Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Transistor als spannungsabhängigen Schalter


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von Andreas (Gast)


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Ich habe ein Problem  und zwar  will ich mehrere Heizstäbe  mit Strom 
aus Photovoltaikmodulen speisen und hierzu Transistoren als Schalter 
verwenden.

Beispiel Photovoltaikanlage  5 KW  400Volt MPPT-Spannung

Problem bei einer Photovoltaikanlage ist dass Spannung und Strom 
abhängig sind von der Sonneneinstrahlung.  Also von 0 Volt bis zb. 450 
Volt.

Wenn jetzt die Sonne aufgeht  oder Wolken den Himmel bedecken dann 
bringt die Photovoltaikanlage sehr wenig Leistung So dass ein 2Kw 
Heizstab die Spannung so runterzieht dass er nicht warm wird.

Meine Überlegung war dass ich mehrere Heizstäbe mit jeweils 100 Watt  je 
nach Spannung parallel dazuschalte je nachdem wie hoch die erreichte 
Solarmodulspannung ist.

So kann ich je nach vorhandener Solarleistung die Heizstäbe dann bis zur 
Maximalleistung aller Heizstäbe (1 KW dazuschalten)

Hierfür  selle ich mir  für jeden Heizstab einen Transistorschalter vor 
der ab einer bestimmten Solarspannung den jeweiligen Heizstab 
dazuschaltet.

Beispiel:  Heizstab 1 ab 150V Solarspannung ,  Heizstab 2 ab 200V 
Solarspannung, Heizstab 3 ab 220V Solarspannun, Heizstab 3 ab 220V 
Solarspannung............ usw. bis die Maximalanzahl der Heizstäbe 
zugeschaltet ist.

Anbei habe ich einen Schaltplan zur Übersicht mitgeschickt.

Jetzt meine Frage:  kann das funktionieren?  oder ist das möglich die 
Transistorschalter in Abhängigkeit von der Spannung zu schalten?

von Flip B. (frickelfreak)


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Komparator. oder einfach einen buck auf mppt  regeln. Spart viel 
verdrahtung und transistoren, es braucht nur 2 Mosfets und eine drossel

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Andreas schrieb:
> So kann ich je nach vorhandener Solarleistung die Heizstäbe dann bis zur
> Maximalleistung aller Heizstäbe (1 KW dazuschalten)

Ja schon, aber das ändert überhaupt nichts an der gesamten Heizleistung.

Ob ein Heizstab viel heiß wird oder zwei Heizstäbe wenig ist gehopst wie 
gesprungen.

von Andreas (Gast)


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Flip B. schrieb:
> Komparator. oder einfach einen buck auf mppt  regeln. Spart viel
> verdrahtung und transistoren, es braucht nur 2 Mosfets und eine drossel

Das hört sich sehr einfach und gut an. kannst du mir das erklären? oder 
wie kann ich das bauen ?

von Enrico Eichelhardt (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ob ein Heizstab viel heiß wird oder zwei Heizstäbe wenig ist gehopst wie
> gesprungen.

Genau. Deswegen kannst du alle 9 Heizstäbe einfach parallel schalten und 
alle gleichzeitig aufheizen lassen. Das spart die komplette Elektronik 
und kommt am Ende auf's Gleiche raus.

von Andreas (Gast)


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Enrico Eichelhardt schrieb:
> Stefan ⛄ F. schrieb:
>> Ob ein Heizstab viel heiß wird oder zwei Heizstäbe wenig ist gehopst wie
>> gesprungen.
>
> Genau. Deswegen kannst du alle 9 Heizstäbe einfach parallel schalten und
> alle gleichzeitig aufheizen lassen. Das spart die komplette Elektronik
> und kommt am Ende auf's Gleiche raus.

Ja das ist mir schon klar.  Aber wenn ich bei 200 Watt Solarleistung 
einen 2KW Heizstab anschliese dann wird der meiner Meinung nach die 
Solarspannung auf 0 runterziehen und garnicht warm. ?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Andreas schrieb:
> Aber wenn ich bei 200 Watt Solarleistung
> einen 2KW Heizstab anschliese dann wird der meiner Meinung nach die
> Solarspannung auf 0 runterziehen und garnicht warm. ?

Doch der wird schon warm. Wenn die Solarzellen 10W liefern, dann kommen 
die auch im Heizstab an. Da Heizstäbe 100% Wirkungsgrad haben wird diese 
Energie optimal in Wärme umgesetzt.

Dabei ist es völlig egal, ob dein Heizstab maximal 100 Watt oder maximal 
1000 Watt verträgt (solange er nicht durchbrennt).

Ein kleiner Heizstab mit wenig Oberfläche wird mit wenig Energie 
natürlich heißer. Aber dein Ziel ist ja nicht, den Heizstab glühen zu 
lassen, sondern irgend etwas damit aufzuwärmen. Solange dieses etwas 
nicht weniger wird, bringt es gar nichts, den Heizstab zu verkleinern.

