Forum: Haus & Smart Home DIY 10kW/20kWh eta=99% Insel ESS Projektvorstellung


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von Bernd K. (bkohl)


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Fähige Leute hier, für die der Markt der Eigenstromversorgungslösungen 
zu teuer, zu ineffizient, zu proprietär ist, finden mein Projekt 
vielleicht interessant und können gerne mitmachen.
Es geht um eine AC-Batterie basierend auf dem Prinzip der "Cascaded 
H-Bridges".
Vorteile:
- billige, leicht wartbare berührungssichere 51.2V-Akkublöcke (6 Stück)
- extrem hoher Wirkungsgrad von 99% - keine Lüfter nötig
- hohe AC-Leistung, hauptsächlich begrenzt durch die Akkus
- AC-Leistung ist kann höher als der Netzanschluss sein (wenn vorhanden)
- WR-Kosten <500 Euro für ein 10kW-Gerät

Nachteile:
- Einphasen-Netz
- Separater PV-Einspeise-WR nötig für Netz oder Inseleinspeisung

Beschreibung:
6 in Reihe geschaltene 100V-H-Brücken schalten "ihren" Akkublock aufs 
Inselnetz auf oder nicht. Einer davon kann zusätzlich seine 
Blockspannung regulieren (PWM oder binär schalten 3-6-12-24V). Auf 
dieser Weise ist ein 230V Sinus synthetisierbar. Die auf die Hutschiene 
passende Steuerung übernimmt ein ATmega328 - die Wirkleistung bestimmt 
ein ATtiny85. Zusammen mit Schützen und manuellem Transferschalter soll 
alles in einen vertikalen Kabelkanal 2000x60x130 passen. Die Akkus 
stehen daneben in einem Kontaktgesichertem Metallschrank.

Die erste Fassung der PCBs und der Software ist aufgeschrieben, aber 
noch nicht getestet.
https://drive.google.com/drive/folders/1O2b3ro7ARJisYnUofy0wv58tQBTvOxq8?usp=sharing
Schaut gerne rein und schreibt mir per PN. Gute Konversation werde ich 
hier führen. Aber wir wissen ja, wie das im Forum schnell ins 
Unproduktive abdriften kann.

Bernd

: Verschoben durch Moderator
von Sebastian R. (sebastian_r569)



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Ich versuche gerade, den Schaltplan zu verstehen und ich muss gestehen, 
dass es mir sehr, sehr schwer fällt.

Ein Schaltplan ist auch immer eine Form der Dokumentation. Für dich und 
auch für andere.

Entzerr das Ganze, du hast genug Platz auf der Seite. Designatoren, 
Werte und Text sollten sich nicht überschneiden.

Alles über gleiche Netznamen zu verbinden ist hier allgemein verpönt, 
aber einfach nur eine Junction komplett ohne Beschriftung zu nutzen ist 
der Supergau der Schaltplanerstellung.

Stell dir einfach vor, jemand druckt sich den Plan aus, dabei sollten 
sämtliche Informationen erhalten bleiben.

Wenn Bauteile wie der Attiny85 nicht in deiner Lib vorhanden sind, leg 
ihn dir an, so ist er wie dargestellt sehr unübersichtlich.


So, wie du es jetzt gezeichnet hast, ist es leider sehr unübersichtlich 
und es ist nicht verständlich, was einzelne Schaltungsblöcke tun 
(sollen).

Das Layout hat auch definitiv Luft nach oben, aber das ist der 
übernächste Schritt.

PS: Schaltpläne am besten auch immer als PDF hinterlegen, nicht jeder 
hat Eagle und Bock, es für ein Review zu installieren.

: Bearbeitet durch User
von Andreas M. (amesser)


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- BUZ11 kann max 30A / 50V hat außerdem 40mOhm. Das passt nicht zu 
Deiner Rechnung. Falscher Typ?
- Wie kommst Du auf Deine Rechnung mit den Verlusten im Kabel? Mal davon 
abgesehen 25² echt jetzt? schonmal ne passende Leiterplattenklemme für 
25² gesehen? Wie genau wolltest Du die an Deine Module anschließen?
- Über die Induktivitäten in den Zuleitungen hast Du dir hoffentlich 
auch schon Gedanken gemacht, das wird bei den Längen und Strömen sehr 
interessant.

Ich würde mir an Deiner Stelle auf jeden Fall nen Feuerlöscher kaufen. 
Einen Großen. Ansonsten viel Erfolg, denn zu dem Rest der Schaltung... 
Ich würde Vorschlagen erstmal eine der H-Brücken an zwei 24V 
Halogen-Birnen in Reihe anzuschließen und dort erstmal 48V 
"Rechteckwechselspannung" draufzugeben. Wenn das klappt ohne das Dir 
permanent alles abfackelt, naja dann kannst da ja weitermachen.

von P. S. (sandl)


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Andreas M. schrieb:
> schonmal ne passende Leiterplattenklemme für
> 25² gesehen? Wie genau wolltest Du die an Deine Module anschließen?

Leiterklemme nicht unbedingt, aber über aufgelötete Schraub-Terminals 
ist das definitiv möglich - kenne ich so von den JK-BMS (Modell 
B2A8S20P), siehe Bild. So kann man auch >50qmm anschließen.

von Sebastian R. (sebastian_r569)


Angehängte Dateien:

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Andreas M. schrieb:
> - Wie kommst Du auf Deine Rechnung mit den Verlusten im Kabel? Mal davon
> abgesehen 25² echt jetzt? schonmal ne passende Leiterplattenklemme für
> 25² gesehen?

Öhm. Im Schaltplan heißt es 2.5mm² mit 25mm Länge?

Wobei, für die ist auch irgendwie keine Klemme vorgesehen.

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Sebastian R. schrieb:
> Supergau der Schaltplanerstellung
Du meinst das Falschfarbensuchspiel?
Passt doch zu den verpolt angeschlossenen Optokopplern.

Ich glaube da ist viel Enthusiasmus und wenig Erfahrung im Spiel.
Weder beim Schaltplan zeichnen noch beim Schaltungsdesign an sich.

Natürlich superbillig, natürlich extrem hoher Wirkungsgrad, natürlich 
10kW, natürlich völlig ungetestet und nur in der Fantasie gebaut.
Natürlich Arduino, der fette Akkublöcke direkt aufs Netz schaltet.
Wahrscheinlich ohne Hardwareschutz nach Prinzip Hoffnung.

Nein, ich werde mir den Eagle Erguss nicht ansehen.
Entweder liegt das in einem lesbaren, halbwegs übersichtlichen PDF vor 
oder eben in Kicad oder ich tue es mir nicht an.

Bernd K. schrieb:
> Auf
> dieser Weise ist ein 230V Sinus synthetisierbar.
Theoretisch.

Bernd K. schrieb:
> soll
> alles in einen vertikalen Kabelkanal 2000x60x130 passen.
Natürlich!
Ein PVC Kabelkanal ist auch das angestammte Refugium für 
Leistungselektronik.
Denn bei 99% Wirkungsgrad hat man ja nur 100W Verlustwärme.

Also wenn ich mal davon ausgehe das man auf alles sch**ßt was die zu 
erfüllenden Grenzwerte am Netz sind, EMI egal ist und eigentlich alles 
was nicht nur pure Funktion ist vernachlässigt wird, glaube ich immer 
noch nicht an 99% Wirkungsgrad.

Bernd K. schrieb:
> - WR-Kosten <500 Euro
Meinst Du die kommerziellen WR haben höhere Hardwarekosten?
Nö, da bezahlt man eben die Entwicklung, die Zulassungen, die Garantie, 
die Herstellerhaftung, den Bau, Test etc. pp.

6x 51,2 V sind auch nur 307V.
Upeak bei 230V sind jedoch 325V.
Es passt also schon bei den grundlegendsten Überlegungen nicht.

von Bernd K. (bkohl)


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Hallo Sebastian,
mach Dir nicht die Mühe. Ich werde in Kürze eine Schaltungsbeschreibung 
nachliefern und an der Lesbarkeit arbeiten. Ich hoffe, das Grundkonzept 
mit seinen Vorteilen ist trotzdem rübergekommen.

VG, Bernd

von Stephan (stephan_h623)


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Ganz so einfach wirds nicht werden...
7 Akkus um auf die Scheitelspannung zu kommen. 8 Akkus, falls du direkt 
aus dem Netz laden willst (Scheitelspannung+10% Toleranz muss über der 
Spannung der leeren Akkus liegen).

