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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Automatische Reihen-/Parallelschaltung von Solarzellen


Autor: Peter M. (ikabod)
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Guten Tag,

ich habe seit kurzem 2 Solarpanels im Einsatz, die je ca. 15V bei gutem 
Lichteinfall liefern. Bei schlechtem Licht kommen weit weniger als 12V 
am Regler an, so dass keine Ladung des angeschlossenen Akkus erfolgen 
kann.

Aus diesem Grund möchte ich eine Schaltung bauen (oder fertig kaufen, 
falls es so etwas gibt, jedoch habe ich nichts gefunden), die mir 
automatisch die Solarmodule in Reihe bzw. Parallel schaltet.

Dazu habe ich eine einfache Zeichnung angehängt, die jedoch so noch 
nicht ganz stimmt. Folgendes soll geschehen:

In Ruhestellung eines elektronischen Relais, das 2 Wechsler enthält, die 
je ca. 2 Ampere schlaten können, sind die Solarpanels in Reihe 
geschaltet.

Angenommen, es war jetzt nacht und es fängt zu dämmern an. D. h. die 
Schaltung hat keinen Strom und die Solarpanels sind in Reihe geschaltet. 
Sobald es hell genug wird, dass pro Panel ca. 6,5V anstehen, fängt der 
Regler an, den Akku zu laden. Wird es so hell, dass jedes Modul ca. 13V 
liefert, soll das elektronische Relais anziehen und somit die Module 
paralell schalten (ich habe es jetzt nicht durchgerechnet, denke aber, 
dass das mehr Leistung bringt, als wenn die Module in Reihe geschaltet 
bleiben, lasse mich diesbezüglich aber gerne eines besseren belehren. 
Dann wäre der Aufwand womöglich hinfällig).

Bei der Parallelschaltung fällt die Spannung von 26V auf 13V an X2 
(siehe Schaltung). Dies darf jedoch nicht dazu führen, dass das Relais 
wieder anzieht, sondern es soll erst anziehen, wenn jetzt die Spannung 
unter 13V fällt.

Was aus dem Schaltplan nicht hervorgeht ist, dass das Relais und die 
Schaltung auch von dem Strom der Solarpanels gespeist werden sollen und 
möglichst wenig verbrauchen dürfen. Die Schaltung muss außerdem 
Wetterfest sein, da sie in der Dose auf dem Dach, in dem die Panels 
zusammengeschaltet werden, untergebracht werden sollen.

Hier noch ein paar Eckdaten:
- Inselanlage zur Selbstversorgung ohne Einspeisung in das Stromnetz
- 12V
- Jedes Dünnschichtmodul liefert (laut Hersteller) ca. 1,8 A
- Gelakku 12V/90AH
- Regler: Steca PR1515 (15A)
- Die Schwellwertspannungen (26V/13V) sollten in einem Bereich von +- 5V 
einstellbar sein, um sie an die Alterung der Module anpassen zu können.
- Später sollen noch einmal 2 gleiche Module mit der selben Schaltung 
versehen und parallel an X2 angeklemmt werden.

Freue mich auf Gedanken dazu. Bitte Lösungsmöglichkeiten einfach halten, 
da ich wenig von Elektronik verstehe.

Peter

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Dies darf jedoch nicht dazu führen, dass das Relais wieder anzieht,
> sondern es soll erst anziehen, wenn jetzt die Spannung unter 13V fällt.
Deshalb müsste die Spannung direkt an einem der Module gemessen 
werden. Allerdings ist fraglich, ob sich der Aufwand lohnt, insbesondere 
weil das Relais selber ja auch noch Strom braucht.

Wenn man die Leistungs-KL eines Solarmoduls ansieht, dann wird 
allerdings deutlich, dass sich der Aufwand nicht lohnt. Denn du solltest 
dir klar die Frage stellen:
Wenn das ein Problem ist, dann müssen das wegen der Verbreitung der 
Solartechnik (z.B. auch auf Campern, Segelbooten) andere auch haben. 
Warum gibt es dann keine (fertige) Lösung dafür?

> Bei schlechtem Licht kommen weit weniger als 12V am Regler an,
> so dass keine Ladung des angeschlossenen Akkus erfolgen kann.
Aus diesem Grund wäre eher ein Wandler von kleinen Spannungen nach 13V 
denkbar (Step-Up). Wenn dann ausreichend viel Spannung zur Verfügung 
steht, wird die direkt auf die Akkus durchgegeben. Wenn die Spannung zu 
gering ist wird sie auf 13V "hochtransformiert". Allerdings geht auch 
hier evtl. unnötig Leistung flöten.

