Ich überlege eine kleine Schaltung zu bauen, die die Spannung und Temperatur eines PV Moduls misst und die Messwerte per Powerline Kommunikation über die Solarleitung überträgt.
Hat das schonmal jemand von Euch gemacht, oder kennt eine Open source Lösung dafür?
Ich habe bisher nur einen kommerziellen Anbieter gefunden Der heißt "sunsniffer". Ich habe aber leider keine Informationen zu Verfügbarkeit und Preise dazu gefunden.
Ich habe nichts vergleichbares hier im Forum gefunden. Falls es schon was gibt, wäre ich über einen Link/Hinweis dankbar.
Der Sensor soll folgende Eigenschaften haben
in die Anschlussbox des PV Moduls passen
sich aus der Spannung des PV Moduls versorgen
Spannung messen im Bereich von 10V .. 60V
Temperatur messen im Bereich -20 .. +90°C
Daten per seriellem Protokoll auf Leitung aufmodulieren mit einer Frequenz von ca. 100kHz
Messdaten senden so dass diese dem einzelnen PV Modul zugeordnet werden können
Konfigurationsdaten empfangen so dass jedes Sensormodule einzel programmiert werden kann
kleiner Microcontrolller mit Speicher damit jedes Modul seine Programmierung behält auch wenn es ohne Versorgungsspannung ist
möglichst billig sein. Gesamtkosten pro Sensor <= 5 Euro
Messwerte einmal pro Minute erfassen und verschicken
Im Ruhezustand möglichst geringe Stromaufnahme
Dazu soll es einen passenden Kontrollgerät geben das mit einem Rasperry Pi kommuniziert
Empfangen von Signalen von mindestens 100 verschiedenen Sensoren
Senden von Konfigurationswerten an die einzelnen Sensoren
Einkoppeln bzw. Auskoppeln der Signale von der Solarleitung
Vergiss es. Die Leitung hängt am Ende, eventuell nach ein Sicherungsautomat und DC-Trenner, an einem Solarladeregler oder Wechselrichter, Dessen Eingang ist nach möglicherweise einer Diode mit einem Kondensator abgeblockt und dahinter arbeitet in den meisten Fällen ein Schaltregler ebenfalls mit ca. 100kHz unzureichend entstört, dessen Impulse findest du also als Rückwirkung auf der Leitung Du bekommst deine schwach gesendeten Daten nicht aus den Störungen herausgefiltert, selbst wenn du mit einer zusätzlichen Drossel versuchst den Eingang von deiner Leitungen wechselstrommässig abzublocken.
Nutze entweder Funk oder eine extra Meldeleitung, Glasfaser bietet sich auf Grund der unterschiedlichen Spannungslage an.
Ich will nicht behaupten, dass es einfach ist Daten in einer gestörten Umgebung zu übertragen. Aber unmöglich ist es definitiv nicht. Die Tatsache, dass es mindestens einen kommerziellen Anbieter gibt, zeigt doch dass es geht.
Die Firma SolarEdge hat Moduloptimierer, zum anbauen, an normale PV-Module, das geht stark in die Richtung.
Sowas allerdings selbst zu bauen halte ich für sehr gewaagt und würde es schon aus dem Grunde lassen um die Herstellergarantie meiner Module von 20 Jahren nicht zu gefährden.
Mal davon abgesehen, das es im Besten Falle eine nette Spielerei ist.
Über den Sinn und Unsinn von Moduloptimieren gibt es auch Diskussionen, die religöse Züge annehmen.
Mir reicht es, wenn ich regelmäßig ins Portal schaue um zu sehen, was meine Anlage so macht. Anderen teueren Schnickschnack, der verrecken kann, brauch ich da nicht.
Die Firma SolarEdge hat Moduloptimierer, zum anbauen, an normale
PV-Module, das geht stark in die Richtung.
Solaredge hat dabei den Vorteil, dass sie am Modul einen Optimierer betreiben. Über dessen Ausgang, d.h. die Anschlüsse, die im String sind, haben sie volle Kontrolle.
Ich stelle es mir relativ einfach vor, vom Optimierer aus die Spannung zu variieren, das sollte praktisch unverändert am Wechselrichter ankommen.
Umgekehrt könnte der Wechselrichter den Strom modulieren.