Und dann zumindest mal ne realistische Simulation machen. (Reicht zum 
Anfangen ein einfacher Buck-Converter mit 50% Tastverhältnis und 
passender Last)

Und realistisch bedeutet an der Stelle insbesondere die parasitären 
Induktivitäten berücksichtigen. Alleine die Akkuzuleitung dürfte so wie 
du es schreibst schon um 2mH liegen. Und 1cm Leiterbahn = 10nH.
Da kommt dann vermutlich raus, dass die Spannung an den FETs teilweise 
bei mehreren 100 V liegt und du erst mal 5-10 potente Kondensatoren 
brauchst. Natürlich mit niedriger Impedanz angebunden.
Den Ground-Shift durch die Induktivität am Source-Pin nicht vergessen. 
FETs in HSOF-8 oder ähnlich müssten es schon sein. TO220 oder ähnliches 
in Durchsteckmontage werden vmtl. gar nicht klappen, die sind allesamt 2 
Generationen zurück.
Solange das ganze nicht extrem kompakt und durchdacht gelayoutet ist 
wirds ein endloser Kampf. Kondensatoren brauchen Platz, dadurch werden 
die Leitungen länger und auch die Induktivitäten. Mit 2 Lagen und 
handlötbaren Bauteilen geht manches unter Umständen einfach auch gar 
nicht.

Und beim Preis... schon mal nachgesehen, was die Ausgangsdrossel mit 
vielleicht 30mH und mind. 100A kostet (für 10kW sind mind. 61A für den 
Peak plus Reserve für Überstromabschaltung notwendig).

WLAN, Mobilfunk, Radio etc. dürften auch spannend werden bei so nem 
potenten Sender ...

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Sorry, aber 10kW gibt um die 40Arms.
Für 100W Verluste bleiben dir dann für 12 Schalter (6 H-Brücken in 
Serie) 8W pro Schalter... Das wären also 5mOhm Dinger!

Monolithische Inverter und Drehstrom macht man nicht ohne Grund!

Stell dich auf SiC/GaN um gutes Geld ein...

73

von Tilo R. (joey5337) Benutzerseite


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Zum Grundkonzept ein paar Punkte, die mir nicht einleuchten:
1. Du sagst "berührungssichere 51.2V-Akkublöcke". Damit meinst du 
hoffentlich, dass die berührungssicher verbaut werden. Denn die Akkus 
werden, je nach dem, wie du schaltest, auf wilden Potentialen +-325V 
rumschwimmen.
2. Wie willst du sicher stellen, dass alle Batterien gleichmäßig be- und 
entladen werden?
3. Der Block, der die Spannung regeln soll, fehlt noch. Das wird ein 
regelungstechnischer Alptraum, wenn der die Schaltaktionen der anderen 
kompensieren müsste.
4. Wo liegt die Ersparnis, wenn man 6 identische 48V-Batterien braucht? 
Mit einem 48V-Wechselrichter von der Stange kann man auch mit einer oder 
2 Batterien anfangen.

Ansonsten gibt es zahlreiche Punkte, die mir in deinen Eagle-Dateien 
aufgefallen sind:
* Deine Module haben keine vernünftigen Anschlüsse für die Akkus, bzw. 
die Serienschaltung
* Die Ansteuerung von 2 Gatetreibern mit einem uC-Pin und der 
2,5V-Versorgung dazwischen wird nichts. Da ist imho viel zu wenig Luft, 
um den korrekten LED-Strom zu gewährleisten, wenn Exemplarstreuungen und 
Temperaturabhängigkeit dazukommt. Der Strom, den uC-Pins in Railnähe 
liefern ist auch nicht besonders toll, bzw. frisst weitere 
Spannungsreserve, die du nicht hast. Wenn du Pech hast, funktioniert das 
so lala, aber die Umschaltzeiten sind nicht mehr kontrollierbar.
* Wenn du schon so eine 2,5V-Nummer fahren willst, dann müsste die 
2,5V-Spannung solide belastbar sein, gut abgestützt nach oben und unten. 
Der TL431 ist eine Spannungsreferenz, kein Spannungsregler.
* Deine Halbbrücken haben keinerlei Möglichkeit, das Zeitverhalten beim 
Übergang vom oberen zum unteren Transistor und umgekehrt zu 
beeinflussen. Was passiert, wenn für einen kurzen Moment beide leiten? 
Dann hast du einen Batterie-Kurzschluss. Was passiert, wenn für einen 
kurzen Moment beide offen sind? Dann serviert dir deine Serienschaltung 
eine Spannung, bzw. wegen parasitären Induktivitäten einen 
Spannungspuls, der dir die Transistoren zerschießt.
* Vielleicht habe ich die Stromversorgungslogik nicht ganz verstanden, 
aber OP-Amps laufen nicht bei 2,5V.
* mit einem einzelnen 1MOhm-Widerstand Netzspannung an einen OP-Eingang 
zu legen ist fragwürdig. Ja, da fließt theoretisch wenig Strom. Aber: 
normale Widerstände haben nur eine begrenzte Spannungsfestigkeit - schau 
ins Datenblatt des Widerstands. Und lass ordentlich Luft nach oben.

Ganz grundlegend habe ich große Zweifel an deinem Ansinnen. Die 
Anforderungen an einen Wechselrichter sind nicht ohne, hier sind auch 
schon deutlich ambitioniertere Wechselrichterprojekte (berechtigt) 
zerrissen worden.

Ich schlage dir vor:

1. Bau erst einfachere Leistungselektronik-Sachen, um ein Gespür dafür 
zu bekommen. Oben kam schon der sehr sinnvolle Vorschlag, das erstmal 
für 24V zu bauen. Auch erstmal nur eine einzelne 24V-Glühbirne mit PWM 
anzusteuern ist ein befriedigendes und lehrreiches Projekt, weil man 
dabei alle Aspekte der Ansteuerung, des Zeitverhaltens und auch der 
Verlustleistung genau studieren kann.

2. Lerne, besser lesbare Schaltpläne zu zeichnen.

: Bearbeitet durch User
von Stephan (stephan_h623)


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Die 2 und 30 mH in meinem Post sollten Microhenry sein.

von Stephan (stephan_h623)


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Das gleichmäßige Entladen ist noch vergleichsweise einfach. So man denn 
den Ladezustand sinnvoll erfassen kann. Der vollste Akku wird dann 
einfach als erstes aufgeschaltet und bleibt über fast die ganze 
Halbwelle an. Die schwächeren folgen dann. Und jede Halbwelle halt die 
Akkufolge neu sortieren.

Spannungsregelung ist aber bestimmt spannend. Grade auch bei niedriger 
Last oder irgendwelchen nichtlinearen Verbrauchern oder schlechtem cos 
Phi.
Rückspeisung in die Akkus muss ja auch implementiert sein.
Wird ein Tiny kaum schaffen können.

von Bernd K. (bkohl)


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Ich fange mal unten mit Dir Tilo an.
1. Berührungssicher:
Sobald der Türschalter des Akkuschranks öffnet, schaltet der WR auch 
Isolation. D.h. alle Mosfet-Schalter sind offen. Du kannst jeden Akku 
anfassen und ggf. daran rumschrauben. Das geht an einem HV-Akku nicht.
2. Gleichmäßige Ladung und Entladung:
Indem ich die Reihenfolge der Zuschaltung der Blöcke rollieren lasse, 
werden alle Blöcke gleich behandelt. Der Block mit PWM hat ggf. eine 
abweichende Beanspruchung. Sollte diese z.B. 30% höher sein, wird er 
entsprechend größer ausgelegt. Das sollte ich vorher vielleicht mal 
simulieren. Die Steuerung kennt sämtliche Blockspannungen. Disbalancen 
werden zumindest erkannt.
3. Spannungsregelung:
Ich habe nicht vor die Spannung lastabhängig zu regeln. Bei einer 
Inselnetzimpedanz von 200mOhm sollte das nicht nötig sein. Die Zellen 
werde ich von 3,13 bis 3,4V betreiben (x96 -> 300...326 / 214...232V ) 
wobei der tiefere Wert selten eintreten wird. Ich glaube meine Geräte 
werden damit klarkommen. Es gibt auch 60 oder 72V-Akkus. Aber ich will 
den Ball erstmal flach halten.
4. Ersparnis:
Es gibt bei ebay 51.2V/50Ah Blöcke für 200€/kWh für Boote, Golfcars etc. 
Ich denke das wird ein Standard-Format werden. Somit bin ich von keiner 
Firma abhängig. Low Voltage wird bei großen Leistungen unhandlich und 
die Wirkungsgrade sind lausig. Ich kombiniere ich die Vorteile von 
LowVoltage mit denen der HighVoltage Batterien.
5. Batterieanschlüsse:
Die sind noch nicht dokumentiert. Es wird aber Übergabeklemmen und 
LC-Filter mit Varistoren geben. Sowohl zu den Batterien wie auch zum 
Nachbarmodul
6. +-2.5V-Gatetreiber-Ansteuerung:
Damit habe ich gute Erfahrungen bei ähnlichen Projekten gewonnen. Der 
TL431 liefert 100mA bei 20mOhm Impedanz. Die Leiterführung ist 
symmetrisch. Totzeitprobleme gab es auch nicht. Eine 
Block-Selbstabschaltung führt nach 20µs zum WR-Abschaltung. Diese Zeit 
überbrückt eine 8kW-Zdiode
7. Uac-Iac-OPV-Versorgung:
Ist +-2.5V symmetrisch um den N-Leiter und vollständig isoliert
Dein skeptisches Fazit:
Natürlich werde ich schrittweise vorgehen. Aber EMV und Thermische 
Auslegung und alle Sicherheitsfeatures kommen nach einem erfolgreichen 
Funktionstest.

