LeistungsfÀhige DC-Spannungsbegrenzung bei 95 V gesucht

Hallo,
ich suche eine einfache, kostengĂŒnstige, und am besten fertige Lösung fĂŒr eine Spannungsbegrenzung bei ca. 95 V und mit einer Gesamtleistung
von etwa 50 W.
Diese Spannungsbegrenzung soll auf der Solarzellenseite eines MPP-Ladereglers eingesetzt werden, dessen Eingangsspannung 100 V keinesfalls ĂŒbersteigen darf, da er sonst zerstört wĂŒrde. Die in Reihe geschalteten Solarzellen haben bei 25° C zwar nur maximal etwa 92 V Leerlaufspannung. Bei -20° C wird diese aber wegen des Temperaturkoeffizienten deutlich ĂŒberschritten.
Es gibt zwar Z-Dioden mit 91 V, die halten aber die Leistung nicht direkt aus. Man mĂŒsste also einen Leistungstransistor verwenden und die Leistung dann ĂŒber einen Widerstand (z.B. GlĂŒhbirne) verbraten. Dies ist mir aber alles irgendwie zu aufwĂ€ndig.
Hat jemand eine Idee?
Danke, Emil
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Wieso zu aufwendig? Die Shunt-Ströme sind verhĂ€ltnismĂ€ĂŸig klein, denn der Innenwiderstand ist relativ hoch.
Warum tritt das Problem ĂŒberhaupt auf? Die Leerlaufspannung kann nur im Leerlauf auftreten, wenn also der Wechselrichter die Module nicht belastet. Dann könnte man aber auch einfach den Eingang auftrennen oder (billiger) kurzschließen. Wenn der WR arbeitet, zieht er die Spannung sowieso auf die HĂ€lfte bis zwei Drittel der Leerlaufspannung runter.
Also: Take it easy!
Gruß aus Bremen Ralf
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begin quoting, "Ralf . K u s m i e r z" schrieb:

Noch was: Du willst mir doch nicht im Ernst erzĂ€hlen, ein WR-Hersteller baut Solar-WR, die bei normalen Leerlaufspannungen, wie sie betriebsmĂ€ĂŸig auftreten können, die GrĂ€tsche macht? Das wird sicher nicht der Fall sein, RĂŒcksprache nehmen und dabei Schuhe mit Stahlkappen tragen.

Das Kurzschließen geht am einfachsten mit einem Thyristor - KĂŒhlkörper ist dabei unnötig. Das RĂŒcksetzen kann man am einfachsten mit einem dem Thyristor parallegeschalteten Relais-Arbeitskontakt machen, der bei Unterschreitung eines vorgewĂ€hlten Kurzschlußstroms oder einfach periodisch (wenn danach die Leerlaufsapnnung immer noch zu hoch ist, dann zĂŒndet er eben wieder) kurz schließt und dadurch den Thyrsitor hochohmig macht (es gibt auch elektronische Alternativen (IGBT, GTO) dazu). Ich bezweifle nur die Notwendigkeit.
Gruß aus Bremen Ralf
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On Tue, 26 May 2009 21:29:21 +0200, "Ralf . K u s m i e r z"

Ich habe von einem MPP-Regler geschrieben der maximal 100 V Eingangsspannung vertrĂ€gt, nicht mehr und nicht weniger. Und an diesen sollen zwei in Reihe geschaltet DĂŒnnschichtmodule betrieben werden die eine maximale Leerlaufspannung von 96 V bei 25° C haben. NatĂŒrlich kann man an dem MPP-Regler auch nur ein Modul anschließen und dann kommt man auhc mit 46 V aus. Dies hat aber den Nachteil, dass unter UmstĂ€nden, z.B. bei Teilverschattung die MPP-Spannung von 33 V zusammen mit der Temperatur von 80° C nicht mehr ausreicht um die Batterie richtig voll zu laden. Deshalb werden eben die beiden Module in Reihe geschaltet. Durch die Bypass-Dioden an jeder Zelle kann etwa die HĂ€lfte der Zellen verschattet sein und man immer noch ausreichend Spannung zum Laden.

Damit die Leerlaufspannung unter den 100 V bleibt muss man dauerhaft eventuell einige 10 W verbraten. Das geht in der Regel nicht ohne KĂŒhlkörper. Ein Relais wĂŒrde wohl ziemlich schnell kaputt sein wenn es im Sekundentakt arbeitet. Ich bin deshalb eher fĂŒr eine verschleißfreie Lösung.

