Um meine Mikrocontrollerkenntnisse zu festigen und um mal langsam in sinnvolle Projekte einzusteigen habe ich mir eine neue Aufgabe überlegt. Mein Vater hat hier von unserem Wohnmobil noch eine alte Solarzelle rumliegen (~0,5m²). Diese möchte ich nun an eine Last (einfach ein Widerstand) anschließen und diese mit einem Mikrocontroller so regeln, dass die Solarzelle immer im Leistungsmaximum läuft. (also keine DC/DC Wandler usw.) Folgendes hab ich mir mal überlegt: Zunächst möchte ich die Kennlinien verschiedener Sonneneinstrahlungen aufnehmen. Wenn ich darüber dann die Leistungshyperbeln auftrage, dann erhalte ich grafisch den Punkt der maximalen Leistung. In diesen Punkt möchte ich einregeln. Da ich schlecht die Leistung messen kann, muss ich wohl mit dem µC die Kennlinie aufnehmen und die Leistung im µC berechnen. Ich taste die Kennlinie solange ab, bis die berechnete Leistung wieder kleiner wird. Den Vorgang wiederhole ich im Sekunden Takt. Nun die Fragen an euch: - sind meine Gedanken im Grundsatz richtig oder falsch? - reicht die Wandelung jede Sekunde? - wie bringe ich die Kennlinie in den PC (Spannungsteiler am A/D Pin?) - wie verändere ich den WIderstand der Last mit einem µC
Wieso kannste die Leisrung nicht messen ? P = U x I U ist messbar und I eigentlich auch. Dann so regeln, dass P maximal wird.
Ich würde die Last über einen Transistor mit einem PWM Signal (welches vom uC generiert wird)schalten. Ausserdem kannst du der Last in Serie ein kleiner Widerstand zuschalten. Mit dem uC die Spannung über der Last (ULast), und die Spannung über dem Seriewiderstand (I = Userie/Rserie) messen. So erhälst du dann die Leistung (P=ULast*I). Die Software muss nun das PWM Signal solange anpassen, bis die grösste Leistung erreicht wird. Die Problematik in diesem Beispiel liegt beim Schalter(müsste eine Art Schaltregler sein, damit die Spannung gemittelt wird). Das PWM Signal müsste eine Frequenz von mehrere kHz haben. Vielleicht konnte ich dir weiterhelfen. Gruss chrigu
Öhm... Und was willst du mit der "Leistung" machen? Verheizen? :)
Hallo; im allgemeinen wird das im MPP-Reglern wie schon im zweiten Beitrag geschrieben gemacht; Du musst die Spannung und den Strom messen (Shunt) und dann wenn die Leistung maximal ist dort "verharren" bis eine Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse oder der Last eintritt; Das mit der Kennlinie aufnehmen wird sehr schwierig da die Solarzelle kein lineares Bauteil ist und sehr viele Kennlinien zudem hat=abhängig von der Beleuchtungsstärke und von der Last mfG David
Der Shunt ist bei einem Widerstand als Verbraucher völlig unnötig, da sich der Strom aus der gemessenen Spannung und dem bekanntem Widerstandswert berechnen lässt. Für die Berechnung der Leistung muss dann noch die Einschaltdauer der PWM Regelung berücksichtigt werden. Zum schnellen Aufnehmen der Kennlinie könnte man vielleicht auch einen entladenen Kondensator über einen Mosfet mit der Solarzelle verbinden. Zu beginn hat man wegen der Kondensatorspannung von 0V den Kurzschlusstrom der Solarzelle. Während der Kondensator geladen wird, wird die gesamte Kennlinie der Solarzelle mit dem ADC aufgezeichnet. Zur Strommessung kann man entweder einen Shunt einbauen (genauer) oder die Geschwindigkeit der Spannungsänderung und die bekannte Kapazität des Kondensators verwenden (ungenau). Während der Messung muss die restliche Schaltung von der Solarzelle getrennt werden. Die Methode kann man noch etwas optimieren, indem der Mosfet kurz nach Erreichen der maximalen Leistung abschaltet und der Kondensator mit einem relativ großen Widerstand bis zur nächsten Messung nur zum Teil entladen wird. Ein Aufnehmen der Kennlinie ist normalerweise alle 5 Sekunden ausreichend. Wenn sich die Spannung am Modul deutlich ändert, kann eine zusätzliche Messung eingeschoben werden.
