Entwicklung eines Detektors zur unterstützenden Verifizierung des eingestellten statischen MPP der PV-Module des Outdoor-Messplatzes

Beim Photovoltaikanlagen ist der Betrieb der Anlage im Maximum Power Point (MPP) sehr wichtig um die höchst mögliche Leistung zu erzielen. Der MPP beschreibt den
Punkt auf der Leistungskurve der dem höchsten Leistungswert entspricht. Der MPP einer Photovoltaikanlagen wird in Intervallen bestimmt oder im Falle des Maximum
Power Point Tracking (MPPT) fortlaufend verfolgt. Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile. Beim MPPT-Verfahren kann es passieren dass, ein lokales Maximum verfolgt
wird. Das MPP-Verfahren das in Intervallen den MPP sucht hat schwächen im Zeitraum der Prüfung. Wird das Durchlaufen der U/I-Kennlinie ohne Schwankungen der Einstrahlung durchlaufen kann der Ermittelte MPP als der optimale angesehen werden. Gibt es Störungen beim Durchlaufen der Kennlinie wie (vorübergehende) Teilabschattung oder Störungen (Im Sinne von künstlich verursachten Schwankungen) bei der Einstrahlung ist die Korrektheit des ermittelten MPP zu bezweifeln, ohne weitere Validierung der Sensorwerte ist es nicht möglich dies zu untersuchen oder den ermittelten MPP durch Begründete Zweifel zu verwerfen. Bei der Beobachtung eines Solarpanelprototypen im Outdoorbereich wird der Prototyp und die Umweltdaten überwacht. Die Überwachung der Einstrahlung wird für gewöhnlich mittels Video realisiert, was große Datenmengen erzeugt. Die Videodaten erfordern dementsprechend hohen Aufwand zu Analyse. Ziel dieser Arbeit ist es ein System zu entwickeln das Daten über die Einstrahlung unabhängig vom Photovoltaikanlagen aufnimmt, die Daten bewertet und die Veränderung der Einstrahlung analysiert in wenigen Kerndaten ausgibt. Diese Datenauswertung soll mit möglichst geringen Hardware-Ressourcen umgesetzt werden. Die Umsetzung soll so ausgelegt sein das die Implementierung in bestehende Datensysteme schnell und einfach erfolgen kann. Diese Studienarbeit zeigt die Umsetzung der Datenerhebung, die schritte der Datenanalyse und die Ausgabe der Kerndaten. Das
Ergebnis dieser Studienarbeit soll zeigen das mit wenigen Sensoren und geringen Hardwareaufwand eine qualifizierte Aussage über die Einstrahlung getroffen werden kann, die zur Verifizierung des MPP genutzt werden können. Es soll auch gezeigt werden das die Datenanalyse zur Langzeitüberwachung genutzt werden kann.

