Hi Leute,
ich darf an der Uni an einem "fiktiven" CubeSat Projekt mitwirken und
soll einen MPPT Laderegler dafür entwickeln.
Der CubeSat hat, wie jeder Würfen 6 Seiten, die jeweils mit zwei seriell
verschalteten Solarzellen dieses Typs ausgestattet werden sollen.
http://www.azurspace.com/images/0003429-01-01_DB_3G30C-Advanced.pdf
Zwei gegenüberliegende Seiten des Würfels werden per Dioden zu einem
Strang verodert, da nur eine der jeweiligen Seiten in der Sonne sein
wird. Sprich, mein MPPT Wandler muss 3 Kanäle aufweisen. - Soweit so
gut.
Jetzt steh ich aber vor dem Problem, das ich die Solarzellen irgendwie
für den Praxistest simulieren muss. Ich habe bei diversen Firmen
angefragt - die haben aber alle nur Simulatoren im Kilowattbereich
(eigentlich nur Chroma 6200 Serie und Keysight E4360) und die kosten
Einzel mehr, als alle Autos zusammen, die meine Kommilitonen und ich
bislang besessen habe :(
Noch dazu konnte mir keiner der Vertriebler sagen, ob man die so weit
runter regeln kann, wie ich es bräuchte, nur das man sie kaskadieren
kann um ganze Solarfarmen zu simulieren.
Grob muss ich ja "nur" rund 5,5Voc und 0,5Asc simulieren also eine
CC/CV.
Kann ich das nicht auf die schnelle als Notbehelf mit zwei seriellen
LM317 lösen? Den ersten betreibe ich als Stromquelle und den zweiten als
Spannungsquelle.
Oder wäre es Besser, den zweiten LM317 der für die Spannung gedacht war,
durch einige serielle std. Dioden wie 1n4001 o.Ä. zu ersetzten?
Mein ihr, das würde gehen?
Sunny schrieb:> Grob muss ich ja "nur" rund 5,5Voc und 0,5Asc simulieren also eine> CC/CV.
Kann jedes (programmierbare) Labornetzteil, das wird eine Uni ja wohl
haben (mit LabView zur Steuerung).
> Kann ich das nicht auf die schnelle als Notbehelf mit zwei seriellen> LM317 lösen?
Simulieren heisst für mich Spice, nicht Hardware.
LM317 ist als Stromregler wegen Mindestlast doof.
MaWin schrieb:> Simulieren heisst für mich Spice, nicht Hardware.
Das sehe ich auch so. Willst du also eine Hardware machen, oder nur eine
"fiktive" Hardware simulieren?
H. H. schrieb:> Ersatzschaltbilder
Da steht die Antwort, die ist für einen Ersatz in der Praxis oder in
einer Simulation ganz einfach und offensichtlich wesentlich
realistischer, als du es brauchst:
Mehrere Dioden in Reihe schalten und einen konstanten oder zumindest
weitgehend konstanten Strom hindurch schicken. Die Spannung über den
Dioden verhält sich wie die Spannung der Solarzellen. Der Strom ist
proportional zur Lichtintensität und es gibt den ausgeprägt kleinen
Bereich es MPPTs.
Kauf halt die Zellen, bau da draus einen Würfel, und stell eine Lampe
davor. Näher an die Wirklichkeit kannts du mit deinee "Simulation" nicht
kommen.
Oliver
Sunny schrieb:> Der CubeSat hat, wie jeder Würfen 6 Seiten, die jeweils mit zwei seriell> verschalteten Solarzellen dieses Typs ausgestattet werden sollen.> http://www.azurspace.com/images/0003429-01-01_DB_3G30C-Advanced.pdf> Zwei gegenüberliegende Seiten des Würfels werden per Dioden zu einem> Strang verodert, da nur eine der jeweiligen Seiten in der Sonne sein> wird. Sprich, mein MPPT Wandler muss 3 Kanäle aufweisen. - Soweit so> gut.
