mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Solar Panel Emulator


Autor: Fips (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Leute,

kann mir jemand sagen, wie ich am besten ein Solarpanel emu/simuliere?
Da ich das simulierte Panel mit ein paar kHz kurzschließe, würde ich das 
nur ungern mit einem linearen Labornetzgerät "so ohne weiteres" machen 
wollen.
Es muss noch nicht mal mit variablen Einstellungen daher kommen - ich 
würde mich auch mit festen (eignenen) Werten zufrieden geben ;-)

Ich habe wohl gesehen, das Croma oder Keysight solche 
Emulatoren/Simulatoren anbieten, doch die sind zum frickeln doch arg 
teuer :-/

Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Am einfachsten aber recht ungenau geht es mit 20..22V und einem 5..10 
Ohm Widerstand. Das ist keine exakte Nachbildung eines Solarmoduls, aber 
man kann damit einen MPP-Tracker testen oder mit ein paar kHz 
kurzschließen üben.

Wieso eigentlich mit ein paar kHz kurzschließen? Halte ich für Unsinn, 
eine Ladeschaltung (wieso sonst kurzschließen) zur Begrenzung des 
Ladestromes so schnell zu takten. Kommerzielle Lösungen arbeiten mit 
etwa 5Hz. Außerdem ergeben ein paar kHz schnell ein sehr nerviges 
Fiepsen.

Autor: Fips (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es soll ein getakteter Shunt Regler getestet werden. Der schließt bei 
"Überschuß" das Pannel Kurz und lässt die Energie im Panel in Wärme 
umsetzten, statt an einem Transistor o.Ä.

Autor: Fabian F. (fabian_f55)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Warum sollte man das Soalrpanel aufkochen, anstatt es einfach offen im 
Leerlauf zu lassen?

Autor: Tom H. (toemchen)
Datum:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Einfach ausgedrückt:
Ein Photovoltaik-Modul im Leerlauf kann keine elektrische Leistung 
abgeben.
Ein kurzgeschlossenes verbrät die elektrische leistung am eigenen 
Innenwiderstand.
Beide verhalten sich thermisch gleich, die gesamte ankommende Strahlung 
wird in Wärme umgewandelt.

Irgendwie hat sich das Kurzschließen als Standard herausgebildet.
Mögliche Erklärung: Ein durchgehender Transistor schließt das Modul 
dauerhaft kurz, dem schadet das nicht (siehe oben).
Sonst würde bei durchgehendem Transistor keine Lade-Abschaltung mehr 
möglich sein und die Batterie zu Tode gekocht.

Einzig dem Modul die maximale elektrische Listung entnehmen und woanders 
verbraten (wenns die Batterie nicht mehr aufnehmen kann) würde die 
Module etwas kühler halten.

Warum man mit mehr als auch nur 1Hz kurzschließen muß, erschließt sich 
mir abr auch nicht. Und gleich kHz??

Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie ich schon schrieb, ein Takten des Reglers mit "ein paar kHz" ist 
völlig unnötig und verursacht nur Probleme und Störungen. 5Hz sind 
genug, evtl. noch 10Hz zur Beruhigung des Gemüts, aber mehr macht keinen 
Sinn.

Das Kurzschließen hat sich eingebürgert, weil die Schaltung so herrlich 
einfach ist. Die Sperrdiode (damit kein Strom aus dem Akku zum 
Solarpanel zurückfließen kann) braucht man sowieso und vor dieser Diode 
reicht ein einfacher gegen Masse gesteuerter N-FET, um etliche Ampere 
nahezu verlustfrei zu kontrollieren. Verwendet man einen 
Logic-Level-FET, brauchen die meisten eingesetzten µCs dank der geringen 
Frequenz nicht einmal eine Treiberstufe, um den FET zu steuern.

Bei Kurzschluß verheizt das Solarmodul die erzeugte Leistung am eigenen 
Innenwiderstand und im Leerlauf beginnen die Solarzellen als Dioden zu 
leiten, was ebenfalls 100% Verlustleistung bedeutet. Für die Erwärmung 
des Solarmoduls macht das keinen Unterschied.

