Hirnfurz: Moduloptimierer als Batterie-MPPT

[ferdimh]

Es ergab sich heute in der Mittagspause eine Diskussion über Moduloptimierer.
Ursprünglich ging es darum, bei zwei chronisch verschatteten Modulen in einem String die Gesamtleistung zu optimieren.
Jedoch ging es dann weiter mit der Frage "Wie funktionieren die Dinger eigentlich?".

Klar ist: da drin steckt ein DC/DC-Wandler, der so gesteuert wird, dass das entsprechende Solarmodul im MPP betrieben wird. Jetzt muss sich das Ding aber mit seinen Kollegen im Strang einig werden.
Wenn man das irgendwie gezähmt bekäme, könnte man damit auch Batterien laden - und der Preis ist verglichen mit einem MPPT-Batterieladeregler ziemlich attraktiv.

Ein Blick auf ein Datenblatt ergibt, dass die Funkkommunikation nur für "monitoring, rapid shutdown and remote troubleshooting" verwendet werden soll. Nach langem Graben auf der Website findet sich (leider unverlinkbar) auch die Info, dass die Dinger auch ohne Funkkontakt tun, jedoch ohne Cloudanbindung keine Garantie gewährt wird.
Nun empfinde ich Garantie eher als ein Hindernis beim Erforschen des wahren Potentials von neuem Spielzeug...

Es gibt auch eine riesige Kompatibilitätsliste, die nahelegt, dass die Anforderungen an den Wechselrichter nicht besonders spezifisch sind. Ebenso soll es möglich sein, nur einzelne Moduloptimierer in einem String zu verbauen. Das legt ebenfalls einen Algorithmus nahe, der "automatisch das richtige tut".

Zur Kommunikation Optimierer-Wechselrichter findet sich im Netz ÜBERHAUPT keine Info, nicht mal die Info, dass es unter Verschluß gehalten wird.

Also, nun die Fragen:
1.: Kennt jemand ein Kommunikationsprotokoll zwischen Moduloptimierer und Wechselrichter, und kann weitere Stichworte nennen?
2.: War jemand schon mal so wahnsinnig, das Ding auf dem Labortisch zu ärgern und zu gucken, was es macht, insbesondere, wenn die Last eher eine konstante Spannung darstellt?
2b.: Ist das resultierende Verhalten ausreichend sinnvoll, dass man damit (unter Addition einer Diode und einem Überspannungsschutz) Batterien laden könnte?

[MatthiasK]

Ich habe zwar 8 von den Dingern auf dem Dach, kann aber über die Kommunikation leider noch nichts sagen. Hier findet jedenfalls keine mir bekannte Kommunikation statt, da es keinen Accesspoint dafür gibt.

Nachdem was ich zwischen den Zeilen aus dem Datenblatt gelesen habe, ist das ein DC/DC-Wandler, der sich nach dem von außen vorgegebenen Strom richtet.

[Chefbastler]

Kommunikation, hmm dachte bisher das die eigenständig laufen als *gib was du kannst* und die Dinger eher bissle als Globuli betrachtet.
In den Modulen sind ja 1-3 Freilaufdioden in der Regel drin um der Abschattung Herr zu werden

Offen hatte ich so ein Ding noch nicht, nur die Erfahrung das die wohl manche sehr gut EMV-Müll machen können auf Furzwelle.
Vermute mal das da ein µC komplett alles macht von PWM-Regelung der Schaltregler bis hin zu Kommunikation.

Son Ding mal angeln und lobotomieren wird man vermutlich nicht rum kommen

[ferdimh]

Jetzt wollte ich gerade das Problem formulieren, und mir fällt die Lösung ein..

Problem: Wie implementierst du "gib alles", wenn du die Ausgangsbedingungen nicht kennst? Woher weißt du überhaupt, in welche Richtung du korrigieren musst?

Lösung: Eigentlich isses egal. Wenn man den Arbeitspunkt Richtung "weniger Spannung an der Solarzelle" verschieben will, erhöht man das Tastverhältnis. Dann steigt entweder (bei Konstantspannungslast) der Ausgangsstrom, oder (bei Konstantstromlast) die Ausgangsspannung. Der Regelverhalten wird sich hier nie umkehren. In die Gegenrichtung gilt das Gleiche.
Es ist also tatsächlich eine kommunikationslose Lösung möglich. Und da diese auch noch einfach ist, wird es wohl so gemacht.