Das solltest du nochmal überdenken. Solarzellen verhalten sich wie
Stromquellen, und die seriell zu verschalten macht Ärger. Bei
Solarzellen führt das dazu, daß die "verdunkelte Zelle gegen die
belichteten Zellen arbeitet", bzw. die Energie der belichteten Zellen
die verdunkelten Zellen bloß warm machen. Und nicht mehr elektrisch
nutzbar ist.
Bei irdischen Photovoltaikanlagen ist das Problem als Teilverschattung
bekannt (z.B. der Schatten eines Schornsteins auf dem Dach) und führt
durchaus zum vorzeitigen Ausfall der betroffenen Zellen. Wenn alle
Zellen gleichmäßig belichtet werden ist das kein Problem, aber
Teilverschattung mag man nicht.
Bei dir wird es wahrscheinlich ganz zum Nichtfunktionieren führen, da es
für eine Zelle zappenduster ist, während die Belichtung für die andere
Zelle je nach Einfallwinkel zwischen 0 und 100% liegt. Auf jeden Fall
wirst du mit deiner Energieausbeute weit hinter deinen Erwartungen
zurückbleiben.
Schau dir z.B. mal das Ersatzschaltbild einer Photovoltaikzelle an - da
sieht man daß ganz eindeutig.
Das hast du ganz falsch verstanden, Häschen. Die Reihenschaltung bezieht
sich auf zwei Solarzellen auf einer Seite des Kubus, und die werden
natürlich immer identisch bestrahlt.
Die CubeSats (https://de.wikipedia.org/wiki/Cubesat) sind auch keine
Idee, Erfindung oder Konstruktion von Sunny. Die gibt es schon seit über
10 Jahren im Einsatz. Allein diese Tatsache deutet an, dass das, was da
gemacht wird, mit "ziemlich hoher Wahrscheinlichkeit" gut funktioniert.
Wäre es so, wie du es interpretiert hast, hättest du natürlich recht.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Das hast du ganz falsch verstanden, Häschen.
Das hast Du ganz falsch verstenden, Beißzähnchen!
Vor der Zeit des Fertiglesens schon ausgebissen?
Einfach nur weiterlesen, dann hast Du es auch verstanden:
Sunny schrieb:> Zwei gegenüberliegende Seiten des Würfels werden per Dioden zu einem> Strang verodert, da nur eine der jeweiligen Seiten in der Sonne sein> wird.
Äh... ja, genauso, wie es da steht, habe ich es verstanden und genau so
funktioniert es. Entweder die eine Seite liefert (mit zwei in Reihe
geschalteten Solarzellen) mehr oder weniger Leistung und die gegenüber
liegende gar nichts, oder umgekehrt. Und diese beiden Seiten werden über
Dioden zusammen geschaltet (verodert nennt es Sunny). Das ganze drei
mal, für 6 Seiten.
Also was habe ich falsch verstanden? Oder du?
Nebenbei, das hat mit Sunnys Aufgabenstellung jetzt nichts zu tun: Es
gibt zwei Möglichkeiten der Zusammenschaltung der zwei Seiten:
1. Parallel: Beide Minuspole zusammen -> Ausgang Minus, jeden Pluspol
über eine Diode -> Ausgang Plus.
2. Seriell: Beide in Reihe mit je einer Diode, die bei Verpolung (also
nicht beleuchtet) leitet. (Bei beidseitiger Beleuchtung würde doppelte
Spannung entstehen, aber beidseitige Beleuchtung ist ja in dieser
Applikation unmöglich.)
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Also was habe ich falsch verstanden?
Dass Wühlhase sich hier auch die Zellen auf der gegenüberliegenden Seite
bezog.
D.h. der TO hat für jede Seite eine Bypassdiode. Die Rückseite bekommt
das diffuse Licht ab.
