Hallo Leute,
ich bin zusammen mit einem Freund gerade dabei, selber eine
Photovoltaikanlage zu entwerfen. Den Umrichter zur Netzeinspeisung bauen
wir natürlich auch selber.
Mittels eines Aufwärtswandlers wandle ich die Spannung der Solarzellen
in eine Zwischenkreisspannung, das ganze dient als MPP Tracking. Diese
Zwischenkreisspannung wird dann mit einer IGBT-Vollbrücke wieder
zerhackt und eine sinusförmige Netzspannung daraus generiert, die ich
einspeisen kann.
Der Aufwärstwandler sollte natürlich wenns geht so konstruiert sein,
dass die Zellen vom Netz galvanisch getrennt sind. Deshalb möchte ich
ihn als Gegentaktdurchflusswandler realisieren, wozu ich einen Trafo
benötige.
Die Frage ist jetzt: woher kriege ich einen geeigneten Kern, der meine
ca. 100 kHz noch mitmacht, und 3kW verträgt?
800W hatte ich schon mal realisiert, das ging noch relativ gut, aber ein
Kern, der 3kW übertragen kann, ist mir bisher noch nicht untergekommen.
Weiss einer Rat?
Hallo Tobias,
schau mal bei Schmidt-Walter nach was für einen Kern Du benötigst und
dann gehe nach Spulen.com .
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.htmlhttp://www.spulen.com/
Warum willst Du nicht mehr als 100KHz schalten? Du brauchst vermutlich
diesen Kern
ETD 59 Kernhälfte
Material: GL87/N87
AL-Wert 5300, ohne Luftspalt
Bevorzugter Frequenzbereich: bis 500kHz
Ich denke, auch bei 100KHz wäre HF-Litze schon angebracht. Die hat
Spulen.com ebenfalls.
Gruss klaus.
Danke euch beiden.
Die 100 kHz habe ich einfach mal so aus dem Bauch; aber stimmt,
natürlich könnte ich höher gehen. EMV wird dann einfach immer wie
kritischer...
Und ob ich überhaupt einen guten MOSFET für die Spannung finde, ist auch
noch nicht sicher, denn bei 400VDC einen MOSFET, der typisch 600V kann,
zu betreiben, behagt mir nicht so - das raucht garantiert ab! Aber ein
Versuchsaufbau wird hier bestimmt näheres zeigen.
Dass N87 übrigens 500 kHz kann, wusste ich nicht - das Datenblatt das
ich hier habe, ist uuuuuuur alt, da steht was von 100 kHz :o aber auf
der Epcos Site habe ich nun ein aktuelles gefunden.
Ich hatte mal eine schöne Tabelle, wo gängige Ferritmaterialien plus
deren maximal übertragbare Leistung bei DCDC-Wandler-Anwendungen
aufgeführt waren, aber ich finde sie nicht mehr :(
> Den Umrichter zur Netzeinspeisung bauen wir natürlich auch selber.
wenn ihr das hinbekommt wäre ich an dem schaltplan interessiert. ich
schlag mich auch schon eine weile damit rum, habe aber noch nicht
probiert sowas zu bauen weil ich nicht weiß ob ich es hinbekomme. das
kernproblem sehe ich darin, die ausgangsleistung einer vollbrücke mit
nachgeschaltetem LC-kreis (class-D) z.b. mit 50Hz synchron zur
netzspannung zu modulieren. das ding muß sich ja am netz wie eine
negative ohmische last verhalten. wenn da was schiefgeht machen sofort
alle FETs und deren treiber den deckel auf...
was ich empfehlen würde, wäre die anlage in 3-6 strings aufzuteilen, die
alle mit einem eigenen step-up-wandler/MPP tracker auf einen gemeinsamen
zwischenkreis arbeiten. dann hast du drei 1kw wandler oder sechs mit je
500W, das läßt sich dann schon einfacher bewerkstelligen. als bonus
bekommst du auch eine höhere leistung bei teilabschattung. mit einer
ausreichend hohen MPP-spannung bekommt man dann auch den strom in
handhabbare größen. eines der leistungsteile sieht dann aus wie eine
aktive 1-2kW PFC und man kann auch die drossel von sowas verwenden.
Tobias schrieb:> Dass N87 übrigens 500 kHz kann, wusste ich nicht - das Datenblatt das> ich hier habe, ist uuuuuuur alt, da steht was von 100 kHz :o aber auf> der Epcos Site habe ich nun ein aktuelles gefunden.
