Erschienen in: Energy 2.0 Juni 2011, S. 48
Sonne  |  

Algorithmus für mehr Effizienz

Wird an ein Photovoltaik-Modul ein Akku angeschlossen, bricht der Wirkungsgrad ein. Abhilfe schafft ein energiesparsames IC kombiniert mit einem neuen Algorithmus. * Text: Cristiano Castello, NXP Semiconductors  Diagramm/Foto: NXP Semiconductors  www.energy20.net/PDF/E20511450

Die Effizienz, mit der eine Photovoltaik-Zelle das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt, hängt von vielen Variablen ab – beispielsweise von der Intensität der Sonneneinstrahlung, von der Temperatur der Zelle, vom Betriebspunkt und von ihrer theoretischen Maximal-Effizienz. Diese Variablen können dafür verwendet werden, den effizientesten Betriebspunkt eines jeden PV-Panels zu ermitteln. Die vom Systemdesigner am einfachsten zu kontrollierende Variable ist dabei die Betriebsspannung. Sie wird mit Sensoren, Mikrocontroller und andere ICs (Integrated Circuits) überwacht und eingestellt. Unter bestimmten Bedingungen lässt sich die Energieausbeute damit um 10 bis 15 % anheben.

Wandler-Board: Für eine effizientere Ausbeute werden Solar­modul und Akku mit einem Gleichspannungswandler entkoppelt.
Matthias Willenbacher, Gründer und Vorstand der Juwi-Gruppe

Hoher Wirkungsgrad mit angeschlossenem Akku

Schließt man nun zum Beispiel einen Akku direkt an das PV-Modul an, so wird das PV-Modul auf einem Punkt auf der Spannungs-Leistungskurve installiert, der von der MPP-Spannung abweicht. Die ausgegebene Leistung ist dann niedriger als die MPP-Leistung, was folglich zu einer Effizienzabnahme führt. Dies lässt wiederum den Wirkungsgrad einbrechen, und das Modul kann nicht mit der eigentlich möglichen Leistung arbeiten. Darüber hinaus hängt der MPP eines PV-Moduls von weiteren Parametern ab, die sich fortlaufend ändern, wie etwa die Einstrahlungsverhältnisse und die Temperaturbedingungen. Eine Lösung für dieses technische Problem besteht darin, Panel und Akku mithilfe eines Gleichspannungswandlers voneinander zu entkoppeln. Ein solcher DC-DC-Wandler kann den Betriebspunkt des Moduls so einstellen, dass die Anforderungen aller Systemkomponenten erfüllt werden, und dabei zusätzlich die sich rapide ändernden Bedingungen ausgleichen. Diese Lösung erfordert ein Maximum Power Point Tracking (MPPT). Dabei handelt es sich um einen Algorithmus, der dafür sorgt, dass das Panel stets an seinem Maximum Power Point betrieben wird.

NXP hat einen zum Patent angemeldeten und in der Praxis getesteten MPPT-Algorithmus entwickelt, der frei von den Einschränkungen anderer Lösungen ist – zum Beispiel die Perturb & Observe-Methode, das Incremental Conductance-Verfahren, die Konstantspannungs-Technik. Ausschlaggebend für den Algorithmus sind die sorgfältige Wahl des Abtastzeitpunkts, die intelligenten Perturbationen und die optimale Kompensation von Temperatureinflüssen.

Dieser Algorithmus wird in dem IC des Typs MPT612 mit grundlegenden Hardwarefunktionen kombiniert und kann in Anwendungen wie Solar-Akkuladereglern, dezentralen MPPT-Lösungen und Mikrowechselrichtern eine Energieausbeute bis zu 98 % erzielen. Verglichen mit traditionellen PWM-Reglern (PWM, Pulsweitenmodulation) können MPPT-Regler bis zu 30 % mehr Energie aus einem PV-Panel herausholen. Errichter von PV-Anlagen können damit den Wirkungsgrad eines breiten Spektrums von Photovoltaik-Applikationen weiter verbessern, wie sich in Langzeit-Tests erwiesen hat. ☐

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