Die Notwendigkeit 100 V am Eingang nicht zu ĂŒberschreiten ist durch die Spezifikation des MPP-Ladereglers und die Auskunft des Herstellers gegeben. Die Notwendigkeit so nahe an diese Spannung ran zu gehen ist durch die Spezifikation der Solarmodule und durch den Einsatzzweck mit hĂ€ufiger Teilverschattung gegeben.
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Ok, ungeeignetes GerĂ€t ausgewĂ€hlt, ist nicht eingangsspannungsfest. Dann mach Dir mal Gedanken ĂŒber den Schutz vor Transienten, denn Solarmodule sind vergleichsweise riesige Antennen, die sĂ€mtliche LEMP-Ereignisse aus grĂ¶ĂŸerer Entfernung einsammeln. LC-Filter könnten helfen. Lassen sich die "100 V" vielleicht noch "gesundbeten"?

Das Argument kann ich nun nicht nachvollziehen, da es am einfachsten wĂ€re, aus der jeweils vorhandenen Spannung durch einen Spannungswandler die jeweils benötigte Spannung zu machen, und genau das wĂ€re die Aufgabe des MPP-Moduls. DafĂŒr ist es im Prinzip egal, ob die Module in Reihe oder mit jeweils einem eigenen Wandler parallel geschaltet sind.

Nicht die Spannung interessiert, sondern die verfĂŒgbare Leistung, und "teilweise Verschattung" kann nur an ungeeigneten AufstellplĂ€tzen auftreten.

Ein Thyristor als Kurzschlußschalter nimmt (fast) gar keine Leistung auf: Im ausgeschalteten Zustand ist die Leistung wegen des verschwindenden Stroms Null, und im eingeschalteten wegen der (fast) verschwindenden Spannung. Thyristoren erzeugen eine merkliche Verlustleistung nur wĂ€hrend des relativ hĂ€ufigen Umschaltens.

Die gibt es auch: Parallel zum Thyristor eine Reihenschaltung aus noch einem Thyristor und einer RC-Parallelschaltung. Wenn dieser Löschthyristor gezĂŒndet wird, dann ĂŒbernimmt er zunĂ€chst den Strom des zu löschenden, dann lĂ€dt sich der Kondensator auf, und dann sinkt der Strom unter den Haltestrom, und er geht wieder aus, anschließend entlĂ€dt sich der Kondensator ĂŒber den parallelen Entladewiderstand. Damit der Löschthyristor auch durchzĂŒndet, sollte an dem zu löschenden Thyristor noch ein Widerstand in Reihe liegen. FĂŒr "einige 10 W" (sagen wir: 50) an 100 V braucht man z. B. ca. 200 Ohm. Und wo liegt nun das Problem, einen entsprechenden Lastwiderstand aus ein bißchen Widerstandsdraht zusammenzubasteln?
Ein viel kleinerer Widerstand, an dem nur wenige Volt abfallen, tut es natĂŒrlich auch, denn der geeigneteste KĂŒhlkörper fĂŒr die ĂŒberschĂŒssige Verlustleistung ist das Solarmodul selbst, genau das ist der Sinn eines Kurzschlusses.
(Mit den anderen genannten Bauteilen geht es natĂŒrlich einfacher.)

Ok, bei einem Wegfall der Last wegen voller Batterie kann das Leerlaufproblem tatsÀchlich auftreten. An sich ist die Lösung dann naheliegend:
+ o-----||||||-----*------|>|-------*------o Regler L | D | | | S / C ----- / ----- - | | | 0 o----------------*----------------*------o Regler
Der (elektronische) Schalter S schließt angesteuert von einer Pulsweitenregelung den Modulstrom periodisch kurz (hochfrequent; der braucht dann natĂŒrlich einen entsprechenden KĂŒhlkörper fĂŒr ein paar Watt Verlustleistung) und sorgt so dafĂŒr, daß die Eingangsspannung des Reglers am Ladekondensator C die zulĂ€ssige Höchstgrenze nicht ĂŒberschreitet. Durch L fließt dabei im wesentlichen Gleichstrom, man kann am Eingang aus EMV-GrĂŒnden aber noch einen Entstörkondensator parallelschalten (ca. 1 nF). Die Ansteuersignale fĂŒr S sollten sich eigentlich aus dem Regler rausholen lassen.
Es ist aber eine KrĂŒcke - an sich hat der Regler mit der höchstmöglichen Eingangsspannung selber fertigwerden zu können.
Gruß aus Bremen Ralf
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On Wed, 27 May 2009 14:43:57 +0200, "Ralf . K u s m i e r z"
Es ist das GerÀt mit dem weitesten Spannungsbereich. Es gibt kein anderes.

