Hallo Freunde, eine kleine Vorgeschichte, damit man mein "Problemchen" besser verstehen kann: Ich habe in meinem Garten eine Photovoltaik-Anlage aufgestellt, die mit vier Panelen zwei 12V, 100Ah-Blei-Akkus auflädt. Zusätzlich habe ich einen Windgenerator aufgebaut. Dieser ist mit einem Scheibengenerator ausgerüstet, der bei ca. 60U/min auf drei Phasen 12V liefert und insgesamt ca. 400W leisten kann. Nun ist die Konstellation von Windflügeln und Generator etwas schlecht ausgefallen, der Generator erreicht selten 60U/min. An sich kein großes Problem, ich müsste nur die Anstellung der Flügel ändern (entweder hohe Drehzahl oder hohes Drehmoment, meine stehen auf hohem Drehmoment). Leider haben sich die baulichen Gegebenheiten geändert, sodass ich an den Windgenerator nicht mehr heran komme. Keine Chance. Beim Umlegen des Mastes würde ich die Konstruktion unweigerlich zerstören... Die PV-Anlage läuft wunderbar, pro Tag 1 - 1,5kWh "Strom-Ernte" ist für mich ausreichend. Leider lädt der Windgenerator nur bei sehr hohen Windstärken, da er meist bei 20 - 30U/min läuft und dabei nur ca. 5V liefert. Die Stromstärken sind dabei schon ziemlich hoch, wenn ich ihn kurzschließe, bleibt er schlagartig stehen. Der Innenwiderstand der Spulen liegt bei je 0,3 Ohm. Damit der Generator wenigstens etwas in die Akkus bringt, möchte ich die Spannung elektronisch erhöhen. Einfaches Transformieren ist schlecht möglich, die Frequenz ist zu niedrig (16 Magneten auf den Scheiben entspricht 8 Phasenwechsel pro Umdrehung (je Phase), sind bei 60U/min gerade 8 Hz). Also im Normalfall so 3 - 4 Hz. Eine Schaltung mit Dioden/Kondensatoren, die ich testweise eingebaut habe, erhöht die Spannung zwar, doch leider ist der Strom dann sehr niedrig. Tests mit "normalen" Step-Up-Convertern zeigt, dass beim Start der Converter in solch hoher Strom fließt, dass der Generator sofort abgebremst wird. Ich suche nach einer Lösung, die eine geringe Spannung schon hoch konvertiert und dabei wenig Strom zieht. Wird der Generator dann schneller, kann ein höherer Strom gezogen werden, wird er langsamer, wieder ein geringerer Strom. Bei Sturm kann man die Schaltung mit einer Diode überbrücken, die maximale Leistung geht dann in die Akkus. Überladen werde ich in diesem Fall die Batterien nicht, es springt bei ca. 15V ein Wechselrichter an. Überlegt habe ich mir schon eine Schaltung, ein Step-Up-Converter, der von einem Arduino gesteuert wird. Leider kann der Arduino keine hohe PWM-Frequenz ausgeben, des wird problematisch. Lieber wäre mit auch eine reine Hardware-Lösung, da ich nicht im Programmieren geübt bin. Ich suche also einen Step-Up-Converter, der bei geringen Spannungen schon konvertiert (ab ca. 3 - 4 V, auf min. 14,4V), dabei noch wenig Leistung umsetzt, und bei steigender Eingangsspannung immer mehr Leistung umsetzt. Habt ihr eine Idee dazu? Wie gesagt, an den Generator komme ich nicht mehr ran, der ist kaum zugänglich (auch wenn es die einfachste Lösung wäre)...
