Forum für Camper-Selbstausbauer!

Für angedachte, geplante, halbfertige und fertige Wohnmobilausbauten.

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#1
Bei handelsüblichen MPPT Solarladereglern stößt man immer wieder auf das Problem der Mindestspannung der Solarmodule. Liegt die Modulspannung unterhalb der Batteriespannung + eines Offsets (z.B. 1-5V), so lädt der MPPT die Batterie nicht. Das ist schon bei der Auslegung der Anlage hinderlich, spätestens aber, wenn die Module 'mal nicht so gut beleuchtet sind.

Der Grund für diese Spannungsschwelle liegt im Design der MPPT: fast ausschließlich werden sie als Buck (= Step-Down) Converter gebaut, können also nur von der Modulspannung auf die Ladespannung herunterregeln und nicht umgekehrt. Als Kombi - sogenannte Buck-Boost (Step Down+Up) Converter - gäbe es diese unpraktische Mindestschwelle der Batteriespannung überhaupt nicht. Warum gibt es also kaum MPPTs mit Buck-Boost Convertern in angebotenen Produkten? Der Wirkungsgrad von Buck-Boost Convertern ist ja nur minimal schlechter als bei einem reinen Buck Converter, aber selbst 10% Verluste wären verschmerzbar, wenn man stattdessen vom ersten bis zum letzten Sonnenstrahl alles nutzen kann.
#2
Bei wenig Licht (und geringer Solarspannung) ist die Solarzelle relativ hochohmig.
D.h. mangels Strom wäre eine mögliche Leistungsabgabe nur sehr gering.
Für diesen nahezu "null-Effekt" lohnt der zusätzliche Schaltungsaufwand nicht, zumal ein "Universalregler" dann Nachteile im durchaus lohnenden oberen Spannungsbereich hätte.

Gruß Manfred
#3
Die Frage ist eher, warum gibt es überhaupt Buck/Boost-Solarregler? (Ja, irgendwann hatte ich auch mal so ein Teil gesehen.)

Eine Solarzelle ist keine Spannungs- sondern eine Stromquelle. Die Spannung ist "eingeprägt", d. h. sie ändert sich kaum mit wechselnder Beleuchtungsstärke. Das einzige, das sich nennenswert ändert, ist der Strom, den die Solarzelle liefern kann, je nach Lichteinfall.
Du bekommst also bei schwachem Licht noch nahezu die gleiche Spannung wie bei starker Beleuchtung, nur bei entsprechend niedrigerer nutzbarer Stromstärke. Dies einzuregeln, kann der MPPT-Buck-Regler. Die Spannung bei Schwachlicht liegt damit immer noch über der Minimalspannung des Buck-Reglers.
Und wenn es so dunkel ist, dass die Spannung nennenswert nachlässt, dann ist auch keine Leistung mehr zu holen, egal mit welchem Regler.

Bei der Auslegung musst Du beachten:
Die Spannung im Arbeitspunkt (steht im Datenblatt des Solarmoduls) muss ca. 2 V höher sein, als die Einschaltspannung des Solarreglers. (Die ca. 2 V deswegen, weil die Spannung bei hohen Temperaturen absinkt.)
Die Leerlaufspannung muss mindestens 2 V niedriger sein als die maximal zulässige Eingangsspannung des Reglers (wieder aus Temperaturgründen, bei Kälte steigt die Solarspannung).
Jetzt muss noch der maximale Eingangsstrom des Reglers höher sein als der Kurzschlussstrom des Moduls und die Leistung muss ungefähr passen, dann hast Du den richtigen Solarregler gefunden.

Gruß
Matthias
calalalaudio, Wolfgangfox gefällt dies
#4
Okay, stimmt, eine Solarzelle ist primär eine Stromquelle und das mit dem negativen Temperatur/Spannungskoeffizienten ist mir ja auch klar. Aber wenn ein Modul teilverschattet ist, dann kann das schon sein, daß der Laderegler erst gar nicht anspringt, oder?
#5
stylon hat geschrieben: vor 2 Jahre... wenn ein Modul teilverschattet ist, dann kann das schon sein, daß der Laderegler erst gar nicht anspringt
Richtig.
Die (teil)verschatteten Zellen sind hochohmig und da in Reihe geschaltet, betrifft es praktisch alle Zellen in diesem Strang.

