Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mehrere Solarzellen als Stromquelle Nutzen


von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo Leute,

ich habe eine Frage, bei der ich mir vorstellen kann, dass sie schon 
sehr oft gestellt und beantwortet wurde. Leider fand ich im Internet 
kaum Aussagekräftiges.
Wie kann ich mehrere Solarzellen oder Solarpanels (mit unterschiedlichen 
Werten) miteinander verbinden?

Konkret: Ein paar Jungs von mir und ich haben ein kleines Board mit dem 
TPIC7401 von TI aufgebaut. Dieser ist ein Buck-Boost-Converter und 
wandelt eine Eingangsspannung von 1,5V bis 40V in 5V um, sofern die 
Quelle einmalig 5V überschreitet und die Quelle nicht stirbt wenn man 
ihr zu viel Strom entzieht.

Was bisher schon ganz gut funktioniert ist, mit einer 9V Blockbatterie 
das Handy zu laden. Oder mit einer Solarzelle (SZGD8553) das 
FRAM-LaunchPad (MSP-EXP430FR5739) von TI zu betreiben.

Zum Spielen und Ausprobieren haben wir uns von futurlec.com ein paar 
Solarzellen kommen lassen.
SZGD6030: 0,5V; 280mA;
SZGD7050: 1,5V; 135mA;
SZGDDIA58:2,0V; 80mA;
SZGD5433: 3,0V; 45mA;
SZGD8553: 6,0V; 60mA;

Sowas wie MPP-Tracking oder ähnliches haben wir noch nicht.

Nun wollte ich mal ausprobieren, ob es möglich ist, die Leistungen der 
Zellen zu addieren.
Ob es wirklich sinnvoll ist die Zellen in Reihe zu schalten, um die 
Spannungen zu erhöhen, kann ich nicht sagen. Ich weiß nicht wie sich 
eine Zelle verhält durch die ich im Endeffekt einen Strom schicke. Und 
wie verhalten sich die unterschiedlichen Ströme?
Deshalb versuchte ich es mit einer Parallelschaltung. Auch wenn es in 
Foren geschrieben steht, dass man Panels, auch mit unterschiedlichen 
Leistungen, einfach so parallel schalten könnte machen ich das nicht. 
Alleine wenn eine Zelle abgeschattet ist, müsste es doch Querspeisungen 
geben. Erst recht wenn wie hier die Specs schon im Vorfeld 
unterschiedlich sind.

Nun zu meinem Problem.
Ich habe, wie im Bild zu sehen ist (Zellen mit Photodioden dargestellt), 
die Zellen je mit einer 1N4148 abgesichert. Klar könnte man meinen, was 
bringt es eine Zelle mit 0,5V mit einer Diode abzusichern die ein Uf von 
0,7 hat. Auch bei 0,5V ist sie noch leitend und hat dann einen 
Spannungsabfall von 0,2V - 0,3V. Klar ein deutlicher Verlust, aber ich 
spiele ja nur.

Weder am Ausgang des Converters noch am Eingang messe ich einen Strom. 
Mein Multimeter (MAS830L) misst zwar, wenn ich die 9V Blockbatterie 
angeschlossen habe (bis runter zu 200mA, dann brach ich ab), nicht aber, 
wenn ich die 6V Zelle angeschlossen habe. Auch wenn es zwar möglich sein 
sollte, 60mA anzuzeigen, wunderte es mich da noch nicht. Aber nach dem 
parallel schalten sollte es doch im besten Fall 500mA sein. Selbst bei 
250mA müsste ich was sehen. Aber das Messgerät zeigt keinen Strom an.

Wisst Ihr was ich falsch mache? Alles? ;)
Oder habe ich nur einen kleinen Fehler gemacht?
Wenn einer einen Link hat, indem das gut beschrieben ist, reicht mir das 
auch. Wie gesagt, meine eigene Recherche war nicht sehr fruchtbar.