So wie ich den TO verstanden habe, möchte er seine Schaltung parallel zum Modul betreiben. Denkbar ist, die Modulspannung durch einen Bypassstrom etwas abzusenken, um so Daten aufzumodulieren. Für die Empfangsrichtung habe ich aber keine Idee.
Schoen, fuer 18Fr bei Digikey. Das Manual ist vollstaendig ? Befehlssatz verstanden ? Der Support bei Cypress ist absolut hundlausig.
Waehrend die auf's Netz koppeln, koppelst du auf DC.
Bei naeherer Durchsicht scheint mir das Datenblatt nicht vollstaendig. Ich fand die Koppler nicht. Ich denke du wirst ein Netzkabel ziehen muessen, nur um drauf zu koppeln, weil DC nicht geht. Die (Solar-)Module sind in Serie.
Es werden Dev Kits und Programmers erwaehnt. Schau die erst mal genau an.
Anstelle eines Netzkabels zum drauf zu koppeln wuerde ich ein RS485 Kabel empfehlen, dann benoetigst du die Modem chips nicht. Fuer den Preis der nicht erwaehnten Koppler kannst du ADuM1301 Isolatoren verwenden
Warum ist Funk zu teuer? Würde ein ESP8266 nicht reichen? Wemos D1 gibt's ja für nen Euro... Temperatur und Spannung messen ist einfach. Und die Werte einfach per MQTT an einen Raspberry mit ioBroker senden.
Ich überlege eine kleine Schaltung zu bauen, die die Spannung und
Temperatur eines PV Moduls misst und die Messwerte per Powerline
Kommunikation über die Solarleitung überträgt.
Warum ist Funk zu teuer? Würde ein ESP8266 nicht reichen? Wemos D1
gibt's ja für nen Euro... Temperatur und Spannung messen ist einfach.
Und die Werte einfach per MQTT an einen Raspberry mit ioBroker senden.
Hab mal bei AliExpress geschaut. Da kostet ein Wemos D1 1,79Euro. Das würde vom Preis her passen. Brauch ich dafür nicht noch zusätzlich ein ESP Baseboard?
Bräuchtest noch nen dc dc Wandler für die Spannungsversorgung und natürlich Spannungsteiler und Temp Sensor. Als Software z. B. Tasmota oder Espeasy. Musst mal gucken was dir besser passt.
Wozu willst das baseboard?
Klar kann man sich eine Platine dazu machen. Aber ob das für die paar Teile notwendig ist kannst nur du für dich entscheiden.
Das Sunsniffer-Teil sieht doch gar nicht so schlecht aus.
Auf dem Bild lässt sich relativ gut erkennen, wie das arbeitet:
Spannungsversorgung mit Widerständen und Z-Diode stabilisiert.
Spannungsmessung über Widerstandsteiler.
Powerline-Datenübertragung dann über den größeren Transistor, was ein N-Fet sein sollte, in Serie zu einem 56-Ohm-Widerstand.
Dazu ein beliebiger billiger Mikrocontroller. Man muss halt einen nehmen, der die Temperatur messen kann.
Einen Rückkanal sehe ich nicht. Sunsniffer schreibt, dass sie nur alle 30 Sekunden was übertragen. Kollisionsvermeidung lohnt sich da auch nicht.
Alles auf einer einseitigen Platine, das geht auf jeden Fall für unter 5€, selbst in Hobby-Stückzahlen.
Die Auswerteseite ist vermutlich viel spannender. Mit den 56 Ohm und dem Kennlinienfeld eines zufällig herausgegriffenen PV-Moduls erwarte ich eine Spannungsmodulation von ca. 10V. Das ist schon recht deutlich, aber man muss schauen, wie viel davon noch durch den Wechselrichter weggebügelt wird bzw. wie man das verhindert. Und die Strangspannung beträgt mehrere hundert Volt. Da muss man sich auch ein paar Gedanken machen.
Danke für den Link. Da sieht man dass der Sensor etwas anders aufgebaut
ist, wie auf meinem Bild. Aber die Komponenten sind ähnlich.
Die scheinen das System mit Powerline am Laufen zu haben.
Woran erkennst du das?
An der Retrofitbox die nur DC-Verbindungen zwischen den Modulen zeigt und keine weiteren für die Daten des Sensors. Die Daten werden vor dem Wechselrichter ausgelesen. Also von Modulseite reiner Gleichstrom. Ich weiß gerade tatsächlich nicht ob ein Wechselrichter rückwärts das System beeinträchtigt, aber dafür kann es ja Filter im StringReader Modul geben.
