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 :-/
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.
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.
Warum sollte man das Soalrpanel aufkochen, anstatt es einfach offen im Leerlauf zu lassen?
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??
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.
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...
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.
> 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.
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.
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...
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.
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.
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.
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%
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