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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leistungsoptimierung einer Solarzelleneinrichtung mit mindestens einer Solarzelle, wobei an vorherbestimmten Zeitpunkten eine Spannung, die an der Solarzelleneinrichtung anliegt, und ein Strom, der in der Solarzelleneinrichtung fließt, gemessen werden.
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Stand der Technik
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Bei Solarzelleneinrichtungen ist es ein Ziel, ein Maximum an umgewandelter Energie den Solarzellen bei variierender Strahlung zu entnehmen.
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1 stellt eine P(I)-Kennlinie eines typischen Solarzellenverbandes dar. Auf der Ordinate 101 ist die Leistung des Solarzellenverbandes (P) in Watt und auf der Abszisse 102 der Strom (I) in Ampère aufgetragen. Die P(I)-Kennlinie 103 resultiert bei einer Strahlung von 100% Die P(I)-Kennlinie 104 entspricht einer Strahlung von 80%, die P(I)-Kennlinie 105 einer Strahlung von 60%, die P(I)-Kennlinie 106 einer Strahlung von 40% und die P(I)-Kennlinie 107 einer Strahlung von 20%. Die Gipfelpunkte der einzelnen P(I)-Kennlinien 103 bis 107 entsprechen dem jeweiligen maximalen Leistungspunkt (Maximum Power Point = MPP). Erkennbar ist, dass für unterschiedliche Einstrahlungen der maximale Leistungspunkt bei unterschiedlichen Strompunkten liegt. Dabei reduziert sich mit sinkender Einstrahlung der Strom im maximalen Leistungspunkt.
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Das Ziel eines Verfahrens zur Leistungsoptimierung einer Solarzelleneinrichtung muss es also sein, den jeweiligen Strom- bzw. Spannungswert im Arbeitspunkt so anzupassen, dass entsprechend der Einstrahlung im maximalen Leistungspunkt gearbeitet wird. Da sich jedoch die Sonneneinstrahlung aufgrund beispielsweise des Wetters verändert, sollte ein Verfahren zur Leistungsoptimierung dynamisch verlaufen, um einer Solarzelleneinrichtung die maximale verfügbare Energie zu entnehmen.
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Aus dem Stand der Technik, wie z. B. der
EP 1 418 482 A1 , ist ein Regelungsverfahren der Leistungsnachführung bekannt, das schematisch in
2 dargestellt ist. Das Verfahren der Leistungsnachführung beruht darauf, dass der Strom ständig verändert wird und die sich daraus ergebende Leistung der Solarzelleneinrichtung gemessen wird. Hat sich die Leistung erhöht, wird der Strom weiterhin in der eingeschlagenen Richtung verändert. Bei einer Verkleinerung der Leistung hingegen wird die der letzten Änderung entgegengesetzte Handlung durchgeführt. Aufgrund ihrer Unabhängigkeit von weiteren Parametern kann die Leistungsnachführung als robustes Verfahren angesehen werden.
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Das Leistungsnachführungsverfahren soll nun anhand von 2 im Einzelnen erläutert werden. Das Verfahren benötigt drei Variablen, nämlich letzte_Änderungsrichtung, bisherige_Leistung und neue_Leistung. Das Verfahren startet mit Schritt 201 und initialisiert in Schritt 202 die Variable letzte_Änderungsrichtung mit „Erhöhung” und die Variable bisherige_Leistung mit Null. In Schritt 203 wird die Leistung der Solarzelleneinrichtung gemessen und in die Variable neue_Leistung hineingeschrieben. In Schritt 204 wird entschieden, ob die neue Leistung größer oder gleich der bisherigen Leistung ist. Falls die neue_Leistung ≥ bisherige_Leistung ist, wird zu Schritt 205 verzweigt, ansonsten zu Schritt 206.
