Forscher der Al-Ahliyya Amman University in Jordanien und der Addis Abeba Science and Technology University in Äthiopien haben eine neue Methode entwickelt, um den globalen Maximalleistungspunkt (GMPP) in teilweise verschatteten PV-Systemen zu verfolgen.
Das GMPP definiert die Fähigkeit eines Wechselrichters, die IV-Kurve eines PV-Systems abzutasten und die Feldspannung zu identifizieren, bei der der globale maximale Leistungspunkt auftritt. Wenn eine PV-Anlage teilweise verschattet ist, erzeugt ihre Ausgangsleistungs-Spannungs-Kennlinie mehrere lokale Spitzen. Unter diesen Bedingungen gelingt es den herkömmlichen MPPT-Methoden (Maximum Power Point Tracking) möglicherweise nicht, die Ausgangsleistung zu maximieren, da sie den lokalen Maximum Power Point (MPP) anstelle des globalen MPP (GMPP) verfolgen.
„Unser Modell bietet Vorteile, indem es 33 % weniger Leistungsverluste simuliert und eine Kapitalisierung aufweist, die weniger als dreimal so hoch ist wie bei alternativen Stabilitätsmethoden“, sagten die Wissenschaftler.
Die vorgeschlagene Methodik basiert auf dem genetischen Algorithmus (GA), der in der Lage ist, eingeschränkte und uneingeschränkte Optimierungsprobleme auf der Grundlage eines natürlichen Selektionsprozesses zu lösen, der die biologische Evolution nachahmt, und dem Backstepping Controller (BSC), einer häufig verwendeten rekursiven Technik genutzt, um die maximale Leistung aus der PV-Anlage herauszuholen. Dabei wird das nichtlineare Steuerungsproblem in eine Reihe einfacherer Subsysteme zerlegt.
Der BSC-Algorithmus passt das Pulsweitenmodulationssignal (PWM) an, das den Systembetrieb über den mit der Last verbundenen Konverter steuert, während der GA-Algorithmus die BSC-Verstärkungen berechnet, um ein optimales PV-Systemergebnis zu erzielen. „Das Hauptziel besteht darin, die ideale Spannung des Photovoltaikmoduls (PV) zu ermitteln, die im Bereich von 0 V und der Leerlaufspannung liegt“, erklärten die Forscher.
Die Gruppe testete den neuartigen Ansatz in einer simulierten PV-Anlage in Maroua, Kamerun. Es bestand aus drei in Reihe geschalteten 55-W-Panels, einem DC-DC-Wandler und einer ohmschen Last mit einem Wert von 150 Ω. „In dem angegebenen Gebiet gibt es einen spürbaren und signifikanten Temperaturanstieg, der durch trockene Bedingungen und hohe Temperaturen gekennzeichnet ist, die denen in einem Halbwüstenklima ähneln“, erklärten die Wissenschaftler.
Sie sagten, die vorgeschlagene Technik sei in der Lage, die Stabilisierung des PV-Systems in nur 0,06 Sekunden zu erreichen und dabei eine „außergewöhnliche“ Widerstandsfähigkeit zu zeigen. Sie wiesen jedoch auch darauf hin, dass die neue Methodik durch zukünftige Experimente validiert werden muss. „Unsere Methode hat partielle Abschattungseffekte genau erkannt und gemildert und zielt darauf ab, den globalen Maximalleistungspunkt zu erreichen, um den Energieverlust zu minimieren“, schlussfolgerten sie.
Ihre Ergebnisse wurden in der Arbeit vorgestellt „Verbesserung der MPPT-Leistung für teilweise verschattete Photovoltaikanlagen durch Backstep-Steuerung mit durch genetische Algorithmen optimierten Verstärkungen," veröffentlicht inWissenschaftliche Berichte.
