Leistungselektronik: MOSFET zum MPP Tracking

[schorsch_76]

Hallo zusammen!

Heute mittag hat ein Arbeitskollege mir erzählt wie er mit PV Zellen die er günstigst bekommen hat, da die Bypassdiode defekt war, sein Brauchwasser warm machen will. Er hat jetzt die Bypassdioden wieder repariert und die Module liefern wieder Leistung

Er hat 12 Module welche wohl zusammen in Serie um 400V DC liefern. I(last)=6.5A. Jetzt hat er natürlich das Problem das ihm ohne MPP Regelung die Spannung und damit auch die Leistung zusammenbricht.

Als Konzept schwebte mir dann PWM über einen dicken Leistungs-MOSFET wie [1] IRFP450 vor.... Als Steuerung für MPP [2]Tracking ein µC vor ...

Was mir hier einfällt was zu beachten ist:

• Gate Treiber. Ganz wichtig bei der Leistung! Eventuell Gegentaktendstufe wie unter [3]
• Masseführung bei diesen Strömen ...
• Evtl. zwei MOSFET's parallel schalten.
• Gute Kühlung der Leistungstransistoren. Bei Rds on = 0.4 Ohm und 10 A = P Verlust 40W und das bei voller Durchsteuerung
• Shunt zum Messen des Stromes. Unterhalb des Leistungsmos-MOSFET's. (Maximale Spannung des AD Wandlers bzw. Verstärker-Opamps sonst zu hoch (differenz Einganz)).
• Spannungsteiler zum Messen der Spannung.
  
• DC Leistung: 400V * 6.5A = 2.6 KW

Als Versuch fürs MPP Tracking, hätte ich mir gedacht eine kleine Solarzelle und dann kann das Tracking schon mal optimiert und getestet werden...

Hat einer von euch sowas schon mal gemacht? Ist ein wichtiger Punkt noch nicht auf der Liste?

[1] http://www.mikrocontroller.net/part/IRFP450
[2] http://de.wikipedia.org/wiki/Maximum...Point_Tracking
[3] http://de.wikipedia.org/wiki/Gate-Tr...eiberschaltung

[Michael]

MPP Tracking geht nicht mit einer konstanten Last wie ein Heizstab. Der braucht eine Mindest-Leistung, damit er überhaupt warm wird und eine Begrenzung nach oben, damit er nicht durchbrennt.
Für echtes MPPT brauchst du eine Last, die Schwankungen verarbeiten kann, wie ein Akku oder das Netz.

Gruß, Michael

[schorsch_76]

Hallo Michael,
Ok, ich denke ich verstehe was du meinst.... Die Leistung der Quelle ist ja nicht konstant, aber der R des/der Heizstäbe hat eine konstante Leistung bei konstanter Spannung. U=R*I / P = U*I . Da müsste dann die Spannung auf der Lastseite mitgeregelt werden, damit immer der maximale Punkt gehalten wird.....

Genau das macht doch die MPP ... zumindest laut Wikipedia ... Ich hab das noch nie ausprobiert ... Da steht:

Methode der Spannungserhöhung

Bei der einfachsten Art der Suche nach dem Leistungsmaximum erhöht der Regler kontinuierlich die Belastung der Solarzelle von null weg, wodurch die abgegebene Leistung steigt. Wird nun das Leistungsmaximum erreicht, so beginnt die Leistung wieder zu sinken, was als Abbruchkriterium für die Suche dient. Da sich die Intensität der Beleuchtung der Solarzelle ständig ändert, stimmt das gefundene Leistungsmaximum nur für den Augenblick der Suche. Um nun vom optimalen Leistungspunkt nicht zu weit abzuweichen, wird das Suchverfahren zyklisch im Abstand mehrerer Sekunden wiederholt.
...
Technische Umsetzung
Software

In technischen Realisierungen dieses Verfahrens führt meist ein Mikrocontroller oder ein digitaler Signalprozessor eines der möglichen Verfahren durch. Dabei werden dem Prozessor die benötigten Messdaten von einem Analog-digital-Umsetzer zur Verfügung gestellt, womit dieser die nötigen Berechnungen durchführen kann und das Ergebnis mittels Pulsweitenmodulation der Wandler-Hardware weitergibt.

