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Alternative Fotovoltaik?
#1
Zwar haben wir schon einen Thread über Fotovoltaik, aber mir persönlich gefällt das dortige Nachkauen bekannter Wege nicht.

Zuerst mal bin ich ganz fasziniert von der Kennlinie meiner kleinen Solarzelle, die offensichtlich aus einem Taschenrechner stammt. Bei konstant einfallendem Licht zeigt sie folgendes Verhalten.

[Bild: 1_solar2.png]

Leider sind sowohl die Spannungs- als auch die Stromkennlinie nicht derart unlinear, dass man aus einer oder aus der anderen allein den Punkt der maximalen Leistungsentnahme sicher bestimmen könnte.

Wenn man nicht genau Bescheid weiß, sollte man aus der Zelle möglichst keinen allzu hohen Strom entnehmen, denn es ist laut Diagramm besser, wenn man die Zelle links vom Leistungsmaximum betreibt, weil dort der Leistungsabfall recht flach verläuft.

Um die Zelle aber optimal ausbeuten zu können, wird man beide Parameter Spannung und Strom im Auge halten müssen. Diesen Weg will ich in diesem Thread beschreiten. Das erste Ziel soll sein, die Solarzelle im Punkt maximaler Leistungsentnahme zu betreiben.

--------

Weiterhin wissen wir, dass die Reihenschaltung von Solarzellen Scheiße ist. Nur eine einzige abgeschattete Einzelzelle lässt die Abgabeleistung des gesamten Moduls überproportional einbrechen. Die Überbrückung der Zellen mit Inversdioden ist nicht gerade elegant.

Eleganter wäre die Entwicklung vieler kleiner Spannungswandler, die jeweils nur von wenigen Einzelzellen versorgt werden. Wenn diese Spannungswandler einen Stromausgang haben (z.B. Sperrwandler), so kann man sie ausgangsseitig mühelos zusammenschalten und mit dem Gesamtstrom beispielsweise Akkus aufladen.

Die Spannungswandler sollten weiterhin zentral steuerbar sein, wodurch deren Ausgang stromfrei wird.
 
#2
Damit wir rumsimulieren können, benötigen wir erstmal ein Spice-Modell einer Solarzelle, was sich möglichst entsprechend den Messungen verhält.

Über einen Parameter muss man den Lichteinfall auf die Solarzellensimulation vorgeben können
 
#3
Ich muß jetzt mal wirklich meckern:

ist Dir schon mal aufgefallen, daß man Deinem Diagramm eigentlich nichts konkretes entnehmen kann?
Du hast Kurven für U. I und P, aber um Himmels willen, worauf beziehen die sich? Du schreibst nichts dazu unter welchen Bedingungen Du da die Werte ermittelt hast.

Achsenbeschriftung und reale Werte wären durchaus eine vernüftige Basis, auf der man aufbauend auch ein Modell basteln kann.



 
#4
Die blaue Spannungskurve ist abhängig von der Anzahl der Zellen, die in Reihe geschaltet sind. Die Spannungen an meiner Taschenrechnerzelle variierte von 2,66V bis herab zu 0,25V.

Die grüne Stromkurve ist abhängig von der Größe der jeweiligen Zellen. Bei meiner kleinen Zelle variierten die Ströme von 121uA bis hin zu 229uA.

Und die rote Kurve ist schlicht die Multiplikation der roten und der grünen Kurve.

Ich denke nicht, dass man aus einer derart kleinen Zelle ein Modell für eine große Zelle hochrechnen kann. Daher mit Absicht keine genauen Zahlenwerte sondern nur die Tendenzen.

 
#5
trotzdem wäre eine Achsenbeschriftung nicht schlecht. Ich glaube nämlich nicht, daß bei 5 Zellen der Strom am kleinsten ist. Irgendwie ist das auch unbrauchbar, wenn Du hierbei für unterschiedliche Zellenzahlen die Werte eingetragen hast.
Wie auch im Wikidiagramm sollte mit konstanter Zellenzahl und Einstrahlung die Last von Kurzschluß bis Leerlauf im Diagramm erscheinen.

Prinzipiell verhält sich eine kleine Zelle wie eine große. Auch die kleine ist ja eine Parallelschaltung aus unheimlich vielen infiniten Zellen.
 
