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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistunganpassung an Solarzellen (Leistungsmessung)


Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Hallo alle miteinander,

Wir wollen die Leistunsdaten einer Solarzelle über einen längeren 
Zeitraum aufnehmen und mit einem Microcontroller (Atmega32) auf eine SD 
Karte speichern.
Um die Leistung ermitteln zu können muss der Lastwiderstand gleich dem 
Innenwiderstand der Quelle (Solarzelle) sein. Da sich der 
Innenwiderstand der Solarzelle durch unterschiedliche Lichtverhältlisse 
verändert muss  der Lastwiderstand auch ständig z.B. durch einen 
Transistor angepasst werden.

Unsere Idee ist nun folgende: die Solarzelle erhält einen Lastwiderstand 
und einen Transistor in Reihe als Verbraucher. In dieser Schaltung wird 
Strom und Spannung gemessen und über OP´s verstärkt auf die 
Analogeingänge des Microcontrollers gelegt. Im Microcontroller wird dann 
UxI gerechnet ergiebt P. Nun wird der Transistor über einen 
Analogausgang geregelt, bis P max erreicht ist.

Soweit unsere Theorie...nun zu meinen Fragen an euch:

- Ist die Schaltung so Realisierbar?
- Gibt es vieleicht eine "einfache" autarke Schaltung ohne MC mit diesen 
Eigenschaften

Grüß Tobias

Autor: Grashalmlängenkontrollminister (Gast)
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> Um die Leistung ermitteln zu können muss der Lastwiderstand gleich
> dem Innenwiderstand der Quelle (Solarzelle) sein.

Nein.

Autor: Grashalmlängenkontrollminister (Gast)
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> Soweit unsere Theorie

Keine Theorie, sondern ein These. Und eine falsch dazu...

Autor: TrippleX (Gast)
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Ist doch richtig, blöder Troll.

Realisieren könnte man das mit einen Opamp und einen Fet der die Analoge
Regelung übernimmt.
Gleichzeitig misst Ihr mit einen µC Strom und Spannung und ermittelt 
dadurch
die Leistung und loggt das ganze auf der Speicherkarte.

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Grashalmlängenkontrollminister schrieb:
>> Um die Leistung ermitteln zu können muss der Lastwiderstand gleich
>> dem Innenwiderstand der Quelle (Solarzelle) sein.
>
> Nein.

Mit einem normalem Lastwiderstand funktioniert es nur wenn die 
Kennlinien der Solarzellen bekannt wären. Dies ist aber von uns nicht 
erwünscht, da wir die Zellen häufig wechseln wollen um mit verschiedenen 
Solarzellen zu Experimentieren...

Gruß Tobias

Autor: MaWin (Gast)
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> Ist die Schaltung so Realisierbar?

Sicher,. Ohne Widerstand und ohne OpAmp sollte schon reichen.

> Gibt es vieleicht eine "einfache" autarke Schaltung ohne MC mit diesen
Eigenschaften

Maximum Power Point MPP Tracker kann man  z.B. einfach aufbauen, in dem 
man die Belastung mit einem Signal moduliert, ein paar Prozent um den 
Nennwert rum, und (langsam oder schnell) den Punkt, der jeweils höhere 
Leistung bringt, als neuen Mittelwert annimmt, da die Kurve von 
Solarzellen monoton ist.

Dazu reicht ein Multiplizierer und ein LM324 als Oszillator und 
Integrator in der ganz spartanischen Lösung ohne uC. Mit uC braucht man 
neben 2 A/D-Eingaengen nur einen PWM-Ausgang zur MOSFET Ansteuerung.

Vorausgesetzt der MOSFET kann die ganze Leistung der Solarzelle 
verbraten.

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Sorry, habe mich ein bischen missverständlich ausgedrückt. Der 
Microcontroller soll natürlich Bestandteil der Schaltung bleiben. Es 
geht mir nur um die "Leistungsanpassung" das diese eventuell ohne MC 
geregelt wird. Messen und Aufzeichnen soll weiter über den MC laufen.

Gruß Tobias

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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MaWin schrieb:
> Mit uC braucht man neben 2 A/D-Eingaengen nur einen PWM-Ausgang zur     > MOSFET 
Ansteuerung.


