String Konverter - Step-Up Wandler

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    • String Konverter - Step-Up Wandler

      Dies ist ein Branch/Abspaltung von :
      solarstrom-forum.de/showthread.php?t=75&page=2
      insbesondere
      solarstrom-forum.de/showpost.php?p=342&postcount=19

      wurde dort ein es bischen OffTopic, drum hier weiter.

      Hi Luke,
      Du wirst es finden!

      Keine Ahnung wie die *.PNG s skaliert und angezeigt werden.
      Auf alle Fälle nehmen sie hier keinen Speicherplatz weg.

      Versuchen wir es.

      Der Trick liegt im Transformator, der Wicklungsaufbau ist entscheidend.

      MfG
      Manfred

      Edit : Da brauch ich größere Monitore...

      --- Anhänge

      Schaltplan:
      [IMG:http://www.entspannen-und-wohlbefinden.gmxhome.de/Luke/SolarUp_Schema.png]

      Bestückung:
      [IMG:http://www.entspannen-und-wohlbefinden.gmxhome.de/Luke/SolarUp_Place-top.png]

      Bauteilseite:
      [IMG:http://www.entspannen-und-wohlbefinden.gmxhome.de/Luke/SolarUp_Cu-top.png]

      Lötseite:

      [IMG:http://www.entspannen-und-wohlbefinden.gmxhome.de/Luke/SolarUp_Cu-bottom.png]
    • Hi Manfred,

      perfekt!

      merci beaucoup!

      ...mit dem Trafowickeln hab ich allerdings ein Prob...:o

      aber jetzt schau ich mir erstmal die Schaltung an...

      vorab schon mal folgende Bemerkung:

      IMO wurden durch Dich
      die grundsätzlichen Möglichkeiten zur Ertragsoptimierung
      bei Verschattung neu definiert!



      respectfully

      Luke
    • Hi Luke,

      habe Schaltplan noch einmal auf Stand gebracht.

      Das mit dem Trafo ist reine Nervensache.... [IMG:http://www.solarstrom-forum.de/images/icons/icon6.gif]

      1. Kernsatz EP59 komplett
      2. ca. 20m Cu-Lackdraht 1mm
      3. 1 kleine Rolle Kapton-Klebeband 15mm breit
      4. 1 DIN-A4 Bogen Kopierfolie 0,1mm
      5. Lot und Lötkolben
      6. Skalpell und Lineal
      7. In größerer Entfernung eine Verpackungseinheit Dornfelder zunächst gefüllt

      Punkt 7 aber erst nach Erfolg in Angriff nehmen.

      Richtiger Wicklungsaufbau ist fummelig aber wichtig. Ca. 2 Stunden Zeitbedarf ohne störende Unterbrechungen.

      Anschliessend tränken lassen beim Trafobauer deines Vertrauens...
      (oder den gleich alles machen lassen [IMG:http://www.solarstrom-forum.de/images/icons/icon10.gif] )

      Wickelvorschrift müßte ich dann noch erstellen.

      MfG
      Manfred
    • Hi Manfred,
      wäre toll, wenn Du das Verhalten der SUSC (step-up-string-converter) für
      verschiedene Einstrahl-Szenarien als Spannungs- und Stromdiagramm über der Zeit
      aufzeichnen und darstellen könntest...:)

      Der Einsatz kann in einer Vielzahl problematischer Verschattungsszenarien zu einer dennoch
      zufriedenstellenden Ertragssituation führen, ohne dass eine Reduzierung der installierbaren
      Modulzahl erforderlich wird.
      Besonders bei Hochleistungsmodulen und dem Wunsch nach einer möglichst
      hohen PV-Leistung auf der vorhandenen Dachfläche glänzt der SUSC...

      Der Wandlungsfaktor ist vermutlich eng mit der Auslegung des Trafos verbunden, daher kann
      solch ein SUSC vermutlich kaum universell konfigurierbar gebaut werden.
      IMHO wären diese Baugruppen also individuell, in Abhängigkeit der String-Wechselrichter-Erfordernisse,
      zu konzipieren...und damit für eine Großserienfertigung eher uninteressant...

