Hallo Forumsgemeinde, hintergrund ist: Ich mache gerade ein Praktikum bei einer kleinen solartechnischen Organisation in Nordargentininen. Hier haben nahezu alle PV-Panel eine MPP-Spannung (Maximum Power Point) von rund 17,5V, die meisten Verbraucher aber 12V (Autobatterie, Wasserpumpe, ..). Klar funktioniert es so, die Verbraucher ziehen das Panel auf 12V runter - aber man verschenkt halt rund 1/4 der Leistung! (Aufgrund der Solarzellen-Kennlinie fliesst bei 12V nur minimal mehr Strom als bei 17,5V). Natürlich wäre ein MPP-Tracker am besten, aber es geht um eine möglichst kostengünstige Schaltung, die sich mit hier in Argentinien erhältlichen Teilen realisieren lässt. Ich habe schon ein wenig im Netz und hier im Forum gesucht, aber gerade weil mein Eletronikwissen eher mittelmäßig ist, wurde ich nicht so richtig schlau draus. Auch haben ja die meisten Abwärtswandler die Aufgabe, eine konstante Ausgangsspannung zu liefern. Das ist hier nicht nötig. Die Anforderungen sind: - 17,0 auf ca 12V, wobei ein konstantes Taktverhältnis genügt (geht das einfach mit nem Schwingkreis?) - Ausgangsstrom 7A (80W-Panel) bzw 4,2A (50W-Panel) - Verbraucher: Im einfachsten Fall eine 12V-Pumpe. (Optimal wäre, wenn der Abwärtswandler dann auch an einen einfachen 12V-Laderegler (ohne integrierten MPP-Tracker) angeschlossen werden kann.) Ist es realistisch, solch einen Abwärtswandler selbst aufzubauen? Benötigt man dafür spezielle ICs o.ä.? Wenn ja: könnt ihr mir möglichst viele Alternativen (und alternative Bezeichnungen) geben, damit ich hier in Argentinien die Elektronikläden danach abklappern kann? Vielleicht könnt ihr mir etwas auf die Sprünge helfen oder kennt ein paar hilfreiche Links. Besten Dank und viele Grüße von der Südhalbkugel, Simon
schnapp dir nen ne555, Spule, p-kanal-Mosfet, Diode und ein bisschen Kleinkram. :-)
habe sowas schon gebaut, mit festem taktverhältnis geht es nicht, da die PWM dem strom vom solarmodul bzw. der MPP-spannung nachgeführt werden muß. ich denke aber, daß sich der MPP-tracker entbehren läßt wenn man die MPP-spannung bei betriebstemperatur ausprobiert und das modul danach fest mit dieser arbeiten läßt.
Wow, danke für die schnellen Antworten! Klingt ja ganz so, als ob das wunderbar realisierbar wäre :) Ja, die Seite mit der Berechnung hatte ich auch schon entdeckt, danke. Was für eine Frequenz ist mit dem ne555 realistisch? @Ben: Verstehe nicht ganz, warum ein festes Taktverhältnis nicht reicht. Der Verbraucher gibt ja eine Spannung vor (zB 12V-batterie). Wie sah dann deine Lösung aus? Hast du vielleicht sogar nen Schaltplan und Stückliste für mich?
National Semiconductor hat auf der Seite http://www.solarmagic.com einiges dazu im Programm. Die zugehörigen Bauteile sollten eigentlich weltweit verfügbar sein (oder gibt es in Argentinien keine Post/UPS und Distributoren?)
Ein kleiner Controller wie der Tiny261(A) mit High-Speed-PWM, dazu ein diskreter Buck-Konverter aus Fet-Treiber, FET, Diode, Spule und Kondensator würde reichen, einen sich dynamisch selbstanpassenden Regler aufzubauen.
Zu euren Vorschlägen: - Ich werd mir die National Semconductor-Seite mal anschaun, danke (wenn die Internetverbindung hier nicht soo lahm wär, grr). Aber ich fürchte, dass deren Komponenten zu teuer und zu schlecht erhältlich sind. (Doch, es gibt hier auch Post, aber so gut wie keinen Versandhandel und der Zoll ist dein allergrößter Feind - so kann eine Sendung auch mal Jahre brauchen) - uC auch eher ungern, da man den ja auch programmieren müsste. Und grade, wenn die Schaltung dann später Argentinier nachbauen sollen, ist das eher schwierig. Der Ansatz mit dem 555 gefällt mir bislang am besten. Hab inzwischen dieses Projekt gefunden: http://frickelpower.bplaced.net/index.php?page=50W_SMPS Was haltet ihr davon? Das müsste sich doch an unseren Anwendungsfall anpassen lassen? .. ich weiß, dass das vielleicht ein bisschen viel verlangt ist, aber da meine Elektronikkentnisse eher mau sind, bräuchte ich fast einen fertigen Schaltplan samt Komponentenliste :-S Aber vielleicht hat ja wer von euch Lust, sich der Sache anzunehmen und einer kleinen Entwicklungshilfeorganiation auf der anderen Seite der Erde zu helfen? :)
... habe geradee in einem anderen Beitrag ( Beitrag "Re: Peltierelement - Batteriebetrieben" ) diesen Schatungsvorschlag gefunden: +--100kPoti--1k--+----+-----+-- ca. +12V 1k | | Last | | | +-----+ | | | +-|<|-+--|7 8|-+ Spule | (ca. 330nH 5A) | 1N4148 |NE555| +-|>|-+ Freilaufdiode (z.B. SB530) +--------|2 | | +--------|6 1 3|-----|I NPN (BUZ11 oder so) | +-----+ |E 10nF | | +-----------+---------+-- Masse Könnte doch mit folgenden Anpassungen funktionieren? Bei mir ist ja die maximale Eingangsspannung (PV-Leerlaufspannung) 21,5V, also brauch ich wohl noch nen Linearregler zum Schutz des NE555? Und um auf 7A zu kommen, kann ich dazu einfach zwei BUZ11 parallel schalten?