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In Schritt 205 wird entschieden, ob die letzte Änderungsrichtung dem Wert „Erhöhung” entspricht. Ist dies der Fall, wird zu Schritt 207 verzweigt, ansonsten zu Schritt 208. In Schritt 207 wird der Strom erhöht und die letzte Änderungsrichtung beibehalten, während in Schritt 208 der Strom erniedrigt wird und der Variablen letzte_Änderungsrichtung der Wert „Erniedrigung” zugewiesen wird. Nach Schritt 207 oder 208 geht das Verfahren mit Schritt 209 weiter, in dem der Variablen bisherige_Leistung der Wert der Variablen neue_Leistung zugewiesen wird. Anschließend verzweigt das Verfahren wieder zu Schritt 203.
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Sollte sich in Schritt 204 ergeben haben, dass die neue Leistung kleiner war als die bisherige Leistung, so verzweigt das Verfahren zu Schritt 206. In diesem Schritt wird entschieden, ob die Variable letzte_Änderungsrichtung dem Wert „Erhöhung” entspricht. Ist dies der Fall, wird zu Schritt 210 verzweigt, ansonsten zu Schritt 211. In Schritt 210 wird der Strom reduziert und der Variablen letzte_Änderungsrichtung der Wert „Erniedrigung” zugewiesen. In Schritt 211 wird der Strom erhöht und der Wert der Variablen letzte_Änderungsrichtung bei „Erhöhung” belassen. Nach Schritt 210 bzw. 211 wird zu Schritt 209 verzweigt, wo, wie bereits beschrieben, der Variablen bisherige_Leistung der Wert der Variablen neue_Leistung zugewiesen wird, bevor zu Schritt 203 zurückgesprungen wird.
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Das mit Bezug auf 2 beschriebene Verfahren entspricht nur dem prinzipiellen Ablauf. Die real implementierten Verfahren umfassen in der Regel Verfeinerungen, wie z. B. eine Begrenzung des Ausgangsstromes bzw. eine variable Schrittweite für die Änderung des Stromes. Typischerweise wird auch der Einfluss der Spannung auf den Ausgangsstrom berücksichtigt.
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Das beschriebene Leistungsnachführungsverfahren hat den Nachteil, dass nach einer Veränderung des Ausgangsstromes das System eine mindestens der Systemzeitkonstante entsprechende Zeit zum Einschwingen benötigt, um einen sinnvollen Vergleich der bisherigen Leistung mit der neuen Leistung zu ermöglichen. Darüber hinaus kann es bei einem großen Abstand des derzeitigen Arbeitspunktes zum maximalen Leistungspunkt recht lange dauern, bis der maximale Leistungspunkt erreicht wird. Aufgrund dieser geringen Dynamik des Leistungsnachführungsverfahrens kann es gerade während eines Strahlungswechsels zu Energieverlusten kommen. Darüber hinaus vollzieht das Verfahren eine ständige Suchbewegung selbst bei konstanten Strahlungsverhältnissen, wodurch ebenfalls Energieverluste entstehen. Dabei existiert zwischen den Energieverlusten durch eine zu langsame Anpassung bei Strahlungswechsel und den Energieverlusten durch die permanente Suchbewegung eine Wechselwirkung, die auszubalancieren ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche geben Ausführungsformen der Erfindung an.