von Bernd K. (bkohl)


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@ Hans: 2.5mOhm sind in TO-220 zu bekommen - kein Problem

@ Stephan:
Ich fange erstmal mit 6 Blöcken an und nehme die leichte Unterspannung 
inkauf.
( 214...230Vrms ). Das 50A-Schaltverhalten teste ich erstmal in sicherer 
Umgebung. Für die Hochvoltsynthese-Test nehme ich anfangs 6 kleine 48V 
Ladegeräte. Die Akkus selbst kaufe ich zuletzt, wenn alles in Sack und 
Tüten ist. 2mH für die Zuleitung habe ich nirgends geschrieben. Eine 
verdrillte Batterieleitung ist induktionsarm. Die 8kW-ZDiode soll die 
Abschaltspitzen absorbieren. Ja die Hochstrompfade sind bei TO-220 
kritisch. Kurze 2.5qmm Drähte direkt an die Beine angelötet sollten dann 
keine Flaschenhälse mehr sein.
Wieso empfiehlst du 30mH als Leitungsdrossel? Bei 60kHz-PWM sollten 
selbst 100µH noch zuviel sein. Eine Kurzschlusserkennung nach 2µs 
erfordert doch weniger als 20µH? Bzgl. der Netzfilterung wäre ich für 
Unterstützung dankbar. Sonst kopiere ich ein altes 5kW Inverter-Board 
von MPPSolar, was ich noch rumliegen habe.

von T. (ueberregulator)


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Sehr interessant, ich hoffe das funktioniert.

Hans W. schrieb:
> Sorry, aber 10kW gibt um die 40Arms.
> Für 100W Verluste bleiben dir dann für 12 Schalter (6 H-Brücken in
> Serie) 8W pro Schalter... Das wären also 5mOhm Dinger!


Selbst wenn es am Ende 200W, 300W oder 400W Verlust bei 10kW 
Ausgangsleistung sind, wäre es ok. Viel relevanter ist doch der 
Verbrauch bei Leerlauf oder bei geringer Last, denn die Hohe Last 
braucht man nur für einen kleinen Bruchteil der Betriebszeit.

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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T. schrieb:
> Viel relevanter ist doch der
> Verbrauch bei Leerlauf oder bei geringer Last

Warum?
Bei PV ist 100% des Stromes geschenkt.
Verlustleistung 'kostet' nur die Einspeisevergütung abzüglich des 
Heizwertes des WR.
Die PV Module korrekt auszurichten, sauber zu halten oder 
Modulwechselrichter die trotz Verschattung immer das Optimum rausholen, 
bringen deutlich mehr als eine sinnlose Materialschlacht am WR.

Vor allem wird sich der Energieversorger sehr freuen, denn der WR wird 
nicht zulassungsfähig sein. Damit kann man dann Einspeisen, aber man 
kann den nicht anmelden und somit auch keine Einspeisevergütung 
kassieren.

Soso, der TO nimmt also eine Unterspannung am Akku in Kauf.
Damit nimmt er aber auch massive Oberwellen in Kauf, wegen dem nicht 
sinusförmigen Strom.
Bei Upeak müsste er den höchsten Strom liefern, liefert an der Stelle 
aber Null, garnichts.
Wird nicht der Stromfluss überwacht und der Akku getrennt, zieht der 
Akku da sogar massiv Leistung aus dem Netz.
Lastvariable Spannungsquellen, stumpf aufs Netz geprügelt, mit einem 
unbekannten Zauberblock der das alles ausregelt.
Der WR müsste aber eher einer Stromquelle entsprechen die vom Netz 
geführt wird.

Goldig ist auch die Einstellung das alles DC mässig zu betrachten und 
dem Zeitverhalten keine weitere Bedeutung zuzumessen.
Im Umschaltmoment high / low liegen 80% der Probleme, da liegt die 
Verlustleistung, das EMI Verhalten und da liegen diese wunderaren 
Ereignisse bei der Entwicklung von Leistungselektronik, die Zeit, Geld 
und teures Material in Lärm, Rauch und Zerstörung verwandeln.

Aber Spitzen werden ja durch eine 8KW Z-Diode geschluckt...
8KW Peak für wenige us, single Pulse, wobei die Durchbruchsspannung auf 
dramatische Werte ansteigt.
Das macht die mal mit, aber das macht die nicht oft mit.
EMI geht dabei natürlich durch die Decke, denn in dem steilen Anstieg 
steckt jede Menge Energie.
Aber EMI löst der TO ja nicht im Design, sondern 'irgendwie' später 
indem von eimem völlig anderen Gerät irgendein Filter kopiert wird.
Also ich sitze an deutlich weniger anspruchsvollen Schaltungen oft Tage 
am EMI Precompliance Messplatz, bis ich eine Kombination aus 
Schaltungsmaßnahmen und Filtern gefunden habe, die die Messwerte unters 
Limit drücken.

Der Akku ist mit Abstand das teuerste, ineffizienteste und 
alterungsanfälligste am ganzen PV System.
Statt nun die maximale Einspeisevergütung direkt aus der PV zu holen und 
den Akku nur zum decken des eigenen Bedarfes zu verwenden, nachdem man 
bereits möglichst viel Verbrauch in die sonnenreichen Stunden gelegt 
hat, will der TO 100% der gelieferten Netzleistung aus dem Akku 
beziehen, damit der maximale Lade. Entladezyklen sieht und möglichst 
schnell altert.

Um das nochmal ganz kar zu sagen:
Viele Akkus lohnen sich nicht mal wenn man ihre Betriebskosten über die 
Lebensdauer mit dem Strombezug aus dem Netz mit >35Cent/kWh minus nicht 
erhaltener Einspeisevergütung gegenrechnet.
Der TO will nun den Akku mit PV laden und dann den Akku sofort wieder 
ins Netz entladen, um jämmerliche 8Cent/kWh zu bekommen?
Selbst wenn dieser WR effizienter wäre als ein x beliebiger WR aus der 
Bucht, was ich bezweifle, wäre diese Effizienz dahin nach dem Umweg 'PV 
lädt Akku, Akku lädt Netz'

Auch als Insel macht das keinen Sinn.
Wann habe ich jemals Einphasig 10kW Bedarf?
Außerdem möge man sich mal die Definition einer Insel zu Gemüte führen.
Nulleinspeisung ist keine Insel.
Ein Inselnetz hat keinen unmittelbaren oder mittelbaren Anschluss an das 
öffentliche Netz.
Eine Berghütte ohne Stromanschluss wäre eine Insel.

Natürlich gibt es große WR dieser Art.
Bei Energieversorger als Netzstützmaßnahme, hoch gefördert vom Bund.
Die stehen da in gigantischen Akku Containern rum, um kurzzeitige 
Netzschwankungen auszugleichen. Parallel zu anderen Kraftwerken auf 
einer Netzebene in der all die Grenzwerte für Haushaltsstromnetze nicht 
gelten.
Dort ist es auch ein großer Vorteil einzelne Akku Blöcke im Betrieb 
zugänglich zu haben.
Im Privathaushalt stehen aber möglichst kleine Akkus, die nur den 
Eigenstromanteil erhöhen sollen und wenn die stolzen Eigentümer besser 
rechnen könnten, gäbe es weniger Akkus und mehr gesteuerten Verbrauch.

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Michael schrieb:
> Auch als Insel macht das keinen Sinn.
> Wann habe ich jemals Einphasig 10kW Bedarf?

Für eine 16A Phase sind 10kW Peak Leistung (ich sag Mal 2s sollte das 
schon möglich sein) schon notwendig... Anlaufströme und so...

Bernd K. schrieb:
> @ Hans: 2.5mOhm sind in TO-220 zu bekommen - kein Problem

Hast du dir angesehen, welche eingangskapazitäten die haben? Sowas will 
man nicht schnell schalten.

Außerdem: das ist nur das 1. Glied in der Kette! Jede 
schraub/Steckverbindung, die EMV Filter, Sicherungen, und jedes Kabel 
musst du mitrechnen. In Summe ist das illusorisch!