Suchbegriff: MPPT http://www.schams-solar.de/windmppt.html Kannst ja auch gleich einen Kombiregler verwenden wie zB. https://www.amazon.de/Hybrid-Laderegler-Charge-Ladekontrolle-Stra%C3%9Fenlaterne/dp/B07QFZZJ5R
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Du kannst versuchen zwei Regelkreise parallel oder in Serie zu schalten. Das einfachste wäre es diese über Widerstände parallel auf den Feedback pin ein zu koppeln. Feedback-Kreis 1: 14,4V Ausgangsspannung Feedback-Kreis 2: Eingangsspannung xxV Brainstorming: Eventuell kannst du auch primär auf die Eingangsspannung regeln, d.h. versuchen am Eingang eine bestimmte Spannung zu erhalten. Das wäre vergleichsweise einfach, weil du den Spannungsteiler einfach über die Eingangsspannung speist. Die 14,4V könntest du über eine Art "Notabschaltung" realiseren mit einem Standard BC547 o.ä. welcher die Ausgangsspannung hoch zieht sobald die 14,4V erreicht sind.
Danke für die Antworten. Fertige MPPT-Ladecontroller scheiden leider aus. Diese setzen die Spannung nur herab und suchen den Punkt der besten Leistung. Ich möchte herauf setzen, die Effizienz ist egal, da im Moment gar nicht oder nur sehr selten geladen wird... Die Idee mit den zwei Regelkreisen muss ich mal überdenken, ist aber grundsätzlich eine gute Idee. Eventuell einen "Soft-Start-Eingang" eines Step-Up's missbrauchen...
Alexander S. schrieb: > Suchbegriff: MPPT Ich denke nicht dass es so einfach ist. Ein Windgenerator hat im Gegensatz zu einer Photovoltaikanlage eine recht großes Trägheitsmoment. Regelungstechnisch gesprochen hat die zu regelnde Strecke damit ein zusätzliches PT1 Glied mit recht großer Zeitkonstante. Ich denke nicht daß ein MPPT Regler für Photovoltaikanlagen damit klarkommt. Ein gangbarer Weg für den TO könnte sein, mit einem Windmesser die Windgeschindigkeit zu bestimmen und einen stromgeregelten Aufwärtswandler zu bauen. Den Sollstrom kann er dann in einer Tabelle abhängig von er Windstärke ablegen und mit einem µC den Wandler entsprechend ansteuern. Heiko K. schrieb: > Leider haben sich die baulichen Gegebenheiten geändert, sodass ich an > den Windgenerator nicht mehr heran komme. Keine Chance. Beim Umlegen des > Mastes würde ich die Konstruktion unweigerlich zerstören... Was ist das denn für eine intelligente Konstruktion? Was machst du wenn du mal etwas reparieren musst?
Wenn das Teil nicht mega Effizient sein muss dann ist das nicht all zu schwer die Software für die Regelung zu schreiben. Ich würde vielleicht nicht unbedingt einen 16MHz Arduino nehmen aber es gibt ja auch genug alternativen. Der HRTimer von STM32F334 hat auch die Möglichkeit den Timer in Hardware bei überstom o.ä. ab zu schalten. Wie erwähnt könnte man entweder einen Windmesser nehmen oder bei Beginn des Ladevorgangs die Eimgangsspannung messen und den Strom so regeln das diese Konstant bleibt. Da eh 3 Phasen vorhanden sind und 400W schon nicht so wenig ist zumindest wenn man nicht allzuviel Erfahrung hat würde ich vermutlich zu einem 3Phasen Converter tendieren. Lässt sich mit dem HRTimer problemlos machen. Du wirst dich natürlich etwas einarbeiten müssen es ist nicht gerade so klicki bunti wie der standard Arduino. Aber man bekommt den Controller schon für nen 10er auf einem Nucleo Board und es gibt mittlerweile ganz gute Beispiele.
Leider ist eine feste Blattumstellung nicht wirklich ein gute Loesung. Und die Regelung eines Windrades ist extrem nichtlinear. Neben der Zeitkonstante gibt's noch das Drehmoment, welches bei festem Wind mit der Drehzahl zusammenhaengt.
Udo S. schrieb: > Was ist das denn für eine intelligente Konstruktion? Was machst du wenn > du mal etwas reparieren musst? Gute Wortwahl! Der Nachbar hat mir den einfachen Zugang verbaut. Nun käme nur noch eine Acht-Meter-Leiter in Frage. So hoch traue ich mich aber nicht zu klettern, Höhenangst... Wenn was repariert werden muss, bekomme ich ein Problem. Eventuell Hebebühne oder ähnlich. Ein stromgeregelter Aufwärtswandler ist eine gute Idee. Eventuell finde ich eine fertige Schaltung, die ich anpassen kann...
