ich suche eine einfache, kostengünstige, und am besten fertige Lösung für 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 übersteigen darf, da er sonst zerstört würde. 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 überschritten.
Es gibt zwar Z-Dioden mit 91 V, die halten aber die Leistung nicht direkt aus. Man müsste also einen Leistungstransistor verwenden und die Leistung dann über einen Widerstand (z.B. Glühbirne) verbraten. Dies ist mir aber alles irgendwie zu aufwändig.
Wieso zu aufwendig? Die Shunt-Ströme sind verhältnismäßig klein, denn der Innenwiderstand ist relativ hoch.
Warum tritt das Problem überhaupt 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 Hälfte bis zwei Drittel der Leerlaufspannung runter.
Noch was: Du willst mir doch nicht im Ernst erzählen, ein WR-Hersteller baut Solar-WR, die bei normalen Leerlaufspannungen, wie sie betriebsmäßig auftreten können, die Grätsche macht? Das wird sicher nicht der Fall sein, Rücksprache nehmen und dabei Schuhe mit Stahlkappen tragen.
Das Kurzschließen geht am einfachsten mit einem Thyristor - Kühlkörper ist dabei unnötig. Das Rücksetzen kann man am einfachsten mit einem dem Thyristor parallegeschalteten Relais-Arbeitskontakt machen, der bei Unterschreitung eines vorgewählten Kurzschlußstroms oder einfach periodisch (wenn danach die Leerlaufsapnnung immer noch zu hoch ist, dann zündet er eben wieder) kurz schließt und dadurch den Thyrsitor hochohmig macht (es gibt auch elektronische Alternativen (IGBT, GTO) dazu). Ich bezweifle nur die Notwendigkeit.
Das ist richtig, aber die Spezifikation des MPP-Reglers sagt nun mal dass die Spannung 100 V nicht überschreiten 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 überhaupt nicht mehr geladen wird.
Es geht aber um den Fall, dass der Laderegler von den Zellen überhaupt keine Leistung abnimmt. Da es kein Shunt-Regler ist, sondern ein MPP-Regler mit DC/DC-Wandler erreichen die Module die Leerlaufspannung.
Ich habe von einem MPP-Regler geschrieben der maximal 100 V Eingangsspannung verträgt, nicht mehr und nicht weniger. Und an diesen sollen zwei in Reihe geschaltet Dünnschichtmodule betrieben werden die eine maximale Leerlaufspannung von 96 V bei 25° C haben. Natürlich 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 Umständen, 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 Hälfte 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 Kühlkörper. Ein Relais würde wohl ziemlich schnell kaputt sein wenn es im Sekundentakt arbeitet. Ich bin deshalb eher für eine verschleißfreie Lösung.
Die Notwendigkeit 100 V am Eingang nicht zu überschreiten 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 häufiger Teilverschattung gegeben.
Ok, ungeeignetes Gerät ausgewählt, ist nicht eingangsspannungsfest. Dann mach Dir mal Gedanken über den Schutz vor Transienten, denn Solarmodule sind vergleichsweise riesige Antennen, die sämtliche LEMP-Ereignisse aus größerer 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 wäre, aus der jeweils vorhandenen Spannung durch einen Spannungswandler die jeweils benötigte Spannung zu machen, und genau das wäre die Aufgabe des MPP-Moduls. Dafür 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 verfügbare Leistung, und "teilweise Verschattung" kann nur an ungeeigneten Aufstellplätzen 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 während des relativ häufigen Umschaltens.
Die gibt es auch: Parallel zum Thyristor eine Reihenschaltung aus noch einem Thyristor und einer RC-Parallelschaltung. Wenn dieser Löschthyristor gezündet wird, dann übernimmt er zunächst den Strom des zu löschenden, dann lädt sich der Kondensator auf, und dann sinkt der Strom unter den Haltestrom, und er geht wieder aus, anschließend entlädt sich der Kondensator über den parallelen Entladewiderstand. Damit der Löschthyristor auch durchzündet, sollte an dem zu löschenden Thyristor noch ein Widerstand in Reihe liegen. Für "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 natürlich auch, denn der geeigneteste Kühlkörper für die überschüssige Verlustleistung ist das Solarmodul selbst, genau das ist der Sinn eines Kurzschlusses.