      ...der versierte Elektronikbastler wird es, wenn er die Zeit aufbringt, sicher packen...
      ...daher nochmals DANKE für die Offenlegung Deiner Entwicklung...:D

      ...der weniger versierte oder zeitlich restringierte Hobbyist würde einen betriebsbereiten SUSC sicher gern
      käuflich erwerben...hmmm...klar, ist schon wegen der Gewährleistung schlecht darstellbar...

      ...aber wenn ein bezahlbarer Bausatz mit präziser Anleitung,
      allen Teilen und genügend Trafodraht verfügbar wäre...:cool::rolleyes:;)

      Luke
    • Hi Luke,

      morgen verspricht ein sonniger Tag zu werden.

      Ich werde die einzelnen Wandler mal nachmittags für jeweils ca. 10min deaktivieren. Am Solarlog sollten die Leistungssprünge zu sehen sein.

      Die separaten Wandler- oder String-Leistungen kann ich einzeln noch nicht darstellen, mir fehlt die Telemetrie, ist aber sozusagen als Abfallprodukt im Rahmen eines anderen Projektes bald verfügbar. Zudem sind die Verschattungen schlecht protokollierbar, da sie unter Anderem von 60m entfernten Stämmen, Zweigen und Ästen bewirkt werden und sich mit der Erddrehung und Wind sehr schnell auf den Modulen verändern.
      Vielleicht gelingen mir ein paar Fotos.

      Richtig, allein der Transformator bestimmt das Übersetzungsverhältnis. Eine (eingeschränkte) Konfigurierbarkeit kann durch Wicklungsanzapfungen/Einzelwicklungen realisiert werden, z.B. mit Steckbrücken. Ist eine Frage der Kombinatorik. Da sind jetzt noch einige Pins am Trafosockel frei. [IMG:http://www.solarstrom-forum.de/images/icons/icon7.gif]

      Die Bauteile sind, bis auf den fertigen Transformator, alle ausnahmslos Massenkram und erhältlich über jeden gut sortierten Distributor, insbesondere wenn Unternehmertum und Steuernummer [IMG:http://www.solarstrom-forum.de/images/icons/icon12.gif] vorliegt, z.B. rs-components.de

      Ich bin selber ein zeitlich restringierter (oder resignierter? Nein, ich schwimme immer noch gerne gegen den Strom) Hobbyist. Ich werde in diesen Belangen sicher nicht (mehr) kommerziell tätig werden.
      Wobei nicht die Mängelhaftung das Problem ist, sondern...vielschichtig...
      Kurz und gut, ich habe andere Prioritäten.

      Ich stelle aber jedem gerne die vorhandenen Datensätze, beinhaltet auch CAM-Datensätze und Stücklisten zur Leiterkartenherstellung, zur Verfügung. Leiterkartenhersteller und Prototypen-/Kleinserien-Bauer gibt es genügend am Markt. Trafowickler auch. [IMG:http://www.solarstrom-forum.de/images/icons/icon14.gif]

      MfG
      Manfred
    • Deaktivieren (am IC Shutdown gegen Vref gelegt) der einzelnen Wandler gegen 12:30 Uhr:

      1. An WR1 von 17 auf 14 Module, 12 Minuten und wieder 17
      2. An WR2 von 17 auf 15 Module, 10 Minuten und wieder 17
      3. An WR3 von 17 auf 15 Module, 10 Minuten und wieder 17

      Leider waren die beiden letzen Einstellungen etwas kurz, der Solarlog hat mir wegen Mittelwertbildung "den Hub gedrückt".

      Die Ertragseinbußen habe ich im Interesse der Wissenschaft tränenden Auges in Kauf genommen.

      [IMG:http://www.entspannen-und-wohlbefinden.gmxhome.de/Luke/Bildschirmfoto-SolarLog.png]

      Schattenfotos waren nicht verwertbar, grauer Halb-Schatten, z.T. diffus auf schwarzen Modulen, seitlich von unten fotografiert...