Die Daten vom Reader passen doch nicht von den Strömen oder? Ein 400 W
bei 60 V liefert ja bereits 6,6 A
Verstehe nicht, wie du das meinst?
Der Reader hängt (soweit ich das verstanden habe) zwischen Modulen und Wechselrichter. Da muss also der ganze DC-Strom durchgehen.
Auf dem Bild lässt sich relativ gut erkennen, wie das arbeitet:
Spannungsversorgung mit Widerständen und Z-Diode stabilisiert.
Spannungsmessung über Widerstandsteiler.
Ja, so sehe ich das auch
Powerline-Datenübertragung dann über den größeren Transistor, was ein
N-Fet sein sollte, in Serie zu einem 56-Ohm-Widerstand.
Genau. Man sieht sogar die Verschaltung auf dem PCB.
Dazu ein beliebiger billiger Mikrocontroller. Man muss halt einen
nehmen, der die Temperatur messen kann.
Ja und einen AD Wandler hat für die Spannungsmessung. Und vielleicht noch einen Komparator wenn man eine Modulation messen will. Das sind keine hohen Anforderungen an einen 0815 Mikrocontroller.
Einen Rückkanal sehe ich nicht.
Es könnte eine Leiterbahn als Widerstand auf der Rückseite der Platine sein. Damit könnte man eine Strommodulation messen. Aber ich glaube es nicht. Vermutlich ist kein Rückkanal vorgesehen.
Sunsniffer schreibt, dass sie nur alle
30 Sekunden was übertragen. Kollisionsvermeidung lohnt sich da auch
nicht.
Stimme zu
Alles auf einer einseitigen Platine, das geht auf jeden Fall für unter
5€, selbst in Hobby-Stückzahlen.
Meine ich auch
Die Auswerteseite ist vermutlich viel spannender. Mit den 56 Ohm und dem
Kennlinienfeld eines zufällig herausgegriffenen PV-Moduls erwarte ich
eine Spannungsmodulation von ca. 10V.
Mir ist gerade nicht klar wie du auf eine Spannungsmodulation von 10V kommst.
Ich würde eher eine Strommodulation erwarten. Angenommen ein PV Modul liefert 50V und der 56Ohm Widerstand wird per FET kurz zwischen die Leitungen geklemmt, dann fliest da ein Strom von ca. 1 A. Diese Strommodulation kann man mit einem Shunt messen.
Das ist schon recht deutlich, aber
man muss schauen, wie viel davon noch durch den Wechselrichter
weggebügelt wird bzw. wie man das verhindert.
Ich sehe nicht wie der Wechselrichter da was wegbügeln würde. Der MPPT Tracker arbeitet viel langsamer. Was sonst würde der Wechselrichter da an der Ausgangsspannung oder Strom des PV Strings ändern?
Und die Strangspannung beträgt mehrere hundert Volt. Da muss man sich auch ein paar Gedanken machen.
Wenn man mittels Shunt den Strom misst dann macht man das potentialfrei. Oder man misst gleich Induktiv oder per Hallsensor. Dann ist die Spannung zwischen den Leitungen egal.
Wenn man ein Spannungssignal messen will, dann würde man das vermutlich kapazitiv auskoppeln. Dann muss der Kondensator eine entsprechende Spannungsfestigkeit haben.
Ich würde eher eine Strommodulation erwarten. Angenommen ein PV Modul
liefert 50V und der 56Ohm Widerstand wird per FET kurz zwischen die
Leitungen geklemmt, dann fliest da ein Strom von ca. 1 A. Diese
Strommodulation kann man mit einem Shunt messen.
Das ist schon recht deutlich, aber
man muss schauen, wie viel davon noch durch den Wechselrichter
weggebügelt wird bzw. wie man das verhindert.
Ich sehe nicht wie der Wechselrichter da was wegbügeln würde. Der MPPT
Tracker arbeitet viel langsamer. Was sonst würde der Wechselrichter da
an der Ausgangsspannung oder Strom des PV Strings ändern?
Bzgl. der Schaltung sind wir uns ja einig, es geht eher um die Funktionsinterpretation.