Wenn das so einfach wäre, würde niemand seine Wohnung mit einer 20 kW 
Heizung erwärmen, sondern einfach ein Teelicht auf den Wohnzimmertisch 
stellen. Das verbraucht nur 50 Watt und ist sogar brennend heiß. Aber 
davon wird die Wohnung trotzdem nicht warm.

von MaWin (Gast)


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Andreas schrieb:
> Ich habe ein Problem

Glaube ich dir.

Vor allem, dass du nicht die geringste Ahnung von Photovoltaik hast.

Ein PV Panel liefert einen Strom (je nach Sonneneinstrahlung), ist keine 
Spannungsquelle.

So bald du an ein (z.B. 170V lieferndes) PV Panel einen Heizstab als 
stromverbrauchenden Lastwiderstand dranschaltest, bricht die Spannung 
(z.B. auf 120C) ein (und du müsstest den Heizstab gleich wieder 
ausschalten).

Deine Idee taugt nichts ist nicht funktional.

Du kannst immer alle Heizstäbe an alle Solarpaneele drangeschaltet 
lassen, allen Strom den die Sonne bringt wird dann zum Heizen verwendet. 
Da würde schon mal funktionieren, nutzt die PV aber nicht optimal.

Optimalerweise regelt man die Belastung auf MPP maximum power point. Dan 
kann man entweder mit EINEM Schalter machen der als step down 
Schaltwandler arbeitet, ODER in dem man je nach Sonne ein Panel dazu- 
oder wegschaltet

Damit man auf MPP regeln kann, reicht es aber nicht, die Spannung zu 
messen, man muss entweder auch den Strom messen oder aus der Spannung 
und der bekannten Widerstand der aktuell drangeschalteten Heizstäbe den 
Strom errechnen und damit dann die Leistung errechnen.

up/down Vorgehensweise: Man misst die Spannung und berechnet die 
Leistung unter der aktuellen Anzahl angeklemmter Heizstäbe. Dann 
schaltet man einen Heizstab dazu und ermittelt wieder die Leistung. Ist 
sie höher, schaltet man noch einen Heizstab hinzu, war sie niedriger, 
schaltet man Heizstäbe wieder weg, man ändert also die Richtung (hinzu- 
oder wegschalten) wenn die Leistung absank und behält die Richtung bei, 
wenn die Leistung stieg.


Als Schalter tun es ausreichend spannungsfeste (400V) MOSFETs, die über 
Gate-Treiber mit 10V von einem Arduino aus gesteuert werden können. Ein 
Heizstab kann dauernd dran sein, also fest verdrahtet, denn 0-Leistung 
macht keinen Sinn.


ABER: deine Zeichnung enthält einen Einspeisewechselrichter, aber keinen 
Akku. Vergiss also alles, du brauchst einen Akku, und bei dem schaltet 
man Heizelemente erst zu, wenn er voll ist und droht, überladen zu 
werden. Das erfolgt dann bei einer Spannung. Der MPP wäre zwischen 
Solarpanel und Akku.

von Michael M. (michaelm)


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Andreas schrieb:
> Meine Überlegung war dass ich mehrere Heizstäbe mit jeweils 100 Watt  je
> nach Spannung parallel dazuschalte je nachdem wie hoch die erreichte
> Solarmodulspannung ist.
Schau dir mal eine MPPT-Kurvenschar (unschwer im Netz aufzufinden) an. 
Dann siehst du, dass sich beginnend von 0 W Einstrahlung bis max. 
Einstrahlung die Modulspannung sehr wenig ändert, jedoch die 
Stromstärke, die das Modul liefern kann, erheblich .
Überdenke vielleicht nochmal deinen Lösungs-Ansatz. ;-)

von Wolfgang (Gast)


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Enrico Eichelhardt schrieb:
> Genau. Deswegen kannst du alle 9 Heizstäbe einfach parallel schalten und
> alle gleichzeitig aufheizen lassen. Das spart die komplette Elektronik
> und kommt am Ende auf's Gleiche raus.

Dann guck dir mal die Kennlinie einer Solarzelle an. Wenn du da immer 
die volle Last dran hängen hast, rutscht die Zelle vom MPP weg.
Nix mit "kommt am Ende auf's Gleiche raus".

von Andreas (Gast)


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Ich hab versucht ob mir ein Profi hierzu eine elektronische Schaltung 
aufzeigen kann damit die Module bei Last nicht unter den MPPT-Bereich 
fallen und so die volle Leistung der Module genützt werden kann.
Leider hab ich Laut MaWin der schrieb: "Vor allem, dass du nicht die 
geringste Ahnung von Photovoltaik hast"
nicht die geringste Ahnung von PV .....