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Joggel E. schrieb: > Leider ist eine feste Blattumstellung nicht wirklich ein gute Loesung. > Und die Regelung eines Windrades ist extrem nichtlinear. Noch etwas zur Erklärung: Es handelt sich um ein DARRIEUS / SAVONIUS Windrad mit vertikaler Achse und Scheibengenerator. Sehr träge... Eine dynamische Blattumstellung wäre ideal, aber mechanisch schwierig realisierbar. Ich möchte nur etwas mehr "Gewinn" erzielen. Im Moment dreht sich das Windrad fast ständig, aber immer mit viel zu geringer Drehzahl. Vielleicht 3 % der Laufzeit lädt es mal was in die Batterie. Wenn ich auf 20 oder 30 % käme, wäre das schon ein gewaltiger Fortschritt. Deshalb soll die Elektronik auch nicht so sehr kompliziert werden. Möglichst ohne µC...
Die Spulen für den (die) Aufwärtswandler sind schon im Generator eingebaut, alles was Du zusätzlich brauchst ist eine Elektronik mit 3 kräftigen Halbbrücken die die Wicklungen mit dem richtigen Timing abwechselnd kurzschließt und wieder freigibt und dabei den Freilaufstrom in die Batterie fließen lässt. Ungefähr so wie die Rekuperation beim E-Auto. Warum hat der Hersteller des Windgenerators nicht auch die passenden Laderegler im Programm oder kann sagen mit welchem Laderegler das am besten zu betreiben ist?
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Bernd K. schrieb: > Die Spulen für den (die) Aufwärtswandler sind schon im Generator > eingebaut, alles was Du zusätzlich brauchst ist eine Elektronik mit 3 > kräftigen Halbbrücken die die Wicklungen mit dem richtigen Timing > abwechselnd kurzschließt und wieder freigibt und dabei den Freilaufstrom > in die Batterie fließen lässt. Ungefähr so wie die Rekuperation beim > E-Auto. Das ist ja genial!! Der Hersteller des Generators bin ich selbst... :-)
@Bernd K.: Wie würdest du die Schaltung aufbauen, um den Schaltpunkt zu bestimmen? Leider habe ich nur die drei Phasen, auch keinen Null-Leiter (könnte man mit drei Widerständen "künstlich" bereitstellen). Ich finde die Idee absolut klasse! Das Timing müsste an die Drehzahl angepasst werden. So kommt mehr Leistung bei höheren Drehzahlen... Ich zerbreche mir gerade den Kopf, wie ich aus den jeweils anderen zwei Phasen den richtigen "Zünd-Zeitpunkt" ermitteln kann...
Heiko K. schrieb: > Ich zerbreche mir gerade den Kopf, wie ich aus den jeweils anderen zwei > Phasen den richtigen "Zünd-Zeitpunkt" ermitteln kann... Du hast die Periodendauer der 3 Phasen. Einfach die Zeit zwischen den Nulldurchgängen. Also hast du auch die Frequenz (1/T). Die Phasen sind doch wohl um 120° versetzt. Und das Windrad ist so träge, daß du von der letzten Umdrehung auf die nächste schliessen kannst. Aber ohne µC wird das eher nix. Mit einem µC kannst du ganz einfach Zeiten präzise erfassen und daraus dann Steuersignale berechnen. Du kannst Kennfelder ablegen, Parameter speichern und einfach ändern, ... Insofern: Heiko K. schrieb: > Möglichst ohne µC... wird es nicht einfacher.
Heiko K. schrieb: > @Bernd K.: Wie würdest du die Schaltung aufbauen, um den Schaltpunkt zu > bestimmen? Ich würde mich wahrscheinlich als erstes daran orientieren wie so ein sensorloser Motortreibeiber der rekuperationsfähig ist und jederzeit den Phasenstrom stufenlos regeln kann üblicherweise aufgebaut ist, die Hardware wie auch die Software.