Autor: Tom H. (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Jetzt bin ich nochmal per email nach der Erwärmung gefragt worden, und 
denke, wir diskutieren das hier nochmal weiter, ok?

Also, rein von der Logik her, gibt es also die zwei Zustände, bei denen 
alle ankommende Strahlungsleistung im Modul verbleibt, abgesehen von der 
eigenen Abstrahlung, Wärmeleitung und Konvektion. Sei es nun durch 
Verbraten der elektrischen Leistung am eigenen Innenwiderstand oder 
schlichtweg die Tatsache, daß ohne Stromfluß keine elektrische Leistung 
erzeugt werden kann.

Dann gibt es den Fall der elektrischen Leistungsabgabe oder gar deren 
Maximum (MPP). Da wird also Leistung wegtransportiert, also bleibt das 
Modul kühler, oder? Sind wir da alle d'accord?

Natürlich ist das ein bißchen akademisch, denn: Wenn der Solarregler das 
Modul abschaltet ODER kurzschließt ODER die Leistung in einen externen 
Widerstand statt in die Akkus schickt, dann braucht man in dem Moment 
eben keine Leistung und dann ist es auch egal, daß ein kühleres Modul 
mehr Wirkungsgrad hätte.

Man könnte aber noch darüber diskutieren, ob ein durch Leistungsentnahme 
kühleres Modul weniger altert...

Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kristalline Solarzellen degradieren nicht so sehr durch die Hitze, 
sondern durch die Lichteinwirkung, durch welche die 
Ladungsträgerlebensdauer signifikant sinkt. Dadurch verlieren die 
Solarzellen in 20 Jahren 15..20% ihrer Anfangsleistung.

Daneben gibt es noch eine spannungsinduzierte Degradation, welche durch 
besonders bei hohen Systemspannungen gegen Erde entstehenden Leckströme 
hervorgerufen wird. Dieser Effekt wird durch hohe Temperaturen und hohe 
Luftfeuchtigkeit begünstigt. Der Leistungsverlust kann bis zu 30% 
betragen.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
> Beide verhalten sich thermisch gleich, die gesamte ankommende
> Strahlung wird in Wärme umgewandelt.

Das kann nicht sein, wo kommt dann die Energie für den Strom her?

Nur im Kurzschlussfall wird die ganze Energiemenge von der Solarzelle in 
Wärme umgesetzt. Im Normalbetrieb wird ein Teil der Energie vom 
Verbraucher umgesetzt (in Licht, Wärme, Bewegung, ... was auch immer).

> Für die Erwärmung des Solarmoduls macht das keinen Unterschied.

Ja, die haben sowieso nur einen geringen Wirkungsgrad, das meisste ist 
Abwärme.

> Dann gibt es den Fall der elektrischen Leistungsabgabe oder gar deren
> Maximum (MPP). Da wird also Leistung wegtransportiert, also bleibt das
> Modul kühler, oder? Sind wir da alle d'accord?

Ja, allerdings nur ein kleines bisschen. Bei 20% Wirkungsgrad kann der 
Unterschied logischerweise auch nicht mehr als 20% sein.

Wenn das bisschen Wärme problematisch wäre, würde man die Solarzellen 
auf den Dächern der Stadt alle mit Wasser kühlen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Tom H. (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Selbstverständlich reden wir nur von dem 20%-Anteil der eingefangenen 
Strahlung, die als elektrische leistung aus dem Modul woanders 
hingeschickt werden kann. Aber 20% sind doch was - da könnte ein Modul 
doch z.B. nur 70°C statt 85°C heiß werden - wobei die Temperaturen von 
mir völlig aus der Luft gegriffen sind.

Und dieser Temperaturunterschied könnte ja mit einem Knick in der Kurve 
zusammenpassen, daß zum Beispiel ein Modul ab 80°C besonders schnell 
altert...

