Standard Grid Tie Inverter extern (für 3 Phasen) limitieren

Hier mal ein Auszug vom Datenblatt

bei 2,7V am Gate kannst du max. 20A schalten.
bei 3V bereits etwa 70A
bei 3,3V schon über 100A.
Beim direkten ansteuern des Gate (oh. Widerstand) muss man aufpassen das die zulässige Stromstärke am Raspi Pin nicht überschritten wird.
Die grobe Funktionsweise eines Mosfet.
Das Gate sperrt den Elektronenfluss zwischen Source und Drain.
Wenn eine Spannung am Gate angelegt wird, sättigt sich die "Gateschicht" mit Elektronen und wird leitend. Ist das Gate gesättigt fließt kein Strom mehr
zum Gate (vom Pin der Raspi) hin.
Damit das Gate wieder sperrt müssen die Elektronen wieder abfließen (zur Masse).
Setzt man also einen Widerstand zwischen den Raspi Pin und dem Gate, wird der Elektronenfluss verlangsamt (was die Belastung der Raspi Pin reduziert)
ABER, es wird die "Schaltgeschwindigkeit" ebenso reduziert. Bedeutet die max. Frequenz wird nach unten gesetzt. Spielt vermutlich noch nicht so die Rolle.
Ebenso wird aber der Mosfet wärmer weil der Vorgang zwischen Nichtleitend und Leitend etwas länger dauert und diese langsamere " Umschaltung "
erzeugt zusätzlich Wärme.
Bei induktiven Lasten (E-Motor, Hubmagnet usw.) muss eine Freilaufdiode von Source nach Drain angeschlossen werden. Dabei auf genügend Spannungsfestigkeit
achten.
Und ... Ja man kann MosFet parallel schalten.
Gruß Manfred

Hallo Manfred,

gaaaaaaanz herzlichen Dank!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

1. Für Deine Idee mit dem Koaxialkabel. Ich habe gerade direkt mal gewühlt, und hier noch eines gefunden. Mit gut 19 mtr. Länge fehlen zwar gerade wieder ein paar cm, um es gem. Deines Vorschlags doppelt zu verlegen, aber ich kann es zumindest schon mal austesten.

2. Für die vielen wertvollen Infos zum GTI-Regeln via Mosfet
Ich hoffe, ich bekomme das mit meinem spärlichen E-Wissen auch umgesetzt!

Da ich ja z.Zt noch eine 48V-Blei-Batterie habe, die die 55 V nur kurzzeitig beim Laden mal überschreiten wird, und eh überlege, demnächst auf 36 V runter zu gehen, werde ich es zunächst wohl mal mit dem irfz44n1(Datenblatt) von Pollin probieren, weil ich da eh die Tage bestellen muss. Ich hoffe, er wird kurzzeitige 2,5 V Überspannung eine Zeit lang überleben.

Damit das Gate wieder sperrt müssen die Elektronen wieder abfließen (zur Masse).
Setzt man also einen Widerstand zwischen den Raspi Pin und dem Gate, wird der Elektronenfluss verlangsamt (was die Belastung der Raspi Pin reduziert)
ABER, es wird die "Schaltgeschwindigkeit" ebenso reduziert. Bedeutet die max. Frequenz wird nach unten gesetzt. Spielt vermutlich noch nicht so die Rolle.
Ebenso wird aber der Mosfet wärmer weil der Vorgang zwischen Nichtleitend und Leitend etwas länger dauert und diese langsamere " Umschaltung "
erzeugt zusätzlich Wärme.

Ich habe hier folgende Schaltung zu Deiner Idee (allerdings für Arduio) gefunden:

Den Widerstand zw. Gate und Drain müsste man für die 3,3 V des Raspi vermutl. etwas grösser (55V/3,3V=16-17k) wählen?!
Verstehe ich Dich richtig, dass Du zusätzlich noch einen weiteren Widerstand vor das Gate (orange Leitung Raspi->Gate) setzen würdest, damit (vermutl. gerade wg. PWM) das Gate schnell genug wieder abfällt???
Hier bin ich nun völlig überfordert 🙁
Nach welchen Kriterien berechnet man denn den Wert dieses Widerstands?
Und müsste man dann den Wert des Widerstands zw. Gate und Drain dann ggf. reduzieren? Soweit ich es bisher verstanden habe, würde ich es nicht tun ... leider ist mir nicht klar, wie weit ich es bisher begriffen habe 😕

Und dann ist mir noch folgender Gedanke gekommen: Wäre es nicht ggf. von Vorteil, das PWM-Signal für den GTI wieder etwas zu glätten, indem man parallel zum GTI-Eingang einen Elko setzt? Oder ist ihm das egal, wie "zerhackt" sein Input ist?

Eine höhere Spannung ist KEINE GUTE IDEE!!! Das Gate sperrt dann NICHT mehr und ist dann wie eine direkte Verbindung zwischen Source und Drain!
Immer !!! deutlich drunter bleiben.
In die Orange Leitung einen Widerstand, DAMIT dein Ausgang vom Steuerungsrechner nicht überlastet wird.
Der Widerstand macht das System dann langsamer! Weil das Gate dann langsamer angereichert wird.
Der Widerstand zwischen Gate und Source (!!) dient dem entladen des Gate. Er darf nicht zu klein sein, weil er die Spannung am Gate reduziert und damit du eine höhere Spannung am Eingang brauchst. Probieren geht über studieren 😉

Hallo Manfred,

Eine höhere Spannung ist KEINE GUTE IDEE!!!

