Hallo Leute,
eigentlich ergab sich meine Frage erst durch Recherche.
Vorab:
Ich will ein Gerät bauen, das Messungen über lange Zeit "Energie autark"
machen soll. Hierzu steht u.A. ein LiFePo4 Zelle (~2,5Vdisc, 3,2Vnom,
3,6Vcharge) und ein Solarpannel zur Verfügung.
Das Pannel ist noch nicht ausgesucht, aber es gibt da diverse für ~5V
(die von 4 bis 7V reichen).
Meine Schaltung dahinter ist nicht unbedingt Stromhungrig, so dass keine
Große Leistungselektronik vorhanden sein muss.
Jetzt war ich aber am überlegen, ob ein MPPT für das Pannel erforderlich
ist.
Nachdem ich einen Tag lang nach Möglichkeiten recherchiert habe, bin ich
auf die in der Raumfahrt bewährten Shuntregler gestoßen.
Die werden scheinbar immer dann benutzt, wenn man eine Bussspannung
vorsieht, die nicht unbedingt konstant sein muss. Auch ist deren
Konstruktion und Auslegung bei weitem weniger komplex als ein MPPT (mehr
Bauteile + höhere Komplexität = höheres Ausfallrisiko)
Praxisbeispiel:
http://www.terma.com/media/177722/s3r_shunt_regulation_module.pdf
Was mich aber am meisten interessiert ist das was ich an manchen Stellen
lesen konnte. - Die Effizienz!
Die wird bei *MPPT mit 70-85%* angegeben und bei *Shuntreglern mit 90+*
- aber wie kann das sein?
Nach meinem Verständnis ist der Shuntregler parallel zum Solarpannel.
Überschreitet die solar induzierte Spannung ein bestimmtes Level, so
"verbrennt" der Shuntregler dies in Wärme. Wie kann das Effizienter sein
als ein MPPT? Erst recht im Vakuum des Weltraums wo man Wärme ja nicht
los wird?
Das verlinkte Datenblatt spricht von bis zu 1,2kW Output und <33W und
maximaler Verlustleistung von <33W bei 1,2kW!
Auf meine Ausgangssituation zurückzuführen würde ich einen Shuntregler
aus TL431 und einem PNP auf ~3,6V dimensionieren Pannel, Shuntregler und
LiFePo4 Zelle alle parallel verschalten. Würde das so gehen?
Das Pannel wird so bemessen, das es ~3 Tage benötigt bei "mittlerem"
Sonnenstand um den LiFePo4 zu laden. Mit der Energie aus einer geladenen
LiFePo4 Zelle kommt der Rest der Schaltung rund 2 Wochen zurecht.
Ich habe leider keine "gute" Literatur oder Quellen für "Erdanwendungen
;-)" oder gar der Dimensionierung gefunden. Wenn Ihr da noch eine gute
Quelle kennt wäre ich dankbar über deren Nennung!
Gruß
Frank
Wenn man das "Pannel" passend zum Akku aussucht, braucht man kein MPP.
4V (Leerlaufspannung) wäre zum Laden eines 4.2V Akkus also blöd, die
Diode kommt noch dazu also 4.9V und das muss ungefähr die Nennspannung
eines passenden Solarpanels sein, Leerlauf also ca. 7V.
Dann hat ein shunt-Regler fast 100% Wirkungsgrad, denn er behindert das
Laden nicht, die Diode kostet allerdings 20% und die Fehlanpassung
nochmal so 10%.
Mit MPP ist erst was zu holen, wenn das billiger wäre als ein ca. 25%
grösseres Panel, das ist bei so kleinem nicht zu erwarten.
MPP können durchaus übrr 90% erreichen, aber auch hier kommt i.A. die
Diode mit 20% hinzu.
Bei so kleinen Spannungen lohnt es sich also eher, über eine aktive
Diode nachzudenken. Dann täte es ein 6V (Leerlaufspannung) Panel.
Bei dieser Systemspannung würde man eher synchrone DC/DC- Wandler
einsetzten, damit die Flußspannung der Freilaufdioden den Wirkungsgrad
kaputt macht. Wirkungsgrade von 95% sind da kein Problem.
Eine Diode, die das Entladen bei Nacht verhindert, bräuchte man dann nur
beim Step-Down-Wandler. Diese Diode kann man natürlich immer durch einen
Transistor mit Intelligenz ersetzten.
Ob sich der DC/DC(MPP) lohnt, hängt von der Leistung ab, bei Systemen
die das ganze Jahr laufen, macht ein MPP wenig Sinn.
Frank schrieb:> Das Pannel wird so bemessen, das es ~3 Tage benötigt bei "mittlerem"> Sonnenstand um den LiFePo4 zu laden. Mit der Energie aus einer geladenen> LiFePo4 Zelle kommt der Rest der Schaltung rund 2 Wochen zurecht.
-> http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php#
- Eine genaue Energiebilanz (wieviel bekommst du von der Sonne,
wieviel verbrauchst du) macht sich bezahlt.
- Wenn die Anlage 24/7/365 laufen soll: Auslegung von Panel + Akku auf
Winter, d.h. nicht mittlerer Sonnenstand sondern absolut niedrigster;
Panel-Winkel winteroptimiert = ca. 60° (je nach Standort).
- Fehlende Panel-Leistung kann nur zum Teil durch größere Akkus
aufgefangen werden.
Wieviele mWh brauchst du pro Tag?
Hi,
Entschuldigung für die lange Abwesenheit.
Also ich hab mich etwas falsch ausgedrückt. Meine nicht die Sonne zum
Mittelstand, sondern das ich mit der Sonne im Mittel (über einen Trüben
Tag) gut zurecht kommen sollte.
Ich brauche im max. 3mA (~10mW) im Peak und etwa 1mA im "Wartezustand".
Gewartet wird immer 50 sek lang und "geackert" in 10 sek.
Selbst wenn ich "durchackere" sollte ich mit den 1,1Ah die mir eine
volle Zelle zur Verfügung stellt 14 Tage durch halten.
Ich habe im Netz viele Pannels gefunden, die bei 5-7V etwa 2,5-5W haben.
Dahinter würde ich kann noch die TL431-Shuntschaltung (mit ext.
Transistor) auf eben 3,6V begrenzen.
Mir stellt sich aber gerade die Frage, wie lange das ein LiFePo4
durchhällt wenn ich ihm im eigentlich vollem Zustand mit der
Ladespannung beaufschlage.
Was ich aber auch machen könnte wäre eine LiFePo4 Zelle mit 2,5Ah nehmen
und die Ladespannung weiter begrenzen (z.B. auf 3,4 statt auf 3,6V). Ich
bekomme den Akku dann zwar nicht voll, brauch ich aber bei meiner
kleinen Entnahme ja auch nicht um Ewigkeiten durch zu halten.
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