Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 74V Spannungsbegrenzung


von Mario G. (rodenberger)


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Hallo.

Habe ein kleines Problem mit meiner Solaranlage.

Der Laderegler kann nur eine Solar-Spannungen bis 75 V verarbeiten und 
schaltet bei mehr Eingangsspannung ab.
Meine Solarzellen bringen aber ohne Last etwas über 85 V.
Unter Last habe ich eine Spannung zwischen 30 und 60 V (MPPT)
Leisung max. 500W.

Mit Leisungselektronik habe ich nun noch gar nicht viel gemacht.

Mein erster Lösungsansatz ist die Leistung oberhalb von 74V in Wärme 
umzuwandeln. Ich schätze aber das ich dann gut 200W verbraten muss, um 
die Spannung unter 74V zu drücken.
Wenn die Battreien geladen werden, dann fließt aber so viel Strom (11A) 
das die Spannung auf alle Fälle unter den 75V liegt.

Als 2. habe ich gerade einen Spannunbgsregler mit einem TIP41C 
gebastelt.
Der geht bis 100V 6A und 65W. Ich habe sicherheitshalber mal 3 parallel 
geschaltet.
An der Basis eine Z Diode mit 74V und 1Kohm Vorwiderstand an der Basis 
gegen die Solarspannung (einfache Spannungsreglung).
Ich hoffe mit dem 1KOhm sind die Transistoren auch bei 30V noch voll 
durchgesteuert. !!??
Da im Normalbetrieb die Spannung aber unter den 74V liegt, braucht die 
Schaltung ja nichts regeln und der Transistor ist voll durchgesteuert.
Die Sonne war gerade nicht optimal. Die Spannung lag unter 30V bei etwa 
6A.
Die Schaltung wurde etwas warm, der Kühlkörper kann noch optimiert 
werden.
Was jetzt passiert, wenn die Spannung auf 75V steigt und der Transistor 
zu regeln anfängt, konnte ich leider gerade nicht mehr testen.
Dann dürfte es wesentlich wärmer werden. Zu WARM ???

Da ich frühs arbeite, habe ich die Schaltung erst mal wieder abgebaut, 
eh mir was abbrennt. :o(

Am liebsten wäre mir ein Schaltregler, habe aber in der Leistungsklasse 
nix gefunden oder weiß eigentlich gar nicht genau wonach ich suchen 
soll.

Für jeden sinnvollen Hinweis bin ich dankbar.

Gruß Mario

von Falk B. (falk)


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@ Mario G. (rodenberger)

>Der Laderegler kann nur eine Solar-Spannungen bis 75 V verarbeiten und
>schaltet bei mehr Eingangsspannung ab.

Besord dir einen anderen.

>umzuwandeln. Ich schätze aber das ich dann gut 200W verbraten muss, um
>die Spannung unter 74V zu drücken.

Ganz schön viel.

>Als 2. habe ich gerade einen Spannunbgsregler mit einem TIP41C
>gebastelt.

Schaltplan?

>An der Basis eine Z Diode mit 74V und 1Kohm Vorwiderstand an der Basis
>gegen die Solarspannung (einfache Spannungsreglung).
>Ich hoffe mit dem 1KOhm sind die Transistoren auch bei 30V noch voll
>durchgesteuert. !!??

Schaltplan?

>Was jetzt passiert, wenn die Spannung auf 75V steigt und der Transistor
>zu regeln anfängt, konnte ich leider gerade nicht mehr testen.
>Dann dürfte es wesentlich wärmer werden. Zu WARM ???

P = U * I, wobei U hier die Differenzspannung zwischen Ein- und Ausgang 
ist.

>Am liebsten wäre mir ein Schaltregler, habe aber in der Leistungsklasse
>nix gefunden oder weiß eigentlich gar nicht genau wonach ich suchen
>soll.

Su dir einen passenden Laderegler, alle andere ist eher Murks. Man 
könnte noch drüber nachdenken, ob es thermisch besser ist, mittels einer 
Power-Z-Diode in Reihe zum Laderegler die überschüssige Spannung zu 
verheizen und im Falle von Last diese mittles Relais kurzschließen. Ist 
aber auch nur ein Workaround.

