an einem warmen Tag, kann die optimale Spannung auf bis zu 26 Volt sinken.
Um diese Spannungsabfälle im Panel und die erhöhte erforderliche Batterieladespannung auszugleichen, muss die Nennspannung des Panels höher sein als die Batteriespannung. Ohne MPPT-Laderegler geht durch diese Spannungsdifferenz viel Strom verloren.
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Wie funktioniert MPPT?
Im Vergleich zu Shunt-Controllern und Pulsweitenmodulation (PWM) ist Maximum Power Point Tracking (MPPT) eine effizientere DC-DC-Wandlertechnik. Sehen wir uns an, wie MPPT funktioniert.
Die Verwendung eines Ladereglers ohne MPPT-Technologie entspricht dem direkten Anschluss der Batterie an das Solarmodul. Ein herkömmlicher Laderegler lädt eine Batterie mit der vom Batterietyp vorgegebenen Spannung. Eine vollständig geladene Batterie hat definitionsgemäß eine höhere Spannung als eine entladene. Daher ist die von einer leeren Batterie aufgenommene Leistung üblicherweise geringer als die von einer vollen Batterie.
Die Frage stellt sich, wenn wir einen Leistungsverlust feststellen, der nicht genutzt wird, während unsere Batterien fast leer sind. Wo ist meine Energie geblieben? Der MPPT-Regler nutzt die gesamte Modulleistung, indem er die Spannung im Ladezustand der Batterie steuert . Der Laderegler hält Spannung und Strom auf optimalem Niveau, sodass die Module die maximale Leistung erbringen können.
Angenommen, wir verwenden ein Solarmodul mit einer Vmp von 18.3 Volt und einer Imp von 11.48 Ampere. (11.48 A x 18.3 V = ~210 Watt) Im Allgemeinen kann eine leere 12-V-Batterie 12.2 Volt haben. Folglich würde die Batterie mit 11.48 A x 12.2 V = 140 Watt geladen. Das ist deutlich weniger als die maximal mögliche Leistung des Moduls (210 Watt).
Ein MPPT-Laderegler erhöht Spannung und Stromstärke des Systems so weit wie möglich an die IV-Kennlinie des Moduls heran. In diesem Fall lädt der MPPT-Laderegler die Batterie mit nahezu 18.3 V und 11.48 A und nutzt dabei die maximale Leistung des Solarmoduls. Die Maximum Power Point Tracking-Technologie (MPPT) hat nichts mit der Sonnennachführung zu tun. MPPT ist lediglich eine Funktion zur Steuerung des Batterieladevorgangs. Im Folgenden werden wir verschiedene MPPT-Typen betrachten.
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Was sind verschiedene MPPT-Typen?
Technologien zur Maximum Power Point Tracking (MPPT) werden in Photovoltaikanlagen eingesetzt, um die Ausgangsleistung von PV-Generatoren kontinuierlich zu maximieren. Diese Leistung wird durch die Sonneneinstrahlung und die Zelltemperatur bestimmt. MPPT-Verfahren lassen sich im Wesentlichen in zwei Typen unterteilen : konventionelle Methoden wie die Perturbation and Observation (P&O)-Methode und die Incremental Conductance (IncCond)-Methode sowie fortgeschrittene Methoden wie die Fuzzy-Logik-basierte MPPT-Methode.
1. Herkömmlicher MPPT
Konventionelle MPPT-Verfahren wurden bereits vor langer Zeit entwickelt und sind daher sehr beliebt. Ihre Hauptvorteile liegen in ihrer Einfachheit und leichten Implementierbarkeit. Diese Algorithmen können jedoch nur einen einzigen MPP unter gleichmäßiger Beleuchtung verfolgen.
Herkömmliche Ansätze sind unkompliziert, können jedoch bei teilweiser Beschattung nicht zwischen lokalen und globalen Spitzen unterscheiden und sind daher nur begrenzt wirksam.
a. Perturbation and Observe (P&O): Der Perturb-and-Observe-Algorithmus ist eine Variante des traditionellen Algorithmus, die den Suchraum des Algorithmus einschränkt, die Komplexität verringert und die Leistung bei gleichmäßigen und variablen Wetterbedingungen verbessert.
b. Leitwertmethode (IncCond): Die inkrementelle Leitwertmethode basiert auf der Annahme, dass die Steigung der Leistungskurve des PV-Generators am MPP null ist. Daraus folgt, dass der MPP durch Vergleich des momentanen Leitwerts mit dem inkrementellen Leitwert ermittelt werden kann.