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Heiko K. schrieb: > Das ist ja genial!! > > Der Hersteller des Generators bin ich selbst... Ich hatte mal iirgendwo einen Bericht gelesen wo jemand einen Autogenerator auf mehr Windungen umgewickelt hat. Das dürfte auch bei dir zu mehr Ausbeute bei geringerer Drehzahl führen. Also die Wicklung im Stator komplett raus und durch eine mit dünnerem Draht und mehr Windungen ersetzen...
Eine Spannungsverdoppler Gleichrichtung reichte nicht?
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Armin X. schrieb: > Ich hatte mal iirgendwo einen Bericht gelesen wo jemand einen > Autogenerator auf mehr Windungen umgewickelt hat. Das dürfte auch bei > dir zu mehr Ausbeute bei geringerer Drehzahl führen. > Also die Wicklung im Stator komplett raus und durch eine mit dünnerem > Draht und mehr Windungen ersetzen... Ja, klar. Das sind einfache und gute, funktionierende Lösungen. Bei einem Scheibengenerator sind die Spulen (eisenlos) in Epoxidharz vergossen. Selbst wenn ich an den Generator wieder heran kommen würde, wäre die Herstellung der Spulenplatte sehr aufwändig. Durch dünneren Draht hätte ich zwar mehr Innenwiderstand, aber ich wäre froh, wenn der Generator mal was bringen würde... Die Idee mit dem Kurzschließen der Spulen und im richtigen Moment freigeben scheitert wahrscheinlich zuerst daran, dass ich keinen Mittel-Leiter habe. Nur die drei Phasen! Ich brauche aber, um die Funktion sicher zu stellen, unbedingt den Mittel-Leiter zum Kurzschließen, da ich auch noch Phasen zum Messen brauche. A. H. schrieb: > Eine Spannungsverdoppler Gleichrichtung reichte nicht? Ein einfacher Spannungsverdoppler würde auch den Mittel-Leiter erfordern. Ich habe in LTSpice eine andere Schaltung entworfen und simuliert. Sie funktioniert prinzipiell, doch ist die Frequenz meines Drehstromes einfach zu niedrig...
ein akkublock bauen den man mit 5V laden kann und welcher den ladestrom annimmt damit puffern und die geregelt entladen zum aufwärtswandeln ...
Heiko K. schrieb: > Tests mit "normalen" Step-Up-Convertern zeigt, dass beim Start der > Converter in solch hoher Strom fließt, dass der Generator sofort > abgebremst wird. Ja, so ist das bei PV Panels und Windrädern: Einfache step up gehen nicht. Heiko K. schrieb: > Überlegt habe ich mir schon eine Schaltung, ein Step-Up-Converter, der > von einem Arduino gesteuert wird. Leider kann der Arduino keine hohe > PWM-Frequenz ausgeben, des wird problematisch. Das ist Quatsch, die PWM Frequenz auch eines Arduino reicht problemlos, man wählt die Spulengrösse des step up halt passend. An PV-Panels und Windräder passen UNGEREGELTE step up/step down Wandler. Wenn beispielsweise ein step up immer mit 50% PWM betrieben wird, ist nach kurzer Einpendelzeit Ausgangsspannung = Eingangsspannung * 2. Wenn nun der Ausgang die EIGENTLICHE Laderegelung übernimmt, ist das nichts weiter als ein Generator mit doppelter Spannung und halbem Strom. Man kann jetzt bei einem 3-Phasen Generator vor dem step up B6 gleichrichten. Man muss sich bei der PWM um nichts kümmern, das Strom/Spannungs-Verhältnis stellt sich bei gegebener PWM von selbst ein. man KANN aber (wenn man die PWM von einem uC erzeugen lässt) am Übersetzungsverhältnis drehen, langsam drehen weil ein Windrad auch sehr langsam ist, und so eine optimale Anpassung erreichen, ja, letztlich MPPT regeln.
mitleser schrieb: > ein akkublock bauen den man mit 5V laden kann und welcher den ladestrom > annimmt damit puffern und die geregelt entladen zum aufwärtswandeln ... Das ist natürlich auch eine gute Idee! In diesem Fall muss der Akku ja nicht einmal groß sein (oder gar ein Super-Cap?), man könnte alle halbe Stunde (oder bei Voll-Ladung) den Puffer-Akku über einen Standard-Step-Up in die 12V-Anlage pumpen... Das ist zwar mit einigen Verlusten verbunden, aber an dieser Stelle wirklich egal, ich hätte wenigstens Gewinn aus dem Windgenerator! Richtig tolle Ideen hier! Ich bin begeistert! Ich zerbreche mir schon wochenlang den Kopf, wie ich mein Problem lösen könnte und hier rieseln viele gute Ideen rein...