#6
Zitat:Original geschrieben von Gerd
Irgendwie ist das auch unbrauchbar, wenn Du hierbei für unterschiedliche Zellenzahlen die Werte eingetragen hast.

Mein Modul hat 4 Zellen in Reihe. Ich habe nur eingetragen, was dieses Modul an Spannung und Strom rausgegeben hat. Dabei hab ich allerdings dafür gesorgt, dass ich keine Messfehler mach (z.B. Innenwiderstand des Amperemeters). Aus diesem Grund konnte ich auch keine Angabe des Kurzschlussstromes geben, denn ich habe kein Messinstrument mit 0 Ohm Innenwiderstand. Und selbst wenn ich es hätte, so hätte ich zumindest keinen Verbraucher, der diesen Innenwiderstand hat.

 
#7
hab zwar keine solarzellen...aber:


Big Grin
https://stromrichter.org/d-amp/content/i...6-test.asc
https://stromrichter.org/d-amp/content/i...olar36.asy
https://stromrichter.org/d-amp/content/i...olar36.asc
    Don't worry about getting older.  You're still gonna do dump stuff...only slower
 
#8
Zitat:Original geschrieben von alfsch

hab zwar keine solarzellen...aber:


Big Grin
https://stromrichter.org/d-amp/content/i...6-test.asc
]https://stromrichter.org/d-amp/content/images/18_solar36.asy
https://stromrichter.org/d-amp/content/i...olar36.asc

beim Symbol warnt mich mein Browser "Verdacht auf betrugsversuch" mit einer recht eigenartigen url ???
 
#9
und beim erneuten Versuch quatscht mich eine Amber an ???

Wahrscheinlich spinnt servi mal wieder. Oder gibt es die .asy-Datei nicht?
 
#10
jup, servi unschuldig überrascht

fehler sitzt vor der tastatur misstrau

korrigiert.
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#11
Wow! Super! überrascht
 
#12
Alfschs Solargenerator simuliert glaubhafte Kurven:

[Bild: 1_solar3.png]
 
#13
Zitat:Original geschrieben von alfsch

jup, servi unschuldig überrascht

Danke!

na ja, so unschuldig ist sie auch nicht. Leitet auf verdächtige urls um , statt einfach mitzuteilen, daß die datei nicht da ist. Und erschreckt die Leute mit Amber, so ein Eliza-Verschnitt mit brünettem avatar, der einfach so zu sprechen beginnt.
 
#14
Beachtet mal, wie genau Alfschs Simulation (blaue Stromkurve) und meine Messungen (grüne Stromkurve) zusammenpassen. Ausgehend vom Maximalstrom biegt sich die Kurve nach unten und flacht dann wieder ab (was allerdings in beiden Fällen nur zu erahnen ist).

Sehr gutes Modell, Alfsch! überrascht
 
#15
Da passt noch mehr zusammen: Alfsch erzielt mit 36 Zellen fast 20V und ich erziele mit 4 Zellen 2,66V. Und nahe dem Kurzschluss sacke ich auf 0,25V zusammen und Alfsch auf 4V.

Extrem gutes Modell, Alfsch! überrascht überrascht überrascht
 
#16
Zitat:Sehr gutes Modell, Alfsch!
is von master Sennewald himself...
btw ...zb...
http://groups.google.com/group/de.sci.el...e90d?pli=1

Zitat:na ja, so unschuldig ist sie auch nicht.
...wie alle weiber halt... misstrau
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#17
Zitat:Original geschrieben von alfsch
Zitat:na ja, so unschuldig ist sie auch nicht.
...wie alle weiber halt... misstrau

hmm... von folgendem Spruch distanziere ich mich hiermit ausdrücklich:

"Schlage jeden Morgen Deine Frau, auch, wenn Du nicht weißt, warum.
Sie weiß es..."
 
#18
Zitat:Original geschrieben von alfsch
Zitat:Sehr gutes Modell, Alfsch!
is von master Sennewald himself...

Aber ich hätte es Dir auch zugetraut! Wink Obwohl so ist es noch besser.