Klar, das einfachste ist, ein Panel mit mehr Leistung zu bestellen, aber 
bis dahin möchte ich es so versuchen.

Vielen Dank
Fabian

P.S.: keine Ahnung, wie man das erste Bild wieder löschen kann.

: Verschoben durch Admin
von J. S. (engineer) Benutzerseite


Lesenswert?

Was Du da aufgebaut hast (und auch brauchst), ist keine Stromquelle, 
sondern eine Spannungsquelle. Es müssen vor allem deshalb 
Spannungsquellen sein, weil sie möglichst die gleiche Spannung haben 
müssen, um parallel arbeiten zu können.

Zur Schaltung: Die 1N4148 wird wohl kaum den Strom aushalten, der aus 
einem kompletten Solarmodul kommt, oder? Und wenn, nimmt die dann zuviel 
Spannung weg, vor allem, wenn wiederum nur eine S-Zelle davor hängt, wie 
in Deiner Zeichung. Da gibt es andere Dioden, gfs einige parallel 
schalten, um auf den Strom zu kommen.

Reihenschaltung wäre für einzelne Zellen eh besser. Dann hast Du nur das 
Problem, wenn einzelne Zellen schwächeln oder abgedunkelt sind, da sie 
dann durch andere getrieben werden.

Das Ganze läuft auf eine Kompromissbildung aus Reihen- und 
Parallelschaltung hinaus.

Die kompletten Module, wie sie zu kaufen sind, haben i.d.R. einen 
Kurzschlussbegrenzer drin und auch die Überbrückungsdioden für die 
abgeschatteten Zellen.

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Danke Jürgen,

man könnte meinen ich beschäftige mich heute zum ersten Mal mit Strom. 
Stimmt aber nicht, dennoch fließt bei mir im Affekt immer noch die 
Spannung wobei der Strom anliegt. Ist wohl sowas wie eine 
Rechts-Links-Schwäche.

Natürlich sollen mir hier die Zellen als Spannungsquellen dienen.

Danke für den Tipp mit dem max. I_F. Der liegt ja bei nur 200mA. Glatt 
übersehen. Dieser wird aber nur bei der Diode erreicht, die vor dem 
Panel mit 0,5V liegt. Aber 2 parallel ist da sicher die Hilfe.

Was passiert wenn eine Solarzelle durch andere in der Reihenschaltung 
getrieben werden?

Wie funktionieren Überbrückungsdioden?

Danke
Fabian

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Hallo,

hat jemand einen Link, wie man am Besten mehrere Solarzellen kaskadiert?
Ich glaube ja, das Problem ist ja, dass der Eingangskondensator der 
TPIC74101 auf 5V aufgeladen wird und somit die anderen Zellen keinen 
Beitram zum Strom mehr liefern können.

Danke
Fabian

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

So,

ich habe mich mal hingesetzt und die ganzen Solarzellen in Reihe 
geschaltet.

Dabei habe ich darauf geachtet, dass bei GND sich das Modul mit der 
höchsten Spannung un dem geringsten Strom befindet und das mit dem 
höchsten Strom und der geringsten Spannung bei (nennen wir es mal) V+.
Die Spannungen addieren sich zwar unabhängig von der Reihenfolge, der 
Strom aber nicht. Die Zellen die gespeist werden, stellen ja selber 
einen Widerstand dar. So haben die Zellen mit den geringsten Strömen 
zwar den meisten Widerstand, aber diese sollen ja nur das Potenzal 
anheben. Die Zellen mit den höchsten Strömen haben wenier bis keine 
Zellen mehr im weg und werden folgich kaum gedrosselt.

So der Plan. Im Grunde dachte ich mir, dass ich im schlimmsten Fall eine 
Energiequelle mit etwa 10V und 280mA habe:
1
     -------------O V+
2
     |
3
     |+
4
0,5V; 280mA;
5
     |-
6
     |+
7
1,5V; 135mA;
8
     |-
9
     |+
10
2,0V; 80mA;
11
     |-
12
     |+
13
3,0V; 45mA;
14
     |-
15
     |+
16
6,0V; 60mA;
17
     |-
18
     |
19
    _|_ GND

An die theoretischen max. 13V komme ich mit knapp 12V sehr gut heran. 
Aber die 280mA messe ich auch hier wieder nicht. Ich messe also wieder 
nix, wie schon bei den min. 80mA.