Bernd K. schrieb:
> nehme ich anfangs 6 kleine 48V Ladegeräte

Mutig. Sowas ist üblicherweise nicht dafür gedacht auf der DC Seite eine 
Spannung gegen Erde zu sehen...


Insgesamt sehr, sehr mutig... Wie schon angedeutet, mach eine 7-level 
Brücke für L und hänge N an die Mitte des Batteriestranges. Dann hast du 
zwar nur so die 115V, aber dafür gibt's günstige Trafos...

73

: Bearbeitet durch User
von Bernd K. (bkohl)


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Danke Michael!
Ich überhöre Deinen leicht verächtlichen Unterton, weil Du einen 
relevanten Punkt ansprichst: das Abschaltverhalten. Die konzeptionellen 
Dinge, die Du offenbar falsch verstanden hast, erkläre ich Dir in einer 
PN.

Das 50A-Abschaltereignis bedeutet überschlagsweise bei einer 
Akku-Induktivität von 0.2µH (20cm Leiterschleife - die Zuleitung ist 
deutlich niedriger)
- Die gespeicherte Energie der Induktivität ist 0.25µJ
- bei 50kHz sind das 12W die absorbiert werden wollen
-> Die 8kW-Z-Diode alleine ist damit überfordert
-> bei 5µF bedeutet es 10V Spannungserhöhung und Ringing bei 130kHz

Ein anderer Fall ist eine interne Selbstabschaltung des Akku-Blocks 
unter Volllast. Für die x-µs bis zur Vollabschaltung muss die Z-Diode 
den Stromfluss übernehmen. Für Hinweise zur Dimensionierung bin ich 
dankbar.

Bernd

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Bernd K. schrieb:
> erkläre ich Dir in einer
> PN.

Ach nö....
Lass das mal.
Ich hab mir nicht mal die Mühe gemacht mein olles Eagle zu reaktiveren 
um Deine unleserlichen Pläne zu lesen.
Die kleine Leseprobe oben und grundlegende Designfails haben mir schon 
gelangt.

Du baust den Klumpatsch mal schön auf und verbringst den Winter damit 
sündhaft teure Halbleiter zu sprengen bis Dir mal aufgeht wo in all der 
schönen Theorie der Fehler steckt.
Wenn Du dann bei einer mittlerweile ernüchternden Effizienz angekommen 
bist, die Kühlung im Griff hast und mal 10min Volllast liefern kannst 
ohne das der Feuerlöscher zum Einsatz kommt, kannst Du ja mal einen EMI 
Precomplinace Testplatz aufbauen und Dir ansehen wie viele 10dB Du 
alleine leitungsgebunden übern Limit liegst.
Aber kümmer Dich erstmal nicht drum, denn schon die harmonischen 
Oberwellen im tieferen Frequenzbereich werden beachtlich sein und der 
Power Faktor schlecht.

Daran kannst Du dann den nächsten Sommer über arbeiten.
Am Ende, wenn Dich nicht vorher Lust und Finanzen Verlassen haben und 
die Kiste tatsächlich läuft, vergleichen wir nochmal die Systemkosten 
und Gesamteffizienz mit einem beliebigen China WR in klassischer 
Konfiguration.

Deine Ausführungen warum der WR genial ist und all die Probleme die wir 
ansprechen garnicht existent, kannst Du mir gerne erzählen wenn Du 
bewiesen hast das es mehr ist als heiße Luft von einem der sowas noch 
nie gebaut hat.

von Bernd K. (bkohl)


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@ Michael: ... zu spät - tut mir leid. Ich habe Dich verstanden, bitte 
verschwende keine Lebensfreude mehr in diesem Thread.

von Oliver S. (oliverso)


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Bernd K. schrieb:
> Sobald der Türschalter des Akkuschranks öffnet, schaltet der WR auch
> Isolation. D.h. alle Mosfet-Schalter sind offen.

Ja, außer wenn nicht, weil durchlegiert. Und das lässt sich halt selbst 
in den besten Designs nicht vollständig ausschließen.

Oliver

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Bernd K. schrieb:
> verschwende keine Lebensfreude mehr in diesem Thread.
Jaja, es gibt keine Kritiker, nur Hater.

Da machst das schon und wirst uns allen zeigen das wir keine Ahnung 
haben.
😎

von Michael W. (mikuwi)


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Bernd K. schrieb:
> @ Michael: ... zu spät - tut mir leid. Ich habe Dich verstanden, bitte
> verschwende keine Lebensfreude mehr in diesem Thread.

@bernd: Auch das ist eine Methode: prägnant Formulierende zu ignorieren, 
selbst wenn aus deren Worten so viel mehr Erfahrung sichtbar wird als es 
Deine Worte zeigen.

Solche Dinge berechnen ist eine wohlmeindende Absichtserklärung das es 
funktionieren könnte. Leistungselektronik bietet da einige Fallen in die 
Du offensichtlich noch alle hineinlaufen darfst. Nur zu, ich hoffe Du 
bleibst dabei wohlbehalten.

Die Kollegen die ich in diesem Bereich arbeitend kenne haben seinerzeit 
gut daran getan den bereits Erfahrerenen zuzuhören und von - und mit - 
ihnen zu lernen, man muß nicht jeden Fehler selber machen, man darf auch 
neue finden.

Viel Erfolg

von Bernd K. (bkohl)


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Danke Oliver für den Einwurf,
Mosfets-Schluesse die sofort die Schmelzsicherungen der Akkublöcke 
auslösen sind unkritisch. Spontan würde ich sagen, dass dagegen 6x 
NC-Relais helfen, die Stringseitig die Blöcke kurzschliessen und ggf. 
die Sicherungen ziehen.
Bernd

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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UIUIUI... nein!

Überleg' dir mal, was reine kapazitive/induktive Lasten machen...
Wenn du die Probleme gemeistert hast, dann überleg dir, was in den 
möglichen Fehlerfällen (Kurzschluss/"Lastabwurf") passiert.
Zusätzlich zu diesen Dingen, kommt dann die Spannungsqualität.

Off-Grid WR sind wesentlich kritischer als Grid-Tie Inverter!

73

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Bernd K. schrieb:
> Mosfets-Schluesse die sofort die Schmelzsicherungen der Akkublöcke
> auslösen sind unkritisch.

Hat schon mal einer von Euch einen fetten Block mit einem Fet 
kurzgeschlossen und auf das auslösen einer trägen Schmelzsicherung 
gewartet?
Also 'unkritisch' ist nicht das erste Wort das mir dazu einfällt 😉

Auch die Relais sehen sicher putzig aus wenn sie ihre Eingeweide 
verspritzend versuchen Kurzschlussstrom und Lichtbogen standzuhalten

Es ist doch recht erstaunlich wie wenig man zum Verkupfern von 
Oberflächen benötigt und das so eine FR4 wie ein Sofakissen zerplatzen 
kann, wenn die Mittellage Gasförmig wird.

Aber hey, was weiß ich schon?
Für so popelige 10KW braucht man nur ein wenig Zuversicht.
Was soll da schon schiefgehen wenn man mit hochkapazitiven Akkus 
herumschaltet?

Die Kraft des positiven Denkens wird es schon richten.

von Stephan (stephan_h623)


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Bernd K. schrieb:
> 2mH für die Zuleitung habe ich nirgends geschrieben
sollte 2µH heißen, hatte ich noch nachgetragen
verdrillen ist bei irgendwas wie 16qmm+ nicht ganz einfach; und landest 
dann dennoch noch bei mind. 1µH

Bernd K. schrieb:
> Wieso empfiehlst du 30mH als Leitungsdrossel?
sollte 30µH heißen, hatte ich noch nachgetragen

Bernd K. schrieb:
> Ja die Hochstrompfade sind bei TO-220
> kritisch. Kurze 2.5qmm Drähte direkt an die Beine angelötet sollten dann
> keine Flaschenhälse mehr sein.
Naja. Die Induktivität bleibt, und im Gehäuse und die Bonddrähte wirst 
kaum verstärken können...
TO220 liegt da halt so bei 7nH, aktuelle Gehäuseformen haben da deutlich 
weniger.
Leiterbahnen für 50A rms hast dir dann auch mit aufgelöteten 3*2,5qmm 
vorgestellt, oder?
Und auf jeden Fall die Strompfade bei jedem Schaltvorgang ins Layout mal 
einzeichen.

