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Guten Tag zusammen, ich arbeite aktuell an der Modellierung der PV-Anlage unserer Hochschule in Matlab/Simulink und stoße dabei auf einige Unklarheiten. Die Anlage besteht aus 36 Solarmodulen vom Typ IBC MonoSol 430, die in 2 Strings mit jeweils 18 Modulen aufgeteilt sind. Die elektrischen Kenndaten pro Modul lauten wie folgt: STC Leistung Pmax (Wp): 430 ingesamt 15482 W STC Nennspannung Umpp (V): 32,58 ingesamt 586.44 V STC Nennstrom Impp (A): 13,2 ingesamt 26.4 A STC Leerlaufspannung Uoc (V): 39,16 ingesamt704.88 V STC Kurzschlussstrom Isc (A): 13,65 ingesamt 27.3 A Als Wechselrichter kommt ein dreiphasiger SMA Sunny Tripower X 15 zum Einsatz, dessen Daten wie folgt lauten: Eingang DC Max Eingangsspannung: 1000V MPP-Spannungsbereich: 260 V bis 800 V Bemessungseingangspannung: 580 V Min. Eingangsspannung: 150 V Start-Eingangsspannung: 188V Ausgang AC Bemessungsleistung (bei 230 V, 50 Hz): 15000 W AC-Nennspannung: 230 V / 400 V AC-Nennspannung: 176 V bis 275 V Als Phasenspannung wird in den Erzeugerdaten oft phase zu phase 411V bzw 238V L zu N gesehen. Nun zu meiner Frage: Der Wechselrichter fordert eine Mindestspannung von 150 V DC am Eingang. Bei geringer Sonneneinstrahlung könnte es sein, dass diese Mindestspannung unterschritten wird. Daher ist ein Boost erforderlich, um bei niedrigen Spannungen auf die Netzspannung von 230 V AC zu kommen. Ich bin nun unsicher bezüglich der korrekten Auswahl von DC-Eingang und DC-Ausgang für meinen DC/DC Booster in meinem Modell: Soll ich als Referenz(Vdc_ref, also DC Ausgang) die Bemessungseingangsspannung von 580 V nehmen, oder gibt es eine sinnvollere Referenz? Wie gehe ich damit um, dass mein DC-Eingang (von der PV-Seite) variabel ist (potenziell von 0 bis ca. 586 V) und ich für die Berechnung des Tastverhältnisses im Boost-Konverter feste Spannungen benötige? Über eine kurze Hilfestellung oder einen Tipp wäre ich wirklich mega dankbar.
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Bist du sicher, Solarzellen richtig verstanden zu haben? Wenn die abgegebene Spannung zu niedrig ist, entnimmst du gerade zu viel Strom. Mit einem Step-Up (Boost) Wandler wird es noch schlechter, weil dieser die Stromaufnahme noch weiter erhöht. Kaufe Solarpanels passend zum Wechselrichter (oder umgekehrt). Wenn man Kosten und Verluste berücksichtigt, geht die Rechnung nämlich nicht auf.
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Die Solarpanels und der Wechselrichter sind bereits im Einsatz und aufeinander abgestimmt. Meine Aufgabe ist lediglich die Modellierung des bestehenden Systems im Rahmen meiner Bachelorarbeit. Auf meine Nachfrage im Labor bezüglich eines DC/DC-Wandlers erhielt ich folgende Information: „Die DC-Eingänge haben eine Mindestspannung von 150 V DC. Somit müsste bei niedriger Sonneneinstrahlung zunächst geboostet werden, um die notwendige Eingangsspannung für den Wechselrichter zu gewährleisten.“
Gojo schrieb: > Der Wechselrichter fordert eine Mindestspannung von 150 V DC am Eingang. > Bei geringer Sonneneinstrahlung könnte es sein, dass diese > Mindestspannung unterschritten wird. Nur nachts. > Daher ist ein Boost erforderlich, > um bei niedrigen Spannungen auf die Netzspannung von 230 V AC zu kommen. Unsinn. Sherlock 🕵🏽♂️ schrieb: > Bist du sicher, Solarzellen richtig verstanden zu haben? Da sind Defizite zu befürchten.
Gojo schrieb: > Die Solarpanels und der Wechselrichter sind bereits im Einsatz und > aufeinander abgestimmt. Dann gibt es kein Problem zu lösen, der Boost Wandler ist unnötig (eher sogar kontraproduktiv). > Auf meine Nachfrage im Labor bezüglich eines DC/DC-Wandlers ... Wer hat den denn ins Gespräch gebracht? Kann es sein, dass diese Person dich nicht leiden kann?