Mein erster Gedanke war auch 50V, 56Ohm, ~1A. Aber: wo kommt denn der zusätzliche Strom denn her? Aus dem PV-Modul, dem die Schaltung parallel geschaltet ist. Und dann sinkt dessen Spannung.
Kann ich das grob abschätzen?
Der Strang-Strom ändert sich nicht. Der zusätzliche Strom durch den 56Ohm-Widerstand muss zusätzlich vom PV-Modul erzeugt werden.
Dazu habe ich ein Datenblatt des erstbesten PV-Moduls im Internet gesucht und das I-U-Diagramm angeschaut. Die Steigung im linearen Bereich habe ich grob mit 200mA/25V abgelesen, womit sich ein Modul-Innenwiderstand von Ri=125Ohm ergibt.
Ich habe den zusätzlich erzeugten Strom mit dem Strom durch den Modulations-Widerstand Rm gleichgesetzt und kam für die neue Modulspannung auf den Zusammenhang U = U0 * Rm / (Ri+Rm).
Mit der Ausgangsspannung U0 = MPP-Spannung, angenommen 35V, und diesmal korrekt eingesetzten Widerständen komme ich darauf, dass sich die Spannung sogar auf, nicht um, 10,8V verringert. D.h. der Spannungshub ist sogar größer.
Trotzdem wird der von den Eingangskondensatoren des Wechselrichters gedämpft. In die Richtung muss das Lesegerät verdrosselt werden, was für höhere Modulationsfrequenzen spricht. Andererseits sind die Sensoren wirklich einfach aufgebaut, EMV-Probleme vermeidet man mit eher niedrigen Frequenzen.
Ein bisschen F&E müsste man schon noch investieren...
Bzgl. der Schaltung sind wir uns ja einig, es geht eher um die
Funktionsinterpretation.
Mein erster Gedanke war auch 50V, 56Ohm, ~1A. Aber: wo kommt denn der
zusätzliche Strom denn her? Aus dem PV-Modul, dem die Schaltung parallel
geschaltet ist. Und dann sinkt dessen Spannung.
Kann ich das grob abschätzen?
Der Strang-Strom ändert sich nicht. Der zusätzliche Strom durch den
56Ohm-Widerstand muss zusätzlich vom PV-Modul erzeugt werden.
Dazu habe ich ein Datenblatt des erstbesten PV-Moduls im Internet
gesucht und das I-U-Diagramm angeschaut. Die Steigung im linearen
Bereich habe ich grob mit 200mA/25V abgelesen, womit sich ein
Modul-Innenwiderstand von Ri=125Ohm ergibt.
Ich habe den zusätzlich erzeugten Strom mit dem Strom durch den
Modulations-Widerstand Rm gleichgesetzt und kam für die neue
Modulspannung auf den Zusammenhang U = U0 * Rm / (Ri+Rm).
Mit der Ausgangsspannung U0 = MPP-Spannung, angenommen 35V, und diesmal
korrekt eingesetzten Widerständen komme ich darauf, dass sich die
Spannung sogar auf, nicht um, 10,8V verringert. D.h. der Spannungshub
ist sogar größer.
Ich hab mir die Verschaltung mal aufgemalt. Und ja ich denke du hast recht. Die Spannung des Strings wird moduliert. Die Größenordnung von 10V kommt hin. Der Strom durch den String änder sich hingegen nur gering. Da spielt es keine Rolle dass ein Teil des Stromes kurzfristig über den Widerstand fliesst.
Müsste ich mal per LTspice simulieren. Da sieht man dann genau, was passiert.
Ein bisschen F&E müsste man schon noch investieren...
Der Strangstrom fließt nach wie vor durch das Modul.
Durch den Widerstand fließt nur relativ wenig Strom (ca. 200mA), weil die Spannung des Moduls stark einbricht.
Dass man das nur kurz macht kommt noch dazu.
Müsste ich mal per LTspice simulieren. Da sieht man dann genau, was
passiert.
Hier kommt eine simple Simulation. Man sieht, dass das Verhalten ziemlich genau so ist, wie oben besprochen.
Wie stark die Spannung einbricht, hängt vom Innenwiderstand des PV Moduls und der Größe des Lastwiderstands ab. In der Simulation schalte ich den Widerstand 10x ein und aus.