Sorry, habe mich da oben etwas vertippt. Die Kennlinie möchte ich nicht aufzeichnen. Ziel ist es wirklich erst einmal die Last immer so zu regeln, dass die Solarzelle maximal belastet wird. Wie ich nun aber die Last via PWM anpassen soll, habe ich nicht ganz verstanden. Ungefähr so? Spannung mit Transistor (PWM) verändern, dabei Strom über den kleinen Serienwiderstand messen und Leistung berechnen. Ist die Leistung maximal, dann ist der richtige Punkt gefunden. So richtig verstanden?
Hallo Thomas, "Gast" hat natürlich recht, fals du immer den gleichen Lastwiderstand oder Verbraucher einsetzen wilst, braucht es den Shuntwiderstand zur Strommessung nicht. Du kannst die Leistung auch mit P=U^2/R berechnen. Im Prinzip kannst du dir folgendes Vorstellen: Um die maximale Leistung aus einer Sollarzelle (oder jeder anderer Spannungsquelle) zu entnehmen, muss der Lastwiderstand gleichgross wie der Innenwiderstand der Quelle sein. (Leistungsanpassung). Das Problem ist nun, dass sich der Innenwiderstand der Solarzelle ständig verändert. Anstatt dass du den Lastwiderstand immer anpasst(was hier ja nicht sinnvoll/machbar ist), belastest du die Quelle nur für eine gewisse Zeit (PWM) Beispiel: Lastwiderstand 10 Ohm, Innenwiderstand Sollarzelle 20 Ohm -> PWM 50% Impulsdauer. Damit verhält sich die Last im Mittel wie 20 Ohm! Das Prinzip, wie du es beschreibst ist korrekt. Nur musst du dir im klaren sein, dass wenn du nur ein Transistor einsetzt, die Spannung schwankt. Um die Spannung stabil zu halten, müsstest du einen Schaltregler bauen. Aber für erste versuche sollte es auch mit dem Transistor funktionieren. Gruss chrigu
Als Einwurf: Die Leistung am Lastwiderstand kann auch durch P = U ^2 / R berechnet werden. Und denkt daran dass sich die Modulleistung nicht nur durch geänderte Lichteinstrahlung ändert, sondern auch mit änderung der Modultemperatur schwankt.
Hallo chrigu, ich glaube ich stehe gerade etwas auf dem Schlauch. Das mit dem Schaltregler ist mir nicht ganz klar. Wenn ich das richtig verstanden habe, muss der Lastwiderstand so groß sein wie der maximale Zellenwiderstand. Um nun die Last kleiner zu bekommen würde ich dann wie bereits angesprochen auf PWM zurückgreifen und einen Transistor als Step-Down Wandler einsetzen. Was meinst du mit "Die Spannung schwankt"?
Hallo Thomas, zuerst etwas zum Lastwiderstand. Vielleicht hast du mich nicht richtig verstanden, oder du hasst es falsch formuliert. Der Lastwiderstand muss immer gleichgross sein wie der Zellenwiderstand, und nicht gleich des maximalen Zellenwiderstand. Wenn du mit dem Transistor direkt die Last schaltest, erhält die Last eine Rechteckspannung und kein DC. Das kann eventuell unerwünscht sein, deshalb müsstest du einen Schaltregler entwickeln, welcher eine Gelichspannung erzeugt. Fals du aber nur ein Widerstand als Last einsetzen willst, geht es auch ohne Schaltregler. Das Problem ist dann die Leistungsmessung, die musst du mehrmals pro PWM Periode durchführen, damit du die mittlere Leistung erhälst, mit Schaltregler nur einmal, da die mittlere Leistung ständig anliegt. gruss chrigu
Das Such-Stichwort heißt MPT (Maximum Power Tracker). Das ist ein Step-Down- oder ein Step-Up-Converter oder eine Mischung daraus. Es ist sozusagen ein Transformator mit variablem Übersetzungsverhältnis (Solarspannung : Ausgangsspannung), das so eingestellt wird, dass die meiste Leistung übertragen wird. In die Überlegung muss auch eingehen, ob Du damit eine konstante Ausgangsspannung erreichen willst, oder z.B. einen Akku laden willst (dessen Innenwiderstand ebenfalls von etlichen Faktoren abhängt). Der Innenwiderstand hängt auch vom Spektrum, der Temperatur, dem Alter, der Homogenität und dem Einfallswinkel der Bestrahlung ab.
Ich hab mal zusammen gefasst wie der Leistungsteil aussehen könnte. (siehe Anhang) Klappt das so oder habt ihr das anders gemeint?
Die Bauteilwerte im Bild sind natürlich Blödsinn. Der Plan stellt nur mal das Prinzip dar.
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