Programm Photovoltaik Ausgabe 2009 ... - Bundesamt für Energie BFE

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5/8 P DC [W] Power P [kW] 100000 100 80000 80 60000 60 40000 40 20000 20 0 I-V- and P-V-Diagram of BFH-TI's PV Array Simulator (FF 80%) 100 75 50 25 P = f(V) Pmpp I = f(V) PMPP = 100.57 kW 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Voltage [V] DC-Arbeitspunkte Solargenerator-Kennlinie 160 120 80 40 PV laboratory of BFH-TI, Burgdorf Solargenerator-Simulator 100 kW: Testbetrieb bei 90,7 kW mit UMPP = 681V P DC [kW] Belastung mit 100kW-Wechselrichter Gemessener � MPPT = 99,97% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 UDC [V] Solargenerator-Simulator 100kW: Testbetrieb bei 90,7 kW mit U MPP = 681V 91000 90500 90000 89500 89000 88500 88000 650 660 670 680 UDC [V] 690 700 710 Photovoltaik Systemtechnik 2007-2010, H. Häberlin, BFH-TI DC-Arbeitspunkte Solargenerator-Kennlinie Belastung mit 100kW-Wechselrichter Gemessener � MPPT = 99,97% 221/290 0 Current I [A] Fig. 3: Ansicht des 100kW Solargenerator-Simulators Anfang Dezember 2008. Im Betrieb speisen zwei bereits vorhandene Maschinengruppen, bestehend aus je einem Asynchronmotor und einem DC Generator, über eine Zusammenschaltung aus Entkopplungsdioden den linearen Solargenerator- Simulator aus 156 Elementarstromquellen zu 1 A. Fig. 4: Im Juli 2008 gemessene Kennlinie des Solargenerator-Simulators von 100 kW. Da die Kennlinie relativ schnell gemessen wird, reicht die Leistung auch mit den bisherigen Antriebsmotoren hier gerade noch aus. Fig. 5: Testbetrieb des 100 kW- Solargenerator-Simulators Anfang Dezember 2008. Der angeschlossene Wechselrichter arbeitet einige Minuten lang exakt auf dem MPP mit PMPP = 90,7 kW. Der dabei gemessene MPP- Tracking-Wirkungsgrad ist mit �MPPT = 99,97% hervorragend. Fig. 6: Umgebung des MPP (stark gedehnt) beim Testbetrieb des 100 kW- Solargenerator-Simulators nach Fig. 5. Es ist zu erkennen, dass die im Betrieb gemessenen Arbeitspunkte des Wechselrichters exakt auf der vorher gemessenen P-U-Kennlinie liegen.
Wechselrichtertests Im Bereich der Wechselrichtertests war auch 2008 relativ wenig Betrieb, da die entsprechenden Ressourcen vorwiegend für den Bau des neuen Solargenerator-Simulators eingesetzt wurden. Dennoch wurden einige Arbeiten in diesem Bereich durchgeführt, die im Folgenden kurz erläutert werden. Wegen des grossen zeitlichen Aufwandes für den Bau des 100 kW-Solargenerator-Simulators wurden 2008 nur relativ wenige vertrauliche Tests an Netzwechselrichtern im Auftrag von Wechselrichter-Herstellern durchgeführt. Einer dieser Tests erfolgte mit dem Sunways AT5000 und gemäss Vereinbarung mit dem Auftraggeber konnte der entsprechende Testbericht auf unserer Homepage www.pvtest.ch aufgeschaltet werden. Ein analoger Test wurde auch mit einem weiteren Gerät durchgeführt, der entsprechende Testbericht wurde aber vom Hersteller bisher noch nicht zur Publikation freigegeben. Der Projektleiter nahm aktiv an 4 Tagungen der DKE-Ad-Hoc-Arbeitsgruppe AK373.0.3 teil, die einen Normentwurf für die Messung des am PV-Labor entwickelten totalen oder Gesamtwirkungsgrades von Wechselrichtern enthält und sowohl Messungen des statischen als auch des dynamischen MPP- Trackings umfasst. Um auf effektiven Messungen basierende, optimale dynamische Testmuster zu erhalten, wurden für diese Arbeiten verschiedene Testmuster definiert und damit umfangreiche Messungen an mehreren bereits im Labor vorhandenen Wechselrichtern durchgeführt. Dank den umfangreichen Messdaten aus dem Teilprojekt Langzeit-Monitoring kann sehr schön gezeigt werden, dass dynamische MPP-Tracking Probleme in der Praxis wirklich vorkommen. Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines solchen Problems, das durch wiederholte Schwankungen der Einstrahlung hervorgerufen wurde. Fig. 7: Beispiel eines in der Praxis gemessenen dynamischen MPP-Tracking Problems an einer PV-Anlage am 24.9.2007 Zwischen 14:00 und 14:35 ist die vom Wechselrichter aufgenommene Leistung PDC im Verhältnis zur Einstrahlung zeitweise zu tief, da die von ihm eingestellte DC-Spannung wegen der Schwankungen der Einstrahlung manchmal deutlich höher als die MPP- Spannung UMPP. Für Labormessungen wurden verschiedene Testmuster mit Rampen verschiedener Steilheit definiert, die jeweils mehrfach wiederholt werden (siehe Fig. 8). Bei diesen Tests ist UMPP nicht wie bei den statischen MPP-Tracking Messungen konstant, sondern variiert entsprechend der Einstrahlung. G Equivalent Normalised Irradiance GSTC 50% t1 t2 t3 t4 n Repetitions 10% Intitial Setup Time Shape: e.g.12x (15/5H/15/5L) t Fig. 8: Prinzipieller Aufbau der für dynamische MPP- Tracking-Tests verwendeten Rampen. Die Rampen können durch die Angabe der Anzahl der Repetionen, der Anstiegszeit, der Verweilzeit auf hohem Niveau, der Abfallzeit und der Verweilzeit auf tiefem Niveau beschrieben werden. UMPP variiert entsprechend der gerade eingestellten Einstrahlung G etwas, entsprechend dem im Simulator verwendeten Kennlinienmodell (Eindiodenmodell). Es werden Rampen mit Variation 10% � 50% und 30% � 100% verwendet (früher auch 50% � 10% und 100% � 30%). Mit derartigen Rampentests können Wechselrichter mit Rampensteilheiten, auf die der verwendete MPP-Tracking-Algorithmus empfindlich ist, irritiert und zum Weglaufen veranlasst werden, was den in der Messperiode gemessenen dynamischen MPP-Tracking-Wirkungsgrad �MPPT natürlich reduziert. Sehr schön konnte dies mit einem Wechselrichter gezeigt werden, für den eine alte MPP-Tracking- Firmware und eine neue, verbesserte Firmware vorhanden war. Das dynamische MPP-Tracking- Verhalten konnte bei diesem Gerät ohne Veränderung der Hardware nur durch den Austausch der Firmware stark verbessert werden. Photovoltaik Systemtechnik 2007-2010, H. Häberlin, BFH-TI 222/290 6/8
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