Das ganze ist halt ein Tradeoff zwischen Schaltverlusten (steigen bei
höherer Frequenz) und Kernverlusten (sinken bei höherer Frequenz). Bei
den Leistungen, die Dir vorschweben, ist es sicher sinnvoll, diese erst
mal auszurechnen und die Frequenz mit dem optimalen Wirkungsgrad zu
ermitteln.
Der Ansatz, die Wandlung auf mehrere einzelne DC/DC-Wandler aufzuteilen,
klingt eigentlich sehr sinnvoll.
Falk Brunner schrieb:> @ Max G. (l0wside)>>>Kernverlusten (sinken bei höherer Frequenz).>> Das wäre mir neu. Die steigen auch mit der Frequenz!
Du hast recht.
Der Kern kann bei höheren Frequenzen kleiner werden, aber die
Kernverluste durch die Ummagnetisierung gehen nach oben.
Tobias schrieb:> selber eine> Photovoltaikanlage zu entwerfen. Den Umrichter zur Netzeinspeisung bauen> wir natürlich auch selber.
Ist ja alles gut und schön. Lernt man auch viel dabei.
Aber wenn du die Anlage mit dem selbst gebauten Wechselrichter hier in
Deutschland an das Netz anschließen und einspeisen willst, wird dir der
Netzbetreiber einen Strich durch die Rechnung machen.
Danke vielmals für eure Beiträge.
Den Kern habe ich nun neu gerechnet für eine höhere Schaltfrequenz,
übers WE werde ich dann mal einen Testaufbau machen. Bei interesse werde
ich dann dazu auch hier mal gelegentlich noch was veröffentlichen.
Wegen Netzbetreiber, und ob das ganze erlaubt ist oder nicht:
Nun, der Typ, mit dem ich das Ding baue, hat durchaus die Zulassung und
die Messmittel, das Gerät abzunehmen. Des Weiteren ist hier in der
Schweiz glücklicherweise nich alles ganz so streng reglementiert wie in
D, und ich sehe da wenig Probleme, den selbergebauten Umrichter zu
betreiben, wenn ich ja nachweisen kann, dass das Ding Funktioniert und
dass die Oberwellen und dergleichen Kram innerhalb der zulässigen
Toleranzen sind. Mein Kollege wird das dann schon irgendwie deichseln,
dass das klappt ;-)
Und übrigens geht es uns tatsächlich nicht darum, das Zeug billiger
herzustellen, als ein gekauftes Gerät. Sondern es geht nur ums Basteln
und experimentieren ;-) Aber danke trotzdem für den Hinweis.
Tobias schrieb:> Des Weiteren ist hier in der> Schweiz glücklicherweise nich alles ganz so streng reglementiert wie in> D,
Ihr Glücklichen :)
Tobias schrieb:> Und übrigens geht es uns tatsächlich nicht darum, das Zeug billiger> herzustellen, als ein gekauftes Gerät.
Naja, eine 3kW Fotovoltaikanlage ist ja nun auch gerade in der Schweiz
eine nicht unerhebliche Investition. Insofern wäre mein Bestreben, die
Teile dafür möglichst Preisgünstig zu erwerben. Mit dem gesparten Geld
würde ich mir dann andere Träume erfüllen.
Nun, es kann natürlich schon sein, dass man beim Selbstbau das Ding ein
wenig günstiger hin bekommt. Denn immerhin muss man keine
Entwicklungskosten berappen, und Gewinn muss man auch keinen machen
damit. Insofern ist es sicher möglich, das selber günstiger hin zu
bekommen (jedenfalls was den Umrichter angeht). Aber es ist nicht das
Ziel. Allerdings soll es auch nicht wesentlich teurer werden ;)
@ Tobias (Gast)
>Nun, es kann natürlich schon sein, dass man beim Selbstbau das Ding ein>wenig günstiger hin bekommt. Denn immerhin muss man keine>Entwicklungskosten berappen,
Ach nein?
> und Gewinn muss man auch keinen machen>damit. Insofern ist es sicher möglich, das selber günstiger hin zu>bekommen
Wirklich? Dieser Aussage geht von der naviven Überlegung aus, dass so
ein Aufbau rein auf Bauteilkosten beschränkt ist. Was mitnichten der
Fall ist.
Gerade bei Leistungselektronik werden einige Bauteile drauf gehen. Man
wird auch einige Tage, WOchen oder Monate brauchen, das Ding stabil zum
laufen zu bringen. Es ist ja kein Fertigbausatz.
Selbst wenn man Arbeitszeit etc. nicht mit einreichtnet, wird das Ding
im Selbstbau als Einzelstück nicht billiger. Und BESSER wird es nur, den
die Leute in dem Thema TOPFIT sind.