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Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Leistungsoptimierung einer Solarzelleneinrichtung mit mindestens einer Solarzelle. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird zu vorbestimmten Zeitpunkten innerhalb eines Zeitraums mindestens eine Spannung, die an der Solarzelleneinrichtung anliegt, und mindestens ein mit der mindestens einen Spannung korrespondierender Strom, der in der Solarzelleneinrichtung fließt, gemessen. Erfindungsgemäß werden mindestens eine Ableitung auf der Basis der gemessenen mindestens einen Spannung und des gemessenen mindestens einen Stroms. Vorzugsweise wird diese Ableitung durch ein geeignetes Verfahren approximativ ermittelt. Basierend auf der gemessenen mindestens einen Spannung und dem gemessenen mindestens einen Strom sowie der mindestens einen Ableitung wird erfindungsgemäß ein Kennwert in Abhängigkeit einer Ableitung einer aktuellen Leistung der Solarzelleneinrichtung ermittelt. Aufgrund dieses Kennwertes wird ein aktueller maximaler Leistungspunkt der Solarzelleneinrichtung geschätzt und der Strom und/oder die Spannung auf einen Wert eingestellt, der von dem geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt abhängt, um so die Leistung der Solarzelleneinrichtung zu optimieren. Dabei wird vorzugsweise die Einstellung des Wertes so vorgenommen, dass der Wert die Leistung möglichst schnell an den geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt heranführt und der Regelbetrieb der Solarzelleneinrichtung stabil verläuft.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass bei großem Abstand des Arbeitspunktes zum maximalen Leistungspunkt schneller zum maximalen Leistungspunkt gelangt werden kann als mit vorbekannten Verfahren. Auf diese Weise kann die Energieausbeute erhöht werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt Ermitteln eines Mittelwertes der Spannungen und eines Mittelwertes der Ströme, wobei der Kennwert basierend auf dem Mittelwert der Spannungen, dem Mittelwert der Ströme und der mindestens einen Ableitung ermittelt wird.
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In einer Ausführungsform ist die Ableitung (vergleichbar einem differenziellen Parameter) ein differenzieller Widerstand oder ein differenzieller Leitwert bzw. eine Ableitung der Spannung nach dem Strom oder eine Ableitung des Stroms nach der Spannung. Die mindestens eine Ableitung kann mit Hilfe einer Methode der kleinsten Quadrate (Gauß-Verfahren) ermittelt werden.
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In einer Ausführungsform erfolgt die Ermittlung des Kennwertes in Abhängigkeit der Ableitung der aktuellen Leistung der Solarzelleneinrichtung nach der Spannung oder dem Strom.
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Weiterhin umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Leistungsoptimierung einer Solarzelleneinrichtung mit mindestens einer Solarzelle. Die Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung zum Messen mindestens einer Spannung, die an der Solarzelleneinrichtung anliegt, und zum Messen mindestens eines mit der mindestens einen Spannung korrespondierenden Stromes, der in der Solarzelleneinrichtung fließt. Die Messeinrichtung misst jeweils zu vorbestimmten Zeitpunkten innerhalb eines Zeitraums. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln mindestens einer Ableitung auf der Basis der gemessenen mindestens einen Spannung und des gemessenen mindestens einen Stroms. Weiterhin sind eine Einrichtung zum Ermitteln eines Kennwertes in Abhängigkeit einer Ableitung einer aktuellen Leistung der Solarzelleneinrichtung basierend auf der gemessenen mindestens einen Spannung, dem gemessenen mindestens einen Strom und der mindestens einen Ableitung, vorgesehen. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Schätzen eines aktuellen maximalen Leistungspunktes der Solarzelleneinrichtung aufgrund des Kennwertes und eine Einrichtung zum Einstellen des Stromes und/oder der Spannung auf einen Wert, der von dem geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt abhängt, um so die Leistung der Solarzelleneinrichtung zu optimieren. Dabei wird vorzugsweise die Einstellung des Wertes so vorgenommen, dass der Wert die Leistung möglichst schnell an den geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt heranführt und der Regelbetrieb der Solarzelleneinrichtung stabil verläuft.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei einer Strahlungsänderung schnell zum maximalen Leistungspunkt gelangt werden, so dass sich die Energieausbeute erhöht.
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In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln eines Mittelwertes der Spannungen und eines Mittelwertes der Ströme, wobei die Einrichtung zum Ermitteln eines Kennwertes den Kennwert basierend auf dem Mittelwert der Spannungen, dem Mittelwert der Ströme und der mindestens einen Ableitung ermittelt.
