Hi Leute, ich darf an der Uni an einem "fiktiven" CubeSat Projekt mitwirken und soll einen MPPT Laderegler dafür entwickeln. Der CubeSat hat, wie jeder Würfen 6 Seiten, die jeweils mit zwei seriell verschalteten Solarzellen dieses Typs ausgestattet werden sollen. http://www.azurspace.com/images/0003429-01-01_DB_3G30C-Advanced.pdf Zwei gegenüberliegende Seiten des Würfels werden per Dioden zu einem Strang verodert, da nur eine der jeweiligen Seiten in der Sonne sein wird. Sprich, mein MPPT Wandler muss 3 Kanäle aufweisen. - Soweit so gut. Jetzt steh ich aber vor dem Problem, das ich die Solarzellen irgendwie für den Praxistest simulieren muss. Ich habe bei diversen Firmen angefragt - die haben aber alle nur Simulatoren im Kilowattbereich (eigentlich nur Chroma 6200 Serie und Keysight E4360) und die kosten Einzel mehr, als alle Autos zusammen, die meine Kommilitonen und ich bislang besessen habe :( Noch dazu konnte mir keiner der Vertriebler sagen, ob man die so weit runter regeln kann, wie ich es bräuchte, nur das man sie kaskadieren kann um ganze Solarfarmen zu simulieren. Grob muss ich ja "nur" rund 5,5Voc und 0,5Asc simulieren also eine CC/CV. Kann ich das nicht auf die schnelle als Notbehelf mit zwei seriellen LM317 lösen? Den ersten betreibe ich als Stromquelle und den zweiten als Spannungsquelle. Oder wäre es Besser, den zweiten LM317 der für die Spannung gedacht war, durch einige serielle std. Dioden wie 1n4001 o.Ä. zu ersetzten? Mein ihr, das würde gehen?
Schau dir die Ersatzschaltbilder an: https://www.lti.kit.edu/rd_download/Solarenergie_20081216_Photovoltaische_Systeme_I.pdf
Sunny schrieb: > Grob muss ich ja "nur" rund 5,5Voc und 0,5Asc simulieren also eine > CC/CV. Kann jedes (programmierbare) Labornetzteil, das wird eine Uni ja wohl haben (mit LabView zur Steuerung). > Kann ich das nicht auf die schnelle als Notbehelf mit zwei seriellen > LM317 lösen? Simulieren heisst für mich Spice, nicht Hardware. LM317 ist als Stromregler wegen Mindestlast doof.
MaWin schrieb: > Simulieren heisst für mich Spice, nicht Hardware. Das sehe ich auch so. Willst du also eine Hardware machen, oder nur eine "fiktive" Hardware simulieren? H. H. schrieb: > Ersatzschaltbilder Da steht die Antwort, die ist für einen Ersatz in der Praxis oder in einer Simulation ganz einfach und offensichtlich wesentlich realistischer, als du es brauchst: Mehrere Dioden in Reihe schalten und einen konstanten oder zumindest weitgehend konstanten Strom hindurch schicken. Die Spannung über den Dioden verhält sich wie die Spannung der Solarzellen. Der Strom ist proportional zur Lichtintensität und es gibt den ausgeprägt kleinen Bereich es MPPTs.