MFG
Falk
Falk,
natürlich hast du recht. Aber die Entwicklungszeit kostet mich ja
nichts. Das ist meine Freizeit, wo ich sonst eh was in die Richtung
machen würde.
Und es ist auch nicht so, dass ich im Thema Leistungselektronik nicht
fit wäre. In der Firma baue ich Leistungsbaugruppen, die mit bis zu 120A
arbeiten, bei Spannungen von 400..600VDC. Mein Kollege arbeitet im
selben Betrieb und macht die dazugehörige Software.
@ Tobias (Gast)
>fit wäre. In der Firma baue ich Leistungsbaugruppen, die mit bis zu 120A>arbeiten, bei Spannungen von 400..600VDC. Mein Kollege arbeitet im>selben Betrieb und macht die dazugehörige Software.
Wenn das so ist, wird das schon was werden. Aber es gibt (hier) eben nur
allzuoft Möchtegernbastler, die mal was Tolles gehört haben und dann
meinen, mit ein paar tollen Bauteilen und ein paar Appnotes was auf die
Reihe zu kriegen. Viel Spass bei eurem Projekt.
MFG
Falk
Danke Falk, den werd ich haben ;-)
Hab gerade mal einen ETD59 Kern geordert und werde übers WE einen
Testaufbau machen. Dann weiss ich näheres. Eventuell müsste man wohl
auch einen PM114 Kern nehmen.... :/
Hallo Tobias,
mich würde es mal interessieren ob Du mit CU-Volldraht oder HF-Litze
arbeiten wirst. Oder kommen auch dünne Kupferbänder infrage?
Gruss Klaus.
Ich würde da Kupferband nehmen denke ich. Hab vorhin überschlagsmässig
mal gerechnet, bin auf ca. 5 Windungen gekommen. Da Litze zu nehmen ist
wohl suboptimal ;)
Premo hat einen Planar-Trafo für 3kW und 100 kHz:
http://www.grupopremo.com/in/technology/114/planartransformers.html
Der wird von der Spannung her vermutlich nicht für deine Anwendung
passen, aber du kannst Dir vielleicht etwas für einen Eigenbau-Trafo
abschauen.
Die verwenden einen ELP64-Planarkern; der hat den Vorteil, dass man ihn
relativ gut an einen Kühler anbinden kann. Mit einem ETD59 könnte es
aber auch funktionieren.
Zur Schaltfrequenz würde ich dir den Rat geben, versuche es mit
möglichst kleiner Frequenz zu machen. Beim Gegentakt-Durchflusswandler
werden die Schaltverluste in den Transistoren sehr hoch, egal ob man
Mosfets oder IGBTs einsetzt. Auch wenn für N87 500 kHz als maximale
Frequenz angegeben ist, ist das bei großen Kernen und hoher Leistungen
nicht sinnvoll, da dann entweder die Erwärmung sehr groß wird oder die
Flussdichte sehr klein sein muss.
Evtl. könntest Du über ZVS nachdenken, damit werden die Schaltverluste
deutlich reduziert.
Wenn du einen "normalen" Gegentakt-Wandler (hart schaltend) bauen
möchtest, dann könntest du auch einen Übertrager aus einem
Nanokristallinem FE-Werkstoff verwenden (z.B. Nanoperm von
www.magnetec.de).
Den muss man zwar langsamer takten (ca. 30 kHz), dafür hat er eine
deutlich größere Sättigungsflussdichte, so dass sich das wieder ungefähr
ausgleicht. Als Transistoren kann man dann IGBTs mit schnellen Dioden
einsetzen, die sind etwas robuster als Mosfets.
Versuche es doch ersteinmal mit einer Simulation mit der oder einer
ähnlichen Topologie. Hier findest Du ein kostenloses Simulationstool das
für eine ganze Reihe von Anwendungen feste Topologien anbietet mit denen
Du dann herumspielen kannst. Insbesondere kannst Du aus einer ganzen
Reihe schon bestehender Bauteile auswählen und dir (nach Einloggen für
einen Sponsor) auch sämtliche Verluste anzeigen lassen kannst.
http://poweresim.com/
(Klick auf MyDesign => Auswahl z.B. Push/Pull DC/DC)
Allerdings würde ich euch als galvanische Trennung zu einer
weichschaltenden resonanten Vollbrücke raten.
Hallo Michael,
ich habe den Link schon einmal getestet und bin nicht klar gekommen. Wie
kann man denn dort seine eigenen Werte vorgeben?
Mit Schmidt-Walter und LTSpice bin ich da wesentlich weitergekommen.
Gruss Klaus.