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In einer Ausführungsform ist die Einrichtung zum Ermitteln mindestens einer Ableitungdazu eingerichtet, die Ableitung als eine Ableitung der Spannung nach dem Strom oder eine Ableitung des Stroms nach der Spannung zu ermitteln. Die Einrichtung zum Ermitteln mindestens einer Ableitung kann dazu eingerichtet sein, eine Methode der kleinsten Quadrate zu verwenden.
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In einer Ausführungsform ist die Einrichtung zum Ermitteln einesr Kennwertes dazu eingerichtet, einen Kennwert in Abhängigkeit einer Ableitung einer aktuellen Leistung nach der Spannung oder dem Strom zu ermitteln.
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Zeichnungen
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren.
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1 zeigt P(I)-Kennlinien bei unterschiedlichen Strahlungsintensitäten,
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2 illustriert ein Leistungsnachführungsverfahren nach dem Stand der Technik,
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3 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Solarzelle,
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4 zeigt eine Ableitung der Leistung einer Solarzelleneinrichtung nach der Spannung in Funktion des Stromes,
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5 illustriert relative Schwankungen des Anstiegs der dP/dU-Kurven,
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6 illustriert den Einfluss der Temperatur auf die dP/dU-Kurve,
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7 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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8 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die verfügbare Leerlaufspannung einer Solarzelle entspricht der Feldspannung einer gewöhnlichen Siliziumdiode, deren Wert bei ungefähr 0,7 V liegt, und ist damit im Mittel vergleichsweise gering gegenüber den im Leistungsbereich benötigten Spannungen. Aus diesem Grund wird eine Reihenschaltung mehrerer Solarzellen angewandt. Die Anzahl der Solarzellen in einer Reihenschaltung wird im Folgenden mit m bezeichnet. Der maximal erreichbare Strom ist im Mittel auf ungefähr 3 Ampère begrenzt. Dieser Umstand zwingt in Leistungsanwendungen zu Parallelschaltungen. Die Anzahl der Parallelschaltungen wird im Folgenden mit n bezeichnet. Die Spannung U
pv einer Solarzelleneinrichtung mit mehreren in Reihenschaltungen und Parallelschaltungen angeordneten Solarzellen gleichen Typs kann wie folgt berechnet werden:
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Dabei gibt
- m
- die Anzahl von Einzelzellen in einer Reihenschaltung,
- n
- die Anzahl der Parallelschaltungen,
- a
- einen Korrekturfaktor in Höhe von 1,9528,
- k
- die Boltzmannkonstante (1,38066·10^(–23)[Ws/K]),
- e
- eine Elementarladung (1,60219·10^(–19)[As]),
- T
- die Temperatur in Kelvin,
- ip
- den Photostrom in Ampère,
- if
- den Feldstrom in Ampère,
- i
- pv den fließenden Strom in Ampère und
- Ri
- den Innenwiderstand in Ohm
an.
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Wie in 3 gezeigt, wird durch die Solarzellen 301 das n-fache des Photostroms ip erzeugt. Dieser spaltet sich auf in das n-fache des Feldstroms if und den fließenden Strom ipv. Über die Solarzellen 301 und eine Diode 302 fällt das m-fache einer Spannung Uf ab. ipv fließt durch einen Widerstand 303 in der Höhe von m/n·Ri. Über diesen Widerstand 303 fällt das m-fache der Spannung Ui ab. Die Kapazität CPV 304 beschreibt das kapazitive Verhalten einer Solarzelleneinrichtung. Die in der Solarzelleneinrichtung verwendeten Parallelschaltungen bringen, wie auch im Bereich der Batterietechnik, Probleme mit sich, da Ungleichmäßigkeiten der Zellen zu Ausgleichsströmen führen können bzw. nicht die volle Kapazität genutzt werden kann. Die gewählte Art der Verschaltung liefert jedoch die benötigten Ströme und wird deshalb angewandt.
