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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Überwachung einer PV-Anlage mit AVR


Autor: Jörg (Gast)
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Hallo Forum!

Vorweg: Ich bin Neuling in der AVR-Programmierung und habe mir als mein 
kleines, erstes Projekt mal etwas Einfaches ausgesucht. Und zwar möchte 
ich die Photovoltaik-Anlage auf meinem Dach mit einem ATmega8 
überwachen.
Hintergrund: In ihrer bisherigen 4-jährigen Laufzeit ist es bereits zu 
verschiedenen Defekten gekommen. Ausfall eines Moduls bedeutet z.B. 
Absacken oder gar Wegfall der Gleichspannung, bei Defekt eines 
Wechselrichters kann zwar die Spannung vorhanden sein, aber z.B. kein 
Strom fließen. So kann man eigentlich gut erkennen, was kaputt ist. Und 
jeder Defekt bedeutet weniger Geld ;-)

Meine PV-Anlage ist in drei Stränge aufgeteilt, deren Messwerte ich 
einfach miteinander vergleichen möchte. Eine gewisse Toleranz erlaube 
ich, zu große Abweichungen sollen zunächst einfach über einen 
"Schaltausgang" gemeldet werden, später vielleicht per SMS.

Um die Spannung zu überwachen, hatte ich an einen Spannungsteiler 
gedacht. Ich möchte aber auch gern den Strom in den DC-Kreisen messen, 
und zwar möglichst verlustfrei. Hierzu fällt mir zunächst nur ein, die 
Messung mittels Shunt durchzuführen -- zur Info: am Wechselrichter 
kommen bei opt. Sonneneinstrahlung etwa 250V DC an, es fließen dann ca. 
6A. Und das in jedem Strang. Dummerweise fängt's morgens (bei 
aufgehender Sonne) aber erstmal quasi bei Null an und steigert sich dann 
-- daher auch die Idee, nicht mit konstanten Werten zu vergleichen, 
sondern mit den jeweils anderen Messwerten.

Meine Frage: Hat jemand ggf. schon Erfahrungen mit soetwas? 
Programmierung mal aussen vor, mir geht's zunächst um die "Hardware". 
Ist meine Idee überhaupt praktikabel? Hatte z.B erst die Idee, den 
Stromfluss mittels Spule und Induktion zu messen -- blöd nur, dass ich 
ja gleichstrom messen will #-)

Bin für jeden Hinweis bzw. Tipp dankbar!
Gruß, Jörg

Autor: Joan P. (joan)
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Ohne mich jetzt dem Rest zu widmen will ich mal nur auf den letzten 
Absatz eingehen..
>..Hatte z.B erst die Idee, den Stromfluss mittels Spule und Induktion zu
>messen -- blöd nur, dass ich ja Gleichstrom messen will #-)"

..JEDER elektrischer Strom = bewegte Ladungen (v)

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetismus#Elektromagnetismus

..um den Leiter wird ein magnetisches Wirbelfeld erzeugt (da gilt B x 
I) ..x meint hier 'senkrecht', die fetten Buchstaben sollen Vektoren 
sein

..physikalische Stromrichtung = Daumen der rechten Hand, gekruemmte 
Finger der rechten Hand = magnetische Feldlinien um den Leiter

..die Flussdichte dort kann man messen, gerade auch bei Gleichstrom. zB.

http://de.wikipedia.org/wiki/Hallsensor

..je dichter dran und je groesser der verursachende Strom, um so hoeher 
die Feldstaerke, siehe hier:

http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/magnet1.html

Ich hoffe mal es gibt da mittlerweile ordentliche Chips die die Messung 
fuer den Mikrocontroller mundgerecht aufbereiten (Verstaerkung, TTL, 
Stabilitaet usw)..