Sennewalds Simulation, Wikipedias "Ungemessenes" (lt. Gerd) und meine Messungen bringen die gleichen Kurven. Drei unabhängige Quellen und Ansätze, drei gleiche Ergebnisse. Das genügt der wissenschaftlichen Sorgfaltspflicht... Wink

-----

Zurück zum Thema:

wir müssen also Spannung und Strom (genau) messen und miteinander multiplizieren, weil wir nur so sicher sagen können, ob wir uns auf dem Leistungsmaximum der Zelle befinden.

Und wir wissen, dass wir die Solarzelle mit einem Gleichstrom belasten müssen, wenn wir den Wirkungsgrad hoch halten wollen. Vor dem Wandler mit seinen unvermeidlichen Impulsströmen brauchen wir also zwingend einen genügend großen Blockkondensator.

Aber müssen wir den Strom wirklich "messen"? Strommessungen sind nie elegant. Bei bekannter Blockkondensatorspannung (die kann man messen), bekannter Sperrwandler-Spule und bekanntem MOS-Schalter kann ich den mittleren Wandler-Strom auch errechnen, denn der Strom ergibt sich direkt aus den Wandler-Timings. Diese Timings müssen wir halt so justieren, dass die Solarzelle die maximale Leistung an den Wandler abgibt.



 
#19
Zitat:Aber ich hätte es Dir auch zugetraut!
..danke danke Smile
btw : ehemaliger kollege sagte immer: man darf ruhig zu doof sein, um ein problem zu losen....solange man weis, wo man die lösung suchen muss Wink

zum solar-regler:
wenn man etwas hirn einbaut (avr, cpu...wie auch immer) konnte folgendes doch reichen:
# gemessen wird zellen-spg.
# der regler macht 0 ---> immer längere lade-pulse , bis zellen-spg absinkt
# dazu wird der akku-ladestrom gemessen / oder aus pulsdauer+spg berechnet
# maximum der leistung wird iterativ gesucht, dh regler pendelt dauernd ums aktuelle maximum

?
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#20
Zitat:Original geschrieben von Rumgucker
Sennewalds Simulation, Wikipedias "Ungemessenes" (lt. Gerd) und meine Messungen bringen die gleichen Kurven. Drei unabhängige Quellen und Ansätze, drei gleiche Ergebnisse. Das genügt der wissenschaftlichen Sorgfaltspflicht... Wink

in der tat ist das wiki-Diagramm schrott. Die Leistungskurve geht rechts über den Leerlauffall hinaus in negative Leistungen, das geht so nicht, genausowenig, wie die negative Leistung unter 0 Volt.
Die Zelle polt sich nicht einfach um und liefert bei wemniger Licht negativen Strom! Die Ordinate ist nach oben mit zunehmendem Strom und zunehmender Leistung beschriftet, die Stromkurve beginnt aber mit Kurzschluß in negativer Richtung! Die prinzipiellen Verläufe sind in Ordnung, müßte halt nur mal richtig gezeichnet werden..

Zitat:wir müssen also Spannung und Strom (genau) messen und miteinander multiplizieren, weil wir nur so sicher sagen können, ob wir uns auf dem Leistungsmaximum der Zelle befinden.

oder eben einen Regler einfach auf maximalen Akkuladestrom regeln. Dann ergibt sich, wegen nahezu konstanter Akkuspannung maximale Leistung für die Ladung, und eben auch maximale Leistungsentnahme aus dem Modul. Das ist ja Deine geniale Idee, einfach weitergedacht..

Zitat:Und wir wissen, dass wir die Solarzelle mit einem Gleichstrom belasten müssen, wenn wir den Wirkungsgrad hoch halten wollen. Vor dem Wandler mit seinen unvermeidlichen Impulsströmen brauchen wir also zwingend einen genügend großen Blockkondensator.

bei getaktetem Regler muß der nicht so groß ausfallen.

Zitat:Aber müssen wir den Strom wirklich "messen"? Strommessungen sind nie elegant. Bei bekannter Blockkondensatorspannung (die kann man messen), bekannter Sperrwandler-Spule und bekanntem MOS-Schalter kann ich den mittleren Wandler-Strom auch errechnen, denn der Strom ergibt sich direkt aus den Wandler-Timings. Diese Timings müssen wir halt so justieren, dass die Solarzelle die maximale Leistung an den Wandler abgibt.

viel zu kompliziert, das ergibt sich alles von selbst, wenn man auf maximalen Akkustrom regelt. s.o.