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Die oben angegebene Gleichung für Upv ist abhängig vom Strom ipv, der Temperatur und dem Photostrom ip, der den Strahlungseinfall widerspiegelt. Die abgegebene Leistung ergibt sich aus dem Produkt von Upv mit Ipv zu Ppv = Upvipv (Gleichung 2)
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Aufgelöst ergibt dies
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Die Ableitung der Leistung nach der Spannung dP
pv/dU
pv zeigt nahezu linearen Charakter und soll im Folgenden hergeleitet werden:
dP
pv/dU
pv entspricht dabei
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Wie leicht ersichtlich ist, ist auch dPpv/dipv ausschließlich abhängig vom fließenden Strom ipv, dem Photostrom ip und der Temperatur. Daraus ergibt sich in Kombination mit Gleichung 4, dass dPpv/dUpv eine Funktion von ipv, ip und T ist.
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Die Ableitung der Leistung nach der Spannung dPpv/dUpv lässt sich als Funktion des Stromes graphisch ausdrücken, wie in 4 gezeigt ist. Auf der Ordinate 401 ist die Ableitung der Leistung nach der Spannung dPpv/dUpv in Ampère angegeben. Auf der Abszisse 402 ist der Strom ipv aufgetragen. Die Kennlinie 403 entspricht einer Einstrahlung von 100%, die Kennlinie 404 einer Einstrahlung von 80%, die Kennlinie 405 einer Einstrahlung von 60%, die Kennlinie 406 einer Einstrahlung von 40% und die Kennlinie 407 einer Einstrahlung von 20%. Wie man sieht, verläuft ein einzelner Graph annähernd linear, die Steigung der Graphen untereinander variiert begrenzt und der Abstand der Graphen zueinander (Offset) bleibt annähernd konstant.
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5 untersucht die relative Schwankung des Anstiegs der dP
pv/dU
pv-Kurven aus
4. Auf der Ordinate
501 ist die relative Schwankung aufgetragen. Diese ergibt sich aus der zweiten Ableitung der Leistung der Solarzelleneinrichtung nach der Spannung, wie sie am Punkt von i
pv gegeben ist, im Verhältnis zur zweiten Ableitung am maximalen Leistungspunkt, der sich bei i
mpp (mpp = maximum power point) einstellt. Für die relative Schwankung, wie sie auf der Ordinate
501 aufgetragen ist, ergibt sich somit die Formel
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Die relative Schwankung bezieht sich also auf den Anstieg der Kurve im maximalen Leistungspunkt und gibt ein Maß an für die Abweichung vom linearen Verhalten. Auf der Abszisse 502 ist der fließende Strom ipv in Ampère aufgetragen. Die Kennlinie 503 gibt die relative Schwankung der Kurve bei einer 100%igen Einstrahlung an. Die Kennlinie 504 bezieht sich auf eine Einstrahlung von 80%, die Kennlinie 505 auf eine Einstrahlung von 60%, die Kennlinie 506 auf eine Einstrahlung von 40% und die Kennlinie 507 auf eine Einstrahlung von 20%. Wie man sieht, beginnt keine der Kurven bei weniger als 0,68. Daher kann im Mittel die relative Schwankung für alle Einstrahlungen in einem Bereich von 32% angenommen werden. Der starke Abfall am Ende der Kurven ist vernachlässigbar, da er für Ströme gilt, deren Spannungen unterhalb der Arbeitsspannung eines Inverters liegen. Die Kurve maximaler Einstrahlung befindet sich im gezeigten Beispiel bei einem Strom von 100 Ampère bei 390 Volt.
