So, versuche das mal möglichst verständlich zu erklären, ich hoffe man kann halbwegs folgen.
Also ganz kurz gesagt: ein PPT (Peak Power Tracker) versucht das Leistungsmaximum
MPP Maximum Power Point aus der Quelle (z.B: Solarzelle) herauszuholen und für eine Batterie so bereitzustellen, daß diese bestmöglich geladen wird. Leistungsanpassung sozusagen. Meist wird die Anpassung per Step-Down Converter (Akkuspannung niedriger als Generatorspannung) gemacht, aber auch Systeme, die mit Step-Up Converter arbeiten sind denkbar.
Die Regelung funktioniert so: Es werden ständig Strom und Spannung der Quelle und der Batterie gemessen. Zu Beginn fängt das System mal mit einem praktisch voreinstellbarem Startwert für die Last an, und versucht nun durch Anpassung des Laststroms (schrittweise erhöhen bzw. senken) das Produkt Strom x Spannung = Generatorleistung zu maximieren.
Beispiel: der Windgenerator würde bei einer bestimmten Windstärke z.B. 20V/1A liefern, also 20W.
Der Regler weiß das natürlich nicht, weil sich der Wind ja ändern kann und man praktisch unendlich viele Kennlinien fix einprogrammieren müßte. Schon die kleinste Abweichung (Vogeldreck am Windrad, schlecht laufendes Lager usw.) würden eine Abweichung von der Kennlinie und damit eine falsche Regelung verursachen.
Damit man das umgeht gibts keine Kennline, sondern nur eine Regelung, die sich den optimalen Leistungspunkt selbst sucht.
Zu unserem Beispiel (nehme mal zum einfacheren Rechnen 100% Wirkungsgrad des Reglers an):
Bei Start läuft das System erstmal mit einem vordefinierten Wert, z.B. 0,1A Generatorstrom los, die Spannung liegt sagen wir mal bei 25V.
Das sind dann 2,5W, erreichbar wären aber 20W. Also steigert der Regler den Strom, z.B: auf 0,2A. Jetzt sinkt natürlich die Spannung (abhängig von der Kennlinie des Generators), sagen wir auf 24V. 24V*0,2A=4,8W. Das ist mehr als 2,5W, also wird der Regler den Strom um eine weitere Stufe steigern. Das geht solange, bis wir am maximalen Punkt angelangt sind, in meinem Beispiel 20V/1A. Der Regler weiß das aber nicht und erhöht weiter den Strom (um jeweils einen Schritt, in meinem Beispiel also 0,1A) auf 1,1A, dabei sinkt die Spannug aber jetzt z.B. auf 18V, weil der optimale Punkt überschritten ist. Die Leistung ist jetzt geringer als beim letzten Schritt. Das merkt der Regler und fährt den Strom wieder um einen Schritt runter. Damit ist der optimale Punkt wieder erreicht.
Da es aber nun sein kann, daß z.B. der Wind zu- oder abgenommen hat in der Zwischenzeit würde das Ganze nur solange gehen, solange die Leistung vom Generator immer konstant ist.
Aus diesem Grund geht nach einer Wartezeit (eben das Intervall für Messung und Vergleich mit den vorherigen Werten) das Ganze wieder weiter, in unserem Fall mit Senkung des Stroms, weil ja bei der vorletzten Messung festgestellt wurde, daß der Strom zu hoch ist. Dabei kommt der Regler wieder drauf (sofern sich der Wind nicht geändert hat), daß man den Strom wieder erhöhen kann, dabei wird der Regler (bei immer noch gleicher Generatorleistung) draufkommen, daß der Strom jetzt wieder zu hoch ist. usw.
Das System pendelt so praktisch um den optimalen Punkt herum. Die Schrittgröße bestimmt dabei, um wieviel.
Ändert sich jetzt z.B. die Leistung, die der Generator liefern könnte, weil z.B. der Wind stärker geworden ist, so bekommt das das System mit und erhöht einfach solange den Strom, bis das LeistungsMaximum wieder um 1 Schitt überschritten wird. Dann gehts wieder 2 Schritte (1 Schitt unter dem Maximum) nach unten. Sinkt hingegen die Generatorleistung wegen geringerem Wind, so merkt der Regler beim nach unten gehen, daß im Vergleich mit der vorherigen Messung die Leistung weiter gesunken ist und geht entsprechend weiter nach unten.
Je größer der Schritt, desto schneller eine Anpassung an eventuelle Änderungen, allerdings größeres Überschwingen, je kleiner, desto genauer, aber auch langsamer, was allerdings durch die relativ schnellen Messungen und die dadurch schnell erfolgenden Änderungen nicht so schlimm ist.
Der Step-Down Regler arbeitet normalerweise im kHz Bereich, dadurch kann man auch mit einer kleinen Schittweise (z.B. 0,05A) schon nach 100 Schritten (bei 10kHz sind das dann gerade mal 0,01s schon 5A Änderung haben, vorausgesetzt, der Prozessor (PIC) rechnet schnell genug und die Spule läßt so schnelle Änderungen zu.
Wie aber ändert man den Strom? Ganz einfach: Die Strom/Spannungsänderungen werden über eine Änderung des Tastverhältnisses gemacht. Längere Einschaltzeit bedeutet mehr Strom, kürzere Einschaltzeit weniger Strom.
Der Regler muß außerdem Grenzwerte haben, einer ergibt sich mit 100% Ein, das ist der Fall, wenn die Generatorspannung so weit sinkt, daß sie nicht mehr höher als die Batteriespannung wird. Mehr als 100% ein geht nicht.
In diesem Punkt gibt es außerdem einen minimalen Ladestrom, fällt der Strom darunter, so sollte die Regelung abschalten, da der Generator nicht mehr genug Leistung für die Ladung bringt und die Batterie nicht weiter laden könnte. Außerdem bestünde in dieser Situation bei einer Solarzelle oder einem Gleichstromgenerator die Gefahr, daß sich bei 100% Tastverhältnis, also dauernd eingeschaltetem Leistungssteller die Batterie rückwärts über den Generator oder die Zelle entladen könnte.
Außerdem muß man die maximale Ladespannung der Batterie als Parameter angeben, die würde sonst überladen werden.
Hab noch ein Dokument (englisch) bezüglich MPP Regelung bei Windrädern, gefunden, die haben zwar eine andere Kennlinie als Solarzellen, das Prinzip bleibt aber das Gleiche.
PDF zu dem Thema, bin ja nicht der erste, der so eine Idee hat, diese Systeme arbeiten aber prinzipiell gleich.
Daß die prgrammtechnische Umsetzung relativ einfach ist kann jeder, der sich einmal ein bißchen mit Programmiersprachen beschäftigt hat
an diesem Beispiel, das z.B. für den im ersten Post genannten Selbstbauregler geschrieben wurde, sehen.
Verfasst: Do 12. Feb 2009, 17:08
