Hallo zusammen,
wenn man eine Autobatterie mit einem Solarpanel laden will, so könnte
man theoretisch ein 17V Modul direkt an eine 12V Batterie anschließen.
Aber dann gingen im schlimmsten Fall 5V verloren, die im Solarmodul
verbraten werden.
Solarregler mit MPPT (z.B. so eins hier: http://cgi.ebay.de/370518742314
) können auch diese 5V noch irgendwie verwerten, wenn ich es richtig
verstanden habe.
Irgendwie schaffen dieses MPPT-Regler es, die Solarzelle so zu
betreiben, dass das Produkt aus Stromstärke und Panelspannung maximal
ist. (wenn ich es richtig verstanden habe)
Aaaaber:
Wenn die Batterie leer ist und sagen wir 11,5V hat und das Panel bei den
gegebenen Umständen seine maximale Leistung bei 16V hätte: Wie wird die
Spannung angepasst? Ist da ein Step-Down-DC-DC-Wandler drin? Wie hoch
ist deren Wirkungsgrad? Weil es nützt ja nichts, wenn man sagen wir 20%
mehr aus den Solarmodulen raus holt, die dann am schlechten Wirkungsgrad
der Step-Down-Wandler wieder verloren gehen.
Danke und VG
Karli
und wie soll jemand diese Frage benatworten koennen wenn
er/sie dieses Modul nicht selbst konstruiert hat und
somit nicht weiss was drinstekt?
Nur soviel: so ein Ding muss schon ausgefuchst sein, da
auf der Solarseite ja maximale Leistung abgezapft werden soll,
in die Batterie dann maximaler Strom fliessen soll.
Karli schrieb:> Aber dann gingen im schlimmsten Fall 5V verloren, die im Solarmodul> verbraten werden.
Nope. Eine einzelne Solarzelle kann man wie eine Stromquelle auffassen,
die Parallel zu einer Diode hängt. Entnimmst du keinen Strom, heizt sich
die Zelle selbst auf, da an der internen Diode die ganze Spannung
abfällt und der ganze Photostrom durch muss. Drückst du jetzt eine
17Vmax Zelle auf 12V, wird sie aber auch nicht weniger warm, da intern
Bahnwiderstände sind und der Wirkungsgrad eh gering ist.
mfg mf
Karli schrieb:> Wenn die Batterie leer ist und sagen wir 11,5V hat und das Panel bei den> gegebenen Umständen seine maximale Leistung bei 16V hätte: Wie wird die> Spannung angepasst? Ist da ein Step-Down-DC-DC-Wandler drin?
Ja.
> Wie hoch ist deren Wirkungsgrad?
größer 90%
> Weil es nützt ja nichts, wenn man sagen wir 20% mehr aus den> Solarmodulen raus holt, die dann am schlechten Wirkungsgrad> der Step-Down-Wandler wieder verloren gehen.
Du holst da auf Dauer keine 20% mehr raus.
Ein MPP-Regler lohnt sich nämlich kaum zum Batterieladen, denn wohin
willst du denn die maximale Leistung schieben, wenn die Batterie voll
ist?
Sinnvoll ist ein MPP-Regler z.B. beim Pumpen von Wasser. Davon ist
beliebig viel da, und der Pumnpenmotor kann immer das auf seinen
optimalen Arbeitsbereich gereglet werden.
Peter schrieb:> Hab ich richtig gelesen? Spannung der Solarzelle recht egal,
Richtig, weil:
Mini Float schrieb:> Eine einzelne Solarzelle kann man wie eine Stromquelle auffassen,> die Parallel zu einer Diode hängt.
Ein MPP Regler lohnt sich nur, wenn die Batteriespannung sich erheblich
von der Modulspannung unterscheidet.
Die heute üblichen '12V Module' haben meist eine Spannung im MPP von
16,5V bis 18V bei Raumtemperatur. Diese Spannung wurde bewusst so
gewählt, da im Sommer das Modul zwar gut beleuchtet wird, aber auch
gleichzeitig gut erwärmt wird: Der MPP liegt dann bei etwa 14,5V und
somit richtig, um einen 12V Akku voll zu laden.