Ich werde mal noch versuchen sie wie folgt zu schalten: 
(6,0V+0,5V)||(3,0V+2,0V+1,5V).

Das müsste dann eine Leistung von 6,5V*(280+135)mA = 2,69W ergeben.
**träum**.

Gruß
Fabian

von ArnoR (Gast)


Lesenswert?

Fabian Hoemcke schrieb:
> Die Zellen mit den höchsten Strömen haben wenier bis keine
> Zellen mehr im weg und werden folgich kaum gedrosselt.
>
> So der Plan. Im Grunde dachte ich mir, dass ich im schlimmsten Fall eine
> Energiequelle mit etwa 10V und 280mA habe:

Nee, bei der Anordnung hast du im besten Falle 12V und 45mA. Bei der 
Reihenschaltung bestimmt die stromschwächste Solarzelle den Gesamtstrom.

von Dieter P. (low_pow)


Lesenswert?

> Reihenschaltung

Es ist üblich, gleiche Zellen in Reihe zu schalten, ob Solar
oder Batterien oder Akkus.

Das warum kann sicher vom Internet beanntwortet werden.

von Lehrer Lämpel (Gast)


Lesenswert?

Hier 1ner der vielen Links:
http://www.brucewilles.de/grundlagen.html

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Grundlagen!
Wenn du eine Autobatterie und ein 9V Block in Reihe schaltest, erwartest 
du dann daß du 21V und 500A Spitzenstrom ziehen kannst?

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Dieter P. schrieb:
>> Reihenschaltung
>
> Es ist üblich, gleiche Zellen in Reihe zu schalten, ob Solar
> oder Batterien oder Akkus.
>
> Das warum kann sicher vom Internet beanntwortet werden.

Das ist mir schon klar. Ich habe aber erstmal nur diese 5 zum Spielen. 
Und das Problem lässt sich nicht umgehen mit baugleichen Bauteilen. Denn 
eine Zelle kann abgeschattet werden oder sich stärker aufheizen, eine 
Batterie kann eine geringfügig geringere oder höhere Ladung beim Einbau 
haben und sich so vom Spannungswert unterscheiden usw.

Das Problem, dass ich ich hier im Extremen habe, habe ich also ständig. 
Nur lässt es sich damit leben. Würde man es aber "richtig" machen 
wollen, und bei manchen Anwendungen macht man das so um alleine die 
Laufzeit zu garantieren, hätte man das gleiche Problem.

Gruß
Fabian

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Udo Schmitt schrieb:

> Grundlagen!
> Wenn du eine Autobatterie und ein 9V Block in Reihe schaltest, erwartest
> du dann daß du 21V und 500A Spitzenstrom ziehen kannst?

Ja, wenn man eine Ankerkette für ein Schiff und eine Halskette
aneinanderbindet, kann man an der Halskette doch auch den Anker
hochziehen. :-)
Gruss
Harald

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Udo Schmitt schrieb:
> Grundlagen!
> Wenn du eine Autobatterie und ein 9V Block in Reihe schaltest, erwartest
> du dann daß du 21V und 500A Spitzenstrom ziehen kannst?

Nein, weil dann die 9V-batterie platzt. ;)

Aber mal ehrlich, ich hätte es mir im ersten Moment wirklich durch den 
innenwiderstand der 9V-Batterie erklärt.

Aber Ihr habt ja recht, auch bei idealen Bauteilen gelten die 
Kirchhoffchen Regeln.