Sieht ja erstmal gut aus, aber Obacht: wenn ich das auf dem Foto richtig sehe wird der FET über einen Serienkondensator angesteuert, also im Endeffekt ein etwas abweichenderes Bild
Ich gehe nicht davon aus, dass das einen Unterschied macht. Ich vermute, der ist da, um sicherzustellen dass der FET nicht dauerhaft durchschaltet, selbst wenn der uC hängen bleiben sollte.
Jetzt wäre interessant wie der String-Reader aufgebaut ist, damit er trotz irgendwelcher Eingangs-Cs des WR diese Spannungsmodulation sicher lesen kann
Schaut euch mal die Prinzipien von DigitalStrom an: das ist zwar für AC gedacht, schaltet aber den vollen Netzstrom auf der Senderseite KURZ. Allerdings nur unmittelbar im Nulldurchgang so daß kaum Ströme auftreten. Diese Pulse wandern als Telegramm über die Stromleitungen und können überall in der Wohnung (gleiche Phase, sonst Koppler erforderlich) empfangen werden.
War vor ca. 15 Jahren mal auf der Installateursschulung....
Wenn die Spannung null ist und der Strom dann auch, wie soll da ein
Impuls wandern?
Vielleicht hätte ich schreiben müssen: "in der Nähe" des Nulldurchgangs? Ist eine Erfindung der ETH Zürich, da hat es schöne Veröffentlichungen zum Prinzip.
Wenn die Spannung null ist und der Strom dann auch, wie soll da ein
Impuls wandern?
Vielleicht hätte ich schreiben müssen: "in der Nähe" des Nulldurchgangs?
Ist eine Erfindung der ETH Zürich, da hat es schöne Veröffentlichungen
zum Prinzip.
Du hast schon recht. Bei Wechselstrom schaltet man idealerweise im Nulldurchgang von Spannung oder Strom. Das wird z.B. bei Resonanzwandlern so gemacht. Das man das zur Datenübertragung nutzt, hab ich noch nicht gehört. Aber vorstellen kann ich mir das. Für die hier besprochene Situation hilft das aber eher wenig. Weil bei DC nur sehr selten ein Nulldurchgang auftritt ;-)
Um das Thema weiter zu bringen. Wie ist den das Lesegerät genau beschaffen?
6mm2 Leiter zur Stromdurchleitung
Spannungsmessung bis 1000 V?
Filter zur Wechselrichterseite?
Oben kam auch der Hinweis zur Kollisionserkennung. Bei mehreren Modulen darf es natürlich auch nicht passieren, dass einige gleichzeitig senden wollen.
Das Problem ist bei Digitalstrom sicherlich das gleiche.
Soll es jetzt kompatibel werden oder was eigenes? Für zweiteres bietet z.B. TI seine RS485 Transceiver mit AM-Modulator an. Viel von analog muß man dann nicht verstehen. Koppelkondensator und Spule am WR, fertig.
Aber €5 werden sicherlich ein Problem, egal wie.
Elektronik auf dem Dach ist aber generell eine Schnapsidee.
Die Schaltung für den Sensor ist oben schon beschrieben.
Selbst in Hobby-Stückzahlen ist das eine BOM <2€. In der Anschlussbox, wo auch die Bypassdioden des Moduls sind, dürfte das witterungstechnisch kein Problem sein. Das Öffnen der Anschlussbox und die Montage darin stelle ich mir schon schwieriger vor.
Für das Auslesegerät:
Man muss die Spannung nicht unbedingt messen, die messen die Module ja schon.
Strommessung bis z.B. 12A Gleichstrom ist jetzt nicht so schwierig.
Wie Sven L. oben schon schrieb kann man die Spannung mit einem Kondensator auskoppeln. Weil die Kapazität klein sein kann ist auch ein Folienkondensator >1000V billig. Eine Drossel in Richtung Wechselrichter wird etwas teurer.
Kollisionserkennung kann man mit einer Checksumme machen. Man kann auch die modulierte Spannung mit einem AD-Wandler auslesen, dann erkennt man Überlagerungen.
Kollisionsvermeidung ist imho nicht notwendig. Wenn jedes Modul nur alle 30 Sekunden eine Nachricht schickt sind die unwahrscheinlich genug.
Das wäre ein spannendes Projekt. Ich habe dafür leider keinen Bedarf. Ich habe kein Dach mehr für zusätzliche PV :-(
