Die meisten Buck Converter /Tiefsetzsteller arbeiten so, dass auf eine konstante Ausgangsspannung geregelt wird, und entsprechent das Tastverhältnis angepasst wird. Wenn man nun aber eine Stromquelle als Eingang hat und diese auf eine konstante definierte Eingangsspannung regeln möchte, wie verhält sich dann die Ausgangsspannung? Beispielsweise wenn man eine Solarzelle gerade so belastet, dass sich ca. die MPP Spannung einstellt. Wenn wenig Sonne scheint, dann wird der Dutycycle sehr gering werden und die Ausgangsspannung ebenfalls.... Ich möchte aber am liebsten auch, dass der Ausgang eine bestimmte Spannung nur möglichst kurz unterschreitet. Brauche ich also eine Kombination aus einem Buckconverter und danach einen Boostconverter, der auf die Ausgangsspannung regelt? Das wäre natürlich vom Wirkungsgrad her ziemlich verheerend. Gibt es bessere Möglichkeiten?
Du brauchst einen Buck-konverter mit einem zweiten Regelkreis, ein Kreis regelt die Ausgangsspannung, dieser hat Priorität. Ist die Ausgangsspannung unter Umax, wird die Eingangsspannung geregelt, bzw. die Eingangsspannung maximiert. Es gibt ICs, die genau das machen.
Das klingt sinnvoll. Wenn am Ausgang des Converters aber nun ein Akku hängt, wäre würde dieser dann nicht "nicht" geladen? Da der Regler sehen würde, ok, Spannung am Ausgang kleiner als Ladeschlussspannung => ich maximiere die Eingangsspannung. Aber wo bliebe dann die Leistung (da Pin= etwa Pout)? Oder würde dann einfach die Spannung am Ausgang die Leerlaufspannung des angeschlossenen Akkus so weit übersteigen, dass sich der "richtige" Strom einstellt?
Solange die Ausgangsspannung unter der Ladeeendspannung liegt, arbeitet der MPP-Regler und die Eingangsleistung geht bis auf die Verluste des Wandlers in den Akku. Erreicht der Akku die Ladeendspannung wird die Eingangsleistung nicht mehr maximiert, sonder nur noch die Ausgangsspannung begrenzt. Das Modul wird dann in einem Arbeitspunkt mit nicht maximaler Leistung betrieben.
Ganau das wollte ich wissen! Danke. Meine Überlegung bzw. mein Unverständnis liegt in folgender Betrachtung: Annahme 24V sei die MPP Spannung. Sagen wir, die Eingangsleistung der Schaltung beträgt 12W bei 24V und 0,5A. Wir vernachlässigen die Verluste des Wandlers. a) die Batterie am Ausgang klemmen wir ab, die Regelung auf die Ladeendspannung deaktivieren wir und messen einfach die Spannung, die am Ausgang über einem Lastwiderstand R abfällt. Nach meinem Verständnis würden wir z.B. bei einem 12Ohm Widerstand 12V bei 1A messen. Bei einem 6Ohm Widerstand 6V bei 2A. und so weiter und so weiter. (Beruhend auf der Annahme Pin=Pout) Stimmt diese Überlegung? b) Wir bauen nun die leere Batterie (Spannung 8V) wieder dazu und nehmen an sie habe einen konstanten Innenwiderstand von 6 Ohm. Nun die Preisfrage, welche Spannung stellt sich an der Batterie ein? 8+6=14V?? Würde dann die Ausgangsspannung bei Leerlauf nicht unendlich hoch werden?
Hi rbcn schrieb: > Würde dann die Ausgangsspannung bei Leerlauf nicht unendlich hoch > werden? Nur, wenn die Sonne unendlich hell wird - Das dauert noch ein paar Jahre (wobei 'unendlich' da nicht passt, aber 'für uns' sollte Das dann trotzdem reichen) - lecker warm wird's dann auch. MfG
Sehr lustig, nehmen wir an wir hätten am Eingang eine ideale Stromquelle
Hi Sofern die offenen Klemmen, wo die Batterie fehlt, mit der Ausgangsspannung beaufschlagt werden, sollte auch hier die Spannung begrenzt werden und es wird begonnen, an der Eingangsspannung rumzuregeln. Spätestens, wenn die Funkenstrecke nicht mehr ausreicht, sollte eine 'natürliche' Begrenzung greifen - mit etwas weniger Konstruktion stirbt aber zuvor die Elektronik. Oder von welchen Szenario gehen wir aus? MfG
Bildlich gesprochen geht es mir darum ob man davon ausgehen kann, dass diese Leistung einfach in meine Batterie "gezwungen" wird, sofern nicht abgeregelt wird. Dass es also egal ist mit welcher Spannung eine Spannungsquelle (Batterie) den Ausgang selbst beaufschlagt.
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> Würde dann die Ausgangsspannung bei Leerlauf nicht unendlich hoch > werden? Bei einem Buck-Wandler kann die Ausgangsspannung maximal die Eingangsspannung sein, und das ist die Leerlaufspannung des Solarmoduls.