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Erst einmal vielen Dank für eure Antworten. Was genau bedeutet das nun? Könnte mir das eventuell jemand genauer erklären? Falls ich hier einen Denkfehler habe, würde ich ihn sehr gerne korrigieren und wäre euch für eine Hilfestellung wirklich dankbar. Bisher bin ich davon ausgegangen, dass bei einer Einstrahlung von 0 W/m² sowohl Spannung als auch Strom aus der PV-Anlage 0 sind. Wenn ich nun beispielsweise eine sehr niedrige Einstrahlung (z.b. zwischen 1–50 W/m²) habe und dadurch keine ausreichende Spannung (z.B. unter 180 V DC) erreiche, um den Wechselrichter zu betreiben (geschweige denn Netzspannung zu erzeugen), müsste ich diese Spannung entsprechend hochboosten. Im Anhang befindet sich ein Screenshot des Dashboards vom Wechselrichter, das ich versuche in meiner Simulation abzubilden.
Gojo schrieb: > Was genau bedeutet das nun? Könnte mir das eventuell jemand genauer > erklären? Ein Spannungsbooster nimmt (selbst bei unmöglichen 100% Wirkungsgrad) am Eingang zwangsläufig mehr Strom auf, als hinten raus kommt. Durch den erhöhtem Strombedarf sackt die Spannung des überlasteten Solarpanels noch weiter ab. Weil: Von nix kommt nix. Zu wenig Licht kannst du nur durch mehr Licht ersetzen. Man kann sich die benötigte Energie nicht aus dem Nichts her zaubern.
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Schau doch mal morgens beim wach werden. Bei guten Modulen ist die Spannung schon nahe mpp aber die Leistung reicht nicht mal fürs Netzschütz. So ab 0,5% der Peekleistung gehts dann los. Ich hab hier schrottige Dünsch.. Module, deren mpp fällt ins Bodenlose, aber unter 50% ist so wenig Licht vorhanden das es gerade noch für die Lcd Beleuchtung reicht.
Sherlock 🕵🏽♂️ schrieb: > Ein Spannungsbooster nimmt (selbst bei unmöglichen 100% Wirkungsgrad) am > Eingang zwangsläufig mehr Strom auf, als hinten raus kommt. Das stimmt, aber dennoch könnte ein Step-up die Spannung einer sehr schwachen Solarzelle erhöhen, so daß der WR überhaupt anspringt. Ob dieser dann feinfühlig genug arbeiten kann, die Spannung nicht gleich wieder einbrechen zu lassen, ist natürlich ne andere Frage. Es geht hier aber selbst gegebenenfalls nur um einen winzigen Teil der Nennleistung, wahrscheinlich nicht mal ansatzweise ein Promille vom Gesamtertrag. Also wie schon richtig erkannt, Unfug von Anfang an. Das Ding fräße viel mehr Strom, als es erwirtschaften könnte.
Uwe S. schrieb: > Ob dieser dann feinfühlig genug arbeiten kann, die Spannung nicht gleich > wieder einbrechen zu lassen, ist natürlich ne andere Frage. Wenn er es könnte, würde er ohne Boost funktionieren. Die Spannung des Solarpoanels bricht ja nur deswegen ein, weil er zu viel Strom aufnimmt.
Sherlock 🕵🏽♂️ schrieb: > Wenn er es könnte, würde er ohne Boost funktionieren. Die Spannung des > Solarpoanels bricht ja nur deswegen ein, weil er zu viel Strom aufnimmt. Nein, er springt unterhalb 150V nicht an, weil er wie jede vernünftige Elektronik eine definierte Unterspannungs-Abschaltung besitzt. Damit er nicht anfängt, Blödsinn zu fabrizieren... Wenn die Zellen genug Nennleistung haben, und das haben sie mit über 15KW ja durchaus, dann stünden bei z.B. 120V sicherlich noch z.B. 50W oder mehr zur Verfügung. Nur passt ihre Spannung dann nicht mehr zum Wechselrichter. Aber wie gesagt, ist der totale Unfug...
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In der Theorie, aber noch immer ohne praktischen Nutzen, könnte man einen zusätzlichen, sehr viel kleineren WR einplanen. Der entweder mit deutlich unter 150V am Eingang zurecht kommt, oder aber durch besagten Step-up angesteuert wird. Der Step-up müsste bei über 150V natürlich von den Zellen, der WR im Interesse des Eigenverbrauchs auch vom Netz getrennt werden.
