Solarzellentester (MPP Mesgerät für Solarzellen)

[021aet04]

Hallo Community,<br>
da ich für ein aktuelles Projekt den MPP (maximum power point) einer Solarzelle wissen muss (soll) möchte ich ein Messgerät bauen, das diesen Punkt ausmisst.<br>
Die Solarzellen sollen nur ein paar Watt haben (ich habe Solarzellen mit 2V/380mA und ein <a href="http://www.pollin.de/shop/t/MTQ3OTA5OTk-/Haustechnik/Solartechnik/Solarpanele/Solarmodule_RWE_SCHOTT_Solar_ASI_F.html" target="_blank">Schott Solar ASI-F 5/12 von Pollin</a>). Beim ASI-F kenne ich die Daten, diese dient nur zur Kontrolle.<br>
Im Internet habe ich ein Messgerät gefunden das von einer Uni (TU Chemnitz) entwickelt wurde (im Zuge einer "BeLL"). Diese ist rein Analog aufgebaut und besitzt 3 Anzeigen (Spannung, Strom und Leistung).<br>
Der Link <a href="http://www.tu-chemnitz.de/etit/microtec/lehre/schuelerarbeit_bell2005/" target="_blank">http://www.tu-chemnitz.de/etit/microtec/lehre/schuelerarbeit_bell2005/</a><br>
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Ich möchte diese aber etwas modernisieren und mit einem µC arbeiten.<br>
Der µC sollte die gesamte Messung übernehmen und die Daten an einen PC senden. <br>
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Aktuell ist das Projekt soweit das ich den Strom (mittels Highside Messung) und die Spannung messen kann. Die Leistung wird vom µC Ausgerechnet (P=UxI) und diese werden an den PC gesendet (U, I und P). <br>
Damit ich den Strom habe brauche ich eine veränderliche Last. Im Link ist dies ganz einfach mit einem Transistor und einem Poti gelöst (Schleifer wird mit der Basis verbunden).<br>
Da ich alles über den µC steuern will muss auch dieses vom µC passieren.<br>
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Jetzt stellt sich die Frage ob ich die Last Analog steuern soll (linear) oder reicht es wenn ich das PWM Signal direkt an den Fet/Transistor gebe?<br>
Die 2te Frage wäre ob sich der MPP bei ändernder Helligkeit auch ändert (zum Steuern der Leuchtquelle)?<br>
Soll ich als Leuchtquelle eine Glühlampe (Halogen,...) oder eine Led nehmen (wegen Lichtfarbe,...)?<br>
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Das war es aktuell zum Projekt. <br>
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Die Schaltung ist momentan noch am Steckbrett aufgebaut, kommt dann aber auf eine Lochrasterplatine und in ein Gehäuse.<br>
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Zur Messdatenauswertung nutze ich aktuell noch ein normales Terminalprogramm, eventuell wird später ein Programm geschrieben/"gezeichnet" (Visual Studio oder Labview,...).<br>
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MfG Hannes

[vohopri]

Hallo Hannes,

PWM kannst du verwenden, musst sie aber integrieren, damit du eine kontinuierliche Last hast. Wegen der Nichtlinearität der Solarzelle kommt bei gepulster Last nicht das Selbe heraus.

Bei unterschiedlicher Beleuchtungsstärke hast du jeweils einen anderen MPP. Innenwiderstand und andere Parameter verändern sich mit der Beleuchtung.

Ebenfalls wegen der Nichtlinearität sollte die Beleuchtungsstärke und die Spektralzusammensetzung dem Einsatz im Sonnenlicht entsprechen. Da würde ich Tests mit Sonnenlicht machen und dann sehen, mit welcher Beleuchtung man labormässig zu vergleichbaren Ergebnissen kommt.

grüsse,
vohopri

[021aet04]

Danke vohopri für die Antwort. Das mit der PWM habe ich mir fast schon gedacht. Ich habe noch einen OP vom TL082 frei. Diesen werde ich zur Ansteuerung der Last nutzen (der 2te ist für die Strommessung).
Als Beleuchtung werde ich dann die Sonne verwenden. Dachte nicht das das so viel ausmacht. Werde es testen.

Das sich der MPP mit der Helligkeit ändert ist nicht so gut, da ich die SZ immer im optimalen Bereich arbeiten lassen will. Somit müsste ich die Helligkeit ebenfalls messen.

Wegen der Versorgung muss ich noch schauen wie ich das machen werde. Aktuell habe ich nur 5V. Für den OP habe ich einen DCH010515D von TI verwendet (als Sample). Das möchte ich aber nicht einsetzen. Ich will das noch weiterhin für Testschaltungen verwenden (habe nur 1Stk).

Danke nochmals für die Antwort.

MfG Hannes

[markusj]

Das sich der MPP mit der Helligkeit ändert ist nicht so gut, da ich die SZ immer im optimalen Bereich arbeiten lassen will.

Deswegen haben eigentlich alle Solarwechselrichter MPP-Tracking, sie variieren dabei den Strom und Tasten sich so an die maximale Ausgangsleistung heran. Dazu braucht aber eine Strom/Spannungsüberwachung ...

mfG
Markus

[Besserwessi]

Bei so kleiner Leistung stellt sich die Frage ob MPP-Tracking lohnt.