Meine Befürchtung bei PWM ist, das sich die Ströme und Spannungen nicht 
mehr vernünftig messen lassen. Bin aber auf diesem Gebiet nicht 
sonderlich Kundig.
Zu dem Transistor wird natürlich noch ein Lastwiderstand geschaltet.

Autor: MaWin (Gast)
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PWM wird VOR dem Gate des MOSFETs in eine Analogspannung umgewandelt, 
ein simples RC-Filter reicht schon. Falls din uC es hat, kannst du 
natürlich auch einen echten D/A Analogausgang verwenden.

Autor: Michael O. (mischu)
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1. Male mal ein Schaltbild (Um zu klären: "wird natürlich noch ein 
Lastwiderstand geschaltet").

2. Um welche Spannungs/Leistungsklasse geht es? Ich kenne Systeme von 
10W bis 500kW.

3. Welche(n) Parameter wollt ihr eigentlich langfristig betrachen? Geht 
es um die ohmsche Impedanz, komplexe Impedanz, Alterungseffekte, 
Kennlinie oder was?

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Michael O. schrieb:
> 1. Male mal ein Schaltbild (Um zu klären: "wird natürlich noch ein
> Lastwiderstand geschaltet").
>
> 2. Um welche Spannungs/Leistungsklasse geht es? Ich kenne Systeme von
> 10W bis 500kW.
>
> 3. Welche(n) Parameter wollt ihr eigentlich langfristig betrachen? Geht
> es um die ohmsche Impedanz, komplexe Impedanz, Alterungseffekte,
> Kennlinie oder was?

Zu 1: Leider gerade keie Zeit für ne Grafk folgt dann Später. Gemeint 
ist ein Lastwiderstand in Reihe zum Transistor der so bemessen ist die 
Nennleistung der Solarzelle aufzunehmen. Natürlich wird dabei ein Teil 
der Leistung auch am Transistor abfallen.

Zu 2: ca. 5W/18V/0,29A Nenn

Zu 3: es geht uns um die Maximale Leistung der Solarzelle zu 
verschiedenen Zeiten. Das Gerät soll quasi mit Solarzellen verschiedener 
Hersteller überall funktionieren, ohne Kennlinien eingeben zu müssen.

@MaWin
das hört sich doch gut sind noch gar nicht auf die Idee gekommen vor dem 
Transistor zu glätten. Analogeingänge haben wir auf dem MC ob auch nen 
Ausgang vorhanden ist wird noch geprüft. Das würde ja dannn in etwa 
unserer Schaltung entsprechen.

Gruß Tobias

Autor: Steffen I. (echo)
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Um die Qualitätsunterschiede verschiedener Solarzellen zu erkennen, 
müssten die Zellen doch simultan vermessen werden da die Lichtstärke 
draußen sich ja ständig ändert? Lösung hierfür wäre ein Pyranometer.

MfG Echo

Autor: Gast (Gast)
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Der Widerstand ist nicht nötig. 5W kann man einfach an einem
Transistor mit Kühlkörper verbraten. Ich würde an einen
PWM-Ausgang des Mikrocontollers ein RC-Glied hängen und
dann über einen Vorwiderstand einen Bipolartransistor ansteuern.

Autor: Gast (Gast)
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Na ja, ein Darlington müsste es schon sein!

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Steffen I. schrieb:
> Um die Qualitätsunterschiede verschiedener Solarzellen zu erkennen,
> müssten die Zellen doch simultan vermessen werden da die Lichtstärke
> draußen sich ja ständig ändert? Lösung hierfür wäre ein Pyranometer.
>
> MfG Echo

Und genau das ist unser Problem... wir müssen bei jedem Lichtverhältniss 
das maximum an Leistung aus den Zellen holen um diese zu ermitteln und 
aufzunehmen. Dadurch können durchaus Quallitätsunterschiede festgestellt 
werden (Beispielsweise 2 Messstationen nebeneinander...)

MfG Tobias

Autor: Ex-Beobachter ( inzwischen gekündigt habender ) (Gast)
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Nur mal so eine Überlegung ...

Eine Sonnenzelle lässt sich mit dem Modell "Ersatz-Spannungsquelle mit 
Innenwiderstand" nicht besonders praktikabel beschreiben ...

Aber, Gäste ( ghosts ? ) sollen sich ja neuerdings tunlichst anmelden; 
also werden ab und an gewisse Informationen eben nicht mehr gePOSTET, 
sei's drum ...