Beitrag "Re: Dioden in Diodenkaskade werden heiß"

von Harald W. (wilhelms)


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Mario G. schrieb:

> Wenn die Battreien geladen werden, dann fließt aber so viel Strom (11A)
> das die Spannung auf alle Fälle unter den 75V liegt.

Wenn nur bei voller Batterie und ohne zusätzliche Last der Laderegler
abschaltet, ist das doch ein sinnvolles Verhalten. Warum willst Du
daran etwas ändern?

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Ich schließe mich Falks Vorschlag an, dass Du Dir einen ordentlichen 
LAderegler zulegen solltest.

Alternativ ist es natürlich eine schlechte Idee, einen Längsregler 
einzusetzen, da dieser natürlich auch bei Spannungen unter 75V zu 
Verlusten führt. Und das MPP-Tracking wird ggf. auch nicht mehr optimal 
funktionieren. Deutlich besser wäre an dieser Stelle ein Shuntregler, 
der das Solarpanel so weit belastet, dass die Spannung nicht über 75V 
steigt. Der große Nachteil besteht dann bloß bei geringer Last, aber 
praller Sonne darin, dass ggf. eine sehr hohe Leistung verbraten werden 
muss.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Falk B. schrieb:
> und im Falle von Last diese mittles Relais kurzschließen.

Dann könnte es passieren, dass man sich damit einen schönen Oszillator 
baut.

von Mario G. (rodenberger)


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Hallo,
also ein neuer Laderegler wird es sicher nicht, da er mit integriertem 
Wechselrichter ist. Das hätte ich wohl dazu schreiben sollen.

Der Schaltplan. War der jetzt nötig?
Links Solarzellen, rechts der Regler.
Die Bauelemente stimmen natürlich nicht überein.

Eine Last per Relais zuschalten, das wird nicht funktionieren.
Dann kommt der MPPT durcheinander.

Gruß Mario

von Mario G. (rodenberger)


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Harald W. schrieb:
> Wenn nur bei voller Batterie und ohne zusätzliche Last der Laderegler
> abschaltet, ist das doch ein sinnvolles Verhalten. Warum willst Du
> daran etwas ändern?

Hi, Weil der Regler nicht wieder zuschaltet, wenn die Batterie geladen 
werden muss. Solange nicht, bis die Solarspannung unter 75 V fällt.

von min (Gast)


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Kann man die Solarzellen nicht anders verschalten, damit die Spannung
niedriger ist. Oder liefert die Einzelzelle schon 74V?

von min (Gast)


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Ich meine 85V.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Mario G. schrieb:
> Der Schaltplan. War der jetzt nötig?

Ja, das war er.

Bei diesem Aufbau hast Du mindestens 1V Spannungsverlust über dem 
Spannungsregler, eher sogar etwas mehr. Eigentlich müsste man da sogar 
einen Darlingtontransistor verwenden, um bei <75V den Spannungsabfall 
über dem Widerstand klein zu halten. Dann verliert man aber noch mehr 
Spannung...

Wenn es unbedingt ein Längsregler sein muss, dann doch lieber mit einem 
PNP-Transistor und geeigneter Beschaltung. Damit kann man den 
Spannungsabfall vielleicht auf 0,2V drücken.

von Mario G. (rodenberger)


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Hallo, erst mal Danke für die Anregungen.

den TIP41C hatte ich gerade da.
Als PNP habe ich keinen mit der Spannung.

Der Regelbereich kann auch gerne zwischen 70 und 75V liegen.
Wie wäre es mit einer Impusweitenreglung um die Verlustleistung gering 
zu halten.????
Bei 70V 100% und bei 75V 0% Impulsweite ???
Es könnte natürlich der Regler anfangen zu schwingen !?
Welcher Transistor wäre da angebracht ?
Mit Ardoino könnte ich was basteln und programmieren.
Der Aufwand ist aber schon unangemessen hoch.

von Sebastian S. (amateur)


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Hast Du mal tatsächlich ermittelt, welche Last nötig ist, um auf 
harmlose Spannungen zu kommen?
Eventuell lässt sich ja das aufgezeichnete Konzept anwenden. 
Möglicherweise kann man auch die Zenerdiode durch etwas genauere, 
leistungsfähigere und schnellere Teile (Elektronik) ersetzen.
Der Vorteil des aufgezeigten Ansatzes ist der, beim Unterschreiten der 
Wunschspannung gehen die Verluste praktisch auf null.