Gojo schrieb: > Bisher bin ich davon ausgegangen, dass bei einer Einstrahlung von 0 W/m² > sowohl Spannung als auch Strom aus der PV-Anlage 0 sind Ja. Gojo schrieb: > Wenn ich nun beispielsweise eine sehr niedrige Einstrahlung (z.b. > zwischen 1–50 W/m²) habe und dadurch keine ausreichende Spannung (z.B. > unter 180 V DC) Du erreichst schon bei 5W/m2 die 180V und dadrunter macht es keinerlei Sinn irgendwas wandeln zu wollen.
Nochmal anders formuliert: Bei den 580V Nennspannung ist ein Arbeitspunkt unter 150V kein relevanter Fall. Weil auch bei sehr wenig Licht die Spannung auf 500V oben ist. Nur die Belastbarkeit ist dann sehr gering. Ein DCDC macht das nicht besser, weil er einen Strom, der zu hoch ist (daher die 500V auf 150V einbrechen lässt) noch größer macht, und daher die Spannung noch weiter einbricht. Der sinnvolle Arbeitspunkt (MPP) bei so schwachem Licht wäre 500V und ein paar Milliampere. Wenn das dem WR zu wenig Leistung ist, dann geht nur ein alternativer WR. Ein vorgeschalteter DCDC verringert die Leistung, weil bei gleichbleibender Beleuchtung der Strom gleich bleibt und die Spannung massiv einbricht durch den höheren Strom. P=U*I wird also kleiner. Könnte sein, dass der Sinn der Simulation war, genau das rauszufinden :-)
Uwe S. schrieb: > Das stimmt, aber dennoch könnte ein Step-up die Spannung einer sehr > schwachen Solarzelle erhöhen, so daß der WR überhaupt anspringt Nein, weil die Solarzelle keinerlei Leistung bringt (sie schafft ja nicht mal 10V/Panel). Das ist dann (Schockley-Gleixhung) vielleicht 1 Millionstel der Nennleistung. Absolut vernachlässigbar, da frisst dr step up mehr Leistung als verfügbar ist.
Michael B. schrieb: > Du erreichst schon bei 5W/m2 die 180V Bei nagelneuen, monokristallinen Zellen, ja. Bei gealterten, multikristallinen, oder gar amorphen Zellen sieht das völlig anders aus. Uwe schrieb: > Ein vorgeschalteter DCDC verringert die > Leistung, weil bei gleichbleibender Beleuchtung der Strom gleich bleibt > und die Spannung massiv einbricht durch den höheren Strom. P=U*I wird > also kleiner. Du und Sherlock vergesst den "Eigenverbrauch" der Zellen. Diese können vor allem morgens gleich erstmal unter 150V bleiben, aber sogar abends unter 150V geraten, dabei aber selbst durch Leckströme noch z.B. 50W verheizen. Drückt man deren Spannung durch einen geeigneten DC/DC auf z.B. 80V, gehen die Leckströme deutlich zurück, der WR kann wieder funktionieren. Insbesondere, da die Leckströme nicht linear sind. Also sind wir auch an einem "Arbeitspunkt", der weitab der bekannten Stromquellen-Eigenschaften von Solarzellen liegt. Das soll den TO natürlich nicht animieren, an irgendeinen Nutzen dieser Anordnung zu glauben...
Uwe S. schrieb: > Wenn die Zellen genug Nennleistung haben, und das haben sie mit über > 15KW ja durchaus, dann stünden bei z.B. 120V sicherlich noch z.B. 50W > oder mehr zur Verfügung. Das bezweifle ich, weil Uwe schrieb: > Bei den 580V Nennspannung ist ein Arbeitspunkt unter 150V kein > relevanter Fall. Weil auch bei sehr wenig Licht die Spannung auf 500V > oben ist. Uwe S. schrieb: > Du und Sherlock vergesst den "Eigenverbrauch" der Zellen ... Zur Kenntnis genommen. Da muss der Gojo mal selbst ermitteln, wie viel Leistung seine Solarpanels bei <150 V abgeben. Mehr als 100 W werden es wohl nicht sein. Mit der Leistung müssten Wechselrichter und Boost Converter zusammen auskommen. Ich denke immer noch, dass das in der Leistungsklasse der Geräte praktisch unmöglich ist. Selbst wenn doch: Der Boost Converter würde im normalen Betrieb mehr Energie verheizen, als man in diesem unteren Einsatzbereich gewinnt.
