Strombegrenzung PV Module

wenn dann in Reihe.
Aber wozu soll das gut sein? In beiden Fälen verbrätst Du nur wertvolle Energie

Der Peak Strom meiner Pv Module kann kurzzeitig größer als der Max Strom des inverters sein. Mittags bei Sonne, sonst nicht.

Habe 2 Strings parallel und einen kleinen Growatt dran, weil es aus Investsicht so besser ist. Jetzt muss ich bei Sonne Nachmittags aber 1 oder 2Amper verbrennen. Meine Systemspannung ist 90V. Ich dachte da an einen 90ohm 100w Widerstand, den ich bei Bedarf zuschalte, der würde 1A ziehen.

Der mppt würde dann die Spannung optimal einstellen und bei 11A Gesamtstrom der Pv Module würden 10A in den inverter gehen und 1A in den Widerstand.

Ist der Gedanke so korrekt?

Ich betreibe 2x810 Watt parallel (also 1620w) an einem Growatt 750s mit 70% Limitierung, also 525w Max. Beide Seiten sind unabhängig manuell schaltbar und Ost-West ausgerichtet mit je 10grad. Das deckt meinen Grundbedarf vom 350-400 Watt im Home Office bei Sonne aktuell 11h von 12h Tageslicht.

Leider ist der Max Eingangsstrom des inverters kleiner als der Strom beider pv strings. Das problem mit dem Zu großen Strom tritt jedoch nur bei wolkenloser Sonne auf, dies muss ich irgendwie kontrollieren.

Bei Sonnenschein ist das einfach ueber eine Zeitschaltuhr und Relais möglich. Siehe Bild, bei den Stromspruengen habe ich manuell geschaltet:

Bei Bewölkung Ist es jedoch vorteilhaft die beiden strings dauerhaft parallel zu betreiben damit ich auf die Leistung meines grundverbrauchs komme.Wie im Bild zu sehen entstehen dann aber Stromspitzen, durch Wolkenluecken, die ich in ihrer stärke kontrollieren muss ansonsten wird der inverter überlastet. Siehe Bild. Wie bekomme ich diese zufälligen Ereignisse unter Kontrolle?

hmm, vielleicht kannst Du hier was basteln mit einem Arduino / Wemos D1 / Raspberry PI o.ä. der mittels Stromsensor / Ampèremeter den gesamten Eingangsstrom überwacht und bei überschreitung eines kritischen Wertes eine der beiden Dachhälften wegschaltet.
Leider ist das alles nicht meine Baustelle, für sowas sind andere hier im Forum besser geeignet

Wenn es ohne Löten sein soll:
Da könnte ein Lastabwurfrelais zusammen mit einem Zeitrelais die gewünschte Funktion liefern.

Anregung/ Idee: Könntest du den Winkel der Module verändern, so dass nicht beide gleichzeitig soviel Strom bringen?

Hallo,
ich hatte mal bei einem anderen Projekt mit gleicher Problematik den Vorschlag gemacht eine "künstliche" kleine Verschattung an einem Modul vorzunehmen. Ein kleines Blech in einem gewissen Abstand über das Modul fest montieren das dann nur das direkte Sonnenlicht mindert und so
eine passive Regelung vorhanden ist. Bei günstiger Anbringung wäre auch eine jahreszeitliche Wirkung realisierbar.
Das ganze wirkt nur bei direkter Sonne, da das diffuse Licht das kleine Blech "unterspült".
Vielleicht wäre das was für dich.
Gruß Manfred

Hi Manfred,
Danke für den Beitrag, es ist noch das gleiche Projekt.

Mittlerweile ist die Anlage in Betrieb, die Idee mit der Verschattung muss ich erst noch testen. Allerdings bin ich auch erst dabei herausfinden wie die Anlage reagiert.

Hier ein paar interessante Messungen:

Gestern:
- Es waren 2 Strings am Inverter bis kurz nach 11uhr
- Sonne, wolkenlos
- 1,62kwp Solarleistung an einem inverter mit max ca. 1kwp spec. Wert

Es fällt auf, dass der inverter mppt den Spannungswert auf über 100v ansteigen lässt Und so die Leistung selbst begrenzt.

Identische Situation
-Heute
- ein String mit 810kwp
- inverter innerhalb der spec

System Spannung bei 90v

Dieses Ergebnis führ mich zur Vermutung, dass ich für die Systemeauslegung auf den maximalen Kurzschlussstrom achten muss, nicht aber auf den maximalen mpp Strom.

Als Ergänzung hier noch eine Analyse der Strom-Spannungskurven meiner PV Module. Zur Erläuterung: es sind pro String drei Module in Serie geschalten d.h. die System Spannung geteilt durch drei ergibt den Referenzwert im Diagramm (90/3=30V und 100V/3=33,3V). Mit Bezug auf die zwei parallel geschalten Strings ergibt sich eine Addition der PV Ströme und somit im Diagramm der halbierte Wert, im beschrieben Fall so ca 2,5A bis 3A.