Vorne bestrahlt plus diffusem rückseitigem Licht hast Du z.B. ein
Maximum bei 2,xV 500mA und ein zweites Maximum bei 5,xV und 50mA. Das
ist eine schöne Herausforderung für einen MPP-Regler.
Ich vermute, wir reden arg aneinander vorbei. Ich interpretiere seine
Beschreibung so, wie im Bild. Und genau so ist es sinnvoll und
funktioniert es auch.
Nebenbei: Wie auch Teilabschattungen gibt es Streulicht (diffuses Licht)
im Weltraum nicht. Mindestens 3 der 6 Seiten sind stockdunkel. Und die
jeweils gegenüber liegende liefert zwischen 0 und 100% der
Maximalleistung.
Wir kriegen das noch hin...
Ich muss mich doch verbessern: In der Nähe der Erde gibt es natürlich
auch reflektierts Licht, was auf die der Sonnen abgewendeten Seite(n)
des Cubesats fällt. Aber an Sonnys Beschreibung bzw. an der Schaltung
erkennt man, dass es zweifellos nicht darum geht, auch noch von diesen
Zellen das Maximum zu gewinnen. Es soll ja nur ein 3-fach MPPT
realisiert werden. Und bei schwach bzw. im spitzen Winkel von der Sonne
beleuchteten Seiten kann auch die von der Erde beleuchtete Seite noch
etwas zur Gesamtleistung beitragen.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> 1. Parallel: Beide Minuspole zusammen -> Ausgang Minus, jeden Pluspol> über eine Diode -> Ausgang Plus.
Das wäre schade - bei Si-Dioden würden etwa 15...20% der erzeugten
Leistung gleich in einer der Dioden hängen bleiben.
Das würde für eine aktive Kommutierung sprechen, i.e. eine ideale Diode.
Wolfgang schrieb:> Das wäre schade - bei Si-Dioden würden etwa 15...20% der erzeugten
Schade wäre es. Und ich denke, dass die Kosten für eine (bzw. 3) aktive
Kommutierung(en) keine Rolle spielen würden.
20% wären schon normale Dioden. Mit Schottky wären es wesentlich
weniger. Und darüber hinaus gibt es auch Schottky-Dioden, die noch
einmal geringere Schwellspannungen als übliche Schottky-Dioden (1N5817)
haben. ~250 mV bei Raumtemperatur und den o.g. 0,5 A könnten erreichbar
sein, und dann sind es nur noch ~5% der o.g. 5 V. Und wenn man den
Effekt ausnutzt, dass es auf der Sonnenseite vermutlich wesentlich
wärmer als auf der gegenüberliegenden Seite ist, könnten noch einmal 1
oder 2% weniger sein.
Ich denke, dass die Leute, die die Hardware des realen Cubesats
konstruieren, sich da noch wesentlich besser auskennen und mehr über
Randbedingungen wissen, als der TO, du oder ich, und dass die einen
optimalen Job machen. Was da in der Praxis gemacht wird, hat jetzt
natürlich nichts mehr mit er Aufgabe des TOs, dem Entwurf eines
MPPT-Reglers, zu tun.
MaWin schrieb:> Dieter schrieb:>> Die Rückseite bekommt das diffuse Licht ab.> Im Weltall. Klar doch. Einfach mal die Finger stillhalten.
Wie war das gemeint? Das hätte er nicht schreiben sollen? Ich hatte mich
selber dazu auch schon korrigiert:
Beitrag "Re: Solarzellen Simulieren". Stichwort:
Erdnaher Orbit.
MaWin schrieb:> Dieter schrieb:>> Die Rückseite bekommt das diffuse Licht ab.>> Im Weltall. Klar doch.
Dann guck dir mal die üblichen Bahnhöhen bei einem LEO an.
Die Wolken der Erde reflektieren VIEL Licht.
Was meinst du wohl, warum um Neumond herum der Mond in aschfahlem Licht
erscheint. Und der Mond ist um einen Faktor 1000 weiter entfernt als so
ein Satellit im LEO.