Erklären kann ich es mir aber nicht gerade. Wie kann eine vorgeschaltete 
Spannungsquelle den Strom einer nachgeschalteten determinieren?
Also wie kann die Zelle oben mit 45mA der Zelle darüber sagen, dass sie 
statt 280mA bitte nur 45mA liefern soll?
Also dass der gesamte Strom gleich sein muss, ist mir klar. Aber wieso 
der Geringste? treibt die oberste Zelle etwa nicht?

Also nochmal, dass das so ist, habe ich verstanden, wenn ich es auch 
nicht beachtet habe. Warum das so ist, ist mir gerade unplausiebel.

Danke
Fabian

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Lehrer Lämpel schrieb:
> Hier 1ner der vielen Links:
> http://www.brucewilles.de/grundlagen.html

Das ist echt eine nette Seite. Aber ausgerechnet mehrere Energiequellen 
werden da nicht thematisiert.

Gruß
Fabian

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Fabian Hoemcke schrieb:

> Wie kann eine vorgeschaltete
> Spannungsquelle den Strom einer nachgeschalteten determinieren?

"Vor-" oder "Nachgeschaltet" gibt es in einem Stromkreis nicht.
Die Reihenfolge der Komponenten ist beliebig. Bei meinem Ketten-
beispiel bleibt es sich auch egal, ob die Halskette oben oder
unten sitzt.
Gruss
Harald

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Harald Wilhelms schrieb:
> Fabian Hoemcke schrieb:
>
>> Wie kann eine vorgeschaltete
>> Spannungsquelle den Strom einer nachgeschalteten determinieren?
>
> "Vor-" oder "Nachgeschaltet" gibt es in einem Stromkreis nicht.
> Die Reihenfolge der Komponenten ist beliebig. Bei meinem Ketten-
> beispiel bleibt es sich auch egal, ob die Halskette oben oder
> unten sitzt.
> Gruss
> Harald

Danke. ich hatte mich auch etwas falsch ausgedrückt. Was mich wundert 
ist eher, weshalb es der geringste Strom sein muss.
Und da gibt das Gleichnis mit der kette wenig Auskunft. Außerdem mag ich 
keine Analogien. Die hinken nur.

Wenn ich die Zellen in Reihe schalte und wir denken uns einen separaten 
Lastwiderstand, dann muss der Strom bei mehreren Zellen mit 13V höher 
sein, als bei 3V. Wenn ich nur die 3V Zelle anschließe und der 
Innenwiderstand vernachlässigt wird, dann fließt durch den 
Lastwiderstand ein Strom von:
Bei der Reihenschaltung:
Wenn also gälte dass:
folgte:
Und dass das nicht stimmt habe ich nachgemessen. ;) Also kann ja nur 
sein, dass R_L doch nicht so konstant ist. Vorstellbar bei den Zellen, 
aber nicht bei anderen Energiequellen wie den Batterien.

Gruß
Fabian

von Georg W. (gaestle)


Lesenswert?

Wenn du wirklich die maximale Leistung aus diesem Sammelsurium 
herausholen willst musst du jedes Modul einzeln an einen MPP-Wandler 
anschließen.
Wie schon oft genug gesagt: die schwächste Zelle bestimmt den Strom im 
Strang. Decke mal in einem Modul eine Zelle mit einem Papierschnipsel ab 
und miss den Strom!
Außerdem hast du es mit als Stromquellen verschalteten Halbleitern zu 
tun! Das kannst du bei deinen Rechnungen nicht einfach unter den Teppich 
kehren.

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Georg W. schrieb:
> Decke mal in einem Modul eine Zelle mit einem Papierschnipsel ab
> und miss den Strom!

Das ist ja gerade mein Problem. Egal ob Parallel oder in Reihe, ich 
messe keinen Strom. Es fließt aber welcher, denn die LED am Ausgang 
leuchtet.