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Sherlock 🕵🏽♂️ schrieb: > Der Boost Converter würde im normalen Betrieb mehr > Energie verheizen, als man in diesem unteren Einsatzbereich gewinnt. Jeder halbwegs gescheite Step-up arbeitet weit oberhalb 90% Wirkungsgrad. Aber die Leckströme der Zellen nehmen mit sinkender Spannung drastisch ab, nicht etwa linear. Der Rest ist doch einfache Mathematik, es bleibt kein Spielraum für Glauben oder Meinen. Wenn der Leckstrom bei sinkender Spannung exponentiell abnimmt, wird dieser Strom am Ausgang frei, exponentiell ansteigend. Man muss sich nur vom Gedanken trennen, daß eine so große, aber so schwach beschienene Anlage noch KSQ-Eigenschaften hat. Sie kann vielleicht noch immer 50W liefern, aber ihre Eigenschaften unterschieden sich deutlich von z.B. einer 50W-Zelle in voller Sonne. Insbesondere fallen ihre Leckströme viel stärker ins Gewicht, auch bei bereits so niedrigen Spannungen. Denn sie hat ja die für sie angedachten Arbeitspunkte längst verlassen.
Uwe S. schrieb: > Jeder halbwegs gescheite Step-up arbeitet weit oberhalb 90% > Wirkungsgrad. Genau. 90% von 15 kW bedeuten 1,5 kW Verluste am Boost Converter! Wann und womit willst du das ausgleichen? > Man muss sich nur vom Gedanken trennen ... Man muss vielleicht auch mal den Tatsachen ins Auge schauen, anstatt sich alles so lange schön zu rechnen, bis es scheinbar passt.
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Sherlock 🕵🏽♂️ schrieb: > Genau. 90% von 15 kW bedeuten 1,5 kW Verluste am Boost Converter! Von was redest du? Es ging die ganze Zeit darum, die winzige Leistung zu nutzen, die nach der Unterspannungsabschaltung des WRs noch vorhanden ist. Der DC/DC soll doch nicht die ganze Zeit laufen, er muss selbstverständlich getrennt werden, wenn mehr Leistung/Spannung zur Verfügung steht.
Uwe S. schrieb: > Der DC/DC soll doch nicht die ganze Zeit laufen, er muss > selbstverständlich getrennt werden, wenn mehr Leistung/Spannung zur > Verfügung steht. Wenn du meinst. Davon war bisher keine Rede.
Davon muss wohl in einem Fachforum hoffentlich auch keine Rede sein. Es ist längst bekannt, daß es hier um den "Gewinn" keines einzigen Promilles geht. Wie will man das wieder reinholen, wenn der DC/DC die ganze Zeit läuft...
Ja, es ist und bleibt eine Schnapsidee, die man sich nicht schön saufen kann. Gojo, hast du diesbezüglich nach gefragt?: Sherlock 🕵🏽♂️ schrieb: > Wer hat den denn ins Gespräch gebracht? Kann es sein, dass diese Person > dich nicht leiden kann?
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Uwe S. schrieb: > Es ging die ganze Zeit darum, die winzige Leistung zu nutzen Es gibt keine. Keine deren nicht-Nutzung auch nur irgendein Verlust ware. Da bringen Scheibenwischer auf den Paneelen mehr.
Ich hatte gehofft, es wäre Aufgabe der Bachelorarbeit, das Thema in Theorie und messtechnisch zu ergründen. Find's sehr spannend.
Ich danke euch allen für eure Antworten und Ratschläge. Ich habe heute noch einmal mit dem Laboringenieur gesprochen und er weiß nichts über einen verbauten DCDC-Wandler. Wie hier alle sagten, verstehe ich nun, dass ein DCDC-Wandler kontraproduktiv wäre und ich ihn somit nicht Modellieren werde. Beste Grüße Gojo
Beitrag #7844201 wurde vom Autor gelöscht.
Uwe schrieb: > Ich hatte gehofft, es wäre Aufgabe der Bachelorarbeit, das Thema in > Theorie und messtechnisch zu ergründen. Find's sehr spannend. Unter anderem geht es darum, die Verlustleistung zu bestimmen und thermische Einflüsse zu berücksichtigen. Aber das Modell muss erst einmal aufgebaut werden und damit hatte/habe ich bisher Schwierigkeiten. Mal sehen, wie weit ich komme.
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