      Ich habe die Wandler anfangs nicht gebaut, um Schattenauswirkungen zu minimieren, sondern um 51 Module symmetrisch auf 3 Wechselrichter zu bringen.
      Je 17 (Primzahl) Module bei handlichen Spannungen auf 3 Trafo-WRs, bei bereits vorhandenen Doppel-5er und Einzel-7er Strings.


      MfG
      Manfred
    • Hi Manfred,
      danke, diese Kurven beseitigen ( trotz Solarlogqualität) meine Zweifel...
      ...bitte vielmals um Entschuldigung...
      ...hat Dich ca. 0,25kWh an Ertrag gekostet...:mad:
      ... viel entscheidender für mich aber Deine Bereitschaft zur Demonstration!:D
      Falls wir uns mal über den Weg laufen, würde ich Dich gern zu einem Dornfelder einladen!:)

      dabo schrieb:


      Ich habe die Wandler anfangs nicht gebaut, um Schattenauswirkungen zu minimieren, sondern um 51 Module symmetrisch auf 3 Wechselrichter zu bringen.


      yepp, perfekt... aber die Benefits bei komplexen Verschattungsszenarien begeistern mich noch mehr...
      ...besonders in Zusammenhang mit einem eigenen theoretischem Projekt,
      welches durch Deine SUCS komplett in der Tonne gelandet ist...

      - bei Parallelschaltung für jeden string einen SUCS,
      - absolut freie Gestaltung der Modulzahl (schattenoptimiert)
      - keine Bypass- oder Rückstrom-Dioden
      ...und, vielleicht als Krönung der Weiterentwicklung
      - dynamisches step-up Verhalten zur Anpassung von temperaturbedingten Spannungsvarianzen

      Luke

      PS: ...es ist sehr schwer, wenn nicht gar unmöglich, dem Volk den Unterschied
      zwischen Strom- und Spannungsquelle einfühlsam zu vermitteln...:cool:
    • Hi Luke

      Luke schrieb:

      ...bitte vielmals um Entschuldigung...


      nada

      Luke schrieb:

      ...hat Dich ca. 0,25kWh an Ertrag gekostet...:mad:


      Ich werd nie wieder richtig schlafen können

      Luke schrieb:

      Falls wir uns mal über den Weg laufen, würde ich Dich gern zu einem Dornfelder einladen!:)


      Das ist ein Wort, ich sage niemals nie

      Luke schrieb:

      ...besonders in Zusammenhang mit einem eigenen theoretischem Projekt,
      welches durch Deine SUCS komplett in der Tonne gelandet ist...


      Überhaupt nicht, habe heute über Deinen Chimney Shadow nachgedacht, da sollte extrem günstig, kein Trafo, kein Relais, etwas möglich sein, simpel, vielleicht gar sehr simpel...

      Luke schrieb:

      - absolut freie Gestaltung der Modulzahl (schattenoptimiert)
      - keine Bypass- oder Rückstrom-Dioden
      ...und, vielleicht als Krönung der Weiterentwicklung
      - dynamisches step-up Verhalten zur Anpassung von temperaturbedingten Spannungsvarianzen


      ad 1, ja vielleicht
      ad 2, Bypass- wohl schon, Rückstrom-Dioden nicht nötig, ist schon drin
      ad 3, leider nicht so einfach, eine Regelung würde den Wirkungsgrad stark, aber schon sehr stark, runter drücken. Ausserdem gibt es das schon, aufwendig und teuer

      Luke schrieb:

      PS: ...es ist sehr schwer, wenn nicht gar unmöglich, dem Volk den Unterschied
      zwischen Strom- und Spannungsquelle einfühlsam zu vermitteln...:cool:


      Des Menschen Wille ist sein Himmelreich (phenning braucht sich keine Mühe geben, das wird nichts...). Ich habe hoffentlich kein Helferleinsyndrom mehr, obwohl... [IMG:http://www.solarstrom-forum.de/images/icons/icon10.gif]

      MfG
      Manfred
    • ...hmmm, Bypass-Dioden schützen gefährderte Zellen durch Überbrückung...
      ...vor der kritischen Durchbruchspannung und möglichen hohen
      Stromstärken der noch produzierenden Zellen...
      (Stromfluss über den Ri des WR)

      ...wenn die verschattete und damit 'öffnende' Zelle keinen Strom liefert...
      ...wird der SUCS den zur Schädigung benötigten Stromfluss doch nicht
      mehr bereitstellen...oder?...