Aber ich schätze allein durch die Induktivitäten von Case und Layout 
wirst du schon 20W+ Schaltverluste am jeweils schaltenden FET einfahren. 
Dazu die Leitverluste. Schnelles Schalten geht mit den Induktivitäten 
nicht. Für EMI vielleicht ganz gut, aber die Wärme muss weg.
Vielleicht kann eine ganze H-Brücke auf 1 KK, wären dann 30W+ 
abzuführen.
Also wirds wohl ein KK mit 3K/W sein müssen. Einzelne KK dürften jeweils 
nur minimal kleiner sein. Ist dann aber gar nicht so klein zu bauen und 
die Induktivitäten werden nochmal höher, mehr Verluste, größerer KK.

Ich wollte vor ein paar Jahren auch mal ne H-Brücke mit 100A Peak bauen, 
allerdings nur bis max. 20V. Habs dann aber sein lassen.
Mein Ansatz war damals mit PSMN0R9-30YLDX FETs und grob (je Halbbrücke) 
so, ca. 20mm Breite:

+               D H-Side S      M+       D L-Side S
===Kupferblech===        ===Kupferblech===        ====Kupferblech=====
 - - - - - - - - - - - - - Wärmeleitpad 0,5mm- - - - - - - - - - - - ||
============================Kupferblech 1mm ==========================
-

Das ganze dann jeweils isoliert auf nen KK geschraubt. Elkos halt 
seitlich (im linken Bereich) angelötet. Evtl. noch Bohrungen und darin 
Kerkos versenken. Alles ziemlich krude, aber die Schleifeninduktivität 
sollte so minimal bleiben. Zumindest meine Denke damals.
Die Halbbrücken dürften wirklich nur von links her versorgt werden, also 
keine zusätzlichen Masseverbindungen. Der ohmsche Widerstand würde 
dadurch zwar kleiner, aber die Induktivitäten deutlich größer.
Wie da die Gate-Ansteuerung verbaut wird: keine Ahnung ;)

von Michael W. (mikuwi)


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Bernd K. schrieb:
> Danke Oliver für den Einwurf,
> Mosfets-Schluesse die sofort die Schmelzsicherungen der Akkublöcke
> auslösen sind unkritisch. Spontan würde ich sagen, dass dagegen 6x
> NC-Relais helfen, die Stringseitig die Blöcke kurzschliessen und ggf.
> die Sicherungen ziehen.
> Bernd

... irgendwie bist Du nicht weiter ernstzunehmen, auch ok.

denn so Ahnungslos kann man ja nur mit Vorsatz sein das man die 
Sicherungen von " 51.2V-Akkublöcken" zwangsweise mit NC-Relais auslöst 
um irgendwelche Schutzmaßnahmen zu erreichen, selbst wenn diese Akkus 
nur 1Ah haben.

viel Spaß beim weiter trollen....

von T. (ueberregulator)


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Michael schrieb:
> T. schrieb:
>> Viel relevanter ist doch der
>> Verbrauch bei Leerlauf oder bei geringer Last
>
> Warum?
> Bei PV ist 100% des Stromes geschenkt.
> Verlustleistung 'kostet' nur die Einspeisevergütung abzüglich des
> Heizwertes des WR.

Es geht hier um eine Inselanlage, steht schon in der Überschrift.


Michael schrieb:
> Auch als Insel macht das keinen Sinn.
> Wann habe ich jemals Einphasig 10kW Bedarf?

10kW ist für einen Haushalt die richtige Größenordnung. Mit 5kW könnte 
man auch überleben, aber dann müsste man ständig drauf achten und sich 
einschränken. Für Backofen und eine Herdplatte gleichzeitig reicht es 
schon nicht. Kaffeemaschine an und dann kurz den Staubsauger anschmeißen 
ist auch schon grenzwertig, wenn dann der Kühlschrankkompressor 
anspringt geht das Licht aus. Gleichzeitig neben Waschmaschine und 
Spülmaschine dürfte man auch keinen anderen größeren Verbraucher zum 
falschen Zeitpunkt anschalten. Jetzt könnte man noch diskutieren ob 
vielleicht 8kW ausreichen würden, aber wenn man auf der sicheren Seite 
sein will nimmt man einfach runde 10kW, damit man ein bisschen Spielraum 
bei den Spitzen hat und die Elektronik länger hält.

von Oliver S. (oliverso)


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T. schrieb:
> und die Elektronik länger hält.

Länger als was?

Oliver

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Abgesehen von den diversen obigen Problemchen, ist der notwendige hohe 
Wirkungsgrad über einen sehr weiten Lastbereich ein Hauptproblem. Was 
nützt es nachts wenig Verbrauch zu haben, wenn der dann miese 
Wirkungsgrad bei Minimallast dann doch die Akkus über die lange 
Leerlaufzeit ordentlich leernuckelt.

Vielleicht doch ein Motorumrichter? Der wäre bei kurzen Lastspitzen auch 
viel toleranter und damit kleiner dimensionierbar.

von Bernd K. (bkohl)


Angehängte Dateien:

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Hab mir eure Kritik zuherzen genommen und die PDFs mit einem jetzt 
hoffenlich besser lesbarem Schaltplan erstellt samt Beschreibung.
Die Schaltung ist nicht weiter aufregend. Wie sich durch die Beiträge 
schon andeutet, liegen die eigentlichen Stolpersteine bei der Ausführung 
des "Schaltens großer Ströme". Jetzt wird erstmal gelötet und debugged.

von Michael W. (mikuwi)


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Bernd K. schrieb:
> Hab mir eure Kritik zuherzen genommen und die PDFs mit einem jetzt
> hoffenlich besser lesbarem Schaltplan erstellt samt Beschreibung.
> Die Schaltung ist nicht weiter aufregend. Wie sich durch die Beiträge
> schon andeutet, liegen die eigentlichen Stolpersteine bei der Ausführung
> des "Schaltens großer Ströme". Jetzt wird erstmal gelötet und debugged.

Es hat schon was wenn die Schutzmaßnahmen, selbst wenn sie funktionieren 
würden nicht funktionieren können...

oder anders gesagt: Schaltplangestammel, eine Ideensammlung die noch 
einige Wochen ausarbeitungszeit braucht bis sie testbar wird.

Ich würd Dir ernstaft dazu raten das Machwerk zuerst debuggen und dann 
löten. In dieser Reihenfolge. Und bevor Du debuggst ein solides 
Schaltplanreview mit Leuten die deutlich mehr als Du davon verstehen. 
Und bevor Du ein Schaltplanreview anzettelst mach den Schaltplan fertig, 
so sind das - gelinde gesagt - hingerotzte grüne Linien und rote 
Kästchen die in weiten Bereichen keinerlei funktionellen Zusammenhang 
erkennen lassen (Q1-Q4, IC3, IC5...). btw: lern noch schnell was DSAT 
bedeutet bevor Du da weitermachst.

Und bevor Du den Schaltplan fertigstellt solltest Du dich auch tunlichst 
mit der SW-Architektur beschäftigen. Arduino und harte Echtzeit... ich 
bin mir nicht sicher ob Du dir im klaren darüber bist das da manches im 
sub-µs-Bereich erledigt werden soll....

Wenn der Code, den Du planst zu schreiben, ebenso organisiert ist wie 
die bisher präsentierten Schaltpläne... na servas.

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Bernd K. schrieb:
> Hab mir eure Kritik zuherzen genommen und die PDFs mit einem jetzt
> hoffenlich besser lesbarem Schaltplan erstellt samt Beschreibung.

Nein hast Du nicht.
Dein 'Schaltplan' ist ein reines Ratespiel.
ich interpretiere mal frei das das Optokoppler unbekannten Typs eine 
Hilfsspannung die irgendwo herkommt und nicht eingezeichnet ist, kein 
Power Symbol und kein Netlabel besitzt, direkt auf die Fets unbekannten 
Typs legt.
Selbstverständlich ohne HS/LS mit separatem Timing zu betütern.

Ich konnte das jetzt Wortreich im detail auseinandernehmen.
Ich kürze ab:

DU hast absolut keinen Plan was Du da tust.
Du hast simpelste Basics der Fet Ansteuerung, der Schaltplanerstellung, 
von Vollbrücken, von WR und vielem anderen nicht verstanden.
Die Diskrepanz zwischen wollen und können ist bei Dir derart groß, das 
jede inhaltliche Auseinandersetzung mit diesem sinnlosem Gekritzel 
vergebene Liebesmüh ist.

Bernd K. schrieb:
> Die Schaltung ist nicht weiter aufregend.
Ansichtssache.
Ich finde sie auch eher erheiternd, aber manch einer regt sich auch 
drüber auf.
Die Schaltung an sich ist natürlich kompletter Müll ohne jegliche 
Sachkenntnis.
Schade um die Bauteile.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Das Prinzip hinter der Schaltung ist bekannt, bzw. war mal auf einer 
Veranstaltung, wo der Assistent und Doktorand die Fragen dazu nicht 
beantworten konnte und ein Besucher ;o) das dann den Leuten erklärte.