Und in allen anderen Betriebspunkten wird das Modul seinen max.
möglichen Strom liefern, weil es sich durch die Auslegung wie eine
Konstantstromquelle verhält, wie schon gesagt wurde.
Ein MPP Regler würde bei alle dem einen geringen möglichen Gewinn durch
seine internen Verluste wieder zunichte machen.
Bernd K. schrieb:> Die heute üblichen '12V Module' haben meist eine Spannung im MPP von> 16,5V bis 18V bei Raumtemperatur. Diese Spannung wurde bewusst so> gewählt, da im Sommer das Modul zwar gut beleuchtet wird, aber auch> gleichzeitig gut erwärmt wird: Der MPP liegt dann bei etwa 14,5V und> somit richtig, um einen 12V Akku voll zu laden.
Nicht ganz. Ich habe gerade einen Prototyp-Wandler laufen und der MPP
liegt - zumindest bei meiner Zelle - bei optimaler Bestrahlung bei etwa
17.5V. Der Wandler sucht selbsttätig den MPP. Messungen ergaben, dass
eine Batterie bei 13V Zellenspannung beispielsweise mit maximal 1.5A aus
einem 20Wp-Panel geladen wird. Bei einem direkten Anschluss fließen nur
maximal 1.25A. Der Gewinn ist also da.
Bernd K. schrieb:> Und in allen anderen Betriebspunkten wird das Modul seinen max.> möglichen Strom liefern
Genau, und die maximal entnehmbare Leistung sinkt bei fallender
Panelpannung. Gerade bei einer leeren Batterie mit 12V macht sich der
Unterschied bemerkbar.
Danke für Eure Antworten. Sieht also so aus, als hätten die MPP-Regler
tatsächlich einen Step-Down-Regler drin, der vor allem bei relativ
leeren Batterien viel bringt und bei schwacher Sonneneinstrahlung und
hoher Batteriespannung eher wenig bringt und eventuell sogar mehr
Leistung verbraucht, als er bringt.
Sogar bei schwächerer Sonnenstrahlung kann ein MPP-Tracker noch ein paar
mA mehr ´rauskitzeln als ein Regler, der das Panel nur auf
Konstantspannung hält oder als wenn das Panel direkt am Akku hängt. Es
kommt auf die näheren Umstände an.
Was ich noch nicht verstanden habe: Wie findet der MPP-Tracker denn den
MPP?
Das läuft ja auf eine Optimierung des Produkts Spannung x Strom hinaus.
Also quasi eine Maximumsuche? Aber woher weiss der Tracker, dass er
nicht im Maximum ist und in die eine oder andere Richtung wandern muss?
Das könnte über die 1. Ableitung geschehen, aber dazu müsste der Tracker
ja ständig den entnommenen Strom variieren, das Produkt Strom x Spannung
bilden, ableiten und dann je nachdem ob die Ableitung positiv oder
negativ ist, in die eine oder andere Richtung laufen.
Oder hab ich da einen Denkfehler?
Timm Thaler schrieb:> Was ich noch nicht verstanden habe: Wie findet der MPP-Tracker denn den> MPP?
Das ist eigentlich gar nicht sooo schwierig. Angenommen der Regler
verhält sich gerade so, daß er der Zelle 2A bei 12V entnimmt. Dann wird
die Leistung errechnet (24W). Dann fängt das eigentliche MPP-Tracking
an. Der Regler wird so eingestellt, daß er die Spannung bei z.B. 12,2V
hält. Wenn dann mehr Strom fließt ist die Leistung auch höher. Wenn
weniger Strom fließt, z.B. 1,7A, dann sind es nurnoch 20,7W. Die
Richtung ist also falsch. Dann wird der Regler eben so eingestellt, daß
13,8V da sind. Wenn da dann die Leistung höher ist ist die Suchrichtung
richtig.
