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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Solarenergiezentrale


Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hallo,

nachdem ich etliche Threads zum Thema Solar, Akkulader und MPPTs gelesen 
habe, sind grundsätzlich nur noch wenige Fragen offen.
Vor allem würde mich interessieren, wer denn seine Schaltung auch 
vollendet und erfolgreich im Einsatz hat.

Allerdings sind mir bislang fast nur Projekte mit kleinen Panels 
aufgefallen, die über die 12V kaum hinaus gehen. Ich habe aber 150W 
Panels mit 40V...
Es stellt sich grundsätzlich die Frage, wie man die am besten zusammen 
schaltet:
Parallel:
(-) Hoher Strom = dicke Kabel
(-) Schwächelnde Panele ziehen den ganzen Strang mit nach unten.
(+) Standard MOSFETs sind preiswert und verfügbar.
Seriell:
(-) hohe Spannungen erfordern ausgesuchte MOSFEts
(+) dünne Kabel, einfache Leiterbahnen und Stecker
Separat:
(-) Ein MPPT pro Panel
(-) MPPTs müssen synchronisiert werden, bzw. genauer regeln.
(+) Höhere Ausfallsicherheit
(+) Panels sind B-Ware, auch schlechtere Panels werden im Optimum 
betrieben
(+) Gezielte Desynchronisierung = sauberere Ausgangsspannung (EMV)
(+) MOSFETs müssen kaum extra gekühlt werden, Platinenfläche sollte 
reichen.

Ein großes Problem habe ich aber noch. Das Ziel ist, weite Teile der 
Standbyversorgung des Hauses zu übernehmen. Also einen kleinen Server, 
WLAN Router, Ladestationen, eventuell die LED-Bestückten Flurlichter und 
eine Teichpumpe nebst Beleuchtung.
Aber bei anhaltend schlechtem Wetter soll ja alles weiter funktionieren. 
Rückspeisung ins Netz des EVU ist (erst einmal) nicht angedacht.
Wie kann man am besten zwei 230V Systeme so koppeln, dass sie fließend 
die Aufgaben übernehmen, ohne Umschaltpunkt?
Oder vereinfacht: Hat jemand mal einen Schaltplan von einer ordentlichen 
Online-USV, damit man was daraus lernen kann?
Naja, im Grunde kann man ja einfach eine Online-USV ausschlachten, aber 
ich denke, dass die sich nicht ohne Software-Änderung ihrer Ladefunktion 
berauben lassen wird.

Gruß, Ulrich

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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> Hat jemand mal einen Schaltplan von einer ordentlichen
> Online-USV, damit man was daraus lernen kann?

Schaltplan habe ich keinen.
Aber in Online-USVs wird es meist so gemacht: Zuerst werden die 230V~ in 
eine Spannung zum Laden der Akkus verwandelt (meist so 12...48V).
Diese Spannung wird dann wieder über einen Wechselrichter in 230V~ 
verwandelt.
Und dem Wechselrichter ist es natürlich vollkommen egal, ob er nun die 
Akkus leersaugt (Akku-Betrieb), oder ob das Netzteil permanent den Strom 
nachliefert (Netz-Betrieb). Es gibt also überhaupt keinen Umschaltpunkt.
Der große Nachteil ist halt, dass durch die Gleich- und Wechselrichtung 
auch im Netz-Betrieb permanent Verluste entstehen.

Man könnte auch mit einem Relais zwischen Netz- und USV-Betrieb 
umschalten. Übliche, für Netzspannung geeignete Relais haben ca. 
5...10ms Umschaltzeit.
Das heißt, dass für 5...10ms der Strom wegfällt. Allerdings macht das 
nix, so kurze Unterbrechungen werden durch die Stütz-Elkos der Geräte 
problemlos gepuffert.
Der ATX-Netzteil-Standard schreibt z.B. vor, dass ein PC-Netzteil bei 
Volllast einen Stromausfall von mindestens 16ms verkraften muss, ohne 
dass die Ausgangsspannungen zu gering werden.
Und unter Volllast dürfte das Server-Netzteil ja kaum laufen...

