Solarpanel MPP-Tester mit Kapazität

[Bernhard S. (bernhard)]

Geschätztes Forum,

ein Solarpanel soll eine Kapazität (ELKO) aufladen.

Ziel ist es den MPP (Maximum-Power-Point) duch diese Aufladung zu 
bestimmen bzw. zu berechnen.

Die Aufladung wird nicht linear erfolgen, hat jemand eine Vorstellung 
über den Aufladungsverlauf?

Könnte ein AVR diese Aufgabe erfüllen?

Gruß

Bernhard

[Wolfgang (Gast)]

Bernhard S. schrieb:
> Die Aufladung wird nicht linear erfolgen, hat jemand eine Vorstellung
> über den Aufladungsverlauf?

Einfach rechnen.
Du hast eine Kennlinie des Panels, du hast einen aktuellen Ladezustand 
des Kondensators und der Rest ist dann eine Integration über die Zeit. 
Umgekehrt lässt sich dann auch durch differenzieren aus der Aufladekurve 
die Kennlinie des Panel und daraus der MPP bestimmen.

[Wf88 (wf88)]

Ich frage mich wie das gehen soll mit nur einer Kapazität. Power = 
Energie. Energie muss "verbraucht" werden um gemessen werden zu können.

Ich würde das mit einer Konstantstromquelle auf einen Widerstand machen. 
Die per PWM steuern. Regeln im Mikrocontroller durch messen von Strom 
und Spannung am Panel.

[Michael B. (laberkopp)]

Bernhard S. schrieb:
> hat jemand eine Vorstellung über den Aufladungsverlauf?

Sicher.

Die Spannung steigt mit dem Ohotostrom = Ladestrom, zu Beginn besonders 
steil (Kurzschlussstrom) dann fällt der Strom langsam während die 
Spannung schnell steigt. Am MPP ist das Produkt aus Strom x Spannung 
besonders gross, danach fallt der Strom schnell so dass auch die 
Spannung nur noch langsam steigt bis zur Leerlaufspannung.
Durch die bekannte Kapazität kannst du aus der Spannungsänderung pro 
Zeiteinheit den Strom berechnen, dann noch eine Multiplikation.

> Könnte ein AVR diese Aufgabe erfüllen?

Sicher.

[Bernhard S. (bernhard)]

Wf88 schrieb:
> Ich würde das mit einer Konstantstromquelle auf einen Widerstand machen.
> Die per PWM steuern. Regeln im Mikrocontroller durch messen von Strom
> und Spannung am Panel.

Ja, das würde funktionieren, Nachteil es wird etwas warm :-)

Wolfgang schrieb:
> Du hast eine Kennlinie des Panels

Aber jedes Panel ist anders, abhängig von der Besonnung bzw. von der 
Beschattung und der MPP ist auch noch temperaturabhängig.

[Wolfgang (Gast)]

Wf88 schrieb:
> Power = Energie

Warst du "Kreideholen" als das Thema in der Schule dran war?
Power ist Leistung  - soviel zu deinem Sprachmix.
Und Energie ist Leistung integriert über die Zeit - soviel zu den 
Größen.

[Wolfgang (Gast)]

Bernhard S. schrieb:
> Aber jedes Panel ist anders, abhängig von der Besonnung bzw. von der
> Beschattung und der MPP ist auch noch temperaturabhängig.

So ist es. Warum sollte man sonst messen wollen?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Bernhard S. schrieb:
> Die Aufladung wird nicht linear erfolgen, hat jemand eine Vorstellung
> über den Aufladungsverlauf?
Die Spannung wird beginnend bei leerem Kondensator (also 0V) anfänglich 
(ziemlich) linear ansteigen und wenn sie das nicht mehr tut, dann hast 
du dem MPP erreicht.

> Ziel ist es den MPP (Maximum-Power-Point) duch diese Aufladung zu
> bestimmen bzw. zu berechnen.
Der MPP ist beim Laden eines leeren Elkos der "Punkt", an dem der Strom 
nicht mehr konstant ist und deshalb die Spannung langsamer steigt. An 
diesem Punkt findet sich das Leistungsmaximum. Du wirst allerdings 
einige Messreihen machen müssen, denn die Solarzelle ist eben keine 
ideale Stromquelle und der "knick" deshalb nicht richtig "eckig".

> Könnte ein AVR diese Aufgabe erfüllen?
Ja, wenn er entsprechend schlau programmiert ist.