Hier wäre das Prinzip beschrieben:
https://www.researchgate.net/publication/268363948_Analysis_Implementation_and_Experimental_Evaluation_of_Control_Systems_for_a_Modular_Multilevel_Converter

Man beachte das Mitwandern der Potentiale (Akku) beim Durchswitchen der 
Halbwellen während des Betriebs.

von Bernd K. (bkohl)


Angehängte Dateien:

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Lieber Michael,
Deine Sorge um mein Wohlergehen und mein Geld rührt mich wirklich. Gerne 
bin ich bereit in einer PN hart mit Dir zu diskutieren, wenn Du dafür 
ablässt den Thread zu emotionalisieren. Zu meiner Expertise: Auf meinen 
Diplomen steht Physiker und E-Technik-Ingenieur.  Elektronik betreibe 
ich aber nur nebenbei seit 40 Jahren. Einen  50A MPPT-Laderegler und 
einen Synchronwandler 50<->300V 1kW mit SiCs für mein BHKW habe ich 
schon hinbekommen. Glaub mir, ich weiss was ich tue und agiere in 
unbekanntem Land vorsichtig.
So sollten bitte auch alle anderen vorgehen, die mit ähnlichen Projekten 
liebäugeln.
VG, Bernd

An Dieter:
Oben findest Du das PDF der Doktorarbeit von Taha Lahlou von der 
TU-München zum Thema. Link: https://mediatum.ub.tum.de/1455549  (sorry, 
kann das PDF nicht mehr löschen - verletze ich damit das Urheberrecht?)
Sax-Power hat solche Produkte auf dem Markt. Die Technik funktioniert 
offenbar grundsätzlich. Auch wenn ich letztlich EMV-mäßig mit dem 
extensiven Aufbau chancenlos bin, werde ich es probieren und 
herausfinden wo es hakt. Dienstag kommen die PCBs :-)

: Bearbeitet durch User
von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Dir ist hoffentlich klar, dass da von einem Grid-Tied-Converter 
gesprochen wird... das ist wesentlich einfacher (aus 
leistungselektronischer Sicht).

Genauso ein Laderegler... da hast du harmlose statische Lasten.

Aber mach nur... spätestens wenn du größere "Schaltnetzteile" oder 
Industriesauger (bzw einen alten Staubsauger mit 1-1.5kW) ansteckst, 
wirst du sehen was ich meine.

73

von Michael W. (mikuwi)


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Bernd K. schrieb:
> Lieber Michael,

Welchen Michael meinst Du?

Wenn Du eh schon solche Dinge gebaut hast und daher von Fach bist dann 
braucht das Forum nicht weiter Zeit vertrödeln um Dir einige 
Schwachpunkte Deiner Absichtserklärung namens "Schaltplan" 
aufzuzeigen....

btw:

Alle(!) meine Indikatoren stehen nach wie vor auf "wie lange kann ich 
das Forum trollen bis es auffliegt"

Viel Erfolg - sowohl mit dem Trollen als auch mit dem Projekterl

von Stephan (stephan_h623)


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Bernd K. schrieb:
> Zu meiner Expertise: Auf meinen
> Diplomen steht Physiker und E-Technik-Ingenieur.  Elektronik betreibe
> ich aber nur nebenbei seit 40 Jahren. Einen  50A MPPT-Laderegler und
> einen Synchronwandler 50<->300V 1kW mit SiCs für mein BHKW habe ich
> schon hinbekommen.

Ist allerdings ne ganz andere Liga.

Bernd K. schrieb:
> Glaub mir, ich weiss was ich tue und agiere in
> unbekanntem Land vorsichtig.
> So sollten bitte auch alle anderen vorgehen, die mit ähnlichen Projekten
> liebäugeln.

Sehr gut, aber ein wenig scheint mir die Bodenhaftung trotzdem zu fehlen 
...

Ganz generell und so als kleines Summary:
- an sich funktioniert das Grundkonzept (egal ob mit PWM aus dem 
"Top"-51V-Akku oder diskreten 3,2V-Stufen)
- Grid-Tie-WR ist erheblich einfacher als Insel-WR
- Stärke des Konzepts könnte sein, dass sowohl Ladung und WR-Betrieb 
über die H-Brücken laufen; funktioniert allerdings nicht im 
Insel-Betrieb
- für Insel-Betrieb brauchts eine recht aufwändige Ladeschaltung, 
insbesondere bei kleinen diskreten Stufen
- im Idealfall könnte eine reine Steuerung der Batteriespannung in 
3,2V-Schritten auch für Insel-Betrieb reichen (mit moderatem 
Ausgangsfilter)
- die reine Steuerung könnte dann auch ein ATTiny (16MHz, 8Bit) oder 
vergleichbar schaffen
- anders als bei idealen Verhältnissen treten aber auch bei feinen 
diskreten Stufen laufend Spikes mit +-51V auf, die 
gefiltert/ausgeglichen werden wollen (durch nicht exakte 
Schaltzeitpunkte)
- das schafft ein Tiny o.Ä. nicht ansatzweise, PWM ist in der 
Ansteuerung nochmal einiges komplexer, vmtl. nur in Hardware / analog 
machbar, oder 32bit-Controller mit 1GHz und mind. 1-5MSPS@10Bit
- definierte und sehr kleine Verzögerungen / Laufzeitunterschiede bei 
der Ansteuerung sind jedenfalls ein muss

praktisches
- Induktivitäten in den H-Brücken so klein wie möglich (nicht 5 oder 10 
cm sondern 5 oder 10 mm)
- wie schnell schaltet das BMS bei Überstrom ab? 1µs ist sicher ok, bei 
20µs wirds schon unberechenbar
- kann das BMS auch bei +- 300V noch sicher trennen?
- wenn nicht, dann
- irgendwelche Sicherungen durch Kurzschlüsse zum auslösen zu bringen 
ist jedenfalls maximaler Unfug, nach 100µs liegen die Ströme bei nem 
Fehler im kA-Bereich und da ist der FET längst durchlegiert und ne 
klassische Sicherung ist viel zu langsam
- zusätzliche Induktivitäten in den H-Brücken würde ich vermeiden; für 
die Regelung wäre es am einfachsten den geführten Spannungswert per 
RC-Glied auszuwerten (LC nur für den AC-Ausgang nachgeschaltet), gibt 
sonst v. a. bei Blindlasten üble Effekte
- Akku je H-Brücke mit ca. 5-10 220µF LowESR-Elko puffern
- bei TO220-FETs mind. 2 parallel
- ordentliche HW-mäßig abgesicherte Brückentreiber

wirtschaftliches
- das Konzept ist eigentlich steinalt
- verwendet wirds von SAX-Power, ansonsten?
- dort für "Nachrüst-Akkus", für GridTie (also der banale Fall), die 
auch aus dem Netz geladen werden
- Vorteil ist da erst mal, dass bei 8*51V Akkuspannung nur durch die 
H-Brücken auch geladen werden kann
- das Zeug wird je Hersteller in Stückzahlen > 10k produziert
- Wirkungsgrad könnte in der Tat höher liegen (95%>98,5% vielleicht)
- wenn da ein Einsparpotential von 20% läge und der Wirkungsgrad auch 
noch deutlich besser ist ... dann würden wohl alle WR heute so gebaut 
werden
- oder es ist halt doch extrem kompliziert und die Einsparungen gar 
nicht so groß
- die großen Anbieter kaufen ja auch deutlich günstiger ein
- damit die große Frage: wo liegen deine großen Unterschiede zu 
Standardfällen?

Ich schätze mal, dass mit 500-1500h Arbeitszeit, 1.500-3.000€ an 
Bauteilen, Platinen etc. ein Insel-WR mit 10kW Peak, 6kW Dauer mit 97% 
Wirkungsgrad@3kW Last, 50W im Leerlauf, grottigem EMV aber leidlicher 
Kurvenform rauskommen kann. (ohne Akkus und Ladeschaltung)
Nachbauten dann einiges günstiger.
Für Versicherungen und Gerichte natürlich ein klares NoGo und spätestens 
wenn das Haus abbrennt und da noch jemand zu Schaden kommt bekommst 
nichts plus ein paar Jahre Knast.
Aber wenn ein fertiges Gerät, das die 6/10kW 1-phasig zuverlässig aus 
7-8 51V-Akkus bereitstellt mehr als 15.000€ kostet könnte man 
tatsächlich drüber nachdenken (dann ists grob so wirtschaftlich wie 
Zeitung austragen)... Oder halt ne Firma aufmachen und das ganze 
vermarkten ...