> Ist es realistisch, solch einen Abwärtswandler selbst aufzubauen? Als Elektroniker schon. Aber schon deine Grundlagen klingen verkehrt. > Hier haben nahezu alle PV-Panel eine MPP-Spannung (Maximum Power > Point) von rund 17,5V Solarpanels haben keinen maximum power point bei einer bestimmten Spannung, sonst müsste man kein maximum power point tracking machen. Solarpanels haben eine Nennspannung, und wenn die 17.5V beträgt, dann passt das gut zu 12V Bleiakkus, die vollgeladen 14.4V bekommen, mit Diode 15V. Die Solarpanels sind ja nicht ohne Grund alle "falsch". Wenn man wirlich nach paximum power point laden will (was meist weniger bringt als die Elektronik an Verlusten kostet), dann braucht man mehr als einen Spannungsregler, sondern eben einen MPP Tracker. Für den ist es dann wiederum sinnvoll, wenn die Spannung der Panele bei allen Sonnensituationen SICHER über oder SICHER unter der Spannung der Akkus liegt, also entweder 2 17.5V Panels in Reihe um einem 12V Akku per MPP aufzuladen, damit man nur Step Down, oder 2 bis 3 12V Akkus in Reihe an einem 17.5V Panel, oder nur Step Up machen muss. Die NE555-Schaltung hilft dir nicht weiter, obwohl man natürlich auch MPP-tracking-Regler auf Basis eines NE555 konstruieren könnte. Ein programmmierbarer Mikrocontroller mit A/D-Eingängen wäre natürlich einfacher und könnte die ganze Ladekontrolle mitübernehmen.
Hallo MaWin, Danke für deine ausführliche Antwort! Wunderbar, wenn sich so eine Diskussion ergibt. > Solarpanels haben keinen maximum power point bei einer bestimmten > Spannung, sonst müsste man kein maximum power point tracking machen. Jein. Klar, der MPP der angegeben ist, ist bei STC (Standarttestbedingungen, 1000 W/m2 AM1,5 und 25°C). Wenn die Einstrahlung kleiner ist, sinkt die MPP-Spannung aber nur relativ wenig. (siehe zB http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d8/Solar-Cell-IV-curve-with-MPP.png ) Bei einer Einstrahlung von nur 200W/m2 beträgt sie immer noch ca. 80-90% der Nenn-MPP-Spannung. Klar, ein MPP-Tracking ist das optimale, aber wenn man die Solarzelle einfach mit einer festen Spannung betreibt, kann man auch schon ganz gut hinkommen. Und gerade das ist ja eben mein Ziel. > Solarpanels haben eine Nennspannung, und wenn die 17.5V beträgt, dann > passt das gut zu 12V Bleiakkus, die vollgeladen 14.4V bekommen, mit > Diode 15V. Bleiben aber selbst nach deiner Rechnung noch 2,5V, die man danebenliegt. Und der normale Betriebsfall ist ja nicht vollgeladen, sondern laden, und da liegt die Spannung meines Wissens bei so 12,5-13V? (Wir ham hier auch einen experimentierwagen mit 50W-Panel (eben MPP bei 17,4V, Leerlaufspannung 21,7V), minimal-Laderegler und Bleigelakku. Da kann ich ja, wenn die Sonne wieder da ist, nochmal die PV-Spannung im Ladebetrieb messen, ich meine aber es waren unter 13V - und damit liegt man schon ganz schön neben dem MPP.) > Ein programmmierbarer Mikrocontroller mit A/D-Eingängen wäre natürlich > einfacher und könnte die ganze Ladekontrolle mitübernehmen. Ja, solche Geräte gibt es ja auch schon massenweise auf dem Markt, nur es geht hier eben um eine möglichst preiswerte aber trotzdem effektive Lösung, und das ist in meinen Augen nach wie vor ein Tiefsetzsteller mit konstanten Taktverhältnis. Konkret geht es zunächst um den Anwendungsfall: Eine 12V-Pumpe hängt in einem 29m-tiefen Brunnnen (bei einem kleinem Volk, mitten im nichts) und bislang direkt an einem 50W-Solarpanel (eben auch 17,4V). Wenn genügend Sonne da ist, stellt sich eine Spannung von rund 12V ein. Und ich bin der Meinung, dass man durch einen einfachen "Gleichstrom-Trafo" da nochmal 10-20% mehr Leistung rauskriegen könnte. (Wenn zuwenig Sonne da ist, zieht die Pumpe das Panel erstmal runter auf 1V und pumpt nicht, doch das ist ein anderes Problem). Der buz11 kann ja doch 30A, sollte also reichen. Die Wickeldaten kann ich mir ja über schmids-walters Seite berechnen. Nur welche Dioden kann ich nehmen für 7A? Und was für eine Frequenz macht der NE555 in der obigen Schaltung?