Kauf halt die Zellen, bau da draus einen Würfel, und stell eine Lampe davor. Näher an die Wirklichkeit kannts du mit deinee "Simulation" nicht kommen. Oliver
Sunny schrieb: > Der CubeSat hat, wie jeder Würfen 6 Seiten, die jeweils mit zwei seriell > verschalteten Solarzellen dieses Typs ausgestattet werden sollen. > http://www.azurspace.com/images/0003429-01-01_DB_3G30C-Advanced.pdf > Zwei gegenüberliegende Seiten des Würfels werden per Dioden zu einem > Strang verodert, da nur eine der jeweiligen Seiten in der Sonne sein > wird. Sprich, mein MPPT Wandler muss 3 Kanäle aufweisen. - Soweit so > gut. Das solltest du nochmal überdenken. Solarzellen verhalten sich wie Stromquellen, und die seriell zu verschalten macht Ärger. Bei Solarzellen führt das dazu, daß die "verdunkelte Zelle gegen die belichteten Zellen arbeitet", bzw. die Energie der belichteten Zellen die verdunkelten Zellen bloß warm machen. Und nicht mehr elektrisch nutzbar ist. Bei irdischen Photovoltaikanlagen ist das Problem als Teilverschattung bekannt (z.B. der Schatten eines Schornsteins auf dem Dach) und führt durchaus zum vorzeitigen Ausfall der betroffenen Zellen. Wenn alle Zellen gleichmäßig belichtet werden ist das kein Problem, aber Teilverschattung mag man nicht. Bei dir wird es wahrscheinlich ganz zum Nichtfunktionieren führen, da es für eine Zelle zappenduster ist, während die Belichtung für die andere Zelle je nach Einfallwinkel zwischen 0 und 100% liegt. Auf jeden Fall wirst du mit deiner Energieausbeute weit hinter deinen Erwartungen zurückbleiben. Schau dir z.B. mal das Ersatzschaltbild einer Photovoltaikzelle an - da sieht man daß ganz eindeutig.
Das hast du ganz falsch verstanden, Häschen. Die Reihenschaltung bezieht sich auf zwei Solarzellen auf einer Seite des Kubus, und die werden natürlich immer identisch bestrahlt. Die CubeSats (https://de.wikipedia.org/wiki/Cubesat) sind auch keine Idee, Erfindung oder Konstruktion von Sunny. Die gibt es schon seit über 10 Jahren im Einsatz. Allein diese Tatsache deutet an, dass das, was da gemacht wird, mit "ziemlich hoher Wahrscheinlichkeit" gut funktioniert. Wäre es so, wie du es interpretiert hast, hättest du natürlich recht.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Das hast du ganz falsch verstanden, Häschen. Das hast Du ganz falsch verstenden, Beißzähnchen! Vor der Zeit des Fertiglesens schon ausgebissen? Einfach nur weiterlesen, dann hast Du es auch verstanden: Sunny schrieb: > Zwei gegenüberliegende Seiten des Würfels werden per Dioden zu einem > Strang verodert, da nur eine der jeweiligen Seiten in der Sonne sein > wird.
Äh... ja, genauso, wie es da steht, habe ich es verstanden und genau so funktioniert es. Entweder die eine Seite liefert (mit zwei in Reihe geschalteten Solarzellen) mehr oder weniger Leistung und die gegenüber liegende gar nichts, oder umgekehrt. Und diese beiden Seiten werden über Dioden zusammen geschaltet (verodert nennt es Sunny). Das ganze drei mal, für 6 Seiten. Also was habe ich falsch verstanden? Oder du? Nebenbei, das hat mit Sunnys Aufgabenstellung jetzt nichts zu tun: Es gibt zwei Möglichkeiten der Zusammenschaltung der zwei Seiten: 1. Parallel: Beide Minuspole zusammen -> Ausgang Minus, jeden Pluspol über eine Diode -> Ausgang Plus. 2. Seriell: Beide in Reihe mit je einer Diode, die bei Verpolung (also nicht beleuchtet) leitet. (Bei beidseitiger Beleuchtung würde doppelte Spannung entstehen, aber beidseitige Beleuchtung ist ja in dieser Applikation unmöglich.)
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Also was habe ich falsch verstanden? Dass Wühlhase sich hier auch die Zellen auf der gegenüberliegenden Seite bezog. D.h. der TO hat für jede Seite eine Bypassdiode. Die Rückseite bekommt das diffuse Licht ab. Vorne bestrahlt plus diffusem rückseitigem Licht hast Du z.B. ein Maximum bei 2,xV 500mA und ein zweites Maximum bei 5,xV und 50mA. Das ist eine schöne Herausforderung für einen MPP-Regler.