> Einfach mal die Finger stillhalten.
dto.
Wolfgang schrieb:> Dann guck dir mal die üblichen Bahnhöhen bei einem LEO an.
Du verstehst MaWins Antwort also genau so wie ich.
Ich denke, es ist eine gute Annäherung, dass die der Erde zugewandte
Seite des Satellites ungefähr genau so viel Licht bekommt, wie sie es
bekommen würde, wenn wir die Solarzelle hier auf der Erde auf den
Erdboden ausrichten. Es ist fast egal, ob sie sich in 1 m, 1 km oder
1000 km Entfernung von der 12700 km großen Erdkugel befindet.
Aber die der Sonnenseite bekommt natürlich viel mehr Licht.
MaWin schrieb:> Im Weltall. Klar doch. Einfach mal die Finger stillhalten.
Vielleicht kennt er das Projekt und weiß als einziger, welche Umlaufbahn
geflogen wird.
Das reflektierte Licht der Erde hat auch eine andere
Intensitätsverteilung aufgetragen über der Wellenlänge.
Dieter schrieb:> Gustl B. schrieb:>> Und weil das so ist, kann man das>> erstmal nicht vernachlaessigen. ... dieses muss das Projektteam
nicht mehr
> klaeren.
, denn das hat es offensichtlich schon festgelegt bzw. ist seit Jahren
Stand der Technik und ist darüber hinaus weder die Aufgabe noch die
Frage des TOs. Der hat einfach nur zu viel Hintergrundinfo gegeben, die
jetzt zum Zweifel am gesamten Projekt führt. Das ist nicht nötig.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Ich denke, es ist eine gute Annäherung, dass die der Erde zugewandte> Seite des Satellites ungefähr genau so viel Licht bekommt, wie sie es> bekommen würde, wenn wir die Solarzelle hier auf der Erde auf den> Erdboden ausrichten.
Da täuscht du dich ganz gewaltig. "Hier auf der Erde" bist du gewöhnlich
unter den Wolken und die haben einen ganz kräftigen Anteil an der Albedo
der Erde (60-90% Reflektivität). Wüste kommt auf 30%. Dazu kommt die
Rückstreuung aus der Atmosphäre.
Dieter D. schrieb:> Das reflektierte Licht der Erde hat auch eine andere> Intensitätsverteilung aufgetragen über der Wellenlänge.
Wolken sind ziemlich farblos, wenn du sie von oben betrachtest.
Zumindest im sichtbaren Bereich der Spektrums tut sich da wenig und der
IR-Bereich spielt bei der Stromerzeugung durch die Solarzellen so gut
wie keine Rolle. Über wolkenfreiem Gebiet ist der Blauanteil relativ
angehoben, weil er in der der Atmosphäre stärker rückgestreut wird.
Jetzt kannst du dir anhand der Wolkenverteilung den Energiemix
ausrechnen. In niedrigen Breiten (äquatornah, ITC), hast du übrigens
statisch betrachtet relativ viele Wolken ...
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Es ist fast egal, ob sie sich in 1 m, 1 km oder> 1000 km Entfernung von der 12700 km großen Erdkugel befindet.
Der Mond ist so weit entfernt, dass es nicht mehr egal ist. Guck dir den
Raumwinkel an, unter dem die Erde von dort aus erscheint.
Die Intesitaet nimmt ab mit 1/r^2. Dh wenn die Erde 30% zurueckstreut,
dann faellt auf die erdzugewandte Zelle noch 7,5% des Lichts zur
Stromproduktion in 6300km Hoehe.
Dieter schrieb:> Die Intesitaet nimmt ab mit 1/r^2
Unsinn. Die Erde ist kein Punkt. Über einer homogen Fläche ist die
Intensität sogar unabhängig vom Abstand.
Wolfgang schrieb:> Da täuscht du dich ganz gewaltig.