Heiko K. schrieb: > Die Idee mit dem Kurzschließen der Spulen und im richtigen Moment > freigeben scheitert wahrscheinlich zuerst daran, dass ich keinen > Mittel-Leiter habe. Nur die drei Phasen! Wozu brauchst Du einen Mittelleiter? Andere brauchen den auch nicht. Wir hatten doch erst neulich einen Thread hier bei dem diskutiert wurde wie die Rekuperation bis fast hinunter zum Stillstand funktionieren kann obwohl die Generatorspannung selbst bei der höchsten Drehzahl noch immer deutlich unter der Batteriespannung liegt (liegen muß sonst könnte man gar nicht fahren damit!). Das ist genau die selbe Problemstellung!
Und da Du das Ding nicht antreiben willst kommst Du eventuell schon mit 6 Dioden zur Gleichrichtung und nachgeschaltet einem Step-Up (ohne Spule¹) aus. Der Step-up muss so angesteuert werden daß er seinen Eingangsstrom konstant hält und nicht seine Ausgangsspannung. __ ¹ Die Spulen sind ja schon im Generator
Bernd K. schrieb: > Der Step-up muss so angesteuert werden daß er seinen > Eingangsstrom konstant hält Das reicht noch nicht, der Strom muss in einer Abbildung zur Wingeschwindigkeit und/oder Rotordrehzahl stehen. Man braucht auf jeden Fall noch einen äusseren Regelkreis der die tatsächliche Windgeschwindigkeit und/oder die Drehzahl des Windrads als Eingansgparameter hat und daraus entweder über eine Kennfeldsteuerung oder eine wie auch immer geartete Regelung den Eingangsstrom des Step ups vorgibt.
Udo S. schrieb: > Bernd K. schrieb: >> Der Step-up muss so angesteuert werden daß er seinen >> Eingangsstrom konstant hält > > Das reicht noch nicht, der Strom muss in einer Abbildung zur > Wingeschwindigkeit und/oder Rotordrehzahl stehen. Ja, das kommt noch dazu. Das wollte ich auf später verschieben weil man das Problem separat behandeln kann. Sobald er einen solchen Schaltregler gebaut hat der funktioniert und auf der Primärseite einen Soll-Strom (den man ihm von außen vorgeben kann) konstant halten kann kommt der zweite Schritt, nämlich eben jenen Strom von der Rotordrehzahl abhängig machen, da müsste man dann am besten mal für verschiedene Windgeschwindigkeiten ermitteln bei welchem Strom sich die optimale Energieausbeute ergibt (und welche Rotordrehzahl sich dann einstellt) und wenn er genug Daten hat kann er wahrscheinlich den Windmesser wieder abbauen und allein aus der Drehzahl den richtigen Strom ableiten. Wahrscheinlich muss er die Windgeschwindigkeit gar nicht messen sondern einfach nur mal bei verschiedenen Wetterlagen das jeweilige Optimum finden und sich dann das Tupel (Drehzahl, Motorstrom) aufschreiben und wenn er genug davon hat einfach ne Kurve reinnmalen und interpolieren.