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Ich vermute, wir reden arg aneinander vorbei. Ich interpretiere seine Beschreibung so, wie im Bild. Und genau so ist es sinnvoll und funktioniert es auch. Nebenbei: Wie auch Teilabschattungen gibt es Streulicht (diffuses Licht) im Weltraum nicht. Mindestens 3 der 6 Seiten sind stockdunkel. Und die jeweils gegenüber liegende liefert zwischen 0 und 100% der Maximalleistung. Wir kriegen das noch hin...
Ich muss mich doch verbessern: In der Nähe der Erde gibt es natürlich auch reflektierts Licht, was auf die der Sonnen abgewendeten Seite(n) des Cubesats fällt. Aber an Sonnys Beschreibung bzw. an der Schaltung erkennt man, dass es zweifellos nicht darum geht, auch noch von diesen Zellen das Maximum zu gewinnen. Es soll ja nur ein 3-fach MPPT realisiert werden. Und bei schwach bzw. im spitzen Winkel von der Sonne beleuchteten Seiten kann auch die von der Erde beleuchtete Seite noch etwas zur Gesamtleistung beitragen.
Hier ist das Simulationsmodell der drei ausgenutzten Wellenlängenbänder: https://www.semanticscholar.org/paper/Temperature-characteristics-analysis-of-solar-cell-Ota-Sakurada/9a62011a2eda923a4aa6a66334c7b2266ad0bd5e
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > 1. Parallel: Beide Minuspole zusammen -> Ausgang Minus, jeden Pluspol > über eine Diode -> Ausgang Plus. Das wäre schade - bei Si-Dioden würden etwa 15...20% der erzeugten Leistung gleich in einer der Dioden hängen bleiben. Das würde für eine aktive Kommutierung sprechen, i.e. eine ideale Diode.
Dieter schrieb: > Die Rückseite bekommt das diffuse Licht ab. Im Weltall. Klar doch. Einfach mal die Finger stillhalten.
Wolfgang schrieb: > Das wäre schade - bei Si-Dioden würden etwa 15...20% der erzeugten Schade wäre es. Und ich denke, dass die Kosten für eine (bzw. 3) aktive Kommutierung(en) keine Rolle spielen würden. 20% wären schon normale Dioden. Mit Schottky wären es wesentlich weniger. Und darüber hinaus gibt es auch Schottky-Dioden, die noch einmal geringere Schwellspannungen als übliche Schottky-Dioden (1N5817) haben. ~250 mV bei Raumtemperatur und den o.g. 0,5 A könnten erreichbar sein, und dann sind es nur noch ~5% der o.g. 5 V. Und wenn man den Effekt ausnutzt, dass es auf der Sonnenseite vermutlich wesentlich wärmer als auf der gegenüberliegenden Seite ist, könnten noch einmal 1 oder 2% weniger sein. Ich denke, dass die Leute, die die Hardware des realen Cubesats konstruieren, sich da noch wesentlich besser auskennen und mehr über Randbedingungen wissen, als der TO, du oder ich, und dass die einen optimalen Job machen. Was da in der Praxis gemacht wird, hat jetzt natürlich nichts mehr mit er Aufgabe des TOs, dem Entwurf eines MPPT-Reglers, zu tun. MaWin schrieb: > Dieter schrieb: >> Die Rückseite bekommt das diffuse Licht ab. > Im Weltall. Klar doch. Einfach mal die Finger stillhalten. Wie war das gemeint? Das hätte er nicht schreiben sollen? Ich hatte mich selber dazu auch schon korrigiert: Beitrag "Re: Solarzellen Simulieren". Stichwort: Erdnaher Orbit.
MaWin schrieb: > Dieter schrieb: >> Die Rückseite bekommt das diffuse Licht ab. > > Im Weltall. Klar doch. Dann guck dir mal die üblichen Bahnhöhen bei einem LEO an. Die Wolken der Erde reflektieren VIEL Licht. Was meinst du wohl, warum um Neumond herum der Mond in aschfahlem Licht erscheint. Und der Mond ist um einen Faktor 1000 weiter entfernt als so ein Satellit im LEO. > Einfach mal die Finger stillhalten. dto.