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6 spiegelt den Einfluss der Temperatur auf das Verhalten der dPpv/dUpv-Kurve wider. Auf der Ordinate 601 ist die Ableitung der Leistung dPpv/dUpv in Ampère aufgetragen. Auf der Abszisse 602 befindet sich der Strom ipv. Die Kurvenschar 603 beschreibt die Ableitung der Leistung bei einer Einstrahlung von 100%. Dabei umfasst die Kurvenschar 603 eine Kurve bei der Temperatur 0°C, eine Kurve bei der Temperatur 25°C und eine weitere Kurve bei der Temperatur 50°C. Die Kurvenschar 604 beschreibt die Ableitung der Leistung bei einer Einstrahlung von 50% und den Temperaturen 0°C, 25°C und 50°C. Die Kurvenschar 605 bezieht sich auf eine Einstrahlung von 10% und die oben genannten Temperaturen. Lediglich die Kurvenschar 603 zeigt im Bereich geringen Stroms sichtbare Abweichungen hinsichtlich der Temperatur. Vorteilhaft ist, dass die Kurven im Bereich des maximalen Leistungspunktes (erkennbar als Schnittpunkt mit der Abszisse 602) nahezu völlig unabhängig von der Temperatur sind.
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Zusammenfassend lässt sich den 4 bis 6 entnehmen, dass die relativen Änderungen des Kurvenanstiegs der dPpv/dUpv-Kurve relativ unabhängig sind von Temperatur- und Einstrahlungsänderungen. Die Abweichungen bleiben weitestgehend in einem Bereich von 30%. Ebenfalls kann der durch die Einstrahlung entstehende negative Offset für gleiche Strahlungsänderungen als nahezu konstant angesehen werden. Daraus ergibt sich, dass bei Kenntnis eines Punktes auf der dPpv/dUpv-Kennlinie und der Steigung der dPpv/dUpv-Kennlinie geschätzt werden kann, wo die dPpv/dUpv-Kennlinie die Abszisse schneidet, wo also der maximale Leistungspunkt annähernd liegt.
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Dass alle dP
pv/dU
pv-Kurven im maximalen Leistungspunkt in den Nullpunkt gelangen, lässt sich beispielsweise aus den schon veranschaulichten P
PV(i
pv)-Graphen herleiten (siehe beispielsweise
1):
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Daraus ergibt sich, dass die Ableitung der Leistung nach der Spannung Null werden muss, wenn die Ableitung der Leistung nach dem Strom Null ist. Das heiß, dass die untersuchte Ableitung der Leistung nach der Spannung an den Maximalpunkten der in 1 gezeigten Kurvenschar 103 bis 107 den Nullpunkt erreicht.
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Basierend auf den oben genannten Überlegungen kann somit aufgrund einer Ableitung der Leistung nach der Spannung ein maximaler Leistungspunkt geschätzt werden.
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7 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Leistungsoptimierung einer Solarzelleneinrichtung mit mindestens einer Solarzelle. Das Verfahren beginnt mit Schritt
701 und verzweigt zu Schritt
702. In Schritt
702 wird an vorherbestimmten Zeitpunkten innerhalb eines Zeitraums mindestens eine Spannung gemessen, die an der Solarzelleneinrichtung anliegt, und mindestens ein mit der mindestens einen Spannung korrespondierender Strom, der in der Solarzelleneinrichtung fließt. Danach wird in Schritt
703 mindestens eine Ableitung auf der Basis der gemessenen mindestens einen Spannung und des gemessenen mindestens einen Stroms ermittelt. Als Ableitung bietet sich hierbei ein differenzieller Widerstand oder auch differenzieller Leitwert bzw. eine Ableitung der Spannung nach dem Strom oder eine Ableitung des Stroms nach der Spannung an. In Schritt
704 wird aus den gemessenen Spannungen und Strömen ein Mittelwert der Spannungen und ein Mittelwert der Ströme ermittelt. Denn werden Ströme und Spannungen über einen Zeitraum hinweg aufgenommen, um die Ableitung zu berechnen, so können die einzelnen Terme U
pv und i
pv in Gleichung 4 als Mittelwert am sinnvollsten zur Ableitung korrespondieren. Entsprechend verändern sich in Gleichung 4 die Einzelterme U
pv und i
pv wie folgt:
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Die Schritte 703 und 704 müssen nicht nacheinander ablaufen, sondern können auch parallel ausgeführt werden.