Autor: Joachim B. (jojo84)
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Die anderen (Camper und so) haben das Problem eher weniger, weil da 
meist eh genug Panels in Reihe sind, daß immer genug Spannung da ist. 
Außerdem ist bei Solarpanels auch eher der Strom von der Einstrahlung 
abhängig, als die Spannung. Die verändert sich zwar auch etwas, aber sie 
ist eher von der Temperatur der Panels abhängig.
Ich hätte auch spontan zu einem Step-Up-Wandler tendiert. Dann machst du 
beide Module parallel und hast dann auch noch ausreichend Strom. Und bei 
sauberem Design geht an dem Wandler auch nicht sooo viel verloren. 
Wahrscheinlich weniger, als an deinem Relais :) ...
Das mit dem Step-Up-Wandler ist auch in der Industrie ein gängiges 
Mittel (z.B. bei der Einspeisung ins Netz mit nachgeschaltetem 
Umrichter)

Gruß

Autor: Peter M. (ikabod)
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Danke für die Antworten.

Warum es dafür keine Lösung gibt frage ich mich wirklich. Es wäre 
besser, bei schlechtem Wetter und Reihenschaltung 8h oder länger mit 
wenig Strom einen Akku zu laden, als gar nicht.

Ein elektronisches Relais dürfte aber nicht viel Strom verbrauchen. Ich 
habe einmal etwas von Power-Fets gelesen, die recht sparsam sein sollen. 
Also auf 20 oder 50mA kommt es da nicht an.

Das mit dem Step-Up-Wandler wäre eventuell eine Alternative, da ich den 
dann auch in meinen kleinen Schaltschrank anstatt auf dem Dach montieren 
könnte. Gibt es so etwas fertig zu kaufen? Wenn möglich mit 
einstellbarer Ausgangsspannung.

Autor: MaWin (Gast)
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> Warum es dafür keine Lösung gibt frage ich mich wirklich.

Wenn ein 24V Leerlaufspannung, 15V Nennspannung Panel
selbst ohne Belastung kenie 12V mehr liefert,

kommt da kein Strom raus, nicht mal gneug um ein Relais
zu schalten, so eine Technik wäre also alles in allem
Energieverschwendung.


Deine Wunschvorstellen wie toll Solarzellen sind ist
unrealitsische Träumerei.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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da hat mawin recht. wenn die dinger ihre leerlaufspannung nicht mehr 
erreichen kommen aus einem 50W modul bei 12V keine 10mA mehr raus. du 
kannst diese idee also ganz getrost beerdigen.

ich habe eine kleinere anlage mit etwa 400W peak, in der noch ein 
LED-anzeigemodul für die stromstärke hängt. wenns dämmert geht der strom 
immer weiter zurück bis es schließlich nicht mehr reicht um diese 
anzeige noch zu versorgen (50mA mit 12V->5V step-down). der step-down 
fängt dann an sich periodisch aus- und einzuschalten. heißt die zellen 
schaffen es immer noch die eingangskapazität auf der 12V seite so weit 
aufzuladen, daß der regler anläuft, obwohl der strom nicht mehr reicht 
um die 50mA für den dauerhaften betrieb zu decken.

Autor: mexman (Gast)
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Hallo,

>Warum es dafür keine Lösung gibt frage ich mich wirklich.<

Gibt es doch. Heisst MPP.
Eine solche Schaltung findet Dir immer den besten Arbeitsprunkt des 
Moduls.

Wenn Du die Kennlinien der Module mal genau ansiehst, kannst Du 
erkennen, dass jene bei Beleuchtung, die nun mal gerade erst 6V erzeugt, 
keine nennenswerte Leistung abgeben koennen.

Schu Dir diese Daten nochmal genau an und rechne nochmal, ob sich auch 
nur ein EUR fuer Bauteile auzugeben nicht teurer ist, als die Leistung, 
die Du ueber Lebendauer dadurch ernten kannst.

Gruss

Michael

Autor: Martin B. (brehministrator)
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Hallo,

wenn man mal davon absieht, dass die von mir vorgeschlagene Lösung 
wahrscheinlich ähnlich teuer ist wie die Module selbst (in diesem Fall), 
dann behaupte ich mal, ein Aufwärts-Abwärts-Schaltregler wäre die beste 
Lösung. Den kann man mit relativ hohem Wirkungsgrad aufbauen, und der 
garantiert einem, dass man am Ausgang immer seine 12V (oder die 
gewünschte Spannung) hat - egal, ob der Eingang bei 5V oder bei 30V 
hängt.

Natürlich kann der auch nicht zaubern - wenn es bewölkt ist, brechen 
dann bei kleinster Stromentnahme auch die 12V zusammen. Aber zumindest 
ermöglicht er, wirklich das Maximale aus den Zellen rauszuholen.