Schade dass hier so wenige Leute Antworten wie Wolfgang (der wohl sehr 
große Ahnung hat von PV)
Nun ja vielleicht gibt es doch den ein oder anderen der mir einen 
einfachen Weg für diese Problem aufzeigen kann.  Der Wechserichter in 
diesem Schaltplan ist nur dazu da, dass wenn der Wasserspeicher komplett 
aufgeheizt ist, der Solarstrom dann ins Netz eingespeist werden kann. 
Da brauche ich keine solchen Komiker die hier noch eine Batterie dazu 
bauen und diese laden wollen.

von Harald W. (wilhelms)


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Andreas schrieb:

> Schade dass hier so wenige Leute Antworten wie Wolfgang (der wohl sehr
> große Ahnung hat von PV)

Nun, zumindest der "echte" MaWin hat zwar einen rauhen Ton am Leib,
hat aber trotzdem gut erklärt, warum Du mit Deiner Lösung falsch liegst.

von Timo N. (tnn85)


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Die Spannung deines Strings wird durch deinen Einspeisewechselrichter 
vermutlich auf folgenden Wert geregelt :
U_MPP (steht im Datenblatt deiner PV-Module) X Anzahl Module in deinem 
String.

In den angehängten Beispielbildern siehst du, dass sich die DC-Spannung 
am Eingang des Wechselrichters kaum ändert, obwohl im gleichen Zeitraum 
der Strom des Strings aufgrund der Einstrahlungsverhältnisse stark 
fluktuiert (mit einer Spitze in der Mittagszeit). Ich kenne die 
Regelungsstrategie der WR-Hersteller nicht. Ich kann mir aber 
vorstellen, dass so geregelt wird.

Abgebildet auf den Bildern sind hier 2 unabhängige Strings. Die Module 
haben ca. 34V U_Mpp. String 1 hat 18 Module (in Reihe) und String 2 hat 
12 Module (in Reihe).


Wenn du nun direkt noch eine (variable) Last an den String legst, müsste 
der WR eigentlich seine Einspeisung automatisch drosseln und damit auch 
den Strombezug aus dem String zu Gunsten deiner Last reduzieren, damit 
die Stringspannung wieder im Bereich U_MPP gehalten wird. Das wird aber 
nur so lange funktionieren, wie die Einspeisung - Last >> 0, da für den 
WR ja sonst nichts mehr übrig bleibt.

Die Frage ist, ob der Regelalgorithmus des Wechselrichters in so einem 
Fall dann trotzdem noch so schnell auf Lastsprünge reagieren kann. Ich 
glaube es kaum.

von Udo S. (urschmitt)


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Andreas schrieb:
> einen einfachen Weg für diese Problem aufzeigen

Weil es so einen "einfachen" Weg nicht gibt.
Deine Idee geht so nicht.

Schon gar nicht wenn parallel wie in deinem Bildchen eine 
Einspeisewechselrichter hängt.

Entweder du eigenest dir mehr Wissen an, oder du lässt das. So ein 
Projekt ist nix für einen Anfänger der sich letzte Woche einen Lötkolben 
gekauft hat.
400V machen klein schwarz und hässlich.

MaWin hat dir aufgezeigt, was man bedenken muss, es ist bezeichnend dass 
du ihn "Komiker" nennst.

Auch Timo gibt dir Hinweise. Fakt ist ja kann man machen, aber dazu 
braucht es eine "intelligente" Steuerung, die Spannung und Strom 
ermittelt und den Wechselrichter ggf. an und abschalten können muss. 
Plus Temperatusüberwachung des Pufferspeichers.
Plus Leistungsschalter die mit 450V und einigen Ampere umgehen können 
ohne sich oder das Haus in Rauch zu verwandeln.
Das ist nicht ein "einfach so" wenn man absolut keine Ahnung hat.

von Günter Lenz (Gast)


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von Andreas schrieb:
>Nun ja vielleicht gibt es doch den ein oder anderen der mir einen
>einfachen Weg für diese Problem aufzeigen kann.
>Der Wechserichter in
>diesem Schaltplan ist nur dazu da, dass wenn der Wasserspeicher komplett
>aufgeheizt ist, der Solarstrom dann ins Netz eingespeist werden kann.

Dieser Wechselrichter wird wohl mit Maximum Power Point Tracking
arbeiten. Schalte einfach deine Heizung hinter diesen
Wechselrichter und dein Problem ist gelöst.

Ansonsten brauchst du noch einen zweiten Wechselrichter
mit Maximum Power Point Tracking. Du kannst sie aber dann
nicht gleichzeitig betreiben und mußt über einen Schalter
hin und her schalten. Oder schließe die Heizung einfach
direkt an, ohne igendwelchen Regler. Die Maximale Leistung
erzielst du dann wenn der Innenwiderstend des Solarmoduls
gleich des Widerstands der Heizung ist. Ermittle den
mittleren Innenwiderstand des Solarmoduls.

https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungsanpassung

Da der Innenwiderstand eines Solarmuduls nicht konstant ist,
wurde "Maximum_Power_Point_Tracking" erfunden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Maximum_Power_Point_Tracking

von Andreas schrieb:
>Beispiel Photovoltaikanlage  5 KW  400Volt MPPT-Spannung

Sollte deine Photovoltaikanlage sowieso schon MPPT haben,
sind deine Überlegungen vollkommen überflüssig, schließe
deine Heizung direkt an, fertig.

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