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Bernd K. schrieb:
> Zu meiner Expertise: Auf meinen
> Diplomen steht Physiker und E-Technik-Ingenieur.
Aha.
Warum kannst Du dann keine Schaltpläne zeichnen?
Warum ist die Schaltung dann falsch und unvollständig mit jeder Menge 
Sollbruchstellen und grob fahrlässigen Unterlassungen?
Warum kannst Du keine lesbare Funktionsbeschreibung erstellen?
Warum fehlt es bereits bei der Wahl des Aufbaus an grundlegendem 
Verständnis über welche ausgedehnten Strecken dort Hochstrompulse 
geleitet werden sollen und was das für Auswirkungen hat?

Ich glaube Du erzählst einen vom Pferd oder bist einer dieser fleißigen 
Studenten die brav alles auswendig gelernt haben was der Prof in sein 
Skript schrieb ohne etwas davon zu verstehen, unbeleckt von 
Praxiserfahrung.

Bernd K. schrieb:
> Die Technik funktioniert
> offenbar grundsätzlich.
Natürlich tut sie das.
Das hat auch nie jemand bezweifelt.
Michael schrieb:
> Natürlich gibt es große WR dieser Art.
> Bei Energieversorger als Netzstützmaßnahme, hoch gefördert vom Bund.
> Die stehen da in gigantischen Akku Containern rum, um kurzzeitige
> Netzschwankungen auszugleichen. Parallel zu anderen Kraftwerken auf
> einer Netzebene in der all die Grenzwerte für Haushaltsstromnetze nicht
> gelten.
> Dort ist es auch ein großer Vorteil einzelne Akku Blöcke im Betrieb
> zugänglich zu haben.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Das ist letztlich eine Standardanwendung, die in wenigen Jahren 
konkurrenzlos aus China kommen wird. Traurig für den engagierten 
Entwickler, aber so ist es nun mal.

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Nein, die Standardanwendung ist eine zumindest 3level 3phasen SiC 
Brücke.

Die kann man dann interleaved betreiben, damit du auf 1phase 10kW 
kommst.

Da bekommst du dann eher die Induktivitäten... wobei mir sowas noch 
nicht im Standardprogramm der üblichen Verdächtigen untergekommen ist.

Halbleiter sind "easy". Gute stromregler und passende wickelgüter sind 
bei der Leistung/Anwendung das eigentliche Problem.

Sowas designed man aber nicht nebenbei.
Die Aufwand/Kosten Schätzung von Stefan halte ich sogar noch 
optimistisch!

Sowas "bastelt" man nur, wenn man min 100Stück bauen/verkaufen will und 
zu 10. daran arbeiten kann. Alleine das thermische Konzept ist da schon 
nicht mehr trivial. Damit meine ich jetzt Entwärmung vom PCB und der 
Drossel.

Aber gut... Wir werden hier ja anscheinend bald einen Erfolg bewundern 
können, nachdem die PCBs ja schon unterwegs sind...

73

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Hans W. schrieb:
> Alleine das thermische Konzept ist da schon
> nicht mehr trivial.
Bei 99% Pwirk sind die 100W doch schnell weggekühlt im Kabelkanal 😂🤣😂

Hans W. schrieb:
> Sowas designed man aber nicht nebenbei.
Als Physiker, E-Ing, Freimaurer, Träger des Strumpfbandordens und 
Teilzeit-Batman schon.
Es fehlt Dir wohl an Glauben und Zuversicht Bruder Hans.

von Udo K. (udok)


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@mkn
Halt dich raus, wenn du nichts Konstruktives beitragen magst.

@Bernd
Ich finde dein Konzept recht interessant, auch wenn ich mir nicht sicher 
bin, dass es wirtschaftlicher ist.  Gute Mosfets kosten ziemlich viel, 
und bei 8 Akkus braucht man davon 32?
Der Wirkungsgrad von > 99 % ist damit sicher erreichbar.  EMV Probleme 
sehe ich kaum, da die Mosfets ja nur alle paar Millisekunden schalten.

Vielleicht kann Bernd noch mal näher erklären, wie das Konzept dann in 
einem Einfamilienhaus in der Praxis verwendet wird? Geht Laden 
gleichzeitig mit Entladen? Wie genau funktioniert das Laden über 
Photovoltaikmodule? Ist das als reine Insellösung gedacht? In dem Fall 
wäre eine Gleichstromversorgung direkt über die Akkus eventuell 
praktischer?  Eventuell braucht man auch nur 2-3 Spannungsstufen 
(weniger Mosfets)?

Gruss,
Udo

: Bearbeitet durch User
von Stephan (stephan_h623)


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Die Zahl der Mosfets ist nicht so das Problem. Für einen 10kW WR wirst 
auch klassisch nicht nur 4 Fets nehmen. Und es reichen grob 100V Mosfets 
statt ansonsten welche mit 800V. Also wesentlich geringere Verluste je 
Fet.

Bernd will das ganze für ne Insel bauen. Da ist das Laden dann nochmal 
knackig.
Die Akkus müssen über nen Isolierenden Laderegler geladen werden.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Drehstrom bei einer Inselanlage ist glaub ich Unsinn. Der Aufwand lohnt 
nicht, auch wenn der Wandler einen besseren Lastgang über die 360° Phase 
hätte (kleinere Filterkomponenten).

Küchenherd eben einphasig anschließen bzw. am externen Netz lassen.

von Bernd K. (bkohl)


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Hallo Udo,
ein normales EFH hat einen 3-phasigen E-Herd und eine PV-Anlage mit 
Netz-Wechselrichter. Das passt erstmal alles nicht richtig zu einen 
1-Phasen-Insel-WR. Für den Herd muss ggf. ein neues Kabel gezogen 
werden, weil sonst der Null-leiter überlastet wird. Echte 
Drehstrom-Geräte wie Motoren oder große PV-WR können leider nicht am 
1-Phasen-Netz verwendet werden. Der ganze Kleinkram aber eben schon.
Thema Laden:
Dem Insel-WR sollte es egal sein, ob geladen oder entladen wird. Im 
PV-Ladefall werden die Mosfets revers betrieben. Die komplette 
Schaltsequenz bleibt identisch. Ist die Batterie voll, dreht der WR die 
Frequent nach oben. Alle zugelassenen WR müssen dann abregeln.
Ist der Ladestand trotz PV zu niedrig, kann man über einen 
Transferschalter die Lasten (und wenn das zulässig ist, auch den PV-WR*) 
auf Netz schalten, und/oder oder die Netzlader aktivieren. Im meinem 
Falle z.B. 6x 54.6V/5A Lader einschalten. 
(https://www.aliexpress.com/item/1005005238227327.html)

Eleganter zum Balancing und Laden wäre eine Konstruktion aus einen 
HF-Trafo mit 7 identischen Wicklungen (1x fürs Ladegerät und je eine für 
die Akkublöcke), welche an synchron taktenden H-Brücken hängen. Aber das 
ist ein eigenes Unterprojekt. Für mein 48V-BHKW ist sowas aber 
vermutlich nötig.

Bernd

* vielleicht weiß einer der alten Hasen hier, ob die PV-WR so einen 
Phasensprung überstehen

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Bernd K. schrieb:
> * vielleicht weiß einer der alten Hasen hier, ob die PV-WR so einen
> Phasensprung überstehen

In dem Moment, in dem du den Schalter öffnest, gehen die vom Netz.
Dann beginnt wieder der Grid-Test und (je nach 
Land/Netzbetreiber/vorgeschriebener Einstellung) schalten die nach x 
Sekunden/Minuten wieder zu.

Phasensprünge müssen glaube ich noch nicht durchgetaucht werden 
können... so genau verfolge ich das nicht mehr.

Bernd K. schrieb:
> Alle zugelassenen WR müssen dann abregeln.

Nur wenn die auf P(f) eingestellt sind.
Es gibt aber noch Q(U) oder P(U)... Das hängt davon ab, was dein 
Netzbetreiber will.

Sehr viele WR haben auch einen Modus für den Inselbetrieb, in dem im 
Prinzip P(f) gemacht wird.

73

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Bezüglich Multilevel und Effizienz über Lastbereich ist das hier auch 
interessant:

https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Article_AudioAmplifier_Energy_Efficient_Multilevel_Amplifier_Solutions_Merus-ART-v01_00-EN.pdf

Leider zu wenig Leistung.

von Stephan (stephan_h623)


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Bernd K. schrieb:
> Dem Insel-WR sollte es egal sein, ob geladen oder entladen wird. Im
> PV-Ladefall werden die Mosfets revers betrieben. Die komplette
> Schaltsequenz bleibt identisch. Ist die Batterie voll, dreht der WR die
> Frequent nach oben. Alle zugelassenen WR müssen dann abregeln.

Versteh ichs recht?
Du willst den Insel-WR rein gesteuert fahren? Also keine 
Berücksichtigung der Akkuspannungen, Totzeiten beim Schalten, wechselnde 
Innenwiderstände beim ZU-/Abschalten von Akkus etc.
Und dann dazu noch Einspeise-WR um aus der PV zu laden?
Nur die Frequenz magst du ggf. erhöhen, um die Einspeise-WR zum abregeln 
zu bringen?