> Bleiben aber selbst nach deiner Rechnung noch 2,5V, Nein, weil die Nennspannung ja nicht im maximum power point über den Tag hinweg liegt. Wenn man unterschiedliche Sonnenintensitäten mittelt, und den maximalen Gewinn aus den Panels haben will, dann passt die Spannung schon recht gut. Das haben die Hersteller schliesslich so ausgeklügelt, Die sind doch nicht alle doof. > Eine 12V-Pumpe hängt ... direkt an einem 50W-Solarpanel > Wenn genügend Sonne da ist, stellt sich eine Spannung von rund 12V ein. Klarer Fall von fehlendem Stützakku. > Wenn zuwenig Sonne da ist, zieht die Pumpe das Panel erstmal runter > auf 1V und pumpt nicht Dagegen hilft auch kein Schaltregler, die Leistung kommt einfach nicht. Dagegen hilft nur 1 Stunde pumpen, 2 Stunden laden. (und möglichst den Akku nicht tiefentladen). Eine Schutzschaltung mit ICL7665 für Überladeschutz und Tiefentladeschutz wäre erst mal das wichtigste. http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5 Das zweitwichtigste sind ordentliche Akkus, keine Autoakkus, damit die länger halten nud nicht mehr Geld fressen, als man je mit ihnen speichern konnte. Da das Gewicht bei stationären Solaranlagen keine Rolle spielt, könnten Nickel-Eisen Akkus eine gute Wahl sein, sind allerdings in der Anschaffung deutlich teurer und erst gegen Lebensende amortisiert, so daß viele das nicht machen. Spart jedoch den Laderegler :-)
GRRRR nochmal: EIN KONSTANTES TAKTVERHÄLTNIS FUNKTIONIERT EINFACH NICHT!!! hast du das nun lesen können? du mußt (JA DU MUSST!!! VERDAMMT!) den strom durch die spule per PWM auf den strom begrenzen, den das solarmodul gerade liefert. ergebnis ist eine konstante spannung im bereich des MPP am solarmodul und das bekommt man am einfachsten hin wenn man diese spannung konstant hält. quasi ein umgekehrtes netzteil. vorne konstant rein, hinten raus wie es gerade kommt. wie bei einer kuh - hast nur glück, daß man strom nicht riechen kann. außer du ignorierst weiterhin die tips die du hier bekommst. manche brauchen halt den würzigen duft nach ampere am morgen damit das gehirn zu arbeiten beginnt! und was ich auch nicht kapiere - wieso probiert alle welt jeden scheiß vom schaltregler über femtosekundenlaser, videotext-dekoder, audioverstärker bis zu thermonuklearen on-chip-sprengsätzen oder dreistufigen fluxkompensatoren mit dem NE555 zu bauen?! das ding ist ein timer und der beste und vielseitigste timer bleibt immer noch ein timer. eierlegende wollmilchsäue gibts woanders. mein patent bestand seinerzeit aus einem TL494-basierten step-down-schaltregler, der seine eingangsspannung konstant bei 17,5 oder so hielt. dabei war egal was hinten rauskam - angenommen es waren 100W dann kommen bei 12V 8,4A oder bei 2V 50A wieder raus. der zweite OPV des TL494 war so beschaltet, daß das ding die akkuspannung konstant bei 13,8V halten konnte (erhaltungsladung bei vollem akku). dabei läuft die solarspannung aus dem MPP-bereich raus (beide spannungen konstant halten geht nicht, eine von beiden muß variieren). diese funktion wurde für den MPP-betrieb einfach durch überbrücken des unteren widerstandes vom spannungsteiler abgeschaltet. das kann ein kleiner µC machen oder wenn man will eine komplett analoge schaltung aus einem flipflop und zwei komparatoren. sorry aber genauer erklären kann man es nicht, die nächste stufe wäre selber bauen.
WOW, das nenne ich mal 'auf den Punkt gebracht', full ACK Was evtl. noch fehlt: 1. Ein Schaltregler à la NE555 wird u.a. durch die unvermeidliche Freilaufdiode kaum über 80% Effizienz kommen, dadurch wird die Mehrleistung den Panels wieder zunichte gemacht. 2. Der optimale MPP, bei dem die genannten 17,5V erzeugt werden, gilt für eine Temp. von 25°C. Die ist aber in der Praxis nicht gegeben, weil die dazu gehörige kernige Sonneneinstrahlung eher für Temps von 50...70°C sorgt. Hierbei verschiebt sich der MPP nach unten, etwa zu 14-15V so dass abzüglich der Rückstromdiode recht genau die passende Ladespannung ergibt, und zwar ohne Wandler. Alles in allem scheint mir die Panel-Spannung vom Hersteller optimal gewählt worden sein, dass das beste Ergebnis erzielt wird, wenn der Akku direkt angeschlossen wird (natürlich mit Rückstrom-Diode und Begrenzung bei Akku-voll).
ganz ohne dioden kommst du aber auch nicht aus, die eine im step-down-wandler wird dir immer den wirkungsgrad geringfügig vermiesen. außer du machst es mit synchroner gleichrichtung, aber er wollte einen einfachen wandler. einfach eine sehr gute diode mit geringer flußspannung (schottky) nehmen, dann sind die verluste durch die diode auf jeden fall geringer als der gewinn durch den wandler. im nomalbetrieb (solarstrom über wandler) waren bei meinem aufbau keine zusätzlichen rückflußdioden drin. bei dämmerung bzw. einbruch des solarstromes unter einen bestimmten wert wurde vom wandler über ein bistabiles relais auf eine einfache rückflußdiode umgeschaltet, beim überschreiten der schwelle wieder zurück auf den wandler. bei meinen modulen lag der MPP an kalten tagen um 18V, im winter sogar bei 18,5V oder so, im sommer so bei 17-17,5V. werte darunter kann ich nicht bestätigen. du kannst dir also selbst bei 14V akku-ladespannung noch 3V "zu strom machen", bei 3A modulstrom sind das immerhin 9W (ohne wandlerverlust). immer noch fast 17% bei einem 53W modul, lohnt sich schon finde ich. unter günstigen bedingungen (leerer akku mit 12V ladespannung, keine 40 grad im schatten bzw. winter) bringt das mindestens 25% mehr als eine einfache diode. lohnt sich bei 100W solar-leistung also schon recht ordentlich.