Wf88 schrieb:
> Energie muss "verbraucht" werden um gemessen werden zu können.
Man kann Energie auch speichern und die umgelagerte Energie dabei 
messen. Das wird z.B. gern in Akkus gemacht, es kann aber auch ein Elko 
sein. Und gerade das wird gern mit MPP-Reglern gemacht, um den Akku 
möglichst schnell zu laden.

[Achim S. (Gast)]

vor ein paar Jahren gabs mal einen Thread zum Bau eines entsprechenden 
Kennlinienmessgeräts:

Beitrag "PV Messgerät: Fragen zur Schaltung und der verwendeten MOSFETs"

[Wolfgang (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Bernhard S. schrieb:
>> Die Aufladung wird nicht linear erfolgen, hat jemand eine Vorstellung
>> über den Aufladungsverlauf?
> Die Spannung wird beginnend bei leerem Kondensator (also 0V) anfänglich
> (ziemlich) linear ansteigen und wenn sie das nicht mehr tut, dann hast
> du dem MPP erreicht.

Die Spannung steigt bis zur Leerlaufspannung, wenn außer dem Kondensator 
sonst nichts am Panel dranhängt. Die ist deutlich höher, als die 
Spannung am MPP.
Guck dir einfach mal die Ausgangskennlinie von einem Solarpanel an.
Am MPP ist die abgegebene Leistung maximal, nicht die Spannung.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Wolfgang schrieb:
> Die Spannung steigt bis zur Leerlaufspannung
Wie gesagt: nicht bei "vollen" Strom. Denn sonst wäre der MPP 
logischerweise bei der am Punkt der höchsten (Leerlauf-)Spannung.

Letztendlich muss lediglich während des Ladens des Kondensators ständig 
das Produkt aus Strom und Spannung gebildet und in dieser Werteschar das 
Maximum gesucht werden.

Während der Messung sollte sich natürlich nicht gerade eine Wolke vor 
die Zelle schieben...

[Bernhard S. (bernhard)]

Ein Solarpanel wird zu Versuchszwecken mit einer 60W Glühbirne 
"besonnt",

als Last diente ein 1k Potentiometer mit Feingewinde.


Die Kennlinie zeigt sofort den MPP (Produkt aus U und I).

Leerlaufspannung ca. 18V, Kurzschlussstrom ca. 40mA.

P(MPP)=18V x 40mA x *0,7* (Mogelfaktor) = 504 mW



Nun wurde das Solarmodul an einem 10.000µF Kondensator angeschlossen

und die Ladekurve mit einem Digitaloszi ermittelt.


Verflucht, die Ladekurve, also die Spannung am ELKO baut sich zienlich 
linear auf (Stromquelle).

Die Ursache dafür ist der so halbwegs linear verlaufende Strom des 
Solarpanels.

Den MPP mit dieser Kurve und einem AVR (z.B. ATmega8) zu ermitteln 
erscheint mir momentan etwas schwierig :(


Mir fällt gerade etwas auf, wenn sich die Spannung am ELKO nicht mehr so 
schnell ändert, dann fließt weniger Strom, das könnte dann die 
MPP-Spannung sein, oder liege ich da falsch?

[Wolfgang (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Wie gesagt: nicht bei "vollen" Strom. Denn sonst wäre der MPP
> logischerweise bei der am Punkt der höchsten (Leerlauf-)Spannung.

Zum Schluss der Aufladung fließt nicht mehr der "volle" Strom. Der sinkt 
auf 0 und damit hat man die Leerlaufspannung auf dem Kondensator.

[Flip B. (frickelfreak)]

tastet man in einem festen zeitraster die elkospannung ab, hat man 
direkt ohne viel rechnen strom (delta u / delta t) und spannung (da 
Farad As/ V sind)

damit lässt sich bestens der MPP berechnen, machen einige Wechselrichter 
genau so. Dabei wird der stromsensor am dc eingang eingespart und die 
eingangskapazität des schaltwandlers als integrierelko genutzt. der 
schaltwandler sorgt für die entladung weit unter den MPP und danach für 
die regelung auf die momentane mpp spannung

[Bernhard S. (bernhard)]

Hallo Wolfgang (Gast)

> Zum Schluss der Aufladung fließt nicht mehr der "volle" Strom. Der sinkt
> auf 0 und damit hat man die Leerlaufspannung auf dem Kondensator.

Da gebe ich Dir Recht, der Kondensator ist dann "voll" geladen.

Steigt die Spannung nicht mehr so schnell, denn ist der Solar-Strom auf 
alle Fälle geringer und der MPP erreicht.