Viele Grüße
Martin

Autor: Franz (Gast)
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Wie sind denn die Solarzellen konstuktiv aufgestellt, doch sicher fest 
in Richtung Süd?
Womit ja bei Sonnenaufgang im Osten sowie beim Sonnenuntergang im 
Westen, wie auch in den Sonnenstandsphasen in deren Übergang keine 
optimale Ausrichtung annähernd mehr besteht.
Schon mal daran gedacht, daß dies einen viel höheren Ertragsfaktor 
ausmacht, als die elektrische Schaltungstechnik?
Eine nachgeführte Ausrichtung der Zellen bewirkt im günstigsten Fall die 
Kompensation der benötigten elektron. Schaltung.
Wird aber auch um einiges mehr an Aufwand und damit Kosten erzeugen, als 
deine bisher gesuchte Lösung.

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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@ Peter M.

Ich hatte damals die gleichen Ideen, als ich mich mal in mein 12 Volt 
Haus
einleben wollte. Ich hab dann auch nach "Bistabil Relais" ausschau 
gehalten.
Bei den Preisen wurde mir aber auch schnell klar, dass es nicht lohnt.

Ähnlich sehe die Geschichte mit diesen MPP Reglern...
... wenn man für 12 Volt generiert und auf 12 Volt geht.. wozu MPP
...... es wird fehleranfällig oder kostet extra.

Für all den Hirnschmalz oder die Nachführmechanik oder
den EXTRA-SUPER_SONSTWAS Regler kannst du dir auch einfach
eine weitere Solarzelle leisten.

******** Ein alter Autowitz :
Was ist besser als Hubraum ?

Antwort: "mehr Hubraum !"

Also lass den quatsch.

Gruss Klaus

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Was bringt denn die eindimensionale Nachführung gegenüber optimaler 
fester Ausrichtung nach Süden? Gibts da Zahlen?

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hi abdul,

Ja .. da gibt es Zahlen !
die äussern sich in (be)zahlen.

Meine Erfahrung bisher ist:

a.) wenn man alle Grundregeln beachtet hat
....  Kabel nicht zu lang
....  in etwa gesüdet .. für Frühaufsteher etwas mehr geostet.
...... Kabel auch nicht zu dünn

b.) wenn man nun anfängt, sich etwas auszutüfteln wird es komplex.
...  mechanische Nachführung kostet Strom .. aber der ist knapp
...... Microkontrollergesteuerte Überwachung ?
........ wozu ? hauptsache alles klappt immer und ständig

Lösung:
viel HUPRAUM und mehr Zellen

Gruss K.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Moin!

Ich hab dich schon verstanden und bevorzuge auch die russische 
Lebensweise! Trotzdem die Frage!

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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?????? russische Lebensweise!

... what means ?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Einfach, improvisorisch, solide dicke Eisenstangen

Autor: Bernhard K. (bernhard_k)
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wie wärs damit statt den Relais: µC zur ansteuerung, TTL, Vorwiderstand 
Optokoppler zum Pegelwandeln/shiften.
Highside: Solarmodul + ->Vorwiderstand->Optoptransistor 
Eingang->Optoptransistor Ausgang=Gate Mosfet. Optotransistor Ausgang, 
Pull-Down widerstand Solarmodul.
Damit braucht man keinen Permanenten Strom...
Wenn die Lichtleistung einbrich geht auch die Gatespannung runter, der 
Mosfet regelt leider ab, was aber glaub ich egal sein könnte, weil der 
Modulstrom auch viel kleiner wird, und zwar schneller als die 
Modulspannung.

lg,
 bernhard

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Der ganze Aufwand lohnt nicht! Wir haben einen Wasserkollektor auf dem 
Dach und es sieht zumindest in DE einfach so aus:
1. Solartage mit dicker Sonne: Heizt ohne Ende
2. Trübe Tage oft wochenlang: Anlage bringt praktisch keinerlei Ertrag

Das Problem in DE sind also die vielen Episoden ohne nennenswerte 
Einstrahlung bzw. die Zwischenspeicherung aus den anderen Zeiten, wenn 
die Sonne dicke da ist.
Leider gibts zwischen diesen zwei Extremen praktisch keinen Übergang. 
Ich finds auch erstaunlich.

Meiner Meinung nach ist das durchaus auf Photovoltaik übertragbar.

Autor: Ulrich (Gast)
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Am ehesten würde sich ein Schaltwandler lohnen. Das muß kein perfekter 
MPP-Tracker sein, aber wenigstens eine Näherung. Ein einfacher 
Spannungsregler hilft hier wenig.

Der Vorteil ist mehr das man in den Zeiten wenn die Sonne scheint etwas 
mehr Strom in den Akku bekommt. Es hängt von den Modulen und dem Preis 
für den Regler ab ob es sich lohnt.

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