In der oberen Reihe wo die Spannungs/Stromwerte stehen ist rechts ein
Button "New Design". Dann werden die Felder für die Spanungs- und
Stromwerte weiss und Du kannst die eigenen Werte eintragen. Anschließend
auf den Button rechts oben "Initialize Design" klicken.
Anschließend kannst Du zum Beispiel auf den Trafo klicken.
Dort kannst Du aus einer ganzen Reihe Materialen und Kernen auswählen
(wie ETD59). Außerdem alle Windungen ändern (Anzahl, Lagenaufbau,
Wicklungsmaterial (Litze, Flachkupfer, Vollmaterial), Isolationen), den
Luftspalt/Induktion einstellen.
Dafür bekommst Du zu jeder Konfiguration die Kernverluste,
Kupferverluste sowie Skin/Fringe Verluste angezeigt.
Zudem überprüft das Tool, ob Deine Ausgangsspannung noch stimmt.
Auch kannst Du aus einer Reihe MOSFETs auwählen (Schalt- &,
Durchlassverluste) sowie Ausgangsdioden und Filterdrosseln. Bei den
AC-Eingängen ist auch jeweils noch ein Netzfilter mit Einhaltung der
Normen dabei...
Das tool ist wohl in Java programmiert und ein bischen tricky zu
bedienen. Für mich hat es sich allemal gelohnt!
PS: PSice habe ich auch probiert. Aber die Verluste vernünftig
abzuschätzen....
Tobias schrieb:> Mittels eines Aufwärtswandlers wandle ich die Spannung der Solarzellen
Wieso meinst du einen Aufwärtswandler benutzen zu müssen?
In der Regel liefern Fotovoltaik.Panels um die 45V. Da die Panels eh in
Reihe geschaltet werden bist du bei einem 3kW-Generator schnell bei
250-700V.
Ich habe hier eine 3,4kW Fotovoltaikanlage, deren Generator aus 16 Sanyo
HIP210NHE5-Modulen besteht. Jeweils 8 Module sind in Reihe geschaltet
und die beiden Gruppen dann parallel. An sonnigen Tagen liegt zur Zeit
die Generatorspannung am Umrichter zwischen 344V und 294V.
Anbei ein paar Bilder.
... schrieb:> In der Regel liefern Fotovoltaik.Panels um die 45V. Da die Panels eh in> Reihe geschaltet werden bist du bei einem 3kW-Generator schnell bei> 250-700V.
Diese Lösung funktioniert nur gut, wenn alle Panels ein gleiches
elektrisches Verhalten zeigen. Das MPP würde dann auch nur mit dem
kompletten Strang funktionieren.
Insbesondere aufgrund von Exemplarstreuung, Alterung oder
Teilabschattungen können sich einzelne Panels der Reihenschaltung völlig
anders verhalten. Eine Serienschaltung von Akkus funktioniert auch nur
solange gut, wenn alle Zellen ähnlich fitt sind.
Michael O. schrieb:> Insbesondere aufgrund von Exemplarstreuung, Alterung oder> Teilabschattungen können sich einzelne Panels der Reihenschaltung völlig> anders verhalten.
Grundsätzlich gebe ich dir Recht.
Im Fotovoltaik-Anlagenbau ist aber die Reihenschaltung bzw.
Reihen-Parallelschaltung der Panels üblich.
Erstens gibt es keine Umrichter für so kleine Eingangsspannungen <=50V.
Zweitens werden möglichst gepaarte Panels verbaut. Drittens werden über
eingebaute Dioden, mittlerweile auch über spezielle elektronische
Schaltungen, die in den Modulen verbaut sind, die Nachteile der
Teilabschattung und Alterung gemindert.
Es gab mal eine Firma die eine reine parallelschaltung der Module
favorisiert hat, das hat sich aber nicht durchgesetzt.
... schrieb:> Michael O. schrieb:>> Insbesondere aufgrund von Exemplarstreuung, Alterung oder>> Teilabschattungen können sich einzelne Panels der Reihenschaltung völlig>> anders verhalten.>> Grundsätzlich gebe ich dir Recht.> Im Fotovoltaik-Anlagenbau ist aber die Reihenschaltung bzw.> Reihen-Parallelschaltung der Panels üblich.> Erstens gibt es keine Umrichter für so kleine Eingangsspannungen <=50V.
Der TE wollte doch selbst einen bauen. Dann kann er auch für jedes Panel
einen einzelnen bauen. Dürfte dem Gesamtwirkungsgrad deutlich guttun,
denn ein nicht matchendes Panel (Strom zu klein) liefert bei
Serienschaltung einfach gar nichts, denn: die Diode/Schaltung schließt
das Panel einfach kurz, so dass es gar nichts mehr beiträgt (die
Alternative wäre, dass das Panel eine negative Spannung liefert - was
soll die arme Stromquelle auch machen, wenn man ihr einen größeren Strom
einprägt).