(Mit den anderen genannten Bauteilen geht es natürlich einfacher.)
Ok, bei einem Wegfall der Last wegen voller Batterie kann das Leerlaufproblem tatsächlich 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 natürlich einen entsprechenden Kühlkörper für ein paar Watt Verlustleistung) und sorgt so dafür, daß die Eingangsspannung des Reglers am Ladekondensator C die zulässige Höchstgrenze nicht überschreitet. Durch L fließt dabei im wesentlichen Gleichstrom, man kann am Eingang aus EMV-Gründen aber noch einen Entstörkondensator parallelschalten (ca. 1 nF). Die Ansteuersignale für S sollten sich eigentlich aus dem Regler rausholen lassen.
Es ist aber eine Krücke - an sich hat der Regler mit der höchstmöglichen Eingangsspannung selber fertigwerden zu können.
Es ist das Gerät mit dem weitesten Spannungsbereich. Es gibt kein anderes.
Es gibt leider keine MPP-Regler zum Laden von Batterien, die aufwärts wandeln. Und mehrere Wandler hintereinander verschlechtern die Wirkungsgrad und erhöhen die Kosten deutlich.
Mit ungeeigneten Aufstellplätzen muss man bei einem Wohnmobil leben. Da steht oft zeitweise ein Baum im Weg. Und nur die Hälfte der Leistung zu bekommen statt nahezu 0 ist dann immer noch besser.
Das hätte ich auch gedacht. Aber tatsächlich 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 für den Schaden selbst tragen.
Das gefällt mir nicht so, da der Transistor in den Strompfad eingeschleift ist und so als Längsregler im Normalbetrieb ständig einen Verlust verursacht. Da gefällt mir die Schaltung unter
Was ist denn daran bitte aufwändig? Der Fall tritt höchstens bei extremer Kälte und im Leerlauf auf. Bei ein bischen Belastung bricht die Spannung schnell ein, so dass die 50 W wahrschenlich nie real verheizt werden. Die Kälte hilft beim Kühlen und Kühlkörper braucht niemand, um 50 W loszuwerden, dafür gibt es Leuchtobst, das das ziemlich locker ohne Kühlkörper kann. Du kennst die Spannung, die anliegen wird, und den maximalstrom auch, also kannst Du eine Lampe aussuchen, die dann gemütlich vor sich hin glimmt...
Du brauchst also eine Z-Diode (oder mehrere in Reihe) und einen Transistor (Darlington wohl) und das passende Glühobst, das bei dem zu erwartenden Strom auch genügend Spannung abfallen lässt. Alternativ zum Glühonbst wäre auch Heizdraht vom Toaster/Haartrockner...
Hast Du so eine riesige Solarfläche? Du musst ja nie die Maximalleistung verheizen, da Dein MPP wohl kaum auch über die 90V ansteigen wird sondern 10-30% unter der Leerlaufspannung liegt.
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Für 50W reichen 2 BD651 auf einem Kühlkörper im Winter locker aus. Allerdings braucht es bei Parallelschaltung noch zwei kleine Emitterwiderstände. Also als Shuntregler:
1 Z-Diode
2 Transistoren
2 Widerstände 1Ohm 2 Watt
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 Netzgerät. 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 aushällt.
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.
Deine Schaltung ist mit Komplementärdarlington gelöst. Einfacher gehts es mit einem fertigen Darlington Leistungstransistor und Diode. Da spart man sich ein paar Bauteile. Beide Varianten haben Vor- und Nachteile.
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.
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