Patrick J. schrieb: > rbcn schrieb: >> Würde dann die Ausgangsspannung bei Leerlauf nicht unendlich hoch >> werden? > > Nur, wenn die Sonne unendlich hell wird Unsinn. Wenn in den Wandler vorn eine konstante Leistung reinfließt, dann muß (unter Vernachlässigung des Wirkungsgrads) hinten die gleiche Leistung auch wieder rausfließen. Wenn der Lastwiderstand variabel ist, dann wird auch die Ausgangsspannung variabel gemäß P = U²/R = const. Und wenn der Lastwiderstand gegen unendlich geht (Leerlauf) dann steigt auch die Ausgangsspannung auf unendlich. Die Leistung am Eingang muß dafür nicht unendlich groß sein. Einfach die obige Formel nach U umstellen. Der einzige Wert von P, für den das bei R -> inf. nicht explodiert, ist P=0. Natürlich nur in der Theorie. In der Praxis findet die Spannung irgendwo einen Weg. Es fließt wieder Strom und die Leistungsbilanz gleicht sich aus. PS: ich merke gerade erst, daß die Betreffzeile den Wandler auf "Buck Converter" einschränkt. In diesem Fall kann die Ausgangsspannung natürlich nicht über die Eingangsspannung steigen. Im Leerlauf kann der Wandler dann schlicht nicht mehr die 12W aus der Quelle aufnehmen, weil es keinen Pfad gibt, auf dem der aus der Quelle zu entnehmende Strom fließen könnte. Dadurch fällt die Eingangsleistung auf 0 und die Gleichung paßt wieder. rbcn schrieb: > b) Wir bauen nun die leere Batterie (Spannung 8V) wieder dazu und nehmen > an sie habe einen konstanten Innenwiderstand von 6 Ohm. Nun die > Preisfrage, welche Spannung stellt sich an der Batterie ein? 8+6=14V?? Nein. Wenn 12W aus dem Wandler kommen, dann dürfen bei 14V nur ~0.86A fließen. Dann würden aber nur ~5.14V am 6R Widerstand abfallen. Bei einem Strom von 1A würde der Wandler hingegen 14W liefern, also mehr als vorne reinkommt. Geht also auch nicht. Der Strom liegt irgendwo zwischen den beiden Werten und die Spannung etwas unter 14V. PPS: https://www.wolframalpha.com/input/?i=8+%2B+6*x+%3D+12%2Fx I ~= 0.897A, U ~= 13.38V rbcn schrieb: > Bildlich gesprochen geht es mir darum ob man davon ausgehen kann, > dass diese Leistung einfach in meine Batterie "gezwungen" wird Im Prinzip schon. Wobei die Folgen in der Praxis (überkochender Bleiakku, explodierender LiPo-Akku) nicht wesentlich erfreulicher sind, als der Spannungsüberschlag im Leerlauf. > Dass es also egal ist mit welcher Spannung eine > Spannungsquelle (Batterie) den Ausgang selbst beaufschlagt. Ich nehme an, du meinst nicht Batterie, sondern Akku. Dann solltest du als erstes mal zur Kenntnis nehmen, daß ein Akku nur sehr annähernd als Spannungsquelle mit Innenwiderstand modelliert werden kann. Beim Laden und ganz besonders am Ladeende, geht diese Modellierung aber in die Hose. Was die Spannungslage angeht: ja, in der Tat führt der Ladestrom in Verbindung mit dem Innenwiderstand zu einem stromabhängigen Anstieg der Klemmenspannung. Aber: der ist niemals so hoch wie in deinem Beispiel, sondern bewegt sich bei wenigen % der Leerlaufspannung. Wenn ein 12V Akku einen Innenwiderstand von 6R hätte, dann wäre der Ladewirkungsgrad bei 1A Ladestrom bei ziemlich grottigen 66%. Und das ist nur der Wirkungsgradverlust, der vom Innenwiderstand kommt. Verluste in der Akkuchemie kommen da noch oben drauf.