Wolfgang schrieb: > Dann guck dir mal die üblichen Bahnhöhen bei einem LEO an. Du verstehst MaWins Antwort also genau so wie ich. Ich denke, es ist eine gute Annäherung, dass die der Erde zugewandte Seite des Satellites ungefähr genau so viel Licht bekommt, wie sie es bekommen würde, wenn wir die Solarzelle hier auf der Erde auf den Erdboden ausrichten. Es ist fast egal, ob sie sich in 1 m, 1 km oder 1000 km Entfernung von der 12700 km großen Erdkugel befindet. Aber die der Sonnenseite bekommt natürlich viel mehr Licht.
MaWin schrieb: > Im Weltall. Klar doch. Einfach mal die Finger stillhalten. Vielleicht kennt er das Projekt und weiß als einziger, welche Umlaufbahn geflogen wird. Das reflektierte Licht der Erde hat auch eine andere Intensitätsverteilung aufgetragen über der Wellenlänge.
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Und weil das so ist, kann man das vernachlässigen und so tun als würden immer nur 3 der 6 Seiten beleuchtet werden. https://what-if.xkcd.com/145/
Gustl B. schrieb: > Und weil das so ist, kann man das erstmal nicht vernachlaessigen. Sondern dieses muss das Projektteam klaeren.
Dieter schrieb: > Gustl B. schrieb: >> Und weil das so ist, kann man das > > erstmal nicht vernachlaessigen. ... dieses muss das Projektteam nicht mehr > klaeren. , denn das hat es offensichtlich schon festgelegt bzw. ist seit Jahren Stand der Technik und ist darüber hinaus weder die Aufgabe noch die Frage des TOs. Der hat einfach nur zu viel Hintergrundinfo gegeben, die jetzt zum Zweifel am gesamten Projekt führt. Das ist nicht nötig.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Ich denke, es ist eine gute Annäherung, dass die der Erde zugewandte > Seite des Satellites ungefähr genau so viel Licht bekommt, wie sie es > bekommen würde, wenn wir die Solarzelle hier auf der Erde auf den > Erdboden ausrichten. Da täuscht du dich ganz gewaltig. "Hier auf der Erde" bist du gewöhnlich unter den Wolken und die haben einen ganz kräftigen Anteil an der Albedo der Erde (60-90% Reflektivität). Wüste kommt auf 30%. Dazu kommt die Rückstreuung aus der Atmosphäre.
Dieter D. schrieb: > Das reflektierte Licht der Erde hat auch eine andere > Intensitätsverteilung aufgetragen über der Wellenlänge. Wolken sind ziemlich farblos, wenn du sie von oben betrachtest. Zumindest im sichtbaren Bereich der Spektrums tut sich da wenig und der IR-Bereich spielt bei der Stromerzeugung durch die Solarzellen so gut wie keine Rolle. Über wolkenfreiem Gebiet ist der Blauanteil relativ angehoben, weil er in der der Atmosphäre stärker rückgestreut wird. Jetzt kannst du dir anhand der Wolkenverteilung den Energiemix ausrechnen. In niedrigen Breiten (äquatornah, ITC), hast du übrigens statisch betrachtet relativ viele Wolken ...
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Es ist fast egal, ob sie sich in 1 m, 1 km oder > 1000 km Entfernung von der 12700 km großen Erdkugel befindet. Der Mond ist so weit entfernt, dass es nicht mehr egal ist. Guck dir den Raumwinkel an, unter dem die Erde von dort aus erscheint.
Die Intesitaet nimmt ab mit 1/r^2. Dh wenn die Erde 30% zurueckstreut, dann faellt auf die erdzugewandte Zelle noch 7,5% des Lichts zur Stromproduktion in 6300km Hoehe.
Dieter schrieb: > Die Intesitaet nimmt ab mit 1/r^2 Unsinn. Die Erde ist kein Punkt. Über einer homogen Fläche ist die Intensität sogar unabhängig vom Abstand.