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In Schritt 705 wird basierend auf dem Mittelwert der Spannungen, dem Mittelwert der Ströme und der mindestens einen Ableitung ein Kennwert in Abhängigkeit einer Ableitung der aktuellen Leistung der Solarzelleneinrichtung ermittelt. Aufgrund dieses Kennwerts wird in Schritt 706 ein aktueller maximaler Leistungspunkt der Solarzelleneinrichtung geschätzt. In Schritt 707 wird der Strom und/oder die Spannung dann auf einen Wert eingestellt, der von dem geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt abhängt, um so die Leistung der Solarzelleneinrichtung zu optimieren. Dabei wird vorzugsweise die Einstellung des Wertes so vorgenommen, dass der Wert die Leistung möglichst schnell an den geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt heranführt und der Regelbetrieb der Solarzelleneinrichtung stabil verläuft. Danach verzweigt die Ausführungsform des Verfahrens zurück zu Schritt 702, um zu erreichen, dass der Strom und/oder die Spannung weiterhin an eine etwaige Strahlungsänderung angepasst wird und somit eine kontinuierliche Leistungsoptimierung erfolgt.
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Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass keine zusätzlichen Messmittel über Strom- und Spannungsmessmittel hinaus benötigt werden. Am besten funktioniert das Verfahren, wenn die gemessenen Strom- und Spannungswerte denen der Solarzelle entsprechen und nicht durch z. B. Ausgleichsströme bzw. induzierte Spannungen überlagert sind. Weiterhin ist es wünschenswert, dass der Zeitraum der Aufnahme der Wertepaare der Spannungen und Ströme den betrachteten Bereich der Kurve begrenzt.
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8 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 801 zur Leistungsoptimierung einer Solarzelleneinrichtung 802 mit mindestens einer Solarzelle. Die gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung 803 zum Messen mindestens einer Spannung, die an der Solarzelleneinrichtung anliegt, und zum Messen mindestens eines mit der mindestens einen Spannung korrespondierenden Stromes, der in der Solarzelleneinrichtung fließt, an vorherbestimmten Zeitpunkten innerhalb eines Zeitraumes. Die gemessenen Ströme und Spannungen werden von einer Einrichtung zum Ermitteln mindestens einer Ableitung 804 auf der Basis der gemessenen mindestens einen Spannung und des gemessenen mindestens einen Stroms und von einer Einrichtung zum Ermitteln eines Mittelwertes der Spannungen und eines Mittelwertes der Ströme 805 verwendet.
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Eine Einrichtung zum Ermitteln eines Kennwertes in Abhängigkeit einer Ableitung einer aktuellen Leistung der Solarzelleneinrichtung 806 ermittelt eine Ableitung der aktuellen Leistung basierend auf dem Mittelwert der Spannungen, dem Mittelwert der Ströme und der mindestens einen Ableitung. Eine Einrichtung zum Schätzen eines aktuellen maximalen Leistungspunktes 807 schätzt den maximalen Leistungspunkt der Solarzelleneinrichtung aufgrund des Kennwertes ab. Weiterhin umfasst die gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung 801 eine Einrichtung 808 zum Einstellen des Stromes und/oder der Spannung auf einen Wert, der von dem geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt abhängt, um so die Leistung der Solarzelleneinrichtung zu optimieren. Dabei wird vorzugsweise die Einstellung des Wertes so vorgenommen, dass der Wert die Leistung möglichst schnell an den geschätzten aktuellen maximalen Leistungspunkt heranführt und der Regelbetrieb der Solarzelleneinrichtung stabil verläuft. Der eingestellte Strom wird einer Last 809 zur Verfügung gestellt. Die Einrichtung 808 zum Einstellen des Stroms und/oder der Spannung kann ein Inverter umfassen.
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Die oben erwähnten Ausführungsformen der Erfindung sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An den genannten Ausführungsformen können eine Vielzahl von Veränderungen vorgenommen werden ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er durch die Merkmale der angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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