: Bearbeitet durch User
von Mario G. (rodenberger)


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Statusmeldung.
Also ich habe noch mal ein wenig experimentiert.
Um Verluste gering zu halten, macht es nur Sinn die Leistung über 74V zu 
verbraten. Eine Art Spannungsregler bringt zu viele Verluste.

Habe heute mal ohne Last, bei voller Sonne, die Solarzellen mit einer 
2200W Heizung (bei 230V) belastet. Dann geht mir die Spannung gerade mal 
10 V runter. Also brauche ich mindestens einen Widerstand wie er in 
einer 5000W Heizung wäre.
Da der 2200W Heizkörper mit den ca.80 V auch schon relativ warm wird 
fällt mir auch gar nichts passendes ein. Ich möchte auch nicht erst was 
mit Lüfter bauen.

Welchen Transistor o.ä. würdet ihr mir empfehlen ?????
Ein Relais fällt meiner Meinung nach aus.
Am besten wäre es vermutlich die Last mehr zu reglen in einem Bereich 
von 70V mit 0% und über 74V mit 100%.

Gruß Mario

von Falk B. (falk)


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@ Mario G. (rodenberger)

>Um Verluste gering zu halten, macht es nur Sinn die Leistung über 74V zu
>verbraten. Eine Art Spannungsregler bringt zu viele Verluste.

Das IST ein Spannungsregler. Genauer, ein LÄNGSspannungsregler, 
neudeutsch series regulator.

Das Gegenstück dazu ist der Parallelregler, neudeutsch shunt regulator.

>Habe heute mal ohne Last, bei voller Sonne, die Solarzellen mit einer
>2200W Heizung (bei 230V) belastet. Dann geht mir die Spannung gerade mal
>10 V runter. Also brauche ich mindestens einen Widerstand wie er in
>einer 5000W Heizung wäre.

Mann O Mann. Schon mal daran gedacht, das zu MESSEN? Wieviel Strom muss 
fließen? Wie hoch ist die Spannung voher und nachher?

von Mario G. (rodenberger)


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Falk B. schrieb:

>
> Mann O Mann. Schon mal daran gedacht, das zu MESSEN? Wieviel Strom muss
> fließen? Wie hoch ist die Spannung voher und nachher?

Das würde ich gerne. Habe aber noch keine Last gefunden, die groß genug 
ist um die Spannung unter 75V zu drücken, ohne das sie mir in Rauch 
aufgeht.
Werde morgen mal suchen, irgendwo hatte ich noch ein Heizgerät.
Dann kann ich Strom messen.

von Sebastian S. (amateur)


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Irgendwie ist mir nicht klar, warum kein (großer) Step-Down in Reihe 
liegen darf.
Mit den heute verfügbaren Bauteilen sollten die Verluste vertretbar 
sein.
Also kein TIP41C oder seine Brüder.

von Mario G. (rodenberger)


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Sebastian S. schrieb:
> Irgendwie ist mir nicht klar, warum kein (großer) Step-Down in Reihe
> liegen darf.
> Mit den heute verfügbaren Bauteilen sollten die Verluste vertretbar
> sein.
> Also kein TIP41C oder seine Brüder.

Hallo.
Wie gesagt ist das gar nicht mein Gebiet.
Alles mit 5 oder 12V ist OK ;o)
Anregungen sind ja genug vorhanden. Nur das genaue WIE, leider nicht.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Mario G. schrieb:
> Wie gesagt ist das gar nicht mein Gebiet.
> Alles mit 5 oder 12V ist OK ;o)
> Anregungen sind ja genug vorhanden. Nur das genaue WIE, leider nicht.

Dann lass es lieber sein, an solch einer Anlage herumzubasteln, da davon 
eine Gefährdung Dritter ausgehen kann, insbesondere auf Grund der 
Brandgefahr irgendwelcher Bastellösungen, bei denen der Bastler die 
Funktion und Risiken nur marginal verstanden hat.

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