Oder auch anders:

Für die, die nicht wissen, warum ich so schmal bin:

=> Applaus ist das Brot des Künstlers !

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Ex-Beobachter ( inzwischen gekündigt habender ) schrieb:
> Nur mal so eine Überlegung ...
>
> Eine Sonnenzelle lässt sich mit dem Modell "Ersatz-Spannungsquelle mit
> Innenwiderstand" nicht besonders praktikabel beschreiben ...
>

Wie würdest du die Solarzelle denn betrachten? Von uns hat sich vorher 
noch keiner mit Solarzellen und deren Kennlinien beschäftigt, daher sind 
wir für jede Hilfe dankbar.

Gruß Tobias

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Danke schonmal allen für die Tips. Wie ich bis jetzt aus den Antworten 
schließen kann, scheint unsere Lösung die Lastregelung dem 
Microcontroller zu Überlassen, die Einfachste zu sein. Leider weiß ich 
immer noch nicht, ob der Controller einen Analogausgang hat. Der PWM 
Ausgang ist auf jeden Fall vorhanden und kann ja, wie von MaWin 
beschrieben, durch einen Tiefpass geglättet werden (Wird auf dieser 
Seite übrigens super beschrieben)

MfG Tobias

Autor: KPZ-Solaranlagenentwickler-mit-BWL-Zettel (Gast)
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Es ist schon lustig, wie manche keine Ahnung haben und dann als Firma 
sich den Krempel von Hobby-Bastlern aus dem Internet zusammenschustern 
lassen um damit dann das große Geld zu machen...

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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KPZ-Solaranlagenentwickler-mit-BWL-Zettel schrieb:
> Es ist schon lustig, wie manche keine Ahnung haben und dann als Firma
> sich den Krempel von Hobby-Bastlern aus dem Internet zusammenschustern
> lassen um damit dann das große Geld zu machen...

Zur Info, wurde von mir nicht erwähnt, es handelt sich um ein 
Technikerprojekt(also steht keine Firma dahinter). Desweiteren möchte 
ich darauf hinweisen, das ich keine fertige Schaltung von euch will, 
sondern wir unsere Ideen zur Diskussion stellen wollen um Denkanstöße zu 
erhalten, was auch bis jetzt meiner Meinung nach gut Funktioniert hat.
Beruflich hat man bei uns mit Löten wenig zu tun eher mit 
Produktionsmaschinen.

„Wissen ist das einzige Gut, das sich vermehrt, wenn man es teilt.“
Marie Freifrau von Ebner-Eschenbach

Autor: MPP (Gast)
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> wir müssen bei jedem Lichtverhältniss das maximum an Leistung aus den
> Zellen holen...

Nennt sich MPP-Tracker...

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Hier die versprochene Schaltung. Ich hoffe es reicht da Paint.

Gruß Tobias

Autor: MaWin (Gast)
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Vielleicht sollte man R1 in den Emitterzweig legen, dann misst es sich 
einafcher, ohne Differenzverstärker zu benötigen.
Und ein OP muss in einen Tiefpass nicht rein, wenn er tief genug ist :-)

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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MaWin schrieb:
> Vielleicht sollte man R1 in den Emitterzweig legen, dann misst es sich
> einafcher, ohne Differenzverstärker zu benötigen.
> Und ein OP muss in einen Tiefpass nicht rein, wenn er tief genug ist :-)

Wäre ein Möglichkeit R1 hinter dem Transistor zu schalten. Wir wollen 
mit Differenzverstärkern arbeiten und Offset und die Verstärkung vor dem 
Microcontroller anpassen um die volle Bandbreite der Analogeingänge 
nutzen zu können.
Wenn diese Überlegung falsch ist bitte ich um Feedback, da es unsere 
erste Schaltung mit MCs ist...:-)

Zu dem Tiefpass: die Überlegung ist 2 Tiefpässe + OP um den 
Wechselspannungsanteil so niedrig wie möglich zu halten. Wir dachten an 
ein PBM Signal mit ca. 60Hz. Bin mich aber gerade noch am einlesen.

MfG Tobias

Autor: Tobias E. (tobsen85)
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Sorry mein Fehler natürlich muss R1 hinter den Transistor um das Signal 
mit einem normalen Verstärker zu verstärken.

Gruß Tobias

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