Der Wechselrichter auf 230V muss aber wohl trotzdem dauernd laufen: In 
5ms bekommt der eingebaute Aufwärts-Wandler nämlich niemals den 
Stütz-Elko voll.
Wenn man den Wechselrichter selbst baut, könnte man den Aufwärts-Wandler 
ständig laufen lassen, so dass permanent 230V oder 325V DC (je nachdem 
ob es ein Rechteck- oder Sinuswechselrichter ist) am Stütz-Elko 
anliegen. Nur die MOSFET-Vollbrücke samt Treiber, die aus den 230 oder 
325V DC wieder 230V~ macht, wird erst dann eingeschaltet, wenn wirklich 
auf Akku-Betrieb umgeschaltet wird.
So spart man sich im Netzbetrieb die Lwiatung für den unnütz laufenden 
Treiber und die Leckströme der Vollbrücke.

Zu der opimalen Verschaltung der Solar-Panels kann ich leider nix sagen, 
mit Solartechnik hatte ich noch nicht viel zu tun.

Autor: Henrik J. (henrikj)
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Hallo Ulrich,

wenn du eine normale netzgekoppelte Anlage baust, kannst du auch einen 
Zweirichtungszähler einbauen (lassen). Der Strom, den die Anlage 
produziert, wird erstmal für die Versorgung deiner Hauselektrik 
verwendet. Der überschüssige Strom wird eingespeist und vergütet.
Wird zu wenig Strom produziert, wird der benötigte Strom aus dem Netz 
gezogen.

Gibt es also alles schon fertig.

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hallo,

danke für die beiden Tips.

Also zum 230V Wandler:
Zuerst wollte ich mal auf ein simples Fertigprodukt zurückgreifen. Da 
die Verbraucher allesamt Schaltnetzteile haben, ist auch halbwegs 
vernünftiger Trapetzwandler ausreichend.
Wenn ich mit den MPPTs und den Ladecontrollern fertig bin, ist der 230V 
Wandler ebenfalls dran. Mir käme zu den von Markus aufgezählten Vor- und 
Nachteilen die Idee, dass ich den DC/AC Wandler kontinuierlich auf die 
Netzspannung synchronisieren kann. So kann man für einen kurzen Zeitraum 
beide Versorgungen parallel schalten und dann den anderen Zweig trennen.
Der DC/AC muss auch nicht kontinuierlich laufen. Wenn die Akkus leer 
sind, sollte die Ladung dieser zuerst mal Priorität haben. Dabei muss 
der Wandler nicht laufen.

Henrik,
sicherlich ist das auch ein Aspekt, der mir aber heut erst klar wurde, 
als ich entsprechende Berichte gelesen habe. Ist mir klar, dass man 
natürlich keinen Zähler selber bauen kann, sondern einen vom EVU nehmen 
muss.
Stellt sich dann aber auch die Frage, welche Voraussetzungen das EVU an 
die Anlage stellt. Generell sollte es kein Problem mit der Selbst 
gebauten Elektronik geben, wenn diese den Anforderungen entsprechende 
230V herstellt und Netzsynchron einspeist.
Aber muss man dann überhaupt noch Akkus einsetzen? Wenn Sonne da, speise 
ins Netz, wenn keine Sonne, Pech gehabt.
Ist aber fraglich, ob es dann mit 4 Panels Sinn macht, das sind keine 
1000W.
Andererseits sind diese Akkus teuer und in der Lebensdauer auch 
begrenzt. Es kommen schon eine menge Kilowattstunden zusammen, wenn man 
alle 5 Jahre für etliche 100€ Akkus kaufen muss.