Autor: Lutz (Gast)
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Ich kenn mich mit Solargeschichten ja ehrlich gesagt nicht aus, aber 
wenn Du einspeist: Wie wird das denn gezählt? Kannst Du da was 
abgreifen? Außerdem ist es ja auch ausschließlich wichtig, ob etwas 
eingespeist wird oder nicht. Wenn nicht, must Du eh eine 
Ursachenforschung betreiben; brauchst also gar nicht Planelspannung und 
-strom getrennt erfassen. Und da kommt auch schon das nächste Problem: 
Du must ja bei jeder Messung (selbst bei Direktabgriff) eine 
Plausibilitätsprüfung mit mehreren Faktoen machen (=> Uhrzeit, Wetter, 
etc.,): Das muß auch noch mit Referenzen verglichen werden, ob am 20. 
Juni um 12 Uhr bei strahlendem Sonnenschein auch wirklich die erwartete 
Leistung rauskommt und nicht evtl. ein Panel weg ist. Kurzum: Ich glaube 
nicht, daß Du so einfach eine sichere Überwachung hoher Qualität 
hinbekommst.

Zur Wechselstrommessung im Einspeisekabel (na gut, eher - abschätzung, 
aber das langt ja hier auch) gibt es Standardsensoren, z.B.
http://www.csd-electronics.de/de/groups/g_218/items1870.htm

Autor: Lutz (Gast)
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Gut, der Link war für's Klo. Such dort mal nach Stromwandlern.

Autor: Jörg (Gast)
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Hallo,

danke erstmal für eure Antworten, die ich jetzt noch nicht detailliert 
nachvollzogen habe, aber das wird's Nächste sein!
In jedem Fall sieht das mit den Stromwandlern sehr gut aus, dass ist 
ziemlich genau das, was ich mir vorgestellt habe! ;-)

Als Ergänzung zu meinem Überwachungs-Ansatz aber noch folgendes:
Grundsätzlich würde natürlich reichen, zu prüfen, ob sich am 
Einspeise-Zähler die Scheibe dreht. Dafür gib's z.B. Ansätze bei ELV, 
mit denen man auch die eingespeiste Leistung erfassen kann. Das ist aber 
nicht das, was ich möchte -- ich möchte ja Defekte erkennen.

Ich habe ja drei Stränge mit gleicher Anzahl Solar-Panels. Dass alle 
drei ausfallen, ist sehr unwahrscheinlich. Selbst bei Netz-Ausfall (AC) 
(die Wechselrichter würden abschalten) ist auf der DC Seite weiterhin 
eine Spannung und vermutlich auch ein Stromfluss.
Wahrscheinlicher ist, dass nur in einem Strang ein Defekt auftritt. Dies 
kann ich feststellen, indem ich die Stränge MITEINANDER vergleiche. Zwar 
kann vor der einen Hälfte der Anlage mal 'ne Wolke sein, aber erstens 
ist die irgendwann wieder wech und zweitens sinkt die Leistung des 
betreffenden Stranges nicht bis auf Null. Dafür hatte ich ja auch eine 
gewisse Toleranz eingeplant, die Leistung eines Stanges muss z.B. mind. 
20% geringer sein, bevor Alarm gegeben wird.
Ist es generell bewölkt, produzieren alle drei Stränge weniger. Mein 
Vergleich würde also trotzdem das Ergebnis "alles ok" liefern.
Die Wetter-Synchronisation wäre also gegeben.

Würde ich nur die Leistung überwachen -- es wäre ja die Gesamtleistung 
aller drei Stränge -- wüsste ich natürlich nicht, ob ggf. ein Strang 
keine Leistung bringt, da ich die Sonneneinstrahlung nicht kenne und 
nicht weiß, wieviel insg. kommen müsste.

Ich hoffe, dass hiermit mein Ansatz verständlicher geworden ist.(?)
Jörg

Autor: Jörg (Gast)
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So, jetzt habe ich mich auch mal etwas schlauer gemacht, was diese 
Stromwandler angeht! Das ist definitiv das, was mir zur Messung 
vorschwebte, da ich die DC-Leitung gar nicht auftrennen muss.