Der Tracker ist also im Prinzip ein "Sucher". Er ist im Vergleich zu dem
Spanungsregeler deutlich langsamer. Er brauch auch nicht sehr schnell zu
sein, da sich der MPP nicht sonderlich verschiebt. Je na Panel ist er
ungeführ 10%-20% unter der Leerlaufspannung.
Im Übrigen halte ich den MPP beim Lader für eher unwichtig. Du sollst ja
bis zur Ladeschlußspannung mit Konstantstrom laden. Da ist ja die
Leistung erstmal egal. Irgendwann wirst du automatisch den MPP
durchfahren. Aber würdest du die Zelle die ganze Zeit am MPP betreiben
würde sich die Batterie irgendwann mit einem "reusper-qualm-puff"
verabschieden. Denn wo soll die Leistung hin?!
Hoffe das hilft etwas..
Riko schrieb:> Der Regler wird so eingestellt, daß er die Spannung bei z.B. 12,2V> hält. Wenn dann mehr Strom fließt ist die Leistung auch höher. Wenn> weniger Strom fließt, z.B. 1,7A, dann sind es nurnoch 20,7W. Die> Richtung ist also falsch. Dann wird der Regler eben so eingestellt, daß> 13,8V da sind. Wenn da dann die Leistung höher ist ist die Suchrichtung> richtig.
Anderer Ansatz:
Da der Solarregler ein Buck-Regler ist, kann man auch den abgegebenen
Strom nach dem Buck messen, der in die Batterie fließt. Dadurch erspart
man sich die Leistungsberechnung. Die Spannung der Solarzelle wird nach
oben und unten limitiert, also von 15...20V ist der Regelbereich. Es
werden 3 Messungen genommen, eine mit dem aktuellen Tastverhältnis, eine
mit einem höheren Tastverhältnis und eine mit einem niedrigeren
Tastverhältnis. Dann wird eine Mehrheitsentscheidung gemäß des
abgegebenen Stromes bei allen drei Messungen getroffen und das
Tastverhältnis in die entsprechende Richtung verschoben.
Riko schrieb:> da sich der MPP nicht sonderlich verschiebt. Je na Panel ist er> ungeführ 10%-20% unter der Leerlaufspannung.
Das kommt auf die Bestrahlungsstärke und die Temperatur an. Der MPP kann
also beispielsweise bei 15V oder bei 19V liegen. Das ist schon ein ganz
schöner Unterschied.
Riko schrieb:> Im Übrigen halte ich den MPP beim Lader für eher unwichtig. Du sollst ja> bis zur Ladeschlußspannung mit Konstantstrom laden. Da ist ja die> Leistung erstmal egal.
Naja... wenn mit mehr Strom geladen wird, ist der Akku schneller voll.
Hier kann der MPPT helfen, insbesondere an Tagen mit wechselnder
Bewölkung, da die kurzen Zeiten klaren Himmels besser ausgenutzt werden.
Riko schrieb:> Aber würdest du die Zelle die ganze Zeit am MPP betreiben> würde sich die Batterie irgendwann mit einem "reusper-qualm-puff"> verabschieden. Denn wo soll die Leistung hin?!
Bei Ladeschlussspannung muß der Regler freilich auf Konstantspannung
regeln und hier kann er den MPP natürlich verlassen.
Knut Ballhause schrieb:> Riko schrieb:>> da sich der MPP nicht sonderlich verschiebt. Je na Panel ist er>> ungeführ 10%-20% unter der Leerlaufspannung.>> Das kommt auf die Bestrahlungsstärke und die Temperatur an. Der MPP kann> also beispielsweise bei 15V oder bei 19V liegen. Das ist schon ein ganz> schöner Unterschied.
Ja, natürlich schwankt die Spannung, wo der MPP ist. ABER: die
Beleuchtungsstärke hat eher Einfluß auf den Strom, den du aus der Zelle
ziehen kannst, als auf ihre Spannung. Recht hast du, daß die Spannung
der Zelle auf jeden Fall temperaturabhängig ist. Klar, nachts hast du an
der Zelle auch 0V, egal wie kalt sie ist ;) .