> Es gab mal eine Firma die eine reine parallelschaltung der Module> favorisiert hat, das hat sich aber nicht durchgesetzt.
Vermutlich waren die Wandler zu teuer und der Drahtverhau auf dem Dach
zu groß. Elektrisch ist es eigentlich viel sinnvoller. Die Zellen lassen
sich als Stromquellen betrachten, und die in Reihe zu schalten ist
eingeschränkt sinnhaft.
> Der TE wollte doch selbst einen bauen. Dann kann er auch für jedes Panel> einen einzelnen bauen. Dürfte dem Gesamtwirkungsgrad deutlich guttun,
Das halte ich auch für einen guten Ansatz. Dann braucht man auch nicht
einen einzelnen großen Wandler mit 3kW, sondern die einzelnen Wandler
könne wesentlich kleiner aufgebaut werden. Evtl gelingt es, die Wnadler
so klein zu machen, dass man sie direkt am bzw. unterm Panel montieren
kann.
Damit würde der Verkabelungsaufwand wesentlich einfacher werden, man
braucht dann nur noch eine Sammel-Leitung mit ca. 400V, an der alle
Panels parallel dran hängen.
Max G. schrieb:> Der TE wollte doch selbst einen bauen. Dann kann er auch für jedes Panel> einen einzelnen bauenJohannes schrieb:> Evtl gelingt es, die Wnadler> so klein zu machen, dass man sie direkt am bzw. unterm Panel montieren> kann.
Ja, nee, is klar. Dann baut er bei einem 3kW-Generator ca.15 Umrichter,
die jeweils 230V/50Hz liefern...?
Wie will er die denn synchronisieren, damit er keine Phasenverschiebung
bekommt?
Wie will er die denn auf dem Dach zwischen Panel und Umrichter
unterbrechen, wie es z.B. in Deutschland Vorschrift ist? usw.
Die Grundidee ist ja ganz nett, nur nicht zu Ende gedacht.
Max G. schrieb:> Vermutlich waren die Wandler zu teuer und der Drahtverhau auf dem Dach> zu groß.
Das einmal und dann natürlich der dazugehörige Preis. Auch hatte man
festgestellt, dass die nur relativ höheren Erträge nicht annähernd den
höheren Aufwand und damit Preis auf wogen.
Max G. schrieb:> denn ein nicht matchendes Panel (Strom zu klein)
Es wird nicht auf den Strom bei genormter Einstrahlung gematched sonder
auf die Leistung.
Sicher wird ein Strang nur so gut sein wie das schlechteste Panel in dem
Strang.
>> Evtl gelingt es, die Wnadler>> so klein zu machen, dass man sie direkt am bzw. unterm Panel montieren>> kann.> Ja, nee, is klar. Dann baut er bei einem 3kW-Generator ca.15 Umrichter,> die jeweils 230V/50Hz liefern...?
So war das natürlich nicht gemeint, nur der potentialgetrennte
DC/DC-Wandler kommt ans Panel, so dass alle an einen gemeinsamen
DC-Zwischenkreis angeschlossen werden können.
Der Wechselrichter ist dann zentral, aber das ist ja eher das kleinere
Problem.
... schrieb:> Ja, nee, is klar. Dann baut er bei einem 3kW-Generator ca.15 Umrichter,> die jeweils 230V/50Hz liefern...?> Wie will er die denn synchronisieren, damit er keine Phasenverschiebung> bekommt?
Wenn es möglich ist, einen Umrichter auf die Netzfrequenz zu
synchronisieren, geht das auch mit mehreren. Es hat keiner behauptet,
dass das Ganze trivial sei, aber der TE scheint zu wissen, was er tut.
[Einzelwandler auf dem Dach]
> Das einmal und dann natürlich der dazugehörige Preis. Auch hatte man> festgestellt, dass die nur relativ höheren Erträge nicht annähernd den> höheren Aufwand und damit Preis auf wogen.
Ja, das alte Lied: technisch spannend, aber kommerziell nicht sinnvoll.
> Sicher wird ein Strang nur so gut sein wie das schlechteste Panel in dem> Strang.
Wenn es nur das wäre. Durch die Serienschaltung von Stromquellen (Panels
sind Strom-, keine Spannungsquellen) wird ein Panel, das den von außen
eingeprägten Strom nicht liefern kann, eine negative Spannung liefern.
Deswegen schließt man es über eine Diode kurz, damit es wenigstens nicht
negativ wirkt.