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2. Erweitertes MPPT
Diese Ansätze werden häufig als Soft Computing, bioinspirierte Verfahren (BI) oder künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet. Sie sind relativ komplex , übertreffen aber Standardmethoden hinsichtlich der Tracking-Performance.
Aufgrund ihrer höheren Effizienz werden häufig fortschrittliche Tracking-Technologien eingesetzt. Konventionelle und fortschrittliche Methoden weisen zwar Einschränkungen auf, doch hybride Methoden bieten Möglichkeiten, diese zu überwinden.
a. Fuzzy-Logik-basiertes MPPT: Der Regler wurde entwickelt, um die Spannung des PV-Moduls zu optimieren. Bei Änderungen von Spannung und Stromstärke am PV-Modul nutzt das vorgeschlagene Verfahren Fuzzy-Logik (FLC), um den Steuerbefehl an den Ausgangs-Aufwärts-/Abwärtswandler zu initiieren.
MPPT-Regler (Maximum Power Point Tracking) erfreuen sich zunehmender Beliebtheit und sind ein wichtiges Thema zur Verbesserung von PV-Systemen. Diese Regler verwenden verschiedene Algorithmen und unterscheiden sich in Effizienz, Leistung, Modernität, Komplexität und Tracking-Geschwindigkeit. MPPT-Regler haben sich rasant weiterentwickelt und lassen sich grob in konventionelle und fortschrittliche Techniken einteilen. Die Wahl des besten MPPT-Ansatzes ist noch in der Entwicklung. Im Folgenden erfahren Sie mehr über die Vorteile von MPPT.
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Was sind die Vorteile von MPPT?
Die Vorteile von MPPT sind folgende:
1. MPPT-Ladegeräte nutzen nahezu die gesamte verfügbare Leistung . Das heißt, sie nehmen die gesamte verfügbare Leistung eines Moduls und passen Spannung und Stromstärke an die entsprechende Batteriespannung an.
2. Einige MPPT-Laderegler können weitaus höhere Spannungen tolerieren als die Batterie.
3. Durch die Reihenschaltung zahlreicher Module lässt sich die Spannung erhöhen, während der Strom konstant bleibt.
4. Beachten Sie, dass MPPT-Ladegeräte eine maximale Gleichstrom-Eingangsspannung haben . Die fortschrittlichste und damit teuerste Lösung ist der MPPT-Laderegler.
5. Dennoch sparen Sie Geld bei Verkabelung, Modulen und Gestellen.
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Was sind die Nachteile von MPPT?
Die Nachteile von MPPT sind folgende:
1. Der größte Nachteil der Maximum Power Point Tracking (MPPT)-Technologie sind die hohen Kosten . Ein solches System ist in der Regel teurer als ein herkömmliches Ladereglersystem ohne MPPT-Nachführung, da der MPPT-Regler komplexere elektrische Bauteile benötigt.
2. Der MPPT-Regler muss zwischen dem Solarpanel und den Batterien platziert werden, das System erfordert mehr Verkabelung.
3. Ein weiterer Nachteil dieser Vorgehensweise ist die Komplexität . Die Installation und Konfiguration eines MPPT-Reglers erfordert mehr technisches Fachwissen als ein typischer Laderegler, was die Installationskosten erhöhen kann.
4. Bei auftretenden Problemen kann die Diagnose eines MPPT-Systems schwierig sein.
5. Ein MPPT-System kann verhindern, dass die Batterien vollständig geladen werden. Dies liegt daran, dass der MPPT-Regler normalerweise nur eine Ladung der Batterien bis zu 80–90 % zulässt, was bedeutet, dass die PV-Anlage nahe, aber nicht unbedingt am maximalen Leistungspunkt (PPP) arbeitet.
Lohnt sich die Investition in MPPT-Solarladeregler?
MPPT-Laderegler sind teurer als PWM-Regler. Bei kleinen, einfachen Systemen lohnt sich der Aufpreis für einen neuen Regler möglicherweise nicht. In größeren Systemen oder an Orten mit widrigen Wetterbedingungen überwiegen jedoch die höhere Leistung und Effizienz eines MPPT-Reglers in der Regel die Mehrkosten.
Niemand verschwendet gerne Energie. Mit MPPT-Ladereglern holen Sie das Beste aus Ihren Solarmodulen heraus, ohne sich um wechselnde Wetterbedingungen kümmern oder sicherstellen zu müssen, dass Ihre Solarmodule die richtige Größe für Ihre Batteriespannung haben.
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