Wie gesagt, ich nutze das MAS830L als Multimeter und das Strommessen 
funktioniert nur mit dem unfuseten 10A-Eingang. Ich nehme mal an, die 
Sicherung hat einen zu hohen Widerstand. Bei den anderen Wertebereichen 
mit der Sicherung funktioniert dann der Aufbau nicht. Bei 10A hat die 
Anzeige eine Genauigkeit von zwei dezimalen Nachkommastellen. Im Grunde 
müsste ich die 60mA oder weniger messen können.
Bei 60mA hatte ich das auf die Ungenauigkeit geschoben. Aber bei 200mA 
messe ich auch nichts. Eine Batterie der durch einen Widerstand etwas 
weniger als 200mA entzogen wird, kann das Messgerät in diesem 
Wertebereich messen und darstellen.

Deshalb kann ich das mit dem Schnipsel nicht nachvollziehen.

Gruß
Fabian

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Nochmal Grundlagen!
Du hasdt keine ideale Spannungsquellen, sondern reale, die haben jede 
einen Innenwiderstand und ggf. Maximalwerte, die nicht überschritten 
werden dürfen!

Also mal dirs auf und rechne mal.

von ArnoR (Gast)


Lesenswert?

> Ich nehme mal an, die Sicherung hat einen zu hohen Widerstand.

Ja vermutlich -> unendlich, weil durchgebrannt.

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Fabian Hoemcke schrieb:
> Egal ob Parallel oder in Reihe, ich
> messe keinen Strom.

Dann solltest du:
-die richtige Buchse am Messgerät benutzen
-das Messgerät einschalten
-auf den richtigen Messbereich schalten
-das Messgerät RICHTIG anschliessen
-ein funktionierendes Messgerät benutzen

dann wirst du Strom messen, wenn das Modul
-nicht defekt ist
-genügend Licht bekommt

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Udo Schmitt schrieb:
> Fabian Hoemcke schrieb:
>> Egal ob Parallel oder in Reihe, ich
>> messe keinen Strom.
>
> Dann solltest du:
> -die richtige Buchse am Messgerät benutzen
Check!
> -das Messgerät einschalten
Check!
> -auf den richtigen Messbereich schalten
Check!
> -das Messgerät RICHTIG anschliessen
Check!
> -ein funktionierendes Messgerät benutzen
Check!
>
> dann wirst du Strom messen, wenn das Modul
> -nicht defekt ist
> -genügend Licht bekommt
Wohl doch nicht.

ArnoR schrieb:
>> Ich nehme mal an, die Sicherung hat einen zu hohen Widerstand.
>
> Ja vermutlich -> unendlich, weil durchgebrannt.
Ah! Deswegen kann ich anderes messen, wie etwa den Strom einer Batterie 
oder dessen Spannung?

Plausibel.

von ArnoR (Gast)


Lesenswert?

Fabian Hoemcke schrieb:
>> Ja vermutlich -> unendlich, weil durchgebrannt.
> Ah! Deswegen kann ich anderes messen, wie etwa den Strom einer Batterie
> oder dessen Spannung?

Aber du kannst dich schon noch erinnern, was du vorhin geschrieben hast, 
oder?:

Fabian Hoemcke schrieb:
> das Strommessen
> funktioniert nur mit dem unfuseten 10A-Eingang.

> Bei den anderen Wertebereichen
> mit der Sicherung funktioniert dann der Aufbau nicht.

Aha, der "Aufbau" erkennt die (intakte) Sicherung und stellt sich tot. 
Na das ist doch mal eine plausible Erklärung.

von Helmut S. (helmuts)


Lesenswert?

> Wie gesagt, ich nutze das MAS830L als Multimeter und das Strommessen
funktioniert nur mit dem unfuseten 10A-Eingang.

Ehrlich gesagt ist es ganz normal, dass nur der eine Strommessbereich 
funktioniert. Bei mir liegen hier drei Handmultimeter bei denen im 
kleineren Strommessbereich die Sicherung durchgebrannt ist. Ich sollte 
mal wieder beim Conrad vorbeifahren ...

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Oje noch mehr Grundlagen.