Mit anderen Worten, Spannungsdifferenz ist proportional zum Strom :-)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Bernhard S. schrieb:
> wenn sich die Spannung am ELKO nicht mehr so schnell ändert, dann fließt
> weniger Strom, das könnte dann die MPP-Spannung sein
Wie ich schon sagte, als

ich schrieb:
>> Der MPP ist beim Laden eines leeren Elkos der "Punkt", an dem der Strom
>> nicht mehr konstant ist und deshalb die Spannung langsamer steigt.

Ein Tipp: sieh dir mal die 1. Ableitung des oszillografierten 
Spannungsverlaufs an. Dort kann st du den unscharfen "Knick" besser 
erkennen...

EDIT: richtig, statt "Ableitung" kann man auch "Spannungsdifferenz" 
sagen... ;-)

[Wolfgang (Gast)]

Bernhard S. schrieb:
> Mit anderen Worten, Spannungsdifferenz ist proportional zum Strom :-)

Kurz:

Q = C • U
mit
Q = I • t
also
I • t = C • U
oder differentielle eben
I = C • dU/dt

[Wolfgang (Gast)]

Daraus ergibt sich die Leistung

P(t) =I(t) • U(t) = C • U(t) • dU(t)/dt

Voraussetzung ist, dass die Kapazität des Kondensators nicht 
spannungsabhängig ist, also z.B. kein MLCC.
Der MPP ist dann das Maximum von P(t).

[Bernhard S. (bernhard)]

In dieser einfachen Variante habe ich ein weiteres RC-Glied eingebaut, 
welches mir den Spannungsanstieg (MP1) pro Zeiteinheit am 10.000µF Elko 
verrät.

Wenn sich die Spannung am MP2 verringert, sind wir in der Nähe des 
MPP, denn der Ladestrom des großen Elkos nimmt in diesem Moment ab.

Diese Spannungsänderung lässt sich sehr gut mit einem AVR ermitteln und 
damit der MPP berechnen.

[Bernhard S. (bernhard)]

Im Bild1 wurde der *10.000µF* Elko mit dem Solarpanel und einer 60 Watt

"Glühbirne" und im Bild2 mit einem Labornetzteil

Konstantstrom 30mA aufgeladen.

Die Spannung am MP2 zeigt den Lade-Stromverlauf des ELKOS.

Der MPP ist dann erreicht, wenn das Produkt aus Strom und Spannung am 
höchsten ist.

Ein AVR z.B. ATmega8 müsste ziemlich schnell die Spannung und den Strom 
messen und multiplizieren.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Bernhard S. schrieb:
> müsste ziemlich schnell die Spannung und den Strom messen
Das sieht für mich recht schnarchlangsam aus. Da steht eine Zeitbasis 
von 1 Sekunde...

[Wolfgang (Gast)]

Bernhard S. schrieb:
> Wenn sich die Spannung am MP2 verringert, sind wir in der Nähe des
> MPP, denn der Ladestrom des großen Elkos nimmt in diesem Moment ab.

So ungefähr. MP2 liefert einen Wert, der proportional zu dU(t)/dt ist.
Für die Leistung und damit für die Bestimmung vom MPP geht aber auch 
noch U(t) ein. Der alleine aus der Änderung von MP2 bestimmte Wert ist 
damit eben etwas daneben.

[Bernhard S. (bernhard)]

Lothar M. schrieb:
>> müsste ziemlich schnell die Spannung und den Strom messen
> Das sieht für mich recht schnarchlangsam aus. Da steht eine Zeitbasis
> von 1 Sekunde...

...kein Wunder, Ladestrom 39mA Elko 10.000µF... das dauert^^

Wolfgang schrieb:
> So ungefähr. MP2 liefert einen Wert, der proportional zu dU(t)/dt ist.
> Für die Leistung und damit für die Bestimmung vom MPP geht aber auch
> noch U(t) ein. Der alleine aus der Änderung von MP2 bestimmte Wert ist
> damit eben etwas daneben.

Das stimmt, das Produkt von beiden Größen muss ermittelt werden.

[Bernhard S. (bernhard)]

Nun wurde das Labornetzteil auf 10A gestellt,

die Ladekurve MP1 sieht etwas "rund" aus, als würde ein ohmischer Anteil

hier sein unwesen treiben.


Mögliche Ursachen: Zuleitung zu hochohmig,

der pnp-Transistor steuert nicht richtig durch,

oder das Labornetzteil schwächelt.