Entwurf von Reglern und Steuerungslogiken für elektronische Umrichter

MPPT-Algorithmus

Implementieren von Maximum Power Point Tracking-Algorithmen für Photovoltaiksystemen unter Verwendung von MATLAB und Simulink

Maximum Power Point Tracking (MPPT) ist ein in Photovoltaik (PV) -Invertern implementierter Algorithmus zur kontinuierlichen Anpassung der Impedanz einer Solaranlage, damit das PV-System unter variierenden Bedingungen wie sich ändernder Sonnenbestrahlung, Temperatur und Last an oder nahe an der Spitzenleistung des Solarmoduls betrieben wird.

Ingenieure, die Solar-Inverter entwickeln, implementieren MPPT-Algorithmen, um mit PV-Systemen die Stromausbeute zu maximieren. Die Algorithmen steuern die Spannung, um zu gewährleisten, dass das System am „maximalen Leistungspunkt“ (engl. peak voltage) auf der Stromspannungskurve betrieben wird, wie nachstehend dargestellt.

MPPT-Algorithmen werden in der Regel in Controller-Designs für PV-Systeme verwendet. Die Algorithmen berücksichtigen Faktoren wie variable Sonnenbestrahlung und Temperatur, um zu gewährleisten, dass das PV-System jederzeit maximal viel Strom erzeugt.

Stromspannungskurve mit I-V- und P-V-Merkmalen einer Photovoltaikanlage.

Die drei gebräuchlichsten MPPT-Algorithmen sind:

  1. Methode der Lastsprünge (Perturbation and Observation, P&O): Dieser Algorithmus stört die Betriebsspannung, um eine maximale Leistung zu gewährleisten. Obgleich es mehrere fortgeschrittene und stärker optimierte Varianten dieses Algorithmus gibt, wird nachstehend ein grundlegender P&O MPPT-Algorithmus dargestellt.

Grundlegender P&O-Algorithmus.

  1. Steigende Konduktanz: Dieser nachstehend dargestellte Algorithmus vergleicht den differenziellen Leitwert mit dem konkreten Leitwert in einem PV-System. Je nach Ergebnis wird dann die Spannung erhöht oder verringert, bis der maximale Leistungspunkt (Maximum Power Point, MPP) erreicht wird. Im Gegensatz zum P&O-Algorithmus bleibt die Spannung konstant, sobald der MPP erreicht wird.

Algorithmus zur steigenden Konduktanz.

  1. Methode der Leerlaufspannung: Dieser Algorithmus basiert auf dem Prinzip, dass die Maximum Power Point-Spannung stets ein konstanter Bruchteil der Leerlaufspannung ist. Die Leerlaufspannung der Zellen der Photovoltaik-Anlage wird gemessen und als Input für den Controller verwendet.

MATLAB® und Simulink® können als Plattformen zur Implementierung dieser Algorithmen eingesetzt werden.

10 Möglichkeiten zur Beschleunigung des Stromumwandlungs-Steuerdesigns mit Simulink

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