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Bild 2:
Flussdiagramm
des P&O-Algorithmus.
Bild 3: Ansicht des Power-Packs.
alle Bilder: ST Microelectronics
unterschiedlich hoch, in der Regel aber auf
500 mA begrenzt. Das Solar-Panel kann ästhetisch
in einem Faltgehäuse mit USB-
Ausgang zum Laden der Kleingeräte untergebracht
werden. Die hierbei zum Einsatz
kommende Elektronik sollte einerseits
möglichst kompakt sein, andererseits aber
alle erforderlichen Schutzfunktionen
enthalten, damit eine möglichst
lange Lebensdauer erzielt wird.
Ein auf dem SPV1040 von
STMicroelectronics basierender
Boost-Wandler
(Hochsetzsteller) mit
integrierter MPPT-
Funktion wurde eigens
mit den nötigen Schutzfunktionen
für das Laden
von Consumer-
Kleingeräten entwickelt.
Eigenschaften des SPV1040
Der SPV1040 ist im Prinzip ein Niedervolt-
Gleichspannungswandler mit hohem Wirkungsgrad
und geringer Leistungsaufnahme,
der eine Ausgangsspannung bis zu 5,2
V erzeugt (Bild 1). Der Baustein läuft garantiert
bei Spannungen ab 0,3 V an und
regelt den MPP, während bei fallender Eingangsspannung
der Baustein unterhalb 0,45
V nicht mehr taktet und die Eingangsspannung
(minus des Spannungsabfalls an der
intrinsischen Diode des MOSFETs) direkt
auf den Ausgang gegeben wird, ohne den
MPP auszuregeln. Der SPV1040 arbeitet
mit einer konstanten Schaltfrequenz von
100 kHz im PWM-Betrieb (Pulsbreitenmodulation)
und ist als Hochsetzsteller in der
Lage, ein Maximum an Energie aus einer
geringen Anzahl polykristalliner oder
amorpher Solarzellen herauszuholen. Das
Tastverhältnis wird von einer integrierten
Funktionseinheit geregelt, die mit einem
MPPT-Algorithmus arbeitet, um die Ausgangsleistung
des Panels zu maximieren,
indem dessen Ausgangsspannung und
-strom fortlaufend verfolgt werden. Der
Punkt maximaler Leistung, also der Maximum
Power Point (MPP), ist jener Arbeitspunkt
der PV-Zelle, bei dem das Produkt
aus Spannung und Strom sein Maximum
aufweist. Anders ausgedrückt, wird der
Lastwiderstand stets dem jeweiligen Quellwiderstand
des Panels angepasst.
Die Sicherheit sowohl des Wandlers
selbst als auch der gesamten Applikation
garantiert der SPV1040, indem er den
PWM-Betrieb unterbricht, sobald Überstrom
oder Übertemperatur erreicht werden.
Der MPPT-Algorithmus arbeitet nach
der P&O-Methode (Perturb and Observe;
dt.: Perturbation und Beobachtung), die
aufgrund ihrer Einfachheit die größte Verbreitung
hat. Ein Flussdiagramm zu dieser
iterativen Methode ist in Bild 2 zu sehen.
Der Algorithmus variiert die Spannung um
einen definierten Betrag (Perturbation),
berechnet anschließend die Leistung und
vergleicht diese mit der Leistung, die mit
dem vorigen Spannungswert erzielt wurde
(Beobachtung). Ist die Leistungsdifferenz
ΔP größer als Null, wird die neue Spannung
Auf einen Blick
Solarzellen in Kleingeräte integrieren
Solar-Panels werden in den unterschiedlichsten Formaten angeboten. Die Tendenz geht dahin,
Solarzellen in Kleingeräte zu integrieren, um die eingebaute Batterie zu entlasten und für eine
längere Laufzeit zu sorgen. Je effi zienter die Solarzellen selbst und die Wandlertechnik werden,
umso mehr Energie lässt sich auf immer kleinerer Fläche erzeugen, bis es schließlich sogar
möglich sein wird, viele Consumer-Geräte ausschließlich mit Energie aus Sonnenlicht aufzuladen.
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