Es gibt leider keine MPP-Regler zum Laden von Batterien, die aufwÀrts wandeln. Und mehrere Wandler hintereinander verschlechtern die Wirkungsgrad und erhöhen die Kosten deutlich.

Mit ungeeigneten AufstellplÀtzen muss man bei einem Wohnmobil leben. Da steht oft zeitweise ein Baum im Weg. Und nur die HÀlfte der Leistung zu bekommen statt nahezu 0 ist dann immer noch besser.

Das hĂ€tte ich auch gedacht. Aber tatsĂ€chlich existiert am Eingang keinerlei Schutzschaltung. Ich habe einen weiteren Hersteller kontaktiert, dessen Laderegler nur bis 95 V geht, und bei dem ist das genauso. Sie Schreiben die Grenzen einfach in die Spezifikation und der Nutzer hat diese einzuhalten. Tut er das nciht muss er die Kosten fĂŒr den Schaden selbst tragen.
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"Emil Naepflein" schrieb

Mir wĂŒrde dabei als erstes in den Sinn kommen, spannungsabhĂ€ngig (mit genĂŒgend großer Schaltschwelle) die Module paralell / in Reihe zu schalten.
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On Tue, 26 May 2009 17:51:18 +0200, "Ralf . K u s m i e r z"

Das ist richtig, aber die Spezifikation des MPP-Reglers sagt nun mal dass die Spannung 100 V nicht ĂŒberschreiten darf da er sonst zerstört wird. Ich habe keine Lust mehrere 100 Euro einfach so zum Fenster raus zu werfen.

Es ist so, dass es kein Wechselrichter ist sondern ein Laderegler. Die Batterie kann ganz voll sein und der Strom dann sehr gering. Auch nach dem Übergang von Absorptions- auf Erhaltungsladung kann die Leerlaufspannung anliegen, da in diesem Moment ĂŒberhaupt nicht mehr geladen wird.

Es geht aber um den Fall, dass der Laderegler von den Zellen ĂŒberhaupt keine Leistung abnimmt. Da es kein Shunt-Regler ist, sondern ein MPP-Regler mit DC/DC-Wandler erreichen die Module die Leerlaufspannung.
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Emil Naepflein schrieb:

Genau die. Leistungstransistor, Z-Diode, KĂŒhlkörper. Z-Diode zwischen Basis und Kollektor löten. Dann hast Du Deine Leistungs-Z-Diode.
Alternativ kann man in den Kollektor noch die GlĂŒhbirne einschleifen, dann wird die Auslegung aber schwieriger.
Wieviel Watt mĂŒssen denn insgesamt verheizt werden?
Was fertiges kenne ich auch nicht.
Michael
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ca. 50 W
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Emil Naepflein schrieb:

Hast Du so eine riesige SolarflĂ€che? Du musst ja nie die Maximalleistung verheizen, da Dein MPP wohl kaum auch ĂŒber die 90V ansteigen wird sondern 10-30% unter der Leerlaufspannung liegt. http://www.elektrotechnik.hs-magdeburg.de/Mitarbeiter/beyer/vorlesun/REII/Auszug_II_Dipl_Jakobides.pdf
FĂŒr 50W reichen 2 BD651 auf einem KĂŒhlkörper im Winter locker aus. Allerdings braucht es bei Parallelschaltung noch zwei kleine EmitterwiderstĂ€nde. Also als Shuntregler: 1 Z-Diode 2 Transistoren 2 WiderstĂ€nde 1Ohm 2 Watt
Michael
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Emil Naepfleinschrieb: "

Also die Idee mit der Z-Diode und dem Transistor scheint mir schon die einfachste Methode zu sein
BD651 (Darlington) ----o------- --------------- | \ ^ | --- | ___ | '-|___|--o | | z A 91V | ------------o--------------- (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
KĂŒhlkörper brauchst du aber dennoch (<=5°C/W). Bei -20°C ca. 10W passiv abzufĂŒhren, ist aber kein Problem.
Dirk
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Das gefÀllt mir nicht so, da der Transistor in den Strompfad eingeschleift ist und so als LÀngsregler im Normalbetrieb stÀndig einen Verlust verursacht. Da gefÀllt mir die Schaltung unter http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm besser.
Danke, Emil
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Emil Naepflein schrieb:

