MPP-Tracking: Digitale Regelung
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Photovoltaik MPP-Tracking DigitaleRegelungfür MPP-Tracker von PeterAdelmann KernstückeinesMPP-Trackers ist die Regelungstechnik, die es durch die Veränderungder Pulsbreitenmodulation ermöglicht,die maximale Leistungaus Solarmodulen zu entnehmen.DieseRegelung,es handelt sich hierbeium einenExtremwertregler, kannentwederals analogeoder als digitaleElektronikaufgebautwerden. Die digitaleRegelung,die Gegen- chert. Dieser Speicherplatzist für der Ermittlungder Leistungsdaten stand dieses Artikelsist, bestehtim eine MPP-Regelung durchausaus- dient,dieanderedaspulsbreitenmowesentlichenaus einem Mikrocom- reichend.Der RAM-Soeicherdient dulierte Ausgangssignal ausgibt.Der puter, etwas peripherer Hardware dem Prozessorselbstzur Zwischen- A/D-Wandler kann nur über Port E und der Software.Da für diesesPro- speicherung von Daten. des Prozessorsbedient werden. blemwedergroßeDatenmengen verAußerdemist ein Timersystemvor- Ebensoist die AusgabeausdemTiwaltet werden müssen, noch eine handen,mit dem das pulsbreitenmo- mersystem an PortA gebunden. Angroße Rechengeschwindigkeit erfor- dulierte Ausgangssignal erzeugt statt der Leistungkann auch der derlichist, ist ein Mikroprozessor mit wird. Dieses Timersystem besteht Stromoder die Spannungam Vereiner B-BitArchitekturvölligausrei- aus mehrerenRegistern,die ständig braucher gemessen werden, da chend. Die periphereHardwarebe- mit einemf reilaufende n Zählervergli- dieseParameter den Extremwert an steht hauotsächlichaus einem Ana- chen werden. lst der Zählerstand der gleichen Stellewie die Leistung log-Digitalwandler, einem Timersy- gleich einem Registerwert,kann an haben. stem und einemSpeicherfür die Soft- einemAusgangeine Flankeerzeugt ware.DerAnalog-Digitalwandler wird werden,derenPolaritätprogrammiert benötigt,um die zu messendeAus- werdenmuß. gangsleistung des MPP-Stellglieds in Durch die eingebauteWatchdogden computergerechten Code umzu- Schaltung kann das Prozessorsysetzen. Mit dem Timersystemwird stem leichter abgeschaltetwerden. das pulsbreitenmodulierte Aus- Diesistvor allemdannsinnvoll, wenn gangssignalfür das Stellglieder- der Prozessordirektdurchdas Solarzeugt.Hinzukommt,daßdie gesamte modul versorgt wird und deshalb Elektronikmöglichstwenig Energie nachtsabgeschaltet werdenmuß. verbrauchensollte, was durch die Der Prozessorselbstist in CMOSVerwendungvon Bausteinenermög- Technologie aufgebaut und verlichtwird,diein dersog.CMOS-Tech- brauchtsomitnurwenigeMilliampere nologiegefertigtsind. des kostbarenSolarstroms.Die bei Am besteneignensich für diesen diesemProzessorzusätzlichvorhanAnwendungsfall Single-Chip-Prozes-denen Ausgangsportskönnen dazu soren.Diese Prozessorensind oft in benutztwerden,zum Beispieleinen der energiesparenden CMOS-Tech- Tiefentladeschutz bei Batteriesystenik vorhanden.Ein weiterergroßer men zu realisieren. Bei einem TiefVorteil ist der, daß manche dieser entladeschutz wird beim UnterschreiProzessorenbereitseinenbeträchtli- ten einer bestimmtenAkkumulatoro" 'r.18,0,lläio'"' chen Teil der peripherenHardeware spannung der Verbraucher abgeauf dem Bausteinmit eingebautha- schaltet.Auch könntenverschiedene n PP-Reglers oen. Informationen wie z. B. Ladezustand A b b .1: P r i n z i p s c h a l t bei lidn e sd i g l t a l e M der Batteriedurch LOD-Displaysan Hardwarebeschreibung den Benutzer weitergegebenwerUnsereWahl ist auf den Prozessor den. Zusätzlichkann das Prozessor68HC11der FirmaMotorolagefallen. systemdurchdie noch nichtbelegten Softwarebeschreibung DieserProzessorhat unteranderem fuD-Eingänge die TemperaturmesDie Softwareist das im EEPROM bereits einen 8-Bit Analog-Digital- sung von Akkumulatorenüberneh- stehendeProgramm,welchesden wandlerauf dem Chio.Die B-BitAuf- men. Dies ist sinnvoll,da Ladeend- AblaufderRegelung bestimmt. lösunghalzur Folge,daßder Meßbe- spannungund Tiefentladespannung Diesesspezielle MPP-Programm reich in 256 Stufen erfaßt werden bei Akkumulatoren von der Temoera- hatdieAufgabe, das Pulsbreitenverkann.Diesentspricht einerAuflösung tur abhängen.WeitereAnwendungs- hältnis fürdasStellglied so einzustelvon ca. 0,4 % der Meßbereichs- möglichkeitenergeben sich durch len,daßdie maximale Leistung aus spanne. Durch von außen anzule- eineeingebaute serielleSchnittstelle, demSolarmodul entnommen werden gende Referenzspannungen kann die für Protokolle genutzt werden kann.Außerdem mußverhindert werder Meßbereich vom Anwender kann und durch das Interruptsystem den, daß die Ausgangsspannung selbst festgelegtwerden. für weitereSteuerungsaufgaben. über den zulässigen Wert ansteigt. Auch ist ein 512 Byle großerEEIn Abb. 1 ist der prinzipielle Hard- Weitere Steuerungsaufgaben wieder PROM-Speicher und ein 256 Byte wareaufbau des Prozessorsystems Tiefentladeschutz oderdieTemperagroßer Ramspeicherauf dem Bau- und die Kopplung mit dem Prozeß turmessung bei Akkumulatoren sind stein. lm EEPROMwird dabei das dargestellt.Es ergeben sich hierbei in dem hier beschriebenen ProauszuführendeProgrammabgespei- zwei Schnittstellen, von denen eine grammnochnichtenthalten. 