      Luke
    • Es würde auch ohne Bypassdioden gehen, genau so lange die Ausgangspannung des Wandlers genügend "hochgehalten" bleibt.

      Fällt sie aus beliebigen Gründen, so gibt es irgendwann Rückwärtsstrom durch die teilverschatteten Eingangsmodule.

      Die Bypassdioden haben hier keine Betriebsfunktion mehr, sie dienen nur noch dem Schutz bei Störungen oder Fehlverhalten der Ausgangsspannung des Wandlers. Wäre unschlau, bei so etwas ein Modul zu verkochen.

      MfG
      Manfred
    • ...sehe ich anders, Manfred, ein Strom kann nur in einem geschlossenen Kreis fließen...
      ...und der wäre doch durch den nicht mehr arbeitenden SUSC geöffnet (oder extrem eingeschränkt weil ggfs. unzureichende Betriebsenergie)

      ...und es ist auch kein 'Rückstrom' weil der Stromfluss sich ja nicht ändern kann...
      (gut das Superhaase nicht hier ist...:cool:)

      Luke
    • Der Wandler arbeitet weiter solange seine Eingangsspannung genügend hoch ist. Das ist sein Zweck.

      Fällt die Ausgangspannung !bei Stromfluss! z.B. auf die Hälfte (1. Fehlerfall, warum auch immer), so wird auch die Eingangsspannung auf die Hälfte gedrückt ebenfalls bei Stromfluß entsprechend dem Transformationsverhältnis.

      Es wird in einem Modul gleichzeitig eine Zelle verschattet (bestimmungsgemäßer Betrieb, kein Fehler), während alle übrigen Zellen unverschattet sind.
      Das kann die verschattete Zelle gefährlich umpolen, sie bekommt den Strom der unverschatten Zellen, die ja in ihrer Summenspannung heruntergedrückt wurden, in Sperrichtung verpasst.

      Der 1. Fehlerfall wird somit nicht erkannt, es wird nicht reagiert und es kommt zu Schäden. Zulassung verweigert.

      Nur wenn der Fall der Ausgangsspannung transformiert auf den Eingang hier ca. kleiner als 20 Volt vorliegt, fliesst auch kein Strom mehr in den Wandler und somit auch kein Rückstrom durch die verschattete Zelle.
      Ich würde das als seltenen Sonderfall bezeichnen. Zudem weil die Spannungen aller unverschatten Zellen am Eingang Richtung Leerlaufspannung ansteigen, wenn der Stromfluß abnimmt.

      Ist ein bischen verwickelt. Und reine Theorie. Und schlecht von mir beschrieben.

      Muß mal ein Bild malen.

      MfG
      Manfred
    • Hi Luke,

      ist das im "Normal"-Betrieb auch richtig, keine Bypassdioden erforderlich.

      Ich betrachte den "Fehlerfall", z. B. sekundärer "Halb-"Kurzschluß (ein netter Begriff), MPP-Regelung greift nicht. Licht auf den Zellen, eine verschattet.
      Normalfall sei: Modulspannung ca. 45V (MPP), Wandlerausgang dann 135V (1:3 Übersetzung).
      Der Wandler arbeitet, wenn die Eingangsspannung größer als ca. 15 Volt ist. Er transformiert die Eingangsspannung dann zunächst auf 45 Volt hoch. Und es fließt dann aufgrund eines Fehlers, s.o. ein Ausgangsstrom von zunächst 1 Amp. Das bedeutet das Modul wird mit zunächst 3 Ampere belastet. 71 Zellen des Moduls stört das nicht, sie könnten entsprechend dem Lichteinfall bis 4,5 Ampere bei jeweils 0,5 Volt liefern, bei Reihenschaltung dann 35,5 Volt (oder 3 Amp, bei je 0,55V, insgesamt 39,05 Volt, wie gerade aktuell vorliegt), nur die verschattete Zelle nicht, sie kann nicht mehr als 3 Ampere. Ab dann fällt ihre Spannung ins negative, bis zur Durchbruchspannung bei ca. -20 Volt, somit beträgt die Modulspannung gesamt immer noch 20 - 15 Volt, bei Strömen größer 3 Ampere.