Ist das gleiche, wie ich meine, nur mit mehr Bauteilen. Man darf allerdings den Temperaturkoeffizienten der Z-Diode nicht vernachlÀssigen.
Michael
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wrote:

Nein, das ist schon etwas anderes. Denn hier wird wie bei einem Crowbar einfach kurzgeschlossen und im Kurzschluss die Spannung nach unten gezogen, nur etwas sanfter. Man beachte dass das nur mit Strombegrenzung funktioniert, im Beispiel ein NetzgerÀt. In meinem Fall ist es das Solarmodul das nur einen begrenzten Strom liefert.
Bei der Solarzelle ist es nötig soviel Strom abzuleiten dass die Spannung entlang der Kennlinie auf jeden Fall unterhalb der 100 V bleiben.
Ich werde aber das Thema nicht mehr weiter verfolgen. Ich habe inzwischen einen Laderegler aufgetrieben der 150 V aushÀllt.
Danke, Emil
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Emil Naepflein schrieb:

Es ist das gleiche. Wird die Z-Diode leitend, dann wird der Transistor aufgesteuert. Weil dann die Solarzellenspannung sinkt, sinkt der Strom durch die Z-Diode und der Transistor macht wieder etwas weiter zu.
Ein Crowbar schaltet hart durch und bleibt durchgeschaltet, bis der Strom weg ist, das ist was ganz anderes.
Michael
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So, ich habe diesen Thread soeben mal durchgelesen. Es gibt unter meinen Elektronik-Minikursen des ELektronik-KOmpendium "das ELKO" beides:
"Die Power-Zenerdiode aus Zenerdiode und Transistor" http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm
    Dieser Inhalt eignet sich zur Loesung des vorliegenden     Problems. Man muss die Bauteile umdimensionieren.
    Wenn es praeziser sein soll, kann man anstelle der Z-Diode     eine zusaetzliche Schaltung mit einer Bandgap-Referenz     einschleusen.
    Ich werde mich fuer ein Update dieses Elektronik-Minukurses     eine solche Zusatzloesung ausdenken.
    Wie erfaehrt man von einer Erneuerung? Ganz einfach, in dem     man den Newsletter von "das ELKO" abonniert:     http://www.elektronik-kompendium.de/ (siehe oben rechts)          Aktueller und aeltere ELKO-Newsletter:     http://www.elektronik-kompendium.de/service/newsletter/index.htm      "Thyristor-Crowbar: Mit der Brechstange gegen zuviel Spannung!" http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/crowbar.htm Gruss     Thomas
--
ELKO-Buecher ueber Opamp, Instrumentation-Amplifier und Timer-555:

http://www.elektronik-kompendium.de/shop/buecher/operationsverstaerker-und-instrumentationsverstaerker
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Hallo Thomas,

Deine Schaltung ist mit KomplementÀrdarlington gelöst. Einfacher gehts es mit einem fertigen Darlington Leistungstransistor und Diode. Da spart man sich ein paar Bauteile. Beide Varianten haben Vor- und Nachteile.
Michael
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Richtig. Da ich auch einen Minikurs ueber Komplementaerdarlington habe, siehe Link nach dem Text im Minikurs, habe ich diese Methode genutzt, aber nicht nur deswegen...
Diese Methode hat den Vorteil, dass nur eine Basis-Emitter-Schwellenspannung zur Z-Diode addiert werden muss. Nicht nur deswegen ist der Uebergang vom nicht- ind den leitenden Zustand etwas steiler, weil die verstaerkende Wirkung von T1 mit hineinspielt.

Man braucht noch mindenstens die Z-Diode und ebenfalls einen Widerstand zwischen Basis des integrierten NPN-Darlington nach GND, weil sonst der Uebergang zwischen nicht- und leitendem Zustand sehr schleichend ist.

Das stimmt.
Danke fuer Deine Aufmerksamkeit. :-)
Gruss     Thomas
--
ELKO-Buecher ueber Opamp, Instrumentation-Amplifier und Timer-555:

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Hallo Thomas,

Der ist in manchen fertigen Darlintons schon integriert.
Michael
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