Knut Ballhause schrieb:> Riko schrieb:>> Im Übrigen halte ich den MPP beim Lader für eher unwichtig. Du sollst ja>> bis zur Ladeschlußspannung mit Konstantstrom laden. Da ist ja die>> Leistung erstmal egal.>> Naja... wenn mit mehr Strom geladen wird, ist der Akku schneller voll.> Hier kann der MPPT helfen, insbesondere an Tagen mit wechselnder> Bewölkung, da die kurzen Zeiten klaren Himmels besser ausgenutzt werden.
Hm, da würd ich noch nicht ganz zustimmen. Wenn du gern viel Strom in
die Batterie schieben willst, ist doch der MPP eigentlich egal, oder?
Wenn die Batteriespannung unterhalb der Spannung des MPP liegt kannst du
doch gar nicht am MPP laden, weil die Batterie die Spannung der Zelle
runterzieht, oder? Das wäre aber eigentlich auch ein gewünschtes
Verhalten, weil dann fast mit Konstantstrom (Strom bei Zellenspannung
unterhalb des MPP) geladen wird. Und da bin ich mir eigentlich relativ
sicher ;) ...
Das heisst aber, der MPP-Tracker muss zwingend digital regeln, eine
analoge Lösung umd dieses Verhalten zu erreichen gibt es nicht?
Oder könnte man auch einen Oszillator langsam schwingen lassen, damit
den analogen Stromregler modulieren und dann über eine I x U Bildung
differenzieren und damit das Maximum suchen?
Gibts dazu Schaltungen? Ich hab bisher nichts gefunden, scheint bißchen
Geheimwissenschaft zu sein...
Also ICH kenne keine Lösung ohne digitalen Controller-Schnickschnack.
Daß das so eine "Geheimwissenschaft" ist liegt dadran, daß ganze
Firmenzweige mit sowas ihr Geld verdienen. "Ich hab den
schönsten/schnellsten/besten MPP-Tracker von allen!"
Aber vielleicht weiß Knud bescheid. Aber wie gesagt, ich kenne das nur
digital...
Hier einer für Solar:
http://www.timnolan.com/index.php?page=arduino-ppt-solar-charger
Es gibt auch MPP Tracker die mit fixen Kurven arbeiten, aber das sieht
man eher bei der Windkraft. Da gibt man ein paar Eckdaten ein, und
danach wählen die eine interne Kurve, mit der sie dann den Schaltregler
ansteuern. Sowas geht auch analog.
Riko schrieb:> Ja, natürlich schwankt die Spannung, wo der MPP ist. ABER: die> Beleuchtungsstärke hat eher Einfluß auf den Strom, den du aus der Zelle> ziehen kannst, als auf ihre Spannung.
Da sagen meine aktuellen Messungen etwas anderes. Da es derzeit recht
kühl ist und die Sonnenstrahlen oft durch Wolken reduziert oder stark
moduliert werden, kann man die Messbereiche gut testen. Vollbestrahlt
liegt der MPP meines Panels bei bis zu 19V und teilbestrahlt bei etwa
16V. Die entnehmbaren Ströme liegen zwischen 200mA wenn die Sonne gerade
so blinzelt und 1.5A bei optimaler Bestrahlung. Aber ich warte noch auf
einen glasklaren Sommertag, um Volllast testen zu können.
Riko schrieb:> Hm, da würd ich noch nicht ganz zustimmen. Wenn du gern viel Strom in> die Batterie schieben willst, ist doch der MPP eigentlich egal, oder?
Nö. Im MPP wird der maximale Strom aus der Zelle gezogen. Trafoprinzip
des Reglers.
Riko schrieb:> Wenn die Batteriespannung unterhalb der Spannung des MPP liegt kannst du> doch gar nicht am MPP laden, weil die Batterie die Spannung der Zelle> runterzieht, oder?