Hallo Ben, deinen Ausführungen kann ich nur teilweise zustimmen. Synchrongleichrichtung in einem Step-Down bringt nur ordentlich was, wenn die Eingangsspannung hoch ist und die Ausgangsspannung niedrig; z.B. zur Erzeugung Vcore <3 V aus einer Spannung 12 V bei hohen Strömen etwa. In dem Fall hier also nicht signifikant, weil die Diodenbestromung anteilig niedrig ist, weil die Eingangsspannung nur wenig über der Ausgangsspannung liegt, so wie in unserem Fall. In sofern Zustimmung. Verzicht auf die Rückflussdiode durch ein Relais ist eine gute Idee. Erspart den entsprechenden Verlust. Braucht dann etwas Elektronik. Nicht zustimmen kann ich der Aussage, dass an Sommertagen der MPP bei 17-17,5V liegt. Hierzu mal exemplarisch die Kennlinie eines Panels: http://www.solarenergiekuesnacht.ch/o.k/Datenblaetter/ShellSolarSM110-12_Dv2.pdf Die Spannung Vmpp ist bei 25°C mit 17,5V angegeben. Die Spannung Vmpp ist bei 45°C mit 16,0V angegeben. Laut Kennlinie wird Vmpp bei 60°C unter 15V liegen, da wäre ein Wandler kontraproduktiv. An dieser Stelle sind meine Ausführungen angreifbar, da ich nur vermute, dass in Nordargentinien klimabedingt eher die 60°C zutreffen werden. Unterstützt wird meine These, dass ein Wandler nichts bringt, durch folgendes Zitat. **** Beginn*** Lohnt sich der Einsatz eines MPP Ladereglers? Der MPP Laderegler garantiert den Betrieb beim optimalen Betriebspunkt der Solarzellen (Maximalleistungspunkt MPP) und das Laden der Akkumulatoren entsprechend deren Ladecharakteristik. Ein MPP Regler lohnt sich allerdings nur dann wenn die Batteriespannung sich erheblich von der Modulspannung unterscheidet. Das ist z.B. der Fall wenn Sie ein Modul mit 44V im MPP zum Laden einer 12V Batterie verwenden möchten. Die heute üblichen 12V Module haben meist eine Spannung im MPP von 16,5V bis 18V und der Einsatz eines MPP Reglers lohnt sich in diesem Fall nicht wirklich. Diese Spannung wurde bewusst als Kompromiss gewählt, da eine geringere Spannung im Sommer dazu führen würde das dass Modul die Batterie nicht mehr richtig laden kann. Das kommt daher dass durch zunehmende Erwärmung des Moduls seine Spannung absinkt. Der Nachteil dieses Kompromisses ist eine nicht optimale Leistungsausnutzung bei kühleren Temperaturen und Verwendung eines normalen Reglers. Beispiel: Ein 100 Watt Solarmodul bringt an einem Wintertag einen Strom von 4 Ampere die Modulspannung beträgt hierbei 18,0V. Das Modul liefert die 4 Ampere über den Solarregler an die Batterie die Spannung bleibt dabei unberücksichtigt. Die Leistung des Moduls ist in diesem Falle 4A* 18,0V= 72W. Wäre ein MPP Regler installiert würde er diese Spannung umwandeln in Strom und bei einer Batterieklemmenspannung von 14V würde er glatt 5A in die Batterie laden (wenn man seine eigene Verlustleistung einmal vernachlässigt). Also 25% mehr als der normale Regler. im Sommer jedoch, wenn das Modul durch die Sonneneinstrahlung auf ca. 60 bis 70 Grad aufgeheizt wird beträgt die Spannung nur noch 14,5V. Der MPP würde in diesem Fall nichts bringen da der Gewinn bei unter 2% läge. Lohnenswert ist ein MPP-Regler also nur dann, wenn man wie schon erwähnt ein Modul mit einer sehr hohen Spannung hat oder daß die mit Solarenergie betriebenen Systeme im Winter benutzt werden, da sich die Spannung des MPP bei niedrigen Temperaturen enorm erhöht. *** Ende*** Der Link hierzu: http://www.pro-umwelt.de/faq.php mfg BMK
sorry, kann nur das wiedergeben was ich selbst gemessen habe. vielleicht werden die zellen bei mir auch nicht so heiß weil ich sie nicht auf dem dach habe, da kommt von überall sehr gut luft dran. synchrone gleichrichtung bringt solange was wie die schaltverluste geringer sind als die diodenverluste. klar, bei 12V/10A ist das deutlich weniger als bei 1,2V/130A.
Liebe Leute,
ich danke euch für eure zahlreichen Kommentare. (Letzte Woche war hier
viel los, drum antworte ich erst jetzt).
Der konkrete Anwendungsfall ist wie gesagt eine 12V-Pumpe, die direkt an
einem frei aufgeständerten Panel hängt. Klar, ein Pufferakku würde
einige Probleme (auch bei der Panelnachführung) lösen, _kommt aber bei
dem System nicht in Frage_. (Hochwertige Akkus sind hier kaum
erhältlich, ein Akku müsste alle paar Jahre erneuert werden, dh ein
Mitarbeiter muss mehrere 100km fahren. Das System soll aber in der
Größenordung 10 Jahre wartungsfrei arbeiten).
--- Zum Sinn oder Unsinn eines Abwärtswandlers bei einem ---
--- Panel mit 17,5V-MPP-Spannnung ---
Ich hab mal ein bisschen gerechnet. Die von mir verwendeten Daten:
Panel:
U_oc= 21,7 V, U_mpp_stc= 17,5V
I_sc= 5,05A, I_mpp_stc= 4,7A
Temperaturkoeffizienten:
U: -0,4 %/K
I: +0,3 %/K
(Im Netz findet man für kristallines Silizium auch Werte von -0,33 &
+0,5 %/K, aber ich hab die pessimistischeren Werte aus meinen
Vorlesungsunterlagen verwendet)
Modultemperatur:
Bei frei aufgeständerten Modulen rechnet man mit:
T_modul= T_umgebung + 22K* Einstrahlung / 1000W/m2
Als Umgebungstemperatur hab ich 30°C angenommen.
(Klar, um die 22K kann man streiten. Aber weil das Panel frei
aufgeständert mitten im nichts steht, und es da gut windig ist,
halte ich die 22K eher für eine pessimistische Annahme.
Meine Ergebnisse:
(Hinter dem Doppelstrich ist angegeben, wieviel mehr Leistung sich mit
einem MPP-Abwärtswandler (angenommen eta=100%), im Vergleich zu einem
direkten Betrieb des Moduls mit 12,0V, mehr rausholen ließe.)