Allerdings habe ich bisher wenige für Gleichstrom taugliche Stromwandler 
gefunden (nur von Fa. LEM, www.lem.de). Diese wiederum sind aber bei den 
üblichen Elektronik-Versendern nicht zu bekommen. Hat jemand 
Bezugsquellen oder ggf. sogar Preise für geeignete Stromwandler?

Besten Dank vorab!
Jörg

Autor: Lutz (Gast)
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Gut, eine Plausibilitätsmessung der 3 Panels sollte nach Erfassen der 
Meßwerte (siehe z.B. http://www.hallsensors.de/DE_HallCurrent.htm , sind 
AC/DC-tauglich) mit relativ simpler Logik funktionieren, aber ob und 
wieviel Eingespeist wird kann eine andere Sache sein.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Am einfachsten wäre sicher eine fertige Stromzange zu nehmen, diese gibt 
es  ab ~100€. Deren Wert dann mit einem Mikrocontroller einlesen. Die 
Spannung ebenso in den Mikrocontroller einlesen und dort dann die 
Berechnungen/Vergleiche anstellen.

Autor: Jörg (Gast)
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Einfach kann jeder! ;-)
Nein, im Ernst: Ich würde ungern eine fertige Messzange nehmen, schon 
allein weil ich die nicht so schön in einem Gehäuse unterbringen kann 
und lose um's Kabel gelegt sähe blöd aus.
Die Erfassung der erzeugten Leistung erfolgt von den Wechselrichtern, 
die geben über einen RS485-Bus Daten an einen angeschlossenen PC aus 
(das reicht einmal alle 30 Tage).

Als FUNKTIONSkontrolle würde mir dies ohne Erfassung der genauen 
Leistung durchaus reichen. Zumal dann der PC nicht permanent an sein 
müsste (und der könnte die Einzel-Leistung der Stränge eh nicht erfassen 
sondern nur die Gesamtleistung, liegt an der Software zu den 
Wechselrichtern).

Der Link zu hallsensors.de scheint nicht schlecht zu sein, ich schaue 
mir mal den Typ CYHCS-K200-10A etwas genauer an!

Danke für eure Hilfe!!!
Jörg

Autor: Gast (Gast)
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welchen Wechselrichter hast du? ggf. kannst du den auslesen.

Autor: Daniel G. (daniel83)
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Die ist ist genau die Richtige, die du hast.
Du betreibst 3 Stränge an drei Wechselrichtern.
Diese haben einen "Spezifischen Innenwiederstand" oder sowas, auf 
jedenfall etwas was den strom begrenzt.
Fällt ein Wechselrichtar aus, weil defekt / Kurzschluss hast du 
unnatürlich viel Strom oder eben null Strom.
Fallen Solarpannels aus, hast du weniger Spannung als in den anderen 
Strängen.

Und selbst wenn du Leistung wissen willst kannst du zumindest die 
Eingangsleistung der Wechselrichter errechenen und mit dem Wirkungsgrad 
kommst du auf die Ausgangsleistung, acuh wenn du die nicht willst.

Irgendwie die Wechselrichter auslesen ist also gar nihct nötig.

Gruß Daniel

Autor: Gast (Gast)
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> Du betreibst 3 Stränge an drei Wechselrichtern.

Das hat der OP nicht gesagt oder bestätigt.

> Irgendwie die Wechselrichter auslesen ist also gar nihct nötig.

Und selbst wenn es drei Wechselrichter wären, wäre es einfacher, die 
über die anscheinend vorhandene RS485 Schnittstelle auszulesen. 
Wechselrichter liefern in der Regel die aktuelle Spannung und Strom des 
angeschlossenen Generators über diese Schnittstelle (unter anderem 
natürlich auch die Einspeiseleistung).
Fällt ein Wechselrichter aus, liefert er auch darüber Informationen über 
diese Schnittstelle.