Sicher ergeben die Dinger in einer großen Anlage eher weniger Sinn, wenn man nicht an einzelnen Panels ein konkretes Schattenproblem hat (und auch dann bin ich mir noch nicht sicher). Interessanter wirds, wenn man so auf den DC/DC im Solarwechselrichter verzichten könnte (wie bei einigen Amianlagen, die von den Strings direkt in eine IGBT-Drehstrombrücke arbeiten). Dann bedeuten die vielen kleinen Dinger keine Erhöhung der Wandlungsvorgänge.

Ich habe mal son Teil bestellt und werde es mal etwas ärgern. Ich kenne da auch ne Firma, wo man mal eine inoffizielle EMV-Prüfung durchführen könnte...

[MatthiasK]

Ich habe mal son Teil bestellt und werde es mal etwas ärgern. Ich kenne da auch ne Firma, wo man mal eine inoffizielle EMV-Prüfung durchführen könnte...

Ich bin nicht da. Ich bin nicht da. *duck&renn*

[ferdimh]

Ich glaube, das funktioniert wirklich!


Am Lastwiderstand hats nicht gescheit getan - es scheint so als würden diese Moduloptimierer nicht oder kaum den Betriebspunkt variieren, sondern sich darauf verlassen, dass die äußeren Umstände das tun (was an deinem Wechselrichter mit MPPT ja auch richtig ist).
Das Blei, das gleichzeitig den Server besaftet, scheint aber hier dafür zu sorgen, dass es sinnvoll funktioniert.

Man sieht, wie sich das Ding an die Maximalspannung rantastet, und sobald diese erreicht ist, (und der Strom sinkt) umkehrt.

Wenn man schnell am Netzteil dreht (der Logger ist hier zu langsam), sieht man, dass das Ding aber grundsätzlich wie ein Gleichstromtrafo funktioniert. Bis zum relativ langsamen Gegenregeln bleibt U1/U2 erstmal konstant, auch wenn man die Eingangsspannung um Faktor 3 ändert.

[Chefbastler]

Nice, müsste man dem Optimiererdingsi nur noch ne Ladeschlusspannug beibringen

[ferdimh]

Weitere Erkenntnis des mitlaufenden Loggers: Fährt ne Karre mit Xenonfunzeln vorbei, steigt die Spannung an der Solarzelle von 400mV bis auf 1V...

[E_Tobi]

Wenn ich mich nicht "verdacht" habe, müsste das eigentlich mit einem simplen Buck-Wandler, der Modulseitig den MPP sucht, zu lösen sein, oder?

Sagen wir, Modul 1 hat den MPP bei 20V/10A. Modul 2 ist abgeschattet und hat ihn bei 15V/2A. Bei 2A "sieht" der WR also irgendwas mit 37V/2A, 74W.
Er wird zu mehr Strom fahren, weil er bei 20V 10A findet, also 200W. Da bleibt er stehen. Modul 2 macht dann -0.6V/10A durch seine Paralleldiode, der globale MPP ist das trotzdem.

Der Optimierer muss also z.B. 15V/2A zu 3V/10A machen -> immer Buck-Betrieb, Boost ist in keiner Konstellation nötig.

Wenn man nun einfach hergeht und die Ausgangsseite des Buckwandlers in Reihe mit allen anderen Modulen schaltet, hat man auf jeden Fall schon mal die 10A (durch den Lowside-Transistor) in der Drossel, auf denen der WR den globalen MPP gefunden hat.
Sobald der Wandler anfängt zu schalten, steigt der Drosselstrom während der On-Zeit an. So lange der WR mit seinen 10A die Spannung unten kann, wird er während der Off-Zeit quasi nicht absinken.
Erst sobald der Buck-Wandler nennenswert Ausgangsspannung gegen die 10A aufbauen kann, fängt der Drosselstrom auch wieder an während der Off-Zeit zu sinken. Das Gleichgewicht würde sich in diesem Beispiel dann bei 3V Ausgangsspannung einstellen.
Dh wenn man modulseitig den MPP sucht, stellt sich Stringseitig das richtige Verhältnis zwischen Strom und Spannung von selbst ein.

WR-Seitig seht das Modul mit Optimierer dann nicht mehr aus wie ein Solarmodul, dessen Leistung mit dem Modulstrom "linear" ansteigt und dann irgendwann einbricht, sondern wie eine Gerade, bei, in diesem Beispiel, 30W, die auf den "regulären" Verlauf des restlichen Strings aufaddiert wird.

Die Frage ob das funktioniert dreht sich dann eigentlich nur noch darum wer schneller ist....der MPPT des WRs, oder der des Optimierers. Solange der des WRs schneller ist, ist das ganze stabil.