Fabian Hoemcke schrieb:
> Ah! Deswegen kann ich anderes messen, wie etwa den Strom einer Batterie

Wenn du den Strom einer batterie ohne eine definierte Last in Reihe 
gemessen hast wissen wir auch warum die Sicherung durchgebrannt ist.

Ein Strommessgerät ist in erster Näherung ein KURZSCHLUSS deshalb wird 
es auch in Reihe geschaltet!

Ich bin hier raus, viel Erfolg noch mit Grundlagen lernen :-)

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

ArnoR schrieb:
> Fabian Hoemcke schrieb:
>>> Ja vermutlich -> unendlich, weil durchgebrannt.
>> Ah! Deswegen kann ich anderes messen, wie etwa den Strom einer Batterie
>> oder dessen Spannung?
>
> Aber du kannst dich schon noch erinnern, was du vorhin geschrieben hast,
> oder?:
>

Ja!
Fabian Hoemcke schrieb:
> [..] Eine Batterie der durch einen Widerstand etwas
> weniger als 200mA entzogen wird, kann das Messgerät in diesem
> Wertebereich messen und darstellen. [..]


> Fabian Hoemcke schrieb:
>> das Strommessen
>> funktioniert nur mit dem unfuseten 10A-Eingang.
>
>> Bei den anderen Wertebereichen
>> mit der Sicherung funktioniert dann der Aufbau nicht.
>
> Aha, der "Aufbau" erkennt die (intakte) Sicherung und stellt sich tot.
> Na das ist doch mal eine plausible Erklärung.
Sehe ich nicht so, aber wenn Du meinst.

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Udo Schmitt schrieb:
> Oje noch mehr Grundlagen.
>
> Fabian Hoemcke schrieb:
>> Ah! Deswegen kann ich anderes messen, wie etwa den Strom einer Batterie
>
> Wenn du den Strom einer batterie ohne eine definierte Last in Reihe
> gemessen hast wissen wir auch warum die Sicherung durchgebrannt ist.
>
> Ein Strommessgerät ist in erster Näherung ein KURZSCHLUSS deshalb wird
> es auch in Reihe geschaltet!
>
> Ich bin hier raus, viel Erfolg noch mit Grundlagen lernen :-)

Jetzt hört mal auf hier rumzuspinnen Leute!
Ich habe nie behauptet den Batterienstrom direkt ohne Last in Reihe 
gemessen zu haben. Mehr noch habe ich das Gegenteil geschrieben und 
skizziert.

Es währe mir eine wahre Wonne, wenn Ihr aufhören würdet euch einen 
runter zu holen, weil Ihr einen vermeindlichen Anfänger vor euch habt, 
den Ihr mit "Grundlagen" kommen könnt. Und das nur wegen einer kleinen 
Verwechslung (1. Post).

Den Themawechsel habt Ihr gut hinbekommen, jetzt kommen wir aber mal 
wieder zurück von den nichtssagenden Nebenkriegsschauplätzen werden 
wieder etwas sachlich.

Und hört auf, so zutun als dürfe man sich nicht irren oder als würden 
einem auch nie banale Fehler passieren. E-Technik ist nun einmal nicht 
auf ein paar Blatt Papier erschöpfend erklärt, auch wenn manche hier 
glauben, die paar Blätter Wissen, dass sie haben, sei die ganze 
E-Technik. Und da verliert man manches nunmal aus den Augen oder achtet 
auf den ersten Blick nicht drauf (oder auf den zweiten). Auch wenn es 
sich um solche Trivialitäten handelt. Das man hier aber immer wieder auf 
die Grundlagen der menschlichen Einsicht und des Menschlichen verweisen 
muss, zeugt von einer Unsozialität die vollkommen unnötig ist.

Ja, ich stelle hiermit die Frage, warum im oberen Aufbau nur 45mA 
fließen können!
Also ich bitte euch daraum eure These (die ja stimmen mag) auch ein mal 
zu belegen. Und kommt mir nicht wieder mit Kette und Kettchen oder 
anderen hinkenden Gleichnissen. Lasst uns in der E-Technik bleiben.
(So wie ich die Frage gestellt habe, wurde sie hier Formuliert!)