E | T_m | U_mpp | I_mpp|| deltaP | in % |
1000 W/m2 | 52°C | 15,6V | 4,6A || +11,5 W | +19% |
900 W/m2 | 50°C | 15,5V | 4,2A || +10,0 W | +18% |
800 W/m2 | 48°C | 15,4V | 3,7A || + 8,4 W | +18% |
700 W/m2 | 45°C | 15,2V | 3,2A || + 6,9 W | +16% |
600 W/m2 | 43°C | 15,0V | 2,7A || + 5,4 W | +15% |
500 W/m2 | 41°C | 14,7V | 2,3A || + 3,9 W | +13% |
400 W/m2 | 39°C | 14,3V | 1,8A || + 2,5 W | +10% |
1000 W/m2 | 60°C | 15,0V | 4,6A || +10 W | +15% | (60°C manuell)
Also erstmal muss ich euch recht geben, dass die 17,5V Nennspannung für
das Laden einer 12V-Batterie nicht allzu verkehrt sind. (Sorry, den
Temperatureinfluss hatte ich nicht so vor Augen, bin ja auch nur Mensch
;). Und klar, wird der Arbeitspunkt von Pumpe&Panel nicht immer bei
12,0V liegen. Aber da die Pumpe eh nur pumpt, wenn eine hohe
Einstrahlung da ist (siehe mein voriger Post), denke ich, dass man von
einer mittleren Einstrahlung während des Pumpbetriebes von 700-800W/m2
ausgehen kann.
==> Insgesamt halte ich für diesen Anwendungsfall einen Gewinn von 10 %
(inkl. Wandlungsverluste)durch einen Abwärtswandler für realistisch. Was
meint ihr?
Ob die 10% den Aufwand wert sind, ist eine andere Frage, die ich gleich
im Verein besprechen werde. Auf jeden Fall wollte ich euch meine
Ergebnisse nicht vorenthalten.
--- Zur Realisierung des Abwärtswandles ---
Wie geschrieben, ich bin kein Eletronikexperte. Ich hatte mir das so
vorgestellt, dass bei einem konstanten Taktverhältnis ein Abwärtswandler
wie ein "Trafo für Gleichstrom" funktioniert, also auch das Verhältnis
von Ein- und Ausgangsspannung gleich bleibt. Aber da hatte ich wohl zu
einfach gedacht.. Auf den ne555 bin ich ja auch nur durch den Beitrag
von Floh gekommen. Inzwischen bin ich einer Lösung mit uC nicht mehr
ganz so abgeneigt (Der Algorithmus für einen MPP-Tracker kann ja bei nur
einem und unverschatteten Panel ziemlich simpel sein, und geflasht ist
ja auch schnell), oder alternativ ein Wandler ala Ben, der die
Eingangsspannung konstant auf 15,5V hält.
@Ben: Könntest du einen Schaltplan o.ä. deiner damaligen Lösung posten?
Bei einer 12 V Pumpe mit DC Motor wird man nicht unbedingt 12 V an Spannung haben. Direkt am Panel kann sich der Arbeitspunkt da durchaus zwischen 10 V und 16 V bewegen. Wo der Arbeitspunkt liegt hängt sehr von der Last am Motor ab - die 12 V sind da nur ein Nennwert. Den wirklichen Vorteil den man durch einen Wandler ggf. erreichen kann, ist es das der Motor auch bei niedrigerer Leistung dann auch anlaufen kann. Man könnte so z.B. den Motor auch schon bei 300 W/m² anlaufen lassen, wenn auch nur mit z.B. 7 V und entsprechend etwa halber Drehzahl. Ab man diese Teillast gebrauchen kann, hängt von der Pumpe ab - ggf. wird da einfach mit der Drehzahl der Druck zu gering und man kann die geringere Leistung nicht nutzen. Ein wichtiger Punkt wäre die Charakteristik der Pumpe. Also z.B. als Funktion der Spannung (z.B. 6 - 14 V) die Stromaufnahmen und die in der Anwendung geförderte Menge. Der 2. Punkt ist eventuell der zum Anlaufen nötige Strom, wenn der deutlich über dem beim normalen Betrieb ist.
Hi Ulrich, ja, stimmt, das wäre ein sehr interessanter Zusatznutzen! Das dumme ist nur, dass die Pumpe bereits installiert ist, und das mehrere 100km entfernt. Der Brunnen ist aber 30m tief, also wird wohl echt das Problem sein, dass die Membranpumpe den Druck bei wenig Leistung nicht schafft. Der Punkt ist tatsächlich das Anlaufen: Schaltet man das ganze bei zu wenig Sonne ein, zieht wie geschrieben die Pumpe das Panel auf 1-2V runter. Erst wenn dann mehr Sonne kommt, läuft die Pumpe an, dann sinds so 12-13V. (Wir konnten das aber auch nur an einem Nachmittag beobachten, und da war der Himmel eben leicht bewölkt.) Nur wie könnte man die Anlaufhilfe steuerungstechnisch realisieren? Für den MPP-Tracker, dachte ich dadran, dass er das Tastverhältnis so lange variiert, bis der letzte Leistungswert größer als der aktuelle ist. (Und dann immer zwischen den 2 maximalwerten hin- und herfährt.) Aber ob damit auch das anlaufen funktioniert?
ich tendiere immer noch zu der lösung mit einem akku. das erhöht sehr deutlich die ausnutzung des solarstromes wenn dieser sonst nur bei maximallast zum betrieb der pumpe reicht. du verschenkst sonst die stromerzeugung in der zeit wo der saft nicht zum betrieb der pumpe reicht komplett. das anlaufen ist nicht das große problem, man könnte eine kleine kondensatorbank vorladen und die pumpe damit starten. aber das nutzt nichts wenn die leistung des solarpanels nicht ausreicht um die pumpe zu betreiben. oder es kommt mal eine kleine wolke vorbei, solls ja auch geben. ohne akku müßte die pumpe danach wieder mit hilfe der kondensatoren gestartet werden. denke also nicht, daß es viel bringt. du scheinst ja auch nicht mal zu wissen wie ein MPP-tracker funktioniert. wie willst du dann sowas bauen? das ding macht nichts weiter als z.b. den regelwert geringfügig zu verschieben und die ausgangsleistung zu messen. ist diese nun höher als vor der verschiebung wird noch ein stück weiter verschoben bis die ausgangsleistung irgendwann geringer wird. dann wird der letzte schritt zurück verschoben und ein bestimmtes zeitintervall mit diesem wert gearbeitet (MPP gefunden). wenn gleich beim ersten schritt die leistung abfällt wird in der anderen richtung gesucht. du brauchst also nicht immer den kompletten regelbereich durchzufahren, sondern kannst dich aufs nachregeln konzentrieren. problematisch ist nur wenn während einem solchen messvorgang die einstrahlung geändert wird (wolke oder sonstige abschattung), dann klappt das tracking nicht. deswegen keine großen sprünge in der regelung zulassen, normalerweise ändert sich die temperatur der module und die sonneneinstrahlung (und damit auch der MPP) eher träge. zu meinem damaligen patent gibt es keinen schaltplan, das war frei schnauze auf einer lochrasterplatte aufgebaut. prototyp halt. ein bild kannste haben, das ding liegt hier noch rum... wird dir aber nicht viel nutzen.