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Was sagt ihr denn hier zu? Ich hab das Projekt gestern entdeckt und konnte es mir jetzt noch nicht so genau ansehen, die Dokumentation ist aber abgesehen von einer gewissen fehlenden Professionalität gar nicht so schlecht. Zumindest verhältnismässig ausführlich. Auch wenn dem Autor einige Standards fehlen, wirkt sein Verständnis recht intuitiv, was ich anfangs erstmal immer positiv bewerte. Genaueres kann ich zur Qualität aber leider noch nicht sagen. Nur das die letzten Kommentare für Ideen auch in die Richtung dieses Ansatzes geht. Mit freundlichen Grüssen Alex
alex schrieb: > Ich hab das Projekt gestern entdeckt und konnte es mir jetzt noch nicht > so genau ansehen Wir auch nicht :-)
vergisst der Idiot den Link https://create.arduino.cc/projecthub/philippedc/a-wind-turbine-mppt-regulator-with-an-arduino-uno-783462?ref=user&ref_id=697476&offset=3
Heiko K. schrieb: > Damit der Generator wenigstens etwas in die Akkus bringt, möchte ich die > Spannung elektronisch erhöhen. > Tests mit "normalen" Step-Up-Convertern zeigt, dass beim Start der > Converter in solch hoher Strom fließt, dass der Generator sofort > abgebremst wird. Das ist typisch für geregelte StepUps an einer "weichen" Spannungs- quelle. > Ich suche nach einer Lösung, die eine geringe Spannung schon hoch > konvertiert und dabei wenig Strom zieht. Dein Problem ist schwierig zu lösen. Du könntest mal versuchen, einen ungeregelten StepUp zu verwenden, der deine Spannung einfach nur um einen festen Faktor, z.B. 3 erhöht. Am Ausgang dieses Step- Ups müsste dann direkt die Batterie angeschlossen werden.
Hallo Freunde, ich habe in der Zwischenzeit intensiv in LTSpice an einer Schaltung gearbeitet, die mein Problem löst. Grundsätzlich bin ich damit fertig, sie funktioniert auch recht gut. Eine Menge Komparatoren sorgen dafür, dass jedes Mal kurz nach dem Überschreiten der Spannungsspitzen der drei Phasen ein Impuls ausgelöst wird. Dieser triggert einen guten alten NE555, der für eine Zeit einen "Burst" auslöst, der seinerseits einen Step-Up treibt. Ab einer gewissen Drehzahl, also kurzen Spannungs-Spitzen-Abständen läuft der Step-Up dauerhaft, bis die Spannung wieder einbricht. So weit, so gut. Mein Kollege, der sich auch in LTSpice sehr gut auskennt, hat mir dazu eine Drehstrom-Spannungs- und eine Drehstrom-Stromquelle gebastelt. Das funktioniert auch sehr gut, doch beginnt bei jeder Frequenz und jeder Spannung eine erneute Simulation, die Ergebnisse sind dann in den Plot-Planes kaum noch lesbar. Gibt es eine Möglichkeit in LTSpice, eine Drehstrom-Spannungs- oder Stromquelle zu programmieren, die in einem Simulations-Durchlauf die Frequenz sowie die Spannung kontinuierlich erhöht (Problem ist das Delay um jeweils 1/3 Wellenlänge, es sind auch drei Wechselspannungs/strom-Quellen). Bekommt das jemand hin? ich habe schon mit dem .step table versucht, ich schaffe es jedenfalls nicht. :-( Im Anhang die beiden Dateien (Strom- bzw. Spannungsquelle).
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Heiko K. schrieb: > Sie funktioniert prinzipiell, doch ist die Frequenz meines > Drehstromes einfach zu niedrig... Nene, Deine Kondensatoren sind nur viel zu klein. ;-) Bei den Strömen und niedriger Frequenz müssten die etwa 100x so groß sein. Will man sicher nicht. Mit einer Hilfsspannung z.B. 12V könntest Du 3 Step-Ups mit festem Tastverhältnis bauen, die die Generatorspannung z.B. 1:3 hochsetzen. Diese dann in einem Elko zwischenspeichern und mit einem Step-Down den Akku laden. Durch das feste Taktverhältnis wird der Generator nicht in den Stillstand gezwungen. Oder 3-Wege-Gleichrichtung und dann mit festem Tastverhältnis hochwandeln. Das Problem ist halt in allen Fällen, dass bei geringer Spannung und hohen Strömen schon wenige 100mV Spannungsdrop über Gleichrichterdioden die Effizienz in den Keller schicken.
Nun ja... 20.000µF nach einem Gleichrichter mit 6 Shottky's... Ein aktiver Gleichrichter ohne Flussspannungs-Verluste geht erst bei 6V los...
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