Autor: Jörg (Gast)
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ALso, jetzt gehen wir da auch mal ins Detail:
Ich verwende ZWEI wechselrichter mit DREI Strängen. Es handelt sich um 
die MasterVolt Wechselrichter Typ Sunmaster QS3200 (2 Eingänge) und 
QS2000 (1 Eingang), beide Wechselrichter mit Display und 
RS485-Anschluss. Der Bus wird auf einen RS232-Adapter gegeben und schon 
kann die MasterVolt-Software unter Windows mit den WR kommunizieren.
Leider werden die QS Wechselrichter auf der Mastervolt-Webseite nicht 
mehr erwähnt, sonst hätte ich 'nen Link hier reingepackt.

Über die RS485 "mal eben" den einen oder anderen Wert abfragen ist 
allerdings nicht möglich bzw. traue ICH mir nicht zu (egal ob mit AVR 
oder Windows-Prog). Ich hatte hierzu bereits Kontakt mit dem 
Mastervolt-Support, da ich u.a. mal ein LED-Großdisplay anschließen oder 
die aktuellen Daten auf einer Webseite veröffentlichen wollte. Beides 
habe ich erstmal eingestampft, als ich hörte, wie kompliziert es ist, 
über den Bus mit den WR zu kommunizieren. Man kann über den Bus sogar 
die Firmware der WR tauschen, Serien-Nummern zurücksetzen und und und. 
Da eben so viel möglich ist und Mastervolt die Garantie nicht mehr 
gewährleisten könnte (ich könnte ja auch viel kaputt programmieren), hat 
man mir keine Details zur Kommunikation (Datenprotokoll, Befehlssatz 
o.Ä.) gegeben.

Ich habe also mit der Software die Möglichkeit, mir die Daten auf einem 
PC anzusehen, aber der PC sollte halt (wenn möglich) nicht permanent 
laufen. Um die Funktion zu prüfen, schien mir also meine 
"Vergleichslösung" ganz optimal... ;-)

Habe mir jetzt den CYHCS-K200-10A (hallsensors.de) mal näher angesehen, 
er scheint sehr geeignet zu sein -- die Werte sollte ich mit 'nem AVR 
auswerten können. Und günstig ist er mit ca 7,- Euro auch! Ich denke, 
das werde ich mal weiter verfolgen, der Tipp mit hallsensors.de war 
gut!!!

Gruß, Jörg

Autor: Erba57 Ba (orfix) Benutzerseite
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Hallo Jörg,

ich würde die wechselrichter an die fritzbox hängen.

http://www.amhamberg.de/Solarlogger.shtml

mfg

orfix

Autor: Gast (Gast)
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es gibt auch noch den Solarlog:
http://www.solare-datensysteme.de/solarlog5000.html

Autor: Jörg (Gast)
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Wechselrichter an die Fritz!Box klingt interessant, zumal das ja mit 
meiner 7270 sicherlich klappen sollte. Allerdings werden meine 
Mastervolt-Wechselrichter von der Lösung offensichtlich nicht 
unterstützt. Schade!
Auch der Vorschlag SolarLog ist sehr interessant! Habe sowas vor Jahren 
bereits gesucht, bezüglich Visualisierung und Display-Anschluss. Aber da 
gabs das wohl noch nicht...
Preislich wird die SolarLog-Variante allerdings wohl deutlich über einer 
eigenen Lösung mit AVR liegen...

Fazit: Ich denke, ich werde zunächst mal die Eigenbau-Variante mit 
Stromwandlern weiterverfolgen. Mal sehen, was dabei heruaskommt! ;-)

Danke an Alle für ihre konstruktiven Tipps und Hinweise!!!
Jörg

Autor: Tobias Weiß (tobiswhite)
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Hallo Jörg,

bist du weiter an dem Projekt dran geblieben?

mfg tobis

Autor: Pete K. (pete77)
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Scheinbar nicht :-(

Würde mich aber auch interessieren.

Hier ein Link zu einer Lösung mit dem STR9-Comweb Stick: 
http://medialab-karlsruhe.de/index.php?option=com_...

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