Ja, klar, Akku wäre besser, aber da kam von meinem Praktikumsbetreuer schon ein deutliches nein. Doch, genau diese Art des MPP-Trackings meinte ich, habs nur nicht so genau beschrieben. (Bei Teilverschattungen kann es 'mehrere' MPPs geben, deshalb sollte ein guter Tracker ab und zu schnell die ganze Kennlinie durchfahren. Verschattung kann aber bei den Solarpumpen ausgeschlossen werden.) Ein Ändern der Einstrahlung ist nicht problematisch, der Tracker regelt einfach kontinuierlich nach (und 'zappelt' damit immer um den MPP, sobald er ihn gefunden hat). Ja, nen Bild (und vielleicht auch ein handschriftlich skizzierter Schaltplan) wär super, damit ich den Aufwand abschätzen kann.
damit kann er nicht viel anfangen weil das ein laderegler für einen akku ist und er keinen akku will. "mpp tracking" ist bei diesem chip auch ein wenig weit gegriffen, das ding hat zwar einen eingang für die MPP-spannung aber nicht die logik für das tracking. ich muß mal nochmal ein paar dinge nachfragen: 1. hast du ein diagramm für die pumpe was die stromaufnahme bei einer bestimmten spannung angibt und den punkt ab dem die pumpe zu fördern beginnt? weil darunter macht es keinen sinn die pumpe laufen zu lassen (nur verschleiß). wenn das eine membranpumpe ist, hält die 30 meter wassersäule oder fießt dieses langsam durch die ventile zurück in den brunnen? wenn das wasser im schlauch sicher stehenbleibt macht die idee mit den kondensatoren sinn und die pumpe in einer art pulsbetrieb zu betreiben. wird aber nicht viel kleiner als ein akku, bei guten kondensatoren nur langlebiger. 2. um wieviele geräte geht es? soll das was kommerzielles werden oder nur einmal für einen spezialfall aufgebaut werden? 3. wie wird das ganze finanziert? ich glaube irgendwie nicht, daß die solarmodule bei euch viel preiswerter sind als hier. werde noch ein bild von der leistungsplatine meines damaligen MPP-trackers machen. aber dafür gab es wie gesagt nie einen schaltplan. wenn dann müßte ich das nochmal komplett zusammenbauen bzw. was neues bauen. macht man aber wie du gerade selber feststellst nicht innerhalb von 5 minuten.
Wird es nicht so sein, dass die Leistung, die jetzt durch die "falsche Spannung verschenkt" wird, mit dem Schaltregler dann durch den ausgeschalteten Strom in ca. 25% der Zeit "verschenkt" wird? Da wird wohl mit vergleichsweise viel Aufwand nichts herauskommen. doch Gast
wow da hat wieder einer ahnung... was denkst du denn wozu ein paar elkos am eingang des schaltreglers da sind? rein optische zierde oder was?!
so, habe gerade mal die leistungsplatine die ich damals gebaut habe in meine solaranlage reingehängt und ein wenig gemessen. MPP bei 18,2V solarspannung (manuell gesucht) solarstrom: 4,5A akkuspannung: 13,0V ladestrom: 6,1A macht eine solarleistung von 81,9W und eine ladeleistung von 79,3W bei einem wirkungsgrad von 96,8%. der strom steigt um 35,6% an. die solarzellen direkt an den akku gehalten ergaben einen ladestrom von 4,7A. das macht einen gewinn an ladestrom von 29,8%. bild von der platine muß ich nochmal schieben weil mich gerade die akkus der digicam im stich gelassen haben.
Macht ein MPP Tracker wirklich Sinn? Die Dinger sind doch wohl darauf hin optimiert daß sie zur Bleiakku-Ladespannung von ca. 14V den größtmöglichen Strom liefern. Wenn also die schon mehrmals erwähnte Pumpe die 14V bekommt, dann wird sie einen bestimten Strom ziehen. Wenn der unter dem Strom liegt den der MPP liefern könnte, na dann weiß ich auch nicht was dann passiert, läuft der MPP dann über ? hihi Der MPP muß ja irgendwohin mit der Leistung die er vom Panel abzieht. Da der MPP also praktisch mehr Leistung abzieht als er an die Pumpe liefern kann .. das klingt nicht gut. Womöglich verballert der MPP die Differenzleistung irgendwo wo es ihm garnicht gut tut. Ein Akku kann jede (naja, fast jede) Leistung aufnehmen die ein MPP Tracker liefert, da gibts keine Probleme. Anderer Fall: der Sonnenschein ist schwach, der MPP Tracker liefert aber am Ausgang immer noch 14V, aber er kann den Strom dazu nicht bringen .. die Pumpe will den Strom aber ziehen und zieht stattdessen die Spannung runter... wenn ich den MPP entworfen hätte würde ich bei einer Unterschreitung der Ausgangsspannung von 12V einen Kurzschlussfall konstatieren und den MPP abschalten. Also: MPP ist Mist bei Lasten wie einer Pumpe die eine klare Stom-Spannungs-Kennlinie hat und deutlich von der eines Akkus abweicht. Servus Martin
Martin Maschmann schrieb: > Also: MPP ist Mist bei Lasten wie einer Pumpe die eine klare > Stom-Spannungs-Kennlinie hat und deutlich von der eines Akkus abweicht. das sehe ich genauso. Eine kleine Dummy Last an das Panel und wenn die Spannung einen bestimmten Wert überschritten hat, dann auf die Pumpe umschalten. Ist die Panelspannng unter einem anderen Wert, wieder auf die Dummyload zurück schalten. Axel
oje, zwei experten unter sich ... der MPP tracker kümmert sich beim MPP-betrieb nicht um die ausgangsspannung. angenommen er bringt eine ausgangsleistung von 100W, dann liefert er einer pumpe bei 14V 7,1A, bei 10V 10A und bei 1V 100A. wenn die pumpe die abgegebene leistung bei 14V nicht aufnimmt erhöht sich ihre spannung bis sie die leistung aufnimmt. es wird gefressen was auf den tisch kommt, egal ob dadurch die pumpe überlastet wird oder nicht. das ding würde auch gnadenlos einen akku auskochen wenn nicht auf einen erhaltungsladungs-modus umgeschaltet wird sowie der akku voll ist. wenn das solarmodul schwächer beleuchtet ist und der MPP tracker weniger leistung liefern kann als die pumpe bei 14V aufnimmt bricht die ausgangsspannung auf einen wert ein, bei der die pumpe nur noch die abgegebene leistung aufnimmt. egal ob sie dabei nur langsamer dreht oder sogar stehenbleibt. wenn eine pumpe eine klare strom/spannungs-kennlinie hat dann kannst du daraus auch eine leistungskurve berechnen. strom und spannung stellen sich an einem MPP tracker nach dieser leistungskurve ein.