Eben nicht. Der Regler hat beispielsweise 17V von der Zelle am Eingang
und 12V zur Batterie am Ausgang. Die Zelle läuft im MPP und die Batterie
erhält den maximal entnehmbaren Strom.
Riko schrieb:> Das wäre aber eigentlich auch ein gewünschtes> Verhalten, weil dann fast mit Konstantstrom (Strom bei Zellenspannung> unterhalb des MPP) geladen wird.
Stimmt, wenn man die Zelle mit der Batterie ´runterzieht, wird der Strom
nicht größer, aber die Zellenspannung kleiner. Somit ist die entnommene
Leistung kleiner. Schaltet man einen Buck-Converter als Regler
dazwischen, kann die Zelle im MPP laufen, das Herabsetzen der Spannung
durch den Regler führt zu höherem Strom an dessen Ausgang. Das erhöht
letztlich die entnehmbare Leistung und das wiederum lädt die Batterie
schneller.
@Knud
hm, ich glaub wir haben etwas aneinander vorbei geredet :) .
Knut Ballhause schrieb:> Da sagen meine aktuellen Messungen etwas anderes.
Ok, das mag ja sein. Dennoch ist es (zumindest lt. den Lehrbüchern) in
den physikalischen Eigenschaften des Siliziums verankert, daß:
- bei einer bestimmten Mindesteinstrahlung die Spannung ungeführ
konstant bleibt und der entnehmbare Strom sich ändert
- die Spannung mit zunehmender Temperatur sinkt, bzw. bei fallender
Temperatur steigt.
Ich erzähle dir ja wahrscheinlich nix neues, wenn ich sage, daß es hier
eine Gegenkopplung gibt. Wenn die Einstrahlung zunimmt steigt auch fast
immer die Temperatur, weil entweder die Umgebung wärmer wird oder/und
ein größerer Strom fließt.
Theoretisch würde man ja am meisten Leistung aus der Zelle ziehen
können, wenn man einen eisig kalten aber super-sonnigen Wintertag hat.
Knut Ballhause schrieb:> Nö. Im MPP wird der maximale Strom aus der Zelle gezogen. Trafoprinzip> des Reglers.
Auch nö :) . Ich hatte gedanklich deinen Regler immer irgendwie
ignoriert. Angenommen du hast keinen Regler, dann stimmst du
hoffentlich zu, daß der MPP NICHT da ist, wo die Zelle ihren größen
Strom liefert...
Knut Ballhause schrieb:> Schaltet man einen Buck-Converter als Regler> dazwischen, kann die Zelle im MPP laufen, das Herabsetzen der Spannung> durch den Regler führt zu höherem Strom an dessen Ausgang. Das erhöht> letztlich die entnehmbare Leistung und das wiederum lädt die Batterie> schneller.
Stimmt, da hast du zweifelsfrei recht. Wie gesagt, ich hab irgendwie
gedanklich deinen Regler etwas vernachlässigt ;) ...
Riko schrieb:> Theoretisch würde man ja am meisten Leistung aus der Zelle ziehen> können, wenn man einen eisig kalten aber super-sonnigen Wintertag hat.
Ja, nur schade, dass die so selten sind und so kurz ;-)
Riko schrieb:> Angenommen du hast keinen Regler, dann stimmst du> hoffentlich zu, daß der MPP NICHT da ist, wo die Zelle ihren größen> Strom liefert...
Ja. Der größte Strom fließt im Kurzschluss.
Riko schrieb:> Wie gesagt, ich hab irgendwie> gedanklich deinen Regler etwas vernachlässigt ;) ...
Solarstrom ohne Regler nutzen zu wollen, ist weder effektiv noch
sonderlich sinnvoll. Selbst, wenn man keine Akkus laden will, muß man
die Spannung auf einem Wert konstant halten, um sie vernünftig nutzen zu
können. Sogar ein Solar-Taschenrechner hat einen "Regler" in Form einer
roten LED eingebaut, damit die voll belichtete Zelle nicht den
Controller grillt.