Das wird sicher ein Spaß ...
Aber immerhin kann rein gesteuert ein 16MHz AVR das ganze easy schaffen. 
Allerdings ohne Auswertung / Ausgleich von Ladestand, und Frequenzshift.

von Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)


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Stephan schrieb:
> Und dann dazu noch Einspeise-WR um aus der PV zu laden?

Auf den Punkt bin ich schon besonders gespannt.

Aber auch für den Normalbetrieb muss man eigentlich immer den SoC aller 
Akkus wissen und sie in absteigender SoC Reihenfolge draufschalten, wenn 
man entläd - bzw in aufsteigender zum Laden.

Es ist ja nicht so, dass der Strom und die "Ein-Zeiten" der Akkus 
konstant sind...
Kann man machen - ist halt gewaltiger Aufwand.

73

von Ada J. Quiroz (inschnier)


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Oha. Ich würde aufpassen, dass mir da nicht die Bude abfackelt.

von Stephan (stephan_h623)


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Hans W. schrieb:
> Aber auch für den Normalbetrieb muss man eigentlich immer den SoC aller
> Akkus wissen und sie in absteigender SoC Reihenfolge draufschalten, wenn
> man entläd - bzw in aufsteigender zum Laden.

Die Schaltfolge geht schon, solange die CPU genug Reserven hat.
SoC wird eklig. Aus Gesamtstrom und den gesteuerten Schaltzeitpunkten 
wirds ziemlich ungenau. Akkumuliert sich auch mit den Zyklen. Spannung 
hilft wenig.
Also Fuel Gauge und das ganze dann noch isoliert übertragen. Oder doch 
nur über die Spannungen und hoffen, dass man die schwächsten 1-3 ab 
unter 20% Restkapazität einigermaßen identifizieren und "entlasten" 
kann.

Laden mit permanent schwankenden Strömen und dem Störungsdreck von den 
Einspeise-WR wird auch nicht gut auszuwerten sein. Spannungsmessung geht 
da nur wenn der Akku grade unbenutzt ist. 1-10s Pause machen, um 
Leerlaufspannungen zu messen geht nicht, weil dann die Einspeise-WR 
abschalten...

Da ist dann schnell mal die nutzbare Kapazität von 10-90% auf 20-80% 
reduziert. Und Fehler werden trotzdem passieren, also eher reduzierte 
Lebensdauer. Das eingebaute BMS sorgt ja nicht für eine gute Ladung 
sondern verhindert nur (hoffentlich) das schlimmste. Bei mäßiger 
Ladetechnik ist auch ein günstiger Akku schnell nur die Hälfte wert und 
dann eher teuer.

Reichen 10 Diplomarbeiten für das Projekt??

von Bernd K. (bkohl)



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Hallo Leute,
hier ein paar Fotos vom Fortschritt des Projekts. Wenn ich zu viel poste 
- sagt bescheid.
Momentan schalte ich 14A bei 50V problemlos. Für 50A brauche ich einen 
Akkublock und vermutlich das verbesserte H-Brücken Layout (Bilder), 
obwohl die Lowside-Uds-Spitzen mit 10V moderat sind (gemessen über 
SiC-Diode und 10nF-Spitzenwertspeicher-C).(Bild) Die Gate werden über 
kleine Drähte angeschlossen um maximalen Platz für die 
low-L-Verbindungen zu bekommen. (Die Hochstromverbindungen erfolgen 
fliegend auf die Klemmblöcke.)
Für die Sinus-Ausgabe braucht die ISR 18µs. (Bild)
Die Totzeitkontrolle über C1/C2 scheint auch zu klappen (Bild)
Bei 60V greift mit D3 der Überspannungsschutz. Ab 57V zieht allerdings 
schon der Optokoppler U$7 die Reissleine. Diese Schnellabschaltung via 
FlipFlop und Vcc-Kurzschluss über T1 dauert weniger als 1µs. (Bild) Die 
TI431 arbeiten dank R37 trotz 100nF parallel stabil.
VG, Bernd

: Bearbeitet durch User
von Bernd K. (bkohl)


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Weihnachten 23:
Jetzt kann es richtig losgehen. Das Schalten der vollen 50A mit der o.g. 
H-Brücke funktioniert perfekt. Schaltspitzen @62kHz bei 50A bleiben 
unter 15V. Nach 15min erreicht der Kühlkörper 50° (2W/K, 50Hz) und die 
Leiterplatte/Silikon-Hochstromkabel gehen auf 75°C.
Der wassergekühlte 1Ohm-Widerstand aus 0.1mm VA-Blech sieht doch schick 
aus? Der 5l-Wassereimer war ruckzuck heiss.
Viele Dinge wie das Kurzschlussverhalten bei 100A und die dynamischen 
Verluste blende ich erstmal aus, um schnell weiterzukommen. Fliegende 
Aufbauten machen keinen Spaß. Weitere 5 Akkus z.b. von Eco-Worthy und 
ein halbes Billy-Regal mit Tür als Batterieschrank werden die nächste 
Testhardware beherbergen. Alternativ zur 62kHz/48V-PWM könnte man mit 
drei zusätzlichen 12V-Akkus (oder 24V+12V) den Sinus schaltarm mit 
12V-Genauigkeit nachbilden. Mal schauen, welche Synthesemethode das 
Rennen macht.

von Bernd K. (bkohl)


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1 Monat später....
Mit dem Projekt geht es voran. 222V bei 1kW und 450mOhm Impedanz, lassen 
hoffen, die 10kW noch zu knacken. Leider stören die Alibaba-Ladegeräte 
so enorm, dass der WR abschaltet. Die nicht bestückten Netzfilter werde 
ich wohl ergänzen müssen. Auf Akku läuft er aber ganz gut. 50Hz- 
Störungen auf Mittelwelle waren keine zu hören.
Das (dann verstärkte) Billy-Regal hätte noch Platz für weitere 20kWh 
dieser Eco-Worthy-Akkus, die übrigens recht ordentlich verarbeitet sind.

Jetzt kommen die Mühen der Ebene:
- Netzfilterung
- Verluste vom PWM-Modul messen (-> Wirkungsgrad?), Dauerleistungstest
- alle Abschalt-Szenarien testen (Kurzschluss, DC, Blockausfall, 
Übertemp ...)
- Messung der Block-Spannungen synchron im Synthese-Arduino
- Messung der RMS-Werte und SOC-Monitoring über Hilfs-Attiny.
- Rauch und evtl. Wasserstoff-Melder
Später:
- 7.Akku mit 24V, für höhere Spannungen
- Lademöglichkeit über 48V-BHKW
- Lademöglichkeit über PV-Wechselrichter

von Stephan (stephan_h623)


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Bernd K. schrieb:
> Mit dem Projekt geht es voran. 222V bei 1kW und 450mOhm Impedanz

Glückwunsch. Sieht erst mal ganz gut aus.
Mit nem Netzfilter (über alles, nicht je Stufe) sollte die Spannung 
recht glatt werden.
Die kniffligen Punkte kommen aber noch ...

Wie siehts mit z. B. nem Staubsauger aus?
Und 0.45 Ohm? Wie gemessen?
Wenn das hauptsächlich resistiv ist dann landest @11kW bei nur 90% 
Wirkungsgrad.

von Bernd K. (bkohl)


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Stephan schrieb:
> Und 0.45 Ohm? Wie gemessen?
> Wenn das hauptsächlich resistiv ist dann landest @11kW bei nur 90%
> Wirkungsgrad.
Hallo Stephan,
R=dU/dI=0.45Ohm=2Vrms/4.5Arms bei ohmscher Last.
Die 6 Akkus haben je 60mOhm Innenwiderstand. Der ist ja auch noch 
Ladestands und altersabhängig. Bei 50A sind das 150W die den Akku 
aufheizen. Das ist grenzwertig. Der WR selbst verantwortet nur ein 
Bruchteil der Verluste.
(20mOhm der Induktor, 36mOhm die Mosfets + dynamische Verluste an der 
PWM-H-Brücke.
Meinst Du, ich kann auf die PWM verzichten und das Stufenprofil mit 
150µH glattbügeln. Dem Heizlüfter wars zumindest ziemlich egal. Extreme 
RF-Störungen sind mir nicht aufgefallen. Bei kleinen Leistungen ist der 
zackige Sinus nur unästhetisch. Bei hohen Leistungen wird er doch durch 
T=L/R automatisch glatt.
Ich hoffe bald weitermachen zu können, aber ein Defekt am BHKW ist mir 
dazwischengekrätscht.   Bernd

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