Ich muss dir weitgehend Recht geben. Nehmen wir an, dass der Satellit in
z.B. 1000 km Höhe über einem wirklich großen Wolkenfeld, also mehr als
1000 km Durchmesser, steht. Dann wird einen sehr großer Teil des
Empfangs-Raumwinkels der Solarzelle ausgefüllt, und so kann diese
Solarzelle einen ganz erheblichen Teil dessen, was die der der Sonne
zugewandte Solarzelle bringt, liefern.
Deren (geringerer) Strom wird dann über ihre Diode dem anderen zugefügt,
allerdings bei etwas geringerer Spannungslage. Kann das zu einem lokalen
Maximum der Leistungskennlinie führen? Ich vermute, nicht. Aber man
(oder ich) müsste das mal simulieren.
Letztendlich ist das nicht die Aufgabenstellung des TOs, aber
interessant, zu diskutieren.
Wolfgang schrieb:> Der Mond ist so weit entfernt, dass es nicht mehr egal ist.
Ja, fast 400000 km. Natürlich ist es bei so einer Entfernung überhaupt
nicht mehr egal, das habe ich auch nicht behauptet!(?)
Ich habe mal simuliert. Neugier und Prokrastination. 3/4 Strom von der
der Sonne zugewandten Seite, 1/4 von der gegenüber liegenden. Wie ich
vermutet habe, tritt absolut kein lokales Maximum, das den MPPT-Regler
durcheinander bringen könnte, auf.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Ich habe mal simuliert. Neugier und Prokrastination.
Bau mal das ganze um und schalte die beiden Seiten statt parallel mal
seriell mit Bypass-Dioden.
Nichts leichter als das, sprach Frederick...
Durchaus interessant, nicht überraschend und nicht sinnvoll, wenn beide
Solarzellen unterschiedlich Strom liefern.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Durchaus interessant,
Und nun nimm mal an, die eine Zelle reagiert auf rotes Licht und die
andere auf blaues Licht (Dual statt Tridemzelle zur Vereinfachung). Das
Verhältnis ändere sich auf die das abgestimmt war, bzw. das streulich
von der rückseitigen Erde.
Du meinst, dass solche triple-junction Solarzellen verwendet werden?
Wenn das so ist, würde der Strom aus der "schwächsten" (Teil-)Zelle
bestimmt werden. Die Wirkung wäre nicht anders, als wenn die (ganze)
Zelle etwas schwächer beschienen würde. Diese Serien-Charakteristik gilt
ja nur für eine Zelle, sie liefert im Fall des Falles immer noch
erheblich Strom und "behindert" die (über Dioden) parallel geschaltete,
gegenüber liegende nicht.
Dieter schrieb:> Fläche senkrecht zur Sonne ausgerichtet
Also, dass die Sonne in der Ebene der Fläche liegt, meinst du
sicherlich. Ja klar, das gehorcht ja dem Lambertschen Gesetz, wie auch
eine Lambertscher Strahler.
Oder halt - du meinst ja, wenn die Sonne genau senkrecht über einer
Fläche steht... Auch klar, weil dann am wenigsten Fläche von der Sonne
"gesehen" bzw. bestrahlt wird.
Maximum: Mit einer Ecke zur Sonne, genau zwischen Sonne und Erde, Erde
vollkommen bewölkt.
Für jede Solarzelle (bzw. Seite) ein eigener Step-Down mit High und
Low-Side Switch. Die Stepdowns am Ausgang miteinander verbinden, alle
mit dem gleichen Tastverhältnis von einer Regelung ansteuern. Fertig.
Tastverhältnis so begrenzen, dass die Solarspannung nicht unter die MPP
Spannung fällt. (Max. Tastverhältnis ergibt sich direkt aus der
Ausgangsspannung und Ziel MPP Spannung) Dann brauchts auch keine Dioden.
Low-Side Switches logischerweise erst zuschalten wenn man im
nicht-lückenden Betrieb angekommen ist.