Gruß, Ulrich

Autor: avion23 (Gast)
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Ich halte das Problem für ganz allgemein:

Angenommen, du verwendest Elektronik mit einem Wirkungsgrad von 90%. Ab 
diesem Punkt steigen die Kosten für jeden weiteren Prozentpunkt 
exponentiell an.
Dann hast du bei der Wandlung in Akkuspannung und Zurückwandeln in 230V 
nur nur 81% Wirkungsgrad, und das in einer idealen Welt. Dazu kommt der 
Akkuwirkungsgrad: Angenommen der Akku hat 95% Ladewirkungsgrad. Dann bis 
du nach Laden / Entladen wieder bei 90%. Zusammen mit deinen 81% von 
vorher bei nur noch 73%. Ich finde das sehr traurig.

Dazu kommen Faktoren wie Alterung, Ausgleichsladung, Komplexität, 
Überladung / Unterladung und Kosten. Meiner Meinung nach ist einspeisen 
mit >90% Wirkungsgrad und nachher wieder beziehen günstiger.
Problem dabei ist die Wirtschaft für die das lästige Peanuts und 
Verwaltungsaufgaben sind, die Gesetzgebung und Haftungsprobleme.

Es ist deine Sache womit du lieber leben möchtest.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Der Solarstromzaehler wird natuerlich ganz anders verschaltet. Der 
Solarstromzaehler geht direkt ans Netz, denn davon kriegt man die 
Verguetung. Parallel dazu ist der Hauszaehler, bei dem zahlt man fuer 
den Verbauch. Ein bisschen laenger nachdenken...

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Also bzgl. der Haftung mache mir keine Sorgen. Es gibt ganz allgemein 
Vorschriften, die bei der Errichtung einer solchen Anlage gelten und die 
man allein schon aus Verantwortung gegenüber der Familie einhalten 
sollte.
Ich bastele Elektronik nicht nur fürs Hobby, sondern verdiene auch mein 
Geld damit. Wenn man ein paar Ampere über eine Leiterplatte schieben 
will, muss man sich seine Gedanken machen.
Mir ist auch klar, dass sich Firmen wie SMA durchaus ihre Gedanken 
gemacht haben und in deren Wechselrichtern das Knowhow einer ganzen 
Entwicklertruppe steckt. Aber 1..2k€ ausgeben um ein paar Panels ans 
Netz zu schalten... Ich denke das rentiert sich in meinem Falle nicht. 
Die Kilowattstunde bringt mir bei Verkaufen/Rückkaufen etwa 8ct. Bei 
einem 1500€ Regler wären das 18750kWh, die die Panels erst einmal 
bringen müssten... Da geht einige zeit ins Land.

Abgesehen davon wäre es ein Leichtes meinen dauer laufenden Server 
abzuschalten und immer darauf zu achten, dass alle unnötigen Ladegeräte 
ausgestöpselt sind. Ich könnte auch meinen 7 Jahre alten PC gegen ein 
neues kleines sparsames Notebook tauschen, aber darum geht es nicht. Die 
MPPTs und der Wechselrichter sind interessante Aufgaben und 
Herausforderungen. Lernen und Probieren sind angesagt!

Abgesehen davon ist der Markt für Regler und Wandler momentan ganz schön 
platt. Durch die künstliche Verknappung auf dem Bauteilmarkt können 
viele nicht liefern und wenn, dann zu extremen Preisen. Es gibt Wandler, 
die vor einem Jahr noch 700€ gekostet haben und jetzt Richtung 2000€ 
unterwegs sind. Angebot und Nachfrage... Muss nicht immer gut sein.

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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Hey noch Was schrieb:
> Der Solarstromzaehler wird natuerlich ganz anders verschaltet. Der
> Solarstromzaehler geht direkt ans Netz, denn davon kriegt man die
> Verguetung. Parallel dazu ist der Hauszaehler, bei dem zahlt man fuer
> den Verbauch. Ein bisschen laenger nachdenken...