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rbcn schrieb: > Würde dann die Ausgangsspannung bei Leerlauf nicht unendlich hoch > werden? Nein. Eine Solarzelle ist eine Diode. Die Spannung steigt nur bis zu einem Diodendrop pro Zelle, ab dann leitet die Diode. MfG Klaus
Ganz so einfach ist das nicht, weil eine Solarzelle mal eine Stromquelle (geringe Sonneneinstrahlung, Spannung bricht je nach Lastwiderstand bis auf 0V ein, während noch immer Strom fließt) und mal eine Spannungsquelle (hohe Einstrahlung, open circuit voltage) ist. Mit einem Schaltregler verlegst du die Regelung von der Ausgangs- auf die Eingangsseite. Die Pulsbreite wird nicht von der Last geregelt, sondern vom Algorithmus für den Punkt maximaler Leistung (derer gibt es mindestens 5: open circuit voltage, short circuit current, perturb & observe, fuzzy logic, incremental conductance – bitte separat studieren). Nun hängt es von der Last und der lastseitigen Regelung ab, welche Spannung sich einstellt. Es gäbe im komplexest möglichen Fall (CC-CV mit Coulomb-Zähler und Endabschaltung nach unterschreiten der Ladestromschwelle) 3 Zustände: 1. Konstantstromregelung alles was reinkommt wird abgegeben, bis ein Maximalstrom überschritten wird (Dann wird oberhalb des max.Power-Points gearbeitet, d.h. ein Teil der Solarenergie wird im Panel in Wärme umgesetzt), ist 2. eine Schwellenspannung erreicht, wird auf konstante Spannung geregelt und wenn dann 3. der Ladestrom zu klein geworden ist und ausreichend Ladung gespeichert wurde, schaltet das System ganz ab, um Überladung zu vermeiden. Es kann also durchaus passieren, dass im Konstantstrommodus die Zelle zu wenig Strom liefert, weswegen der MPPT-Algorithmus den Maximalstrom bestimmt. Ebenso nimmt die Last nicht genügend Leistung ab und der MPPT-Algorithmus wird ausgesetzt, die Eingangsspannung steigt. Weiters passiert es im Konstantspannungsbereich, dass der Strommangel auf der Eingangsseite eine Unterschreitung des Minimalstromes bedeuten würde und die ausgangsseitige Regelung einen Ladeschluss erkennt – die Ladungsmenge reicht aber noch nicht aus. Das geht nicht mit einem einfachen Schaltregler und einem Spannungsteiler und es genügt auch nicht, Strom- und Spannung zu messen. Im Fall von MPPT per incremental conductance brauchst du sogar einen ordentlichen Gleitkommarechner, der wiederum Strom braucht, der von der Effizienz abgeht. Für ein Mini-Panel mit weniger als 5W reicht ein einfacher USB-Laderegler mit Stromanpassung, bspw. MCP73871. Bei 10-50W würde ich open circuit voltage machen. Ohne Temperaturkompensation genügt ein einfacher Baustein wie der BQ24650. Jenseits davon, so ab 100W, lohnen sich 2-5mA für einen Mikrocontroller, um perturb&observe zu machen. Erst im kW-Bereich würde ich einen 32bit-Prozessor und incremental conductance machen. Meistens wird dann aber ein Hauptregler verwendet, der an einer Referenzzelle misst und das Steuersignal auf alle weiteren plumpen Regler ohne Controller weiterleitet. Und selbst das ist Raketentechnik, da Solarparks mit weniger Wissenschaft im Regler betrieben werden.
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Axel S. schrieb: > Ich nehme an, du meinst nicht Batterie, sondern Akku. > > Dann solltest du als erstes mal zur Kenntnis nehmen, daß ein Akku nur > sehr annähernd als Spannungsquelle mit Innenwiderstand modelliert werden > kann. Beim Laden und ganz besonders am Ladeende, geht diese Modellierung > aber in die Hose. > > Was die Spannungslage angeht: ja, in der Tat führt der Ladestrom in > Verbindung mit dem Innenwiderstand zu einem stromabhängigen Anstieg der > Klemmenspannung. Aber: der ist niemals so hoch wie in deinem Beispiel, > sondern bewegt sich bei wenigen % der Leerlaufspannung. Danke Axel, dass du auf meinen Beitrag eingegangen bist. Ja ich meine natürlich einen Akku, ich habe mich in letzter Zeit viel mit Elektromobilität und englischen Texten dazu befasst, und bei denen ist alles eine battery ;) Das hilft mir schon mal weiter. Boris O. schrieb: > Mit einem Schaltregler verlegst du die Regelung von der Ausgangs- auf > die Eingangsseite. Die Pulsbreite wird nicht von der Last geregelt, > sondern vom Algorithmus für den Punkt maximaler Leistung (derer gibt es > mindestens 5: open circuit voltage, short circuit current, perturb & > observe, fuzzy logic, incremental conductance – bitte separat > studieren). Danke, das ist mal eine gute und umfassende Zusammenfassung von Stichwörtern. Ich wusste, dass der MPP sich in Abghängigkeit von Temperatur und vielem mehr verändert, allerdings wollte ich es vorerst einfacher halten und lediglich auf die im Datenblatt angegebene ca. MPP Spannung eingangsseitig regeln. Da Das Panel 150W Nennleistung liefert (meist sehr viel weniger), wollte ich keinerlei Stromregelung realisieren, sondern stattdessen den 24V Bleiakkua ausreichend dimensionieren und nur bei Erreichen der Ladeschlussspannung abschalten und das Modul Kurzschließen. Zweck des ganzen wäre, dass die Solarzelle nicht bei 24V-29V in einem nicht effizienten Betriebspunkt betrieben wird. Allerdings ist klar, dass man mit dem Schaltregler sich auch Verluste einhandelt.
Beitrag #5102191 wurde von einem Moderator gelöscht.
rbcn schrieb: > b) Wir bauen nun die leere Batterie (Spannung 8V) wieder dazu und nehmen > an sie habe einen konstanten Innenwiderstand von 6 Ohm. Nun die > Preisfrage, welche Spannung stellt sich an der Batterie ein? 8+6=14V?? Die Formel, wonach 8 Volt plus 6 Ohm dann 14 Volt ergibt, die kenne ich nämlich nicht...
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