28 Sonnenenergie 2/88 Photovoltaik ist der genauePro- A b b .3 : F l u ß d i a g r a m m Nachfolgend MPP-Programm Programmstart grammablauf Wirdder beschrieben: wird zuProzessoreingeschaltet, nächst ein lnitialisierungsabschnitt durchlaufen.In diesem Abschnitt I ni t l a l i s l e r u n g Parameter fürden werdenbestimmte unddenA/D-Wandler Timerbaustein mußnur DieInitialisierung eingestellt. ausgeführt einmalbeim Einschalten Leistungmeasen u n dm i t t e i l e n werden,währendsich die nachfolgendenProgrammteile ständigwiederholen.In dieserSchleifewerden die als erstesüberdenA/D-Wandler ermittelt. aktuellenLeistungsdaten zu derMeßwerte UmdieGenauigkeit spennung 256 Mal wirddie Messung erhöhen, erreicht wiederholt und aus diesenMeßwerten der Mittelwertgebildet.Dieser Wertwird mit dem Wertverglichen, R i c h t u n ga u f vorher dereinenSchleifendurchgang verkleinern auf dieselbeWeiseermitteltwurde. lst dieserneueWert höherals der dies.daßsichdie Leialte.bedeutet Leistung NEIN ) verringert stungerhöht,anderenfalls alte überdie Verhat. DieseInformation Leistung wirdzunächst derLeistung änderung Richtung lm nächsten zwischengespeichert. u mk e h r e n ob sichdie LeiSchrittwirdermittelt, durcheine Verstungsveränderung größerung oderdurcheineVerkleineerrungdesPulsbreitenverhältnisses gebenhat.DieseVeränderungsrichwelche tung(Abb.2) derPulsbreitenmodulation mußebenfallszwischengespeiRichlung chert werden.Wurde die Leistung wirddieseVeränderungsvergrößert, richtung beibehalten,im anderen Falle umgekehrt.Danachwird das Tastverhältnis Tastverhältnls gemäß vergröBern neue Pulsbreitenverhältnis v e r k l e i n e rn Veränderungsrichder ermittelbaren DerAblaufbetungleichtverändert. ginnt nun mit der Messungvon neuem. läßtsichüber betrachtet dieseSpannungnichtüberschritten Insgesamt durchMikroprowird auf die MPP-Regelung wird. Bei Akkumulatoren diese Weise das Laden nach der zessorensagen,daßdiesesVerfahren die gestelltenAnforderungen erreicht. IU-Kennlinie schonenden erscheint besser sehrgut erfüllt.Vorteilhaft Um den Programmablauf ist in Abb. 3 das vor allem,daß de.rProzessornoch zu verdeutlichen, von Uberwachungsaufdar- eineVielzahl des Programms Flußdiagramm gabenübernehmen kann,ohnedaß gestellt. erforderungsarbeiten Programm- großeEntwickl Dieser beschriebene LangzeitstabiliLediglich die lich sind. algorythmus istdurchdasgeschach(evtl. telte Verfahrender Rekursionsehr tät des EEPROM-Speichers Klimabedingununter extremen auch Nachteilig leistungsfähig undeinfach. istjedoch,daßdieSoftware erkennen gen)istnochnichtüberprüft. mehrvormuß,wennkeineLeistung derPulsbreitenmodulation handen ist. lst das Tastverhältnis D i p l . - l n g .( F H ) P e t e r A d e l m a n ni s t L a b o r i n g e Abb.2: Veränderung durch den Überspannungsschutzn i e u ri m l n s t i t u ft ü r I n n o v a t i o nu n d T r a n s f e rd e f daseinge- oder durch sehr geringeEinstrah- F a c h h o c h s c h uUl el m . AufdieseWeisependelt um den lungsleistungauf einem Arbeits- At aui kß.e r d e mi s t e r L e h r b e a u f t r a g t e1 rü rP h o t o v o l stelltePulsbreitenverhältnis punkt,bei dem praktischkeineLeiDie Einschaltzeit Wert. ootimalen wird,findet wirddabeibeijedemSchleifendurch-stungmehrentnommen T ver- dieserAlgorythmus nicht mehr zulaufum 1 o/oderPeriodendauer An derEntwicklung desdigitaen MPP-Reglers Wird Lei- warenHerrEckelundHerrDaghermaßgeblich rück in den MPP-Bereich. ändert. wirddeshalb die erkannt, Zusätzlicherfülltdie von uns er- stung,,Null" beteiligt, zwangsweise auf50 % nocheineÜberspan- Einschaltzeit stellteSoftware lst die maxi- derPeriodendauer eingestellt. nungsschutzfunktion. (beiAkWeitereSoftwarealgorythmen sind Das lnstitutfür lnnovation undTransfer ist an maleVerbraucherspannung intereseinerZusammenarbeit mitderlndustrie kumulatoren: Ladeendspannung)möglichund werdenbereitsvon unlnteressenten meldensichbittebeiHerrn aufihreLeistungsfähig- siert. wirddas PulsbreitenverhältseremInstitut erreicht, A d e l m a nfne. l . : 0 73 1 / 20 53 23 8 . verschlechtert, so daß keithinüberprüft. nisabsichtlich I Sonnenenergie2lSS 29