Und wenn das von meiner Dummheit zeugt, dass ich zwar im Unterricht und 
in den Vorlesungen zur Kenntnis genommen habe, dass sich in einer 
Reihenschaltung die Spannungen addieren und die Ströme nicht, hier aber 
bei diesem Beispiel die oben formulierte Frage dennoch nicht beantworten 
kann, dann ist das eben so.
Dann erleuchtet mich. Aber bitte sachlich und vernünftig.

Gruß
Fabian
** Ich hoffe nicht, dass dieser Post wegen der angemessener Deutlichkeit 
gelöscht wird.

von 4to Takoe (Gast)


Lesenswert?

Fabian Hoemcke schrieb:
> warum im oberen Aufbau nur 45mA fließen können!

Betrachten wir uns die Kennlinie der Solarzelle so geht das schwächste 
Element bei Kurzschluss über in den Betrieb als Photodiode und damit als 
negative Spannungsquelle. Der Kennlinie zu entnehmen verhält sich die 
Solarzelle dann wie eine Diode in Sperrrichtung einem Reverse-Strom auf 
Kurzschlussstromniveau.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Kennlinie_Photodiode_1.png

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Um schnell noch eines vorweg zunehmen, klar kann man ein Bauteil, eine 
Solarzelle, schrotte, indem man durch diese einen zu hohen Strom treibt. 
Das ist aber eine gegenteilige Aussage zu: "Durch dieses Bauteil fließt 
nur der Strom X.". Und wenn eine Zelle nur einen Strom X zu liefern in 
der Lage ist, heißt es nicht, dass sie bei 2 mal X oder 3 mal X stirbt.

Das bedeutet Datenblatt lesen. Nur finde ich zu diesen keine 
Datenblätter.

Gruß
Fabian

Edith: Dank 4to Takoe ist der Beitrag hier wohl obsolet.

von Helmut S. (helmuts)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Das Finale:
Hier habt ihr mal eine Simulation mit LTspice die zeigt was die 
Reihenschaltung von Solarzellen mit unterschiedlicher Leistung bewirkt. 
Das Problem hat man übrigens auch bei der Abschattung einzelner gleich 
großer Zellen.

Die beiden unteren Schaltungen sind das Modul mit dessen Ersatzschaltung 
einmal mit und einmal ohne die zusätzlichen anti-parallelen 
Schottky-Dioden. (Jede Zelle für sich kann durch eine Stromquelle(I 
proportional Lichtmenge) und eine Diode dargestellt werden.)

In Reihe geschaltete Zellen erfordern einen anti-parallele 
Schottky-Diode um den umgepolten Betrieb der schwachen Zelle(n) zu 
verhindern. Wenn einen Zelle zu stark umgepolt belastet wird, dann geht 
sie kaputt.

Der Plot zeigt die Lastkennlinie. Dann gibt es auch mehr Strom als nur 
den der schwächsten Zelle.

Wer das verstanden hat darf sich Solarzellen-Experte nennen. :-)


Zur Simulation:
Die .asc (Schaltplan) und die die .plt (Plotdatei) im gleichen 
Verzeichnis halten.

LTspice gibt es hier. Es ist kostenlos und belegt nur 30MB auf der 
Platte.
http://ltspice.linear.com/software/LTspiceIV.exe

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

4to Takoe schrieb:
> Fabian Hoemcke schrieb:
>> warum im oberen Aufbau nur 45mA fließen können!
>
> Betrachten wir uns die Kennlinie der Solarzelle so geht das schwächste
> Element bei Kurzschluss über in den Betrieb als Photodiode und damit als
> negative Spannungsquelle. Der Kennlinie zu entnehmen verhält sich die
> Solarzelle dann wie eine Diode in Sperrrichtung einem Reverse-Strom auf
> Kurzschlussstromniveau.
>
> http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Kennlinie_Photodiode_1.png

Das habe ich jetzt nicht so ganz verstanden. Wann habe ich denn bei 
meinen Aufbau einen Kurzschluss? Also R_L --> 0R?
Eher sind da noch die Innenwiderstände mit in der Schleife.