OK, ein MPP tracker hat den Vorteil, dass die Eingangsspannung nicht unter 14V einbricht, wohl aber die Ausgangsspannung wenn die entsprechende Leistung von Panel nicht bereit steht. Dies hat zur Folge, dass bei langsam zunehmender Sonneneinstrahlung am die Pumpe den mechanischen Widerstand nicht überwindet und sich der Motor im Stillstand erwärmt. Ich glaube nicht, dass dies der Wunsch des TE ist. Weiter schreibst Du: >wenn die pumpe die abgegebene leistung bei 14V nicht aufnimmt erhöht >sich ihre spannung bis sie die leistung aufnimmt. Also wird die Pumpe mit zu hoher Spannung betrieben und die Drehzahl ist oberhalb der Spezifikation, auch nicht das Gelbe vom Ei. Gescheiter ist, wie schon eingangs von TE gewünscht ein Abwärtswandler mit einer konstanten Ausgangsspannung, der aber erst bei einer bestimmten Sonneneinstrahlung eingeschaltet wird. Das kriegen wir nur mit einem test weisen Belasten der Panel hin. Was sagt der Oberexperte?
mal ein Einwand ! Oben wurde angegeben das das ganze 10 Jahre wartungsfrei laufen soll. -UND DA WILL JEMAND SEINE FRICKELSCHALTUNG EINSETZEN? -UND JEDES MALL 100 KILOMETER FAHREN WENN DAS DING WIEDRE IM ARSCH IST? -COOL
ttl schrieb: > FRICKELSCHALTUNG EINSETZEN Was heißt FRICKELSCHALTUNG? Bei meiner Gartenpumpe kümmert sich seit 5 Jahren ein Tiny12 um den Trockenlaufschutz. Warum soll eine selbstgebaute Schaltung nicht funktionieren? Ist ja kein Kernkraftwerk.
@düsentrieb die eingangsspannung (solarpanel-ausgangsspannung) wird vom MPP tracker so bei 16-18V gehalten. die geht im normalfall auch nie darunter, erst wenns dunkel wird. wenn der TE (der sich ja leider nicht mehr zum thema äußert) die spezifikationen der pumpe unbedingt einhalten will kommt er um eine art energiespeicher meiner meinung nach nicht rum. natürlich könnte man den MPP tracker auch so auslegen, daß er bei erreichen von 14V sekundärspannung den MPP verläßt und die 14V ausgangsseitig konstant hält, aber damit wird recht wertvolle solarenergie verschenkt. das gleiche passiert wenn die spannung so weit absinkt, daß die pumpe nichts mehr fördert. auch da geht viel verloren, womit man problemlos einen akku laden und die pumpe mit dessen hilfe länger betreiben könnte. der pumpenmotor würde durch die geringer spannung bei stillstand aber sehr viel mehr strom bekommen als durch das modul alleine und deswegen früher anlaufen. wie genau und ob die pumpe dann auch sofort fördert weiß ich nicht weil ich die pumpe nicht kenne und sowas auch nicht getestet habe. ich würde wie immer gesagt eine lösung mit akku wählen. der hätte zwar nach 10 jahren nicht mehr seine volle kapazität, aber wenn man ihn von vorn herein mit 50Ah oder so veranschlagt wird sie auch in 10 jahren noch für so eine 50W pumpe reichen.
Ohne Energiespeicher wird immer Energie verloren gehen da es unwahrscheinlich ist daß das Panel genau die Leistung liefert die die Pumpe braucht. Liefert das Panel mehr Leistung steigt die Spannung (ohne Abwärtsregler) an der Pumpe bis 17V (oder was das Panel eben so liefert) und rgendwann raucht die Pumpe ab. Liefert das Panel zuwenig Leistung sinkt die Spannung an der Pumpe bis sie irgendwann stillsteht. Dann wird die Leistung vom Panel vollständig vergeudet. Ein MPP der das Panel optimal aussteuert ist sinnlos, ein MPP macht nur Sinn wenn die Energie des Panels stets vollständig verbraucht werden kann. Was bei einer Pumpe nicht der Fall ist.
den letzten absatz muß ich anzweifeln, da ein solarmodul beim verlassen des MPP schnell an leistung verliert. unterhalb des MPP steigt der strom unverhältnismäßig schwach zum absinken der spannung an, oberhalb des MPP steigt zwar die spannung auf 21V oder so, aber der strom bricht rapide ein. ein MPP tracker kann also auch so einer pumpe mehr leistung zur verfügung stellen, evtl. besonders bei teillast des solarmoduls. ich glaub ein schlüssel ist eine gute dimensionierung der pumpe, die muß über einen weiten leistungsbereich fördern und die maximallast des panels aushalten können. damit würde man "nur" den strom verlieren, der nicht reicht um die pumpe fördern zu lassen (stillstand oder zu geringe drehzahl).