Hmm, diesen Einwand habe ich jetzt nicht ganz verstanden.
Mir war schon klar, dass die beiden Zähler parallel liegen, der eine 
zählt die verbrauchten, der andere die erzeugten kWh.

Wir waren grundsätzlich erst mal bei der Frage, ob die Lösung 
Solar->MPPT->Akku->DC/AC->selber verbrauchen Sinn macht, oder ob es sehr 
viel einfacher ist, Solar->MPPT->DC/AC->Netz (mit Zähler) zu 
installieren.

Wenn ich Lösung 1 umsetze, muss ich zusätzlich Akkus kaufen und deren 
Ladung organisieren. Für den Anfang kaufe ich einen einfachen 500W DC/AC 
Konverter für ein paar Euro, wie man ihn fürs Camping kennt. Dann kann 
ich mir in Ruhe Gedanken über den Wechselrichter machen, wenn der Rest 
läuft.

Wenn ich Lösung 2 will, brauche ich weder Akkus noch Akku-Lader, sondern 
nur einen ordentlichen Wechselrichter, der aber Netzsynchron sein muss. 
Da gibt es nix bei Reichelt, da muss man tief in die Tasche greifen, 
oder die Anlage so lange warten lassen, bis die Entwicklung fertig ist.

Die Lösung 2 erfordert längere Zeit, bis sie in Betrieb ist, dafür aber 
keine neuen Akkus alle 5 Jahre. Abgesehen davon muss ich mir bei Lösung 
2 keine Gedanken darüber machen, ob ich noch einen Verbraucher dazu 
stecke, oder einen wegen dauerhaft schlechtem Wetter entferne, damit das 
System optimal ausgenutzt wird.
Werde also mal mit meinem EVU Kontakt aufnehmen und fragen, was die sich 
da so vorstellen und ob die unter einer bestimmten Menge kWh überhaupt 
was tun.

Autor: Ulrich P. (uprinz)
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avion23 schrieb:
> Es ist deine Sache womit du lieber leben möchtest.

Danke für die Aufstellung und Sortierung meiner Gedanken :)
Ich schreibe ja hier nicht, weil ich keine Andere Meinung hören möchte. 
Es geht um den Gedankenaustausch und wenn mir jetzt jemand sagt, dass 
das so und so am besten geht, dann bin ich dafür offen.
Wenn einer sagt, dass das alles gar nicht geht, dann werde ich die 
Panels in ein separates Netz stecken, an dem nur 12V Verbraucher klemmen 
und das ganze eventuell mit Auto-Akku oder ähnlichem Brücken. Wenn der 
Garten für lau beleuchtet wird und die Teichpumpe nebst Licht nichts 
mehr kostet, dann ist das auch schon was. Vielleicht noch den Server auf 
12V umgebaut und das Ladekabel für die Handies... Es sind ja die 
Kleinigkeiten, die beim Strom übers Jahr so viel kosten :)
Es kann ja immer noch passieren, dass der EVU sagt, dass sie unter 3kWh 
keinen Zähler rausgeben und keine Abrechung machen. Verständlich wäre es 
ja, viel Papier, wenig Nutzen.

Einen MPPT zu layouten und zu bauen dauert ein paar Tage. Die Software 
ein paar weitere Tage. Ein Akku-Lader/Wächter dauert kaum länger.
Ein ordentlicher 1kW Wechselrichter ist da ein ganz anderes Kaliber! Da 
mache ich mir keine falschen Vorstellungen.
Aber wenn es eine Option gibt, das ganze vernünftig und sinnvoll und 
(semi) professionell zu machen, dann warum nicht?

Also einfach weiter melden. Vielleicht ist für den Einen oder anderen 
was dabei. Im Gegensatz zu den existierenden Threads, reden wir hier 
nicht von 12V Panels, sondern von Panels mit 80x160cm.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Solarstrom macht man do wo er verguetet wird. zB 50ct/kWh. Und dann wird 
eingespiesen, waehrend man den Kochstrom fuer 10ct einkauft.

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