Gruß
Fabian

von Helmut S. (helmuts)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Zu meiner Simulation noch die Power-Kurve (grün).

von 4to Takoe (Gast)


Lesenswert?

Nun, da der Strom bei in Reihe geschaltenen BE immer gleich ist, geht 
die schwache Solarzelle bei einem Strom von 45mA in 
"Kurzschlussverhalten" über. Also Die Spannung über der Solarzelle ist 
0, der Strom entspricht dem Kurzschlussstrom (45mA).

Deine Last verlangt nach mehr Strom, also wird die in Kurzschluss 
betriebene Solarzelle mit noch mehr Strom durchflossen, weshalb sie nun 
als Photodiode arbeitet. Solange der Strom nur wenig über dem 
Kurzschlussstrom der schwachen Solarzelle bleibt, mag es gehen, 
andererseits wird die Zelle auf Dauer wie eine Diode im Reversebetrieb 
durchbrechen (Das sind die Stufen in der SImulation von Helmut S.)

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

@4to Takoe Super! Vielen Dank.
Das erklärrt dann auch meine Messungen. Jetzt habe ich was verstanden.
Auch erklärt es das Bild von Helmuts.

@Helmuts, Danke! Schönes Bild, vor allem wenn man MPP verstehen möchte.

Gruß
Fabian

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

@helmuts

1.) Antiparallel bezieht sich hier auf die Diode im Ersatzschaltbild? 
Bezogen auf die Solarzelle ist sie in Mitrichtung parallel geschaltet, 
oder?
1
     -------------O V+
2
     |
3
     |---------
4
     |+       ~
5
0,5V; 280mA;  A
6
     |-       |
7
     |---------
8
     |+       ~
9
1,5V; 135mA;  A
10
     |-       |
11
     |---------
12
     |+       ~
13
2,0V; 80mA;   A
14
     |-       |
15
     |---------
16
     |+       ~
17
3,0V; 45mA;   A
18
     |-       |
19
     |---------
20
     |+       ~
21
6,0V; 60mA;   A
22
     |-       |
23
     |---------
24
     |
25
    _|_ GND

Welche Schottky kannst Du mir empfehlen? Oder geht da ein Standardtyp, 
auch wenn ich jetzt keinen kenne?

Danke
Fabian

von Helmut S. (helmuts)


Lesenswert?

Die Kathode der externen (Schutz-)Diode muss an + der Solarzelle.
Die Anode der externen (Schutz-)Diode muss an - der Solarzelle.

Je kleiner die Flussspannung dieser externen Diode ist, um so mehr 
Spannung hast du am Ende, wenn eine der Zellen schwächer als der 
Laststrom wird.
Die 1N5817,8,9 wäre doch eine preiswerte Diode. Wenn es SMD sein soll, 
dann halt etwas ähnliches. Die gibt es überall, z. B. bei Reichelt für 
0,06€.

von Fabian H. (Firma: Technische Universität Berlin) (brein)


Lesenswert?

Jup! Danke.
Gibt es bei Pollin für 0,50€ á 10 Stück: 
http://www.pollin.de/shop/dt/NzU0OTU4OTk-/Bauelemente_Bauteile/Aktive_Bauelemente/Dioden/Dioden_Packung_mit_10_Stueck.html

Conrad will 25Cent für eines.

Gruß
Fabian

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


Lesenswert?

Und was wäre jetzt die angenäherte optimale Anordnung für gleiche 
Module? Vermutlich ne quadratische Matrix. Wobei die Dioden dann 
stückzahlmäßig auch erheblich weniger werden. Klar kann das etwas 
variieren je nach nachgeschalteter Kompetenz.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.