Gruß Manfred
stylon gefällt dies
#6
Hochohmig trifft die Sache nicht ganz. Eine teilverschattete Zelle ist immer noch eine Stromquelle und lässt nur so viel Strom durch, wie der Beleuchtungsstärke entspricht. Zwingt man ihr gewaltsam einen höheren Strom auf, wird sie sehr heiß und geht dann meistens kaputt.

Der Regler springt normalerweise auch beim teilverschatteten Modul noch an, weil ja nicht eine einzelne Zelle vollständig zugeklebt wird. Sie erhält nur deutlich weniger Licht, weil sie im Schatten liegt. Dieses weniger Licht reicht immer noch aus, dass die Zelle annähernd ihre Nennspannug liefert (und damit dazu beiträgt, dass die Mindestspannung für den Regler erreicht wird), aber sie sorgt eben auch dafür, dass der Strom limitiert wird.

Dagegen hilft aber kein Boost-Regler, sondern nur möglichst viele Freilaufdioden, die jeweils den beschatteten Bereich aus der Reihenschaltung der Zellen abkoppeln. Die beschattete Zelle "bremst" dann nicht mehr den Strom druch die anderen, unbeschatteten.

Hier ist ein Verweis auf Solarmodule, die an jeder einzelnen Zelle eine Freilaufdiode haben. Aus Sicht der Teilbeschattung das Optimum!

Gruß
Matthias
stylon gefällt dies
#7
_Matthias hat geschrieben: vor 2 Jahre Hier ist ein Verweis auf Solarmodule, die an jeder einzelnen Zelle eine Freilaufdiode haben. Aus Sicht der Teilbeschattung das Optimum!
Danke für den Hinweis, aber genau von denen habe ich mir 2 bestellt :wink: und warte auf Lieferung :rolling_eyes: . Wahrscheinlich ist das auch der Grund, warum ich ins Grübeln komme. Die Bypass-Dioden pro Zelle ermöglichen einem ja theoretisch einen Eintrag, selbst dann noch, wenn nur eine einzige Zelle beleuchtet ist.
#8
Jetzt verstehe ich Deine Gedankengänge.
Aber wie praxisrelevant sind solche Überlegungen? Ok, du könntest im Schatten eines Baumes stehen und durch ein Loch zwischen den Blättern kommt direktes Sonnenlicht und bestrahlt eine Zelle. Dann hättest Du vielleicht 2 W Leistung aus dieser Zelle. Lohnt es sich, darüber nachzudenken?

Bei diesen Modulen mit einer Freilaufdiode pro Zelle würde ich versuchen, möglichst viele Module in Reihe zu schalten. (Entgegen meiner sonst abgegebenen Empfehlung, Module parallel zu schalten. Das galt für Module mit nur einer oder max. zwei Freilaufdioden.) Gerade die Victron-Regler sind für hohe Eingangsspannungen gebaut. Du hast dann einen breiten Spielraum zwischen z. B. 80 V bei voller Beleuchtung und - sagen wir - 18 V bei mehr als 3/4 Beschattung des Moduls. Bei noch kleinerem Lichtfleck springt dann zwar der Solarregler nicht mehr an. Aber:
1. Wie oft kommt das vor?
2. Wie groß ist die Energiemenge, die Dir dadurch tatsächlich verlorengeht?

Ich habe mir diese Module noch nicht im Detail angeschaut. Vielleicht kannst Du noch mehr kleine aufs Dach bauen und alle in Reihe schalten. Dann genügt ein noch kleinerer direkt beleuchteter Anteil als im Beispiel. Die Victron- Regler gibt es ja auch mit 150 und sogar 250 V Eingangsspannung. Allerdings sind die dann für höhere Leiltungen ausgelegt, als auf dem Dach eines Kastenwagens erreichbar. Für eine Kleinanlage machen die dann mehr Verluste als ein kleiner Regler, außerdem sind sie sehr teuer. Ob Dir das der Spaß wert ist, musst Du beurteilen.

Aber so gesehen würde ein kleiner Buck/Boost-Solarregler tatsächlich Sinn machen für diese Module mit Freilaufdioden an jeder Zelle. Den Aspekt hatte ich in meinen Beiträgen gestern nicht bedacht. Dieser Modultyp ist neu. Vielleicht gibt es ja demnächst passende Solarregler dazu.

Gruß
Matthias
stylon gefällt dies