Für die Messung der Solarzelle wird man eine Variable Leistung brauchen. Nur mit der Sonne wird das ggf. schwieriger. Immerhin ist es so das der MPP kaum von der Spektralen Zusammensetzung der Strahlung abhängen wird. Da sollte als Parameter die Intensität gemessen über den Kurzschlussstrom ausreichen. Eine extra Messung der Helligkeit ist also eher nicht nötig.

Als OP ist der TL082 nicht für nur 5 V Versorgung geeignet. Es gibt aber schon reichlich R-R OPs zur Auswahl für 5 V - praktischerweise ist die Pinbelegung auch noch fast immer gleich.

[021aet04]

Danke für die Antworten.
Einige Erklärungen zur späteren Verwendung der Solarzelle. Ich möchte eine Fahrradlampe bauen die von einer Solarzelle geladen wird. Ich möchte die Energie aus der Solarzelle hochwandeln und damit über einen Ladecontroller den Lipo Akku laden. Ich möchte den Ladestrom so anpassen das die SZ immer im optimalen Bereich arbeitet. Es soll alles über einen µC (Atmega88, Attiny44,... laufen, hängt von der Anzahl der Pins u.Ä. ab). Ich hätte mir gedacht wenn ich jetzt die Spannung des MPP kenne regle ich immer auf diesen Punkt hin. Darunter verringere ich dann den Ladestrom linear oder in einer Funktion bis auf 0. Ich habe schon einen Stepup gefunden (von ELV der bis 0,3V noch funktioniert, Startspannung glaube ich 0,6V).

Das der OP nicht optimal ist weiß ich, hatte aber auf die Schnelle keinen anderen hier (außer SMD). Das der OP nicht für 5V geeignet ist weiß ich, deswegen habe ich den DCH010515D von TI verwendet. Dieser erzeugt aus den 5V eine Spannung von +/-15V (galvanisch getrennt).

Der Link zur DCH01-Serie: http://www.ti.com/product/dch010515d

Die Massen von den 5V und von den +/-15V habe ich verbunden.

MfG Hannes

[Klebwax]

Einige Erklärungen zur späteren Verwendung der Solarzelle. Ich möchte eine Fahrradlampe bauen die von einer Solarzelle geladen wird. Ich möchte die Energie aus der Solarzelle hochwandeln und damit über einen Ladecontroller den Lipo Akku laden.

Ich würde erst mal abschätzen, wieviel ich mit MPP-Tracking gewinnen kann, und wieviel Energie zur Versorgung der Steuerung mich das MPP-Tracking kostet. Diese Bilanz könnte negativ werden.

MfG Klebwax

[021aet04]

Ob es funktioniert weiß ich noch nicht. Dsa muss ich einmal testen. Ich wollte aber alles der Reihe nach machen (Versorgung, Ladeschaltung,.....). Ich will keinen Dynamo verwenden da die Lampe auf einem Mountainbike montiert werden soll und gleichzeitig als normale Taschenlampe funktionieren soll.

Abschätzen kann ich überhaupt nichts da ich keine Daten kenne und wieviel man wo verliert.

Somit bleibt nur testen und hoffen das genug "überbleibt". Das das sehr knapp wird weiß ich, trotzdem möchte ich es zumindest versuchen. Wieviel es kostet ist mir eigentlich egal (sofern es nicht mehrere 1000€ kostet :)). Es geht mir mehr ums lernen und experimentieren (ist hauptsächlich für mich, wobei ich für einen Arbeitskollegen auch eine bauen sollte)

MfG Hannes

[Klebwax]

Abschätzen kann ich überhaupt nichts da ich keine Daten kenne und wieviel man wo verliert.
Du machst es dir ganz schön einfach, selbst ich konnte einiges lesen:

Das der OP nicht für 5V geeignet ist weiß ich, deswegen habe ich den DCH010515D von TI verwendet.
Wie ist der Eigenstromverbrauch von dem Teil und sein Wirkungsgrad? Was verbrauchen die Opamps?

soweit das ich den Strom (mittels Highside Messung)
Wieviel Leistung bleibt im Shunt?

Es soll alles über einen µC (Atmega88, Attiny44,... laufen,
Was verbraucht der µC?

(ich habe Solarzellen mit 2V/380mA

Das sind 760mW, bei typischem Licht in Deutschland max. die Hälfte. Zusammen mit dem Wirkungsgrad des Step-Up kommen da so 300mW raus. Das jetzt mal in Beziehung setzen zum oben errechneten Verbrauch der Elektronik.

MfG Klebwax

[021aet04]

@Klebwax
Danke für die Antwort. In diesen Thread geht es nicht um die Lampe sondern einen Solarzellentester. Die Solarzelle die ich mit dem Messgerät prüfen will ist für die Lampe gedacht.
Der DCH01 ist nur zum Testen am Breadboard (habe ich auch geschrieben). Wie groß der Verlust am Shunt ist weiß ich nicht, da sich die Schaltung noch ändert. Aktuell habe ich zum Testen einen 1Ohm Widerstand genommen (das kleinste das ich hier habe). Später könnte ich mir vorstellen das ich die Leiterbahn als Shunt verwende, wenn es möglich ist (Rauschen des OP,....). Welchen µC ich nehme weiß ich auch noch nicht, dadurch kann ich auch hier zum Stromverbrauch nichts sagen.

MfG Hannes