Aber gut, zum Mechanismus der Alterung hat ja Ben schon was geschrieben.

Also Fazit:
Ja, der Effekt ist da.
Aber erstens gering, weil nur die 20% abtransportiert werden können.
Zweitens unwichtig, weil man in dem Moment die elektrische Leistung ja 
gerade nicht mehr abnehmen will, egal ob mit hohem Wirkungsgrad 
(kühleres Modul) oder niedrigerem Wirkunggsgrad.
Drittens unwichtig, weil die reine Temperatur auf die Alterung der 
Module wohl keinen Effekt hat.

Autor: Tom H. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Übrigens wurde mir von Leuten erzählt, die ihre (netzeinspeisenden) 
Solarmodule auf dem Dach mit einem Wasserumlauf aus der 
Regenwasserzisterne kühlen. Ob sichs unterm Strich rechnet, weiß ich 
nicht. Sie sind jedenfalls mächtig stolz auf die Idee...

Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Solarzellen zu kühlen bringt schon etwas, weil dadurch ihre 
MPP-Spannung ansteigt und darüber eine höhere Leistung erreicht wird. 
Aber ob das die zusätzliche Verlustleistung durch die zusätzliche 
Zirkulationspumpe kompensiert?

Davon ausgehend, daß 20% der eingestrahlten Energie in elektrischen 
Strom umgesetzt und vielleicht 10% reflektiert werden, erzeugt eine 
3kWp-Dachanlage grob überschlagen etwa 10kW Wärme. Da braucht man schon 
eine verdammt große Regenwasserzisterne, um einen nennenswerten Effekt 
zu erzielen. Sonst heizt sich das Wasser viel zu schnell auf.

Autor: Jobst Q. (joquis)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Stefan U. schrieb:
> Nur im Kurzschlussfall wird die ganze Energiemenge von der Solarzelle in
> Wärme umgesetzt. Im Normalbetrieb wird ein Teil der Energie vom
> Verbraucher umgesetzt (in Licht, Wärme, Bewegung, ... was auch immer).

Nicht nur im Kurzschlussfall, sondern auch im Leerlauffall wird die 
ganze Leistung in Wärme umgesetzt, denn sie kommt ja nicht raus. Ich 
vermute mal, dass durch die Entstehung von Strom aus dem umgewandelten 
Teil der eingestrahlten Leistung sich keine Wärme mehr entwickeln kann. 
Wenn im Leerlauf kein Strom entstehen kann, wird daraus dieselbe 
Wärmemenge im Panel, wie wenn der Strom kurzgeschlossen wird.

Wenn die erzeugte Leistung aber an einem externen Widerstand verbraten 
wird, bleibt das Panel kühler.

Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Vom Grundaufbau her sind Solarzellen (Silizium-) Dioden. Im Leerlauf 
steigt die durch den photoelektrischen Effekt erzeugte Spannung auf/über 
die Flußspannung der Diode und diese beginnt zu leiten. Dadurch wird die 
Leerlaufspannung begrenzt und der erzeugte Strom wird an der Diode 
verheizt. Damit erklärt sich auch die starke Temperaturabhängigkeit des 
MPP, da die Flußspannung der Diode mit steigender Temperatur absinkt.

Autor: Wolfgang (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Stefan U. schrieb:
> Bei 20% Wirkungsgrad kann der Unterschied logischerweise auch nicht mehr
> als 20% sein.

Im Wirkungsgrad stecken die Reflektionsverluste mit drin, d.h. der 
Unterschied ist etwas größer, weil die Reflektionsverluste gleich 
bleiben.

Beispiel:
1kW Einstrahlung -> 200W Peak elektrisch
Bei 10% Reflektionsverlust kommen die 200W aus 900W absorbierter 
Einstrahlung. Der Unterschied für die Wärmeleistung im Panel beträgt 
also bei dieser Annahme 700W vs. 900W oder 22.2%

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.