      Wärmeleistungsanfall dann größer als 60 Watt in der verschatteten Zelle, instabile Strompfadeinschnürung, da die Durchbruchspannung mit steigender Temperatur sinkt, Hauptstrom fließt nur noch durch einen kleinen Bereich der Zelle, hier sich aufschaukelnde übermäßige Erhitzung, Hotspot, Kurzschluß der Zelle (oder selten Hochohmigwerden des Hotspotbereiches, der Bereich wird dann immer größer)

      Oder noch einfacher, 1 Eingangsmodul:

      Wandlerdefekt, ein Schalttransistor meint, eine Kurzschlußbrücke zu sein.

      Dann fliesst immer nahezu der Kurzschlußstrom des Modules ca. 5 Ampere bei genügender Belichtung, notfalls über die umgepolte verschattete Zelle.
      Aussen 0 Volt, 5 Ampere.
      Innen natürlich auch 5 Ampere, 1 verschattete Zelle -20 Volt Durchbruch, 71 Unverschattete insgesamt +20Volt, Spannungsmittelwert der einzelnen unverschatteten Zellen 0,28 Volt, einige Zellen mehr, andere weniger, gemäß ihren Toleranzen.

      Wie gesagt, nicht im Normalbetrieb, sonderen bei Auftreten eines simplen Fehlers.

      Auch der Wandler hat hier eine "Schwäche".
      Bei Kurzschluß einer der Gleichrichterdioden wäre die Eingangsseite ziemlich direkt gleichstrommäßig mit der Ausgangsseite verbunden. Ob die Schalttransistoren das überleben ist hier sekundär.
      Da die Gesamtspannung der Eingangsmodule nicht größer als ca. 0,65 Volt Flußspannung x Zellenzahl werden kann, werden die ausgangsseitigen Parallelstrings nahezu ihren Kurzschlußstrom in die Wandlereingangsmodule liefern...

      Bei mir 3 Strings mit je 5 Modulen, also 15 Ampere in 2 Module mit zusammen etwa 2 x 72 x 0,65 Volt = 94 Volt. WR arbeitet nicht mehr, da Spannungsunterschreitung. Jede der Eingangs-Zellen und auch die "Busbars" muß dann den Strom "tragen" können.
      Leistungsanfall dann 10 Watt pro Zelle.
      Ich habe es nicht ausprobiert.
      Könnte aber gutgehen [IMG:http://www.solarstrom-forum.de/images/icons/icon11.gif]
      Hoffe ich.

      MfG
      Manfred
    • Hi Manfred,
      war der Meinung dass bei 0 A Stringstrom der geringe Eigenleistungsbedarf des Konverters nicht mehr gegeben ist
      und der 3525 seinen Dienst einstellt, damit wäre dann Schicht im Schacht ...
      ...hatte übersehen, dass auch bei Ausfall des Konverters über die Induktivitäten und Dioden der Generator
      gleichstrommäßig mit dem WR verbunden bleibt...:o

      ...ok, ist auf der einen Seite eh hypothetisch sich darüber Gedanken zu machen, da alle brauchbaren Module
      mit Bypass Dioden versehen sein sollten...wenn diese aber ansprechen, dürften sie in ihrer Dimensionierung nicht
      so bemessen sein, dass, aus thermischen Gründen, ein längerer Betrieb gewährleistet wird...
      ...das ist in 'normalen' Verschattungsfällen sicher nicht kritisch, was aber,
      wenn ein von der Wäscheleine gewehter Baumwoll-Schlüpfer unbemerkt über längere Zeit Zellen abdeckt..:eek:

      ...wäre IMHO schön, wenn der Konverter auch die Bypass-Dioden-Krücke beseitigt...:cool:

      Luke