Wolfgang schrieb: > Da täuscht du dich ganz gewaltig. Ich muss dir weitgehend Recht geben. Nehmen wir an, dass der Satellit in z.B. 1000 km Höhe über einem wirklich großen Wolkenfeld, also mehr als 1000 km Durchmesser, steht. Dann wird einen sehr großer Teil des Empfangs-Raumwinkels der Solarzelle ausgefüllt, und so kann diese Solarzelle einen ganz erheblichen Teil dessen, was die der der Sonne zugewandte Solarzelle bringt, liefern. Deren (geringerer) Strom wird dann über ihre Diode dem anderen zugefügt, allerdings bei etwas geringerer Spannungslage. Kann das zu einem lokalen Maximum der Leistungskennlinie führen? Ich vermute, nicht. Aber man (oder ich) müsste das mal simulieren. Letztendlich ist das nicht die Aufgabenstellung des TOs, aber interessant, zu diskutieren. Wolfgang schrieb: > Der Mond ist so weit entfernt, dass es nicht mehr egal ist. Ja, fast 400000 km. Natürlich ist es bei so einer Entfernung überhaupt nicht mehr egal, das habe ich auch nicht behauptet!(?)
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Ich habe mal simuliert. Neugier und Prokrastination. 3/4 Strom von der der Sonne zugewandten Seite, 1/4 von der gegenüber liegenden. Wie ich vermutet habe, tritt absolut kein lokales Maximum, das den MPPT-Regler durcheinander bringen könnte, auf.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Ich habe mal simuliert. Neugier und Prokrastination. Bau mal das ganze um und schalte die beiden Seiten statt parallel mal seriell mit Bypass-Dioden.
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Nichts leichter als das, sprach Frederick... Durchaus interessant, nicht überraschend und nicht sinnvoll, wenn beide Solarzellen unterschiedlich Strom liefern.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb: > Durchaus interessant, Und nun nimm mal an, die eine Zelle reagiert auf rotes Licht und die andere auf blaues Licht (Dual statt Tridemzelle zur Vereinfachung). Das Verhältnis ändere sich auf die das abgestimmt war, bzw. das streulich von der rückseitigen Erde.
Du meinst, dass solche triple-junction Solarzellen verwendet werden? Wenn das so ist, würde der Strom aus der "schwächsten" (Teil-)Zelle bestimmt werden. Die Wirkung wäre nicht anders, als wenn die (ganze) Zelle etwas schwächer beschienen würde. Diese Serien-Charakteristik gilt ja nur für eine Zelle, sie liefert im Fall des Falles immer noch erheblich Strom und "behindert" die (über Dioden) parallel geschaltete, gegenüber liegende nicht.
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Das wäre ja diese Struktur. Die schwächste (Teil-)Zelle liefert nur 150 mA, plus 750 mA von der Sonnen-seitigen, macht 900 mA.
Übrigens, wenn eine Fläche senkrecht zur Sonne ausgerichtet wurde, liefert der Würfel am wenigsten elektrische Energie.
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Na ja, bricht auch bei 900 mA zusammen. Die "150er" wird nur nicht mehr so stark umgepolt.
Dieter schrieb: > Fläche senkrecht zur Sonne ausgerichtet Also, dass die Sonne in der Ebene der Fläche liegt, meinst du sicherlich. Ja klar, das gehorcht ja dem Lambertschen Gesetz, wie auch eine Lambertscher Strahler. Oder halt - du meinst ja, wenn die Sonne genau senkrecht über einer Fläche steht... Auch klar, weil dann am wenigsten Fläche von der Sonne "gesehen" bzw. bestrahlt wird. Maximum: Mit einer Ecke zur Sonne, genau zwischen Sonne und Erde, Erde vollkommen bewölkt.
Für jede Solarzelle (bzw. Seite) ein eigener Step-Down mit High und Low-Side Switch. Die Stepdowns am Ausgang miteinander verbinden, alle mit dem gleichen Tastverhältnis von einer Regelung ansteuern. Fertig. Tastverhältnis so begrenzen, dass die Solarspannung nicht unter die MPP Spannung fällt. (Max. Tastverhältnis ergibt sich direkt aus der Ausgangsspannung und Ziel MPP Spannung) Dann brauchts auch keine Dioden. Low-Side Switches logischerweise erst zuschalten wenn man im nicht-lückenden Betrieb angekommen ist.
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