Eine Wasserpumpe ist keine feste Last. Man kann da schon je nach Bedarf mehr oder weniger Leistung gebrauchen. Mit etwas mehr als den nominellen 12 V wird halt etwas mehr Wasser gefördert - mit etwas weniger wird wohl auch noch etwas langsamer gefördert. Man hat also schon einen gewissen Leistungsbereich (z.B. 50-100 W) den die Pumpe gebrauchen kann. Die Anforderungen an den Regler sind nur etwas anders als bei einem Akku. Da ist weder die Spannung auf der einen noch auf der anderen Seite konstant. Um das Aufzubauen wäre die Lösung wohl ein kleiner µC - damit hat man die Flexibilität um die Kennlinien von Solarpanel und Motor optimal zusammenzubringen. So könnte man auch Zusatzfunktionen umsetzen wie Wasserstandsüberwachung, eine Einschaltschwelle und ggf. ein Fehlerspeicher und Diagnosefunktionen. Wenn man die Kennlinie der Pumpe kennt, wäre ggf. einen Schaltung mit einem IC zur Leistungsfaktor-korrektur möglich. Die haben in der Regel relativ flexible Eingänge - bleibt nur der Entwurf der Schaltung. Vermutlich wird aber der µC einfacher zu bekommen sein, und das Programm schreiben leichter sein sein als der Schaltungsentwurf für die analoge Umsetzung.
Angehängte Dateien:
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Wow, danke für die ganzen Beiträge! Da man ja wohl doch nur 10% mehr rausholen kann (siehe mein letzter Beitrag), ist die Wirtschaftlichkeit halt grade fraglich. Was denkt ihr, was die Materialkosten für nen Abwärtswandler für 5A mit a) diskretem Aufbau, dass Eingang konstant rund 15,5V b) mit uC für MPP-Tracking sind? (Klar, sind dann deutsche Preise, aber so mal als Hausnummer..) Im Anhang mal das Datenblatt der Pumpe. Zum Einsatz kommt ja gerade ein 50W-Panel (die Berechnungen oben hatte ich ja mit 80W gemacht, weil das Panel grade in der Werkstatt war..). Laut Datenblatt sollte die Pumpe bei 30m Förderhöhe (also 43PSI) und 12V rund 6A ziehen, die das 50W-Panel ja gar nicht liefern kann. Als wir dort waren, lag die Arbeitsspannung von Panel&Pumpe aber bei 12-13V. Irgendwas stimmt da nicht.. Aber in jedem Fall ist die Panelleistung ja so, dass die Spannung für die Pumpe nicht allzu hoch wird. Was passiert den eigentlich, wenn ein 12V-Motor mehr als die Nennspannung kriegt? Er dreht schneller und zieht mehr Strom, klar. Aber die einzige Gefahr ist doch, dass er dadurch überhitzt? Nur kurzzeitig eine Spannung bis 25V sollte ihm ja nichts ausmachen? Wasserstandsüberwachung brauchts nicht, der Auffangbehälter ist noch von einer (inzwischen kaputten) Windpumpe, die allermindestens 10x Leistungsfähiger ist. (Weil aber bei dem Volk kein Geld da ist, soll als Ersatz eine minimallösung zum Einsatz kommen: Eben 50W-Panel + Pumpe.) Angehängt auch mal 2 Bilder von der Installation. Aber ein Datenlogging könnte man ja mit implementieren..
Simon Wi schrieb: > Nur kurzzeitig eine Spannung bis 25V sollte ihm ja nichts ausmachen? sollte, hätte, wäre, könnte, dürfte, würde irgendwie bedenklich, diese Denkweise... Simon Wi schrieb: > Laut Datenblatt sollte die Pumpe bei 30m Förderhöhe (also 43PSI) und 12V > rund 6A ziehen, die das 50W-Panel ja gar nicht liefern kann. Als wir > dort waren, lag die Arbeitsspannung von Panel&Pumpe aber bei 12-13V. Die Drehzahl eines Gleichstrommotors hängt von der Spannung ab. Die Stromaufnahme von der Last. Dann hattest du eben keine 30m zu pumpen, sondern nur 20...
Ein LT 1074 CT7 kann 5A Ausgangsstrom und kostet 8,25 € bei Reichelt dazu noch eine Spule und Hühnerfutter Dann ein Mega88 der die Ein und Ausgangssannug misst und der den Shut Down des Spannungsreglers schaltet. Alles zusammen unter 30€ reine Teile
Etwas mehr als 12 V sollten der Pumpe noch nicht viel machen. Etwas schneller und weniger Lebensdauer für die Pumpe. Bei einer Verdränger-Pumpe sollte es aber vor allem auch möglich sein die Pumpe langsamer laufen zu lassen - ggf. auch mal mit nur 6 V wenn die Sonne nicht für mehr ausreicht. Der Aufwand für einen Regler mit µC sollte im Rahmen bleiben. An Teilen eine kleiner µC (z.B. Atmel Tiny461, Mega48), ein MOSFET - ggf. ein Treiber IC (wie ICL7667) dazu, eine große Shottkydiode, eine Drosselspule, Ein Regler für 5 V (für den µC), ein paar Elkos und ein Kondensatoren / Widerstände. Hier wären die Teile für Vielleicht 5-10 EUR zu haben.
> ggf. auch mal mit nur 6 V wenn die Sonne nicht für mehr ausreicht.
insofern der motor dann noch genug bumms für die immerhin 30 meter hat
was mich ein wenig wundert: die windpumpe reparieren kostet mehr als ein
50 bzw. 80 watt solarmodul??
>was mich ein wenig wundert: die windpumpe reparieren kostet mehr als ein >50 bzw. 80 watt solarmodul?? Das war dann auch mein Gedanke. doch Gast
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