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einleitung
• 2. Grundlagen
  • 2.1. Fotodiode
    • 2.1.1. Einfluss der Beleuchtungsstärke
    • 2.1.2. Der Fotostrom.
    • 2.1.3. Die Temperaturspannung
    • 2.1.4. Der Sättigungsstrom
    • 2.1.5. Rauschquellen der Fotodiode.
    • 2.1.6. Das Ersatzschaltbild
  • 2.2. Optokoppler
    • 2.2.1. Aufbau des Optokopplers.
    • 2.2.2. Die Leuchtdiode..
    • 2.2.3. Externe Beschaltung des Optokopplers
  • 2.3. Operationsverstärker
    • 2.3.1. Der Aufbau
    • 2.3.2. Idealer und realer Operationsverstärker
    • 2.3.3. Ersatzschaltbild des realen Operationsverstärker
  • 2.4. Transimpedanzverstärker (TIA)
    • 2.4.1. Aufbau .
    • 2.4.2. Rauschen der Schaltung
    • 2.4.3. Bandbreite und Stabilität
    • 2.4.4. Dimensionierung und Rauschverstärkung
  • 2.5. Signalumwandlung
    • 2.5.1. Analog-Digital-Converter (ADC)
    • 2.5.2. Digital-Analog-Converter (DAC)
  • 2.6. Mikrocontroller
    • 2.6.1. Die Grundlage des modernen Mikrocontrollers
    • 2.6.2. Innerer Aufbau des Mikrocontrollers
    • 2.6.3. Externe Bussysteme beim Mikrocontroller
    • 2.6.4. Das Funktionsregister. .
    • 2.6.5. Programmieren des Mikrocontrollers
    • 2.6.6. Beschreiben des Mikrocontrollers mit dem Programmcode
    • 2.6.7. Entwicklung der Mikrocontroller.
• 3. Detektorentwicklung
  • 3.1. Kriterien zur Auswahl der Hard- & Software Umgebung
  • 3.2. Schaltungsdesign
    • 3.2.1. Bussystem zum Ansprechen des DACs und ADCs
    • 3.2.2. Triggerquelle
    • 3.2.3. Strahlungsquelle für den Laboraufbau.
    • 3.2.4. Vom Sensor zur Ausgabe der Ausgewerteten Daten
    • 3.2.5. Einstrahlungsanalyse
    • 3.2.6. Einstrahlungsbewertung
  • 3.3. Technische Realisierung des Prototyps im Labormaßstab
    • 3.3.1. Anpassungen für den Prototypen
    • 3.3.2. Schaltplan
  • 3.4. Aufbau der Firmware
    • 3.4.1. Initialisierung der Programmbestandteile & Hardware
    • 3.4.2. Hauptprogramm oder Hauptschleife
    • 3.4.3. Timer und Interrupt
    • 3.4.4. Sensorabfrage und Datenauswertung
    • 3.4.5. Analyse der Sensordaten
    • 3.4.6. Rauschen & Vertrauensbereich der Messkette
• 4. Auswertung & Datenanalyse
  • 4.1. Bewertung der Ergebnisse
  • 4.2. Fehleranalyse
• 4.3. Grenzen & Einschränkungen
• 5. Zusammenfassung & Ausblick
• Literatur
• Abbildungsverzeichnis
• Listings
• Tabellenverzeichnis
• Anhang
  • A. vinci Duino mit der Arduino IDE nutzen
    • A.1. Einbinden des Boards in die IDE
    • A.2. Pin Change Interrupt Request-Funktion nutzen
    • A.3. External Interrupts
  • B. Nachbildung der relativen Empfindlichkeit der Fotodiode
    • B.1. Die maximale strahlungsphysikalische Empfindlichkeit.
    • B.2. Mathematische Approximation der spektralen Empfindlichkeit einer Fo- todiode. . ..
    • B.3. Berechnung der Strahlungsquelle durch das Planck'sche Strahlungsgesetz
    • B.4. Die charakteristische Empfindlichkeit der Diode
  • C. Realisierung des Prototypen
    • C.1. Datenreihen der Analyse
• Abkürzungs- und Symbolverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Studienarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Detektors zur unterstützenden Verifizierung des eingestellten statischen MPP der PV-Module des Outdoor-Messplatzes. Ziel ist es, ein System zu entwickeln, das die korrekte Einstellung des MPP-Wertes der PV-Module überprüft und gegebenenfalls Alarmsignale ausgibt. Die Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung der Hardware und Software des Detektors, wobei die Funktionsweise und die Eigenschaften der verwendeten Komponenten im Detail erläutert werden.

• Entwicklung eines Detektors zur MPP-Verifizierung
• Analyse und Auswahl geeigneter Hardware- und Softwarekomponenten
• Schaltungsdesign und technische Realisierung des Prototyps
• Entwicklung der Firmware für den Mikrocontroller
• Auswertung und Datenanalyse der Messergebnisse

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 1 führt in die Thematik der MPP-Verifizierung von PV-Modulen ein und erläutert die Bedeutung des MPP-Wertes für die optimale Energiegewinnung. Kapitel 2 behandelt die Grundlagen der verwendeten Komponenten, wie Fotodioden, Optokoppler, Operationsverstärker, Transimpedanzverstärker, Analog-Digital-Converter, Digital-Analog-Converter und Mikrocontroller. Die Funktionsweise und die Eigenschaften dieser Komponenten werden detailliert beschrieben.

Kapitel 3 befasst sich mit der Entwicklung des Detektors. Es werden die Kriterien zur Auswahl der Hardware- und Softwareumgebung erläutert, das Schaltungsdesign vorgestellt und die technische Realisierung des Prototyps im Labormaßstab beschrieben. Die Entwicklung der Firmware für den Mikrocontroller wird ebenfalls behandelt.

Kapitel 4 präsentiert die Auswertung und Datenanalyse der Messergebnisse. Die Ergebnisse werden bewertet und die Fehleranalyse durchgeführt. Kapitel 5 fasst die Ergebnisse der Studienarbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die MPP-Verifizierung, PV-Module, Fotodioden, Optokoppler, Operationsverstärker, Transimpedanzverstärker, Analog-Digital-Converter, Digital-Analog-Converter, Mikrocontroller, Schaltungsdesign, Prototypenentwicklung, Firmware, Auswertung, Datenanalyse, Fehleranalyse.

Details

• Hochschule: Universität Paderborn (Nachhaltige Energiekonzepte (NEK))
• Note: 1.0
• Autor: Markus Lange (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2013
• Seiten: 89
• Katalognummer: V282311
• ISBN (eBook): 9783656817970
• ISBN (Buch): 9783656817987
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Solar MPP