Dieses Belastung erhöhen, (zumindest mein Gedanke) = PWM bischen aufmachen (Tastverhältnis , mehr on) ... oder bin ich hier gedanklich ganz auf dem falschen Dampfer?

Wie sollte anderst die Belastung erhöht werden? Linearregler?

[Michael]

Die Leistung der Quelle ist ja nicht konstant, aber der R des/der Heizstäbe hat eine konstante Leistung bei konstanter Spannung. U=R*I / P = U*I . Da müsste dann die Spannung auf der Lastseite mitgeregelt werden, damit immer der maximale Punkt gehalten wird.....

Ich meine eher, dass deine Heizung die schwankende Energie nicht aufnehmen kann. Bei zuwenig Leistung von der Solarseite tut sich nicht viel an der Heizung, vergleichbar mit einer Glühbirne, wenn sie zuwenig bekommt.

Dieses Belastung erhöhen, (zumindest mein Gedanke) = PWM bischen aufmachen (Tastverhältnis , mehr on) ... oder bin ich hier gedanklich ganz auf dem falschen Dampfer?

ja, so funktioniert das.

Welche Punkte sind dir noch unklar?

Im Prinzip nichts anderes als ein Schaltnetzteil, bei dem die übertragene Leistung für den optimalen MPP geregelt wird. Die Ausgangsspannung wird meist kontant gehalten und der Strom entsprechend geregelt.
Bei Ohmschen Verbrauchern funktioniert das aber nicht so richtig, wenn dort nämlich der Strom wegbricht, dann bricht auch die Spannung weg (R=U/I , R kostant)

Als Versuch fürs MPP Tracking, hätte ich mir gedacht eine kleine Solarzelle und dann kann das Tracking schon mal optimiert und getestet werden...

ja, und als Last eine kleine Glühbirne, da ist der Lerneffekt am besten (und ich brauch mir nicht die Finger wund schreiben )

Gruß, Michael

[WL]

Hier anschaulich erklärt:

http://www.westech-pv.com/download/mppt.pdf

[schorsch_76]

Na ich wollte einfach hier mal nachfragen, bevor man mit einem konzeptionellen Fehler schon startet

Ich war ganz verunsichert (geschockt), als du eben geschrieben hast, das ein Verbraucher fürs MPP Tracking nötig ist, der Schwankungen wegstecken kann

[verlierer]

Fang doch erstmal ohne mppt (maximum power point tracking) an. Die schönen module zum heizen zum nehmen ist doch eh schon eine schande.
Kauf Dir billig bei Ebay einen Heizdraht mit dem passenden Widerstand. Dazu einfach den V_mpp (und nicht V_0) vom Modul mit der Anzahl multiplizieren. U_mpp = R I_mpp und schon hast Du den draht.
Den zu einer spirale wickeln und in eine öl-gefülltes Gefäss das wiederum vom wasser gekühlt wird.

Da Du bei 400 Volt bist kannst Du auch einfach ein oder zwei Heizstäbe eines Backofens parallel oder in Reihe schalten.
gibt es alles bei ebay.
Die Dinger sind isoloiert und kannst Du direkt ins wasser hängen.
kannst auch Tauchsieder kaufen.

Vielleicht solltest Du lieber zwei Strings a 200 Volt machen. Wenn Du 400 Volt im MPP hast, sind das rund 560 Volt V_0 also ohne Verbraucher.

Für 2,5 kW einen mpp-regler bauen ist nicht so einfach.
Da kannst Du auch gleich einen Inselgleichrichter kaufen und die 220 Volt Wechselstrom erstmal für bessere Dinge einsetzen.

Das ganze mppt bringt Dir aber auch nur so 10-20 % mehr.
Und die Heizstäbe brauchst Du eh.
Also erst mal für 10-30 Euro Heistäbe von Ebay kaufen
und los gehts

das Roland

update:

"ein Brauchwasser warm machen will" - Mein Boiler hat einen 3kW Heizstab gleich eingebaut. Bräuchte ich bloß Module dranhängen die bei 240 V_mpp 12,5 Ampére liefern. Dazwischen noch einen power-Mosfet der bei 90°C sperrt. Und vielleicht noch einen MOSFET der einen umgebauten 2kW Heizlüfter dazuhängt.