Optimierte Leistungsregelung Fuzzy-Logic-Algorithmus für verschattete Photovoltaik-Module

Anbieter zum Thema

MicroConsult Academy GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Die Effizienz von Photovoltaikmodulen wird häufig durch Teilverschattung beeinträchtigt. Klassische Regelungsverfahren stoßen dabei oft an ihre Grenzen, da sich die optimale Leistungsabgabe ständig ändert. Ein Ansatz ist der Einsatz von Fuzzy-Logik, die sich besonders für nichtlineare Systeme eignet und eine flexible und adaptive Regelung ermöglicht.

Ein neues Open-Source-Projekt nutzt die Fuzzy-Logik zur Maximierung der Leistungsausbeute von Photovoltaik(PV)-Modulen unter Teilverschattung. Das System wurde mit einem Arduino-Board implementiert und adressiert ein weit verbreitetes Problem in Solaranlagen: Leistungsabfälle durch ungleichmäßige Einstrahlung oder Verschattung der Module.

Photovoltaik-Module sind in Strängen verschaltet. Wird ein Modul teilweise beschattet, kann der gesamte Strang signifikante Leistungseinbußen erfahren. Perturb and Observe (P&O) und Inkrementelle Leitfähigkeit (IC) sind zwei der am häufigsten verwendeten Algorithmen für das Maximum Power Point Tracking (MPPT) in Photovoltaik-Systemen. Beide Methoden dienen dazu, den optimalen Betriebspunkt für maximale Leistungsabgabe zu finden und aufrechtzuerhalten. Allerdings stoßen sie an ihre Grenzen, da sie sich schwer an komplexe Leistungskennlinien anpassen können, die durch die Verschattung entstehen.

Lösung: Fuzzy-Logik für MPPT

Fuzzy-Logik bietet einen alternativen Ansatz zur Leistungsoptimierung. Dabei handelt es sich um eine regelbasierte, nichtlineare Steuerungsmethode, die keine exakte mathematische Modellierung benötigt. Im Gegensatz zur klassischen binären Logik, die nur die Zustände wahr oder falsch kennt, erlaubt Fuzzy-Logik eine weichere, menschenähnliche Entscheidungsfindung mit graduellen Wahrheitswerten zwischen 0 und 1. Dadurch kann sie Unsicherheiten und ungenaue Daten besser verarbeiten und eignet sich besonders für Systeme mit variablen Eingangsgrößen – wie die Regelung von Photovoltaik-Modulen unter wechselnden Verschattungsbedingungen.

Die aktuelle Implementierung nutzt ein Arduino-Board, das über Sensoren Strom und Spannung der PV-Module misst und mit einem Fuzzy-Logik-Algorithmus den optimalen Arbeitspunkt berechnet. Das System wurde unter verschiedenen Verschattungsbedingungen getestet und zeigte eine verbesserte Effizienz gegenüber herkömmlichen MPPT-Verfahren. Besonders bei dynamisch wechselnden Lichtverhältnissen konnte die Fuzzy-Logik schneller und präziser auf Änderungen reagieren.

Details zur technischen Umsetzung

Die verwendete Hardware umfasst:

• Ein Arduino-Board zur Datenverarbeitung,

• Spannungs- und Stromsensoren zur Echtzeitmessung und einen

• DC-DC-Wandler zur Anpassung des Lastwiderstands.

Der Algorithmus verarbeitet die Sensordaten und steuert den Wandler so, dass der PV-Generator – bestehend aus den PV-Modulen und deren elektrischer Verschaltung, die Gleichstrom erzeugt und über einen Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt wird – stets nahe am optimalen Leistungspunkt arbeitet. Die Regeln der Fuzzy-Logik basieren auf Expertenwissen und nutzen Größen wie Spannungsänderung (ΔU), Stromänderung (ΔI) und Leistung (ΔP), um Entscheidungen zur Anpassung des Lastwiderstands zu treffen.

Vorteile der Fuzzy-Logik im Vergleich zu klassischen MPPT-Methoden

Die Fuzzy-Logik zeichnet sich durch eine hohe Robustheit aus, da sie keine präzise mathematische Modellierung der PV-Kennlinie erfordert. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen. Zudem reagiert sie dynamisch auf schwankende Lichtverhältnisse und passt sich schneller als konventionelle Algorithmen an Veränderungen an. Besonders in Szenarien mit Teilverschattung und diffusen Lichtverhältnissen zeigt sich eine deutliche Effizienzsteigerung, da die Methode auch unter schwierigen Bedingungen eine optimale Leistungsentfaltung sicherstellt.

Das Projekt wird als Open-Source-Lösung veröffentlicht, um Entwicklern die Möglichkeit zu geben, den Algorithmus zu optimieren und an spezifische Anwendungen anzupassen. Der Code ist auf GitHub verfügbar und kann mit handelsüblichen Arduino-Boards getestet werden.

Der Einsatz von Fuzzy-Logik zur Leistungsoptimierung von Photovoltaik-Modulen bietet eine vielversprechende Alternative zu klassischen MPPT-Algorithmen. Besonders bei Teilverschattung und dynamischen Lichtbedingungen zeigt die Methode klare Vorteile. Durch die Open-Source-Natur des Projekts können Entwickler die Technologie weiter verbessern und an eigene Systeme anpassen. (heh)

Edge-KI-fähige Mikrocontroller

Optimierte Systemfehler-Erkennung in Echtzeit-Steuerungssystemen

(ID:50321280)