Zum Diagramm:
Die Strahlungsleistung liegt bei circa 600 W/Quadratmeter. Ein realistischer Wert für Anfang Oktober.
Die blaue Kurve stellt die Messung von einem String da.
Die rote Kurve stellt die Messung der beiden parallel geschaltenen Strings da.
An den Schnittstellen die jeweils durch den grünen Kringel gekennzeichnet sind befindet sich jeweils der vom Inverter eingestellte Leistungspunkt.

Man erkennt sehr schön aus dem Diagramm dass der MPPT die Module bei der zu hohen Systemleistung in einem Punkt geringere Leistung fährt. Damit trägt Inverter dazu bei die notwendige Leistungsreduktion herbei zu führen, indem der Strom jedes Moduls halbiert wird.

Damit bleiben für mich aktuell die Fragen:
- ist das regelverhalten des MPPT schnell genug, um auf “schädliche” Leistungsanstiege zu reagieren
- gibt es ggf. aus den Eigenschaften der Leistungselektronik heraus etwas zu beachten.

Mögliche Lösungesoptionen sind aktuell:
- anschließen der 1620w an den inverter ohne weiter Maßnahmen
- Einsatz der künstlichen Verschattung
- Einsatz der Idee mit dem Lastabwurfrelais
- Einsatz von gesteuerten Relais mit Zeitsteuerung oder Stromstärken-Steuerung
- Einsatz der Stromstärken gesteuerten parallel geschaltenen Widerstände - quasi eine elektronische Verschattung.

Bevor ich mich zu einer technischen Lösung entscheide, will ich erst analysieren, ob und wann der Inverter überlastet werden kann, deshalb folgende Analyse:

Der maximale Kurzschlussstrom meiner Module ist:

I_{sc Ns1p}=9,30A

In Fall von zwei parallel geschaltenen Modelen ist dieser:

I_{sc Ns2p}=2 I_{sc Ns1p} = 18,6A

Nach meinem Verständnis ist dieser relevant für den Hochsetzsteller, im Zweig des grün umkreisten Transistors. Schaltet dieser auf leitend, baut sich ein Strom auf, der letztlich I_sc erreicht. Siehe hierzu auch folgendes Bild:

Der maximale Kurzschlussstrom meines Inverters ist

I_{sc Inverter} = 13A

Offensichtlich ist I_{sc Inverter} < I_{sc Ns2p}. Scheinbar ist der Inverter also bereits in Überlast. Folglich sollte die Drain-Source Strecke des Transistors im Inverter bereits einer thermischen Überlastung erlegen sein. Dass der Inverter trotzdem noch funktioniert, erklärt sich aus der reduzierten maximal erreichbaren Strahlungsleistung aufgrund der Tageszeit, Jahreszeit und der Anlagenausrichtung. Diese reduzieren die empfangene Sonnenenergie wie folgt:

Reduktion durch den Ost-West Aufbau

0,86

Reduktion durch die Jahreszeit (Annahme Oktober)

0,7

Reduktion durch die Tageszeit

Betrachtet wird nur der Zeitpunkt zu den die Sonne im Zenit steht, da dann die Leistung beider Modulausrichtungen (Ost und West) maximal ist.

Es wird im Sonnenzenit also nur die folgende Leistung empfangen:

P_received = 0,86 0,7 P_max

Mit P_max = 1000W/m² ergibt sich

P_received ~ 600 W/m²

Somit stehen auch nur 60% der maximalen Leistung der Module zur Verfügung. Für den Kurzschlussstrom der Module bedeutet dies ebenfalls eine Reduktion auf 60%, also

I_{sc Ns2p received} = 0,6 I_{sc Ns2p} = 0,6 18,6A = 11,16A

Nun gilt

I_{sc Inverter} > I_{sc Ns2p received}

und es ist gezeigt, dass unter noch zu bestimmenden Bestrahlungsbedingungen der Inverter ohne weiter Maßnahmen mit einer Ns2p Konfiguration betrieben werden kann.

Ich benötige nun noch Unterstützung bei der Ermittlungen der tatsächlich erreichbaren Strahlungsleistung, in den Jahreszeiten und bei Aufbauvariante Ost-West mit 10grad Neigung , hat dabei jemand Datenquellen ?