....oder?

[ferdimh]

Ungefähr so sehe ich das auch, und der WR ist viel schneller.
Zumindest bei dem gerade rumliegenden Materiaal.

Allerdings sieht es so aus, als könnte der hier vorliegende Moduloptimierer auch boosten. Das müsste ich nochmal in einem gesonderten Aufbau testen.

Ein anderes Problem ist allerdings: das Ding scheint die 20V MPP-Spannung vom Labornetzteil gelernt zu haben. Jetzt versucht der Eimer das Solarpanel (mit 28V MPP) auf 20V zu halten. Ich beobachte mal, ob der irgendwann umlernt...

[E_Tobi]

Allerdings sieht es so aus, als könnte der hier vorliegende Moduloptimierer auch boosten.

Erst dachte ich an einen Flyback, konnte mir aber keinen Vorteil der zweiten Wicklung denken.
Stringseitig "von selber regeln" würde sich ein Flyback mEn. aber auch...
(Edit: Durch den Stringstrom wäre der Flyback in den CCM gezwungen, es gäbe also einen auch Durchgriff von der Stringseite auf die Modulseite...hm)

[ferdimh]

Es gibt sogar Gedanken, im Moduloptimierer galvanisch zu trennen: https://www.ti.com/lit/an/sprabr6/sprab ... -optimizer

Wofür das gut sein soll, ist mir noch nicht klar.
Ich habe auch noch nicht gemessen, ob mein Optimierer galvanisch trennend ist.

[ferdimh]

So, der erste Tag mit brauchbarer Sonne ist rum, es gibt Ergebnisse:


Vormittags dachte ich noch, das Ding bleibt auf die 20V festgenagelt. Irgendwann um 11 hat das Ding dann nen Rappel gekriegt, und ist Richtung MPP gelaufen. Man sieht dann auch an dem breiteren Strich, dass das Ding dann angefangen hat, ständig die Spannung leicht zu variieren.
Das dauerte dann aber auch noch erstaunlich lange.
Nachmittags, als es dann richtig Sonne gab, hats aber halbwegs gut funktioniert. Als der Strom dann runter ging, kam aber die 20V-Mist wieder.
Mal gucken, ob das Verhalten konsistent bleibt, oder sich sogar bessert (irgendwann müsste das Ding die 20V ja auch wieder vergessen, wenn es sie lernen konnte).

[Gary]

Hast du da eine volle Batterie geladen, der Strom ist ja überschaubar.

[ferdimh]

Das (auch der Strom) ist die Solarzellenseite. Die Batterie hat sich überhaupt nicht beeindrucken lassen, und sich völlig unbeeindruckt auf 12,6V gehalten.
Das Testpanel ist ein 250W-Exemplar. An Spitzenleistung ergaben sich etwa 160W, was bei gegebenem Bestrahlungswinkel auch plausibel ist.

Der Moduloptimierer hätte ja auch auf die Befindlichkeiten der Batterie keine Rücksicht genommen; bei 15V an der Batterie wäre es zur Notabschaltung gekommen - aber wie schon gesagt: da steht mächtig Blei rum, und das ist z.zt. weit weg von "voll".

[ferdimh]

So, nächster Tag, das Wetter war besser, aber Dinge sind etwas aus dem Ruder gelaufen:

Morgens hat der Tracker wieder auf 20V festgehangen. Um 12:45 wollte ich dann versuchen, dem Moduloptimierer gezielt zu ärgern, indem ich etwas 5Hz Rechteck einkoppele. Beim Unterbrechen der Plusleitung, um den Koppler einzufügen, hat er sich dann berappelt.
Um 14 Uhr kam dann richtig Sonne - und erstmal hat sich die Diode ausgelötet...
Nach dem Wiederanlöten hat der Moduloptimierer dann den MPPT nicht mehr finden wollen - erst durch Anlegen von 5 Hz kam er zur Vernunft, und blieb dann bis zur Verdunklung bei einem halbwegs sinnvollen MPP.
Offen bleibt die Frage, ob der Anstieg des MPP gegen 17 Uhr, kurz bevor eine Wolke dem Treiben ein Ende setzte, auf Abkühlung des Panels zurückzuführen ist, oder ob da der Tracker Mist gebaut hat. Grober unfug kann es aber nicht gewesen sein, denn es kam noch ganz ordentlich Strom rum.

[MatthiasK]

Hast du auch mal die Funkstörspannung von dem Teil gemessen?