Hallo Tobias,
sorry, das mein Gedächtnis lückenhaft ist ;-).
Ich hab auch nicht ganz verstanden was du mit dem maximalen Kurzschlussstrom verdeutlichen möchtest.
Falls es dir hilft. Bei meinem MPPT Regler wird von Zeit zu Zeit ein weiter Spannungsbereich durchfahren.
Mein MPPT hat einen max. Strom von 60A (einstellbar) . Dieser Wert wird gelegentlich überschritten während der MPPT sich das
Leistungs-Maximum sucht um dann den max. Strom (60A) zu berücksichtigen. Um den max. Strom zu realisieren fährt die Regelung dann
in einen höheren PV-Spannungsbereich (vergleichbar mit Batterie "voll") . Weil das so ist verstehe ich nicht deinen Ansatz mit dem Kurzschlußstrom. Oder, zu meinem Gedächtnisverlust stellt sich langsam noch ein Logikverlust ein 😉

Hi Manfred,

Die Datenblattangaben beziehen sich auf die Standardmessbedingungen mit 1000W/m² Strahlungsleistung. I’m Datenblatt der Module sind diese mit STC gekennzeichnet.

Die maximale Strahlungsleistung der Sonne am Äquator bei senkrechter Einstrahlung ist ebenfalls 1000W/m².

Die Datenblattangaben gelten also für den Fall der senkrechten Sonneneinstrahlung.

Auf unseren Breiten ist die Einstrahlung aufgrund der flacheren Sonnenposition kleiner. Deshalb variiert die erreichbare Leistung auch mit den Sonnenstand und der Jahreszeit.

Aus dieser Tatsache heraus versuche ich zu ermitteln, wie groß die maximal Erreichbare PV Leistung meiner Module abhängig von der Jahreszeit ist. Sobald diese kleiner als maximale Eingangswert des Inverters ist, kann das System sicher betrieben werden.

Soweit die Idee.

Beste Grüße
Tobias

Ps.: etwas Lektüre dazu

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Sonnenstand

http://www.schulbiologiezentrum.info/AH19.44%20Strahlungsleistung%20Sonne%20Wm2.pdf

https://www.rechnerphotovoltaik.de/photovoltaik/voraussetzungen/dachausrichtung

Hallo Tobias,
Hersteller garantieren oft eine Mindestleistung nach X Jahren. Dadurch wird idR. die angegebene Leistung übertroffen.
Dazu kommen eventuell Extreme wie z.B. regnerischer Tag bis etwa 12-13 Uhr bei 14 Grad im Juni. Dann kommte die Sonne ohne Wolken durch und die Sonnenstrahlen treffen auf das kühle Modul und leistet dann kurzzeitig auch mehr als die Angabe auf dem Modul. Demnach nicht so einfach eine gesicherte Leistung zu bestimmen!

Deleted

Hi Manfred,
Danke für den Hinweis. Die Temperaturkoeffizienten stehen tatsächlich im Datenblatt.

Diese werde ich aber erst mal ignorieren, da der Kurzschlussstrom kaum von der Temperatur abhängt. Nur 0,05%/Grad. Wichtiger ist erstmal eine grundsätzliche Abschätzung.

Dazu bestimme ich zunächst das Verhältnis des Modulkurzschlussstroms zu dem des Inverters, um herauszufinden, welche Reduktion der Strahlungsleistungsleistung eintreten muss, also

I_{sc Inverter} / I_{sc Ns2p} = 13 / 18,6 = 0,69 69%

Die Solarleistung muss also aus ein Niveau von 69% sinken, damit der Kurzschlussstrom der Module I_{sc Ns2p} auf einen Wert kleiner 13A sinkt.

Die Solarleistung beträgt dann

1000W/m² 0,69 = 690 W/m²

Aus dieser lässt sich nun über die folgende Formel der Grenzwinkel der Sonneneinstrahlung ermittelte, bei dem die empfangene Leistung 690W/m² ist:

alpha = sin^-1 (0,69) = 43,6Grad

Eingetragen ins das Diagramm ergibt sich folgendes:

Hieraus lese ich zunächst (orangene Linie), dass der Termin für I_{sc Ns2p} < 13A so ca. 23. Sep startet und bis 20. März reicht. Danach ist um die Mittagszeit bis Mittsommer ein stetig wachsender Zeitraum zu dem I_{sc Ns2p} > 13A erreicht werden kann.

Am 21 Juli benötige ich grob geschätzt zwischen 10 Uhr und 14Uhr eine Schutzvorrichtung gegen die Ströme größer 13A.

Als weitere Worst Case Betrachtung ergibt sich bei 63 Grad Einstrahlungswinkel am 21. Juli weiter

I_{sc Ns2p real} = 18,6A sin 63 = 16,6 A

Notiz: noch sind die beiden Seiten der Ost-West Aufsänderung nur um die Mittagszeit korrekt berücksichtigt, da morgens und abends jeweils nur eine Seite aktiv ist.

Laut der Rechnung oben, muss die Leistung der Module um 12% reduziert werden. Kann ich dies durch abdecken einer einzigen Solarzelle von 12% ihrer Fläche erreichen, also bei einer Zellgrösse von 16cm x16cm von 2cm x 2cm?

Damit hat diese Zelle 12% weniger Leistung und reduziert dadurch auch die Leistung aller anderen Solarzellen (bzw. Module) im String?