Das wird vermutl. auch irgendwann mal noch auf meinem Grabstein stehen. 😉
Irgendwie scheitert immer alles daran ... wenn die Klospülung mal kaputt gehen sollte, hohle ich auf jeden Fall erstmal das Voltmeter 😉

Hier scheint es aber ausnahmsweise mal eine direkte Alternativ-Lösung zu geben:
Bei Pollin gibt es auch einen IRFZ44EPBF mit 60 V:

Typ: Leistungs-MOSFET
Bauform: TO-220AB
max. Drain-Source Voltage (Uds): 60 V
max. Continuous Drain Current at Tc 25°(Id25): 48 A
max. Drain-Source On-Resistance (Rds on): 0,023 Ω
min. Gate Thereshold Voltage (Ugs th): 2 V
Turn On Delay Time (td on): 12 ns
Turn Off Delay Time (td off): 70 ns
Hersteller: INTERNATIONAL RECTIFIER
Herstellerartikelnummer: IRFZ44EPBF
Datenblatt: https://www.pollin.de/productdownloads/D131292D.PDF

Es scheint (neben den 60 V) nur einen wirklich nennenswerten Unterschied zum IRFZ44N1 zu geben
Die "Turn Off Delay Time" beträgt hier: 70 ns (statt 44 ns beim IRFZ44N1)
Die Logik sagt mir, dass das für eine PWM suboptimal ist, aber ich hoffe mal, dass es trotzdem gehen kann.

Die gute Nachricht:
Ich habe den Fototransistor am Stromzähler nun testweise über ein gut 19 mtr. langes Koaxailkabel zum Raspberry-GPIO-Port verbunden, und es scheint auf den ersten Blick alles zu funktionieren. 😀
Ich werde das jetzt mal ein paar Tage beobachten, bin aber guter Hoffnung, dass es dann mit nur 10,5 mtr. auf jeden Fall funktionieren sollte.
@Manfred: Die Idee war wirklich Gold wert!!!! Danke!!!!

Hallo Harry,
schön das es klappt.
um die Spannung etwas runter zu setzen kannst du auch ein paar Dioden in Reihe davor schalten. Je Diode sind es ca. 0,5 V .
1 Nano Sekunde ist eine 0,000 000 0001 Sekunde (falls ich das richtig sehe)
PWM beim Arduino ist üblich 440Hz das sind 0,0022 Sekunden
Ich vermute, dein Mosfet hat genug reserven 😉

Hallo,

ich habe hier noch was Schickes auf YT entdeckt:

Ein kleiner Hack, wo man bei einem 1,2 kW-PWM-Controller-Board (zufällig genau das Board, das ich mir Mitte Februar sowieso für die Regelung meiner Grundlast bestellt hatte, und das nun schon seit 18 Tagen hier n Deutschland fest hängt 🙁 ) offenbar den analogen Poti-Regelkreis umgeht, und das Board statt dessen mit einem Arduino via PWM regelt.
Das wäre natürlich schicker (und gerade für einen Laien wie mich ein sichereres Gefühl), und man hat für 2 EUR auch direkt noch 2 grosse Kühlkörper, zwei dicke Elkos, Sicherung etc. auf einem ordentlichen Board mit dabei ... und könnte im Extrem bis 196 A bei bis zu 68 V regeln.

Jetzt stellt sich nur die Frage, ob das auch analog (schon digital, aber eben auf gleiche Weise 😉 ) mit dem Raspi (und seinen nur 3,3 V) funktionieren würde?
V-Gate-Source der beiden STP80NF70 beträgt 2 V (Daten). Müsste also gehen.
Wenn ich mir aber den LM555-Timer-Chip (Daten) anschaue, scheint der aber wohl auf 5V zu arbeiten.
Wenn ich das Video richtig interpretiere, wird dieser aber sowieso nicht mehr benutzt, und durch die Arduino-Regelung ersetzt.

Aber viell. sollte man für den Raspi dann die beiden Vorwiderstände zu den MOSFETs (im Video sieht es nach je 300 Ohm aus - ich vermute, das sind die Steuerleitungungen, die jew. zum Gate gehen?!) ggf. gegen etwas kleinere austauschen, weil die Originale ja vermutl. für 5 V ausgelegt sind?

Edit: Da ich das im Febr. bestellte PWM-Board dringend (vermutl. hält DHL es genau deshalb zurück, während anderer Kram, den ich bis zu 3 Wochen später bestellt hatte, längst da ist) brauche, um hier endlich mal aus den (momentan dauer-vollen) Akkus einspeisen kann (Methode 1 mit Buck-Convertern ist leider gescheitert, da die Dinger hier alle direkt schon beim Testen hochgegangen sind), habe ich mir direkt noch mal so ein PWM-Board bestellt.

Hallo Harry,
vielleicht ist so ein Pegelwandler für dich hilfreich ....

Danke für den Tip, @Manfred
Das wäre auf jeden Fall eine Möglichkeit, falls es so nicht klappen sollte.

Ich hoffe allerdings, dass es auch mit 3,3 V funktionieren wird ... notfalls nach Austausch der Widerstände auf dem Board, aber ich denke gar nicht mehr, dass das nötig sein wird.
Ich will ja auch gar nicht die kompletten 1,2 kW aus dem PWM-Regler rauskitzeln, da meine derzeitigen GTIs eh nur 600 W (prakt. 500 W) liefern.

Auch wird die ganze Steuerung über den Raspi auch langsam eh etwas überfrachtet.
Der Raspi muss ja nach bisherigem Planungsstand nicht nur
1. den Stromzähler auslesen
2. damit viell. (meine Planung ändert sich ständig) bis zu 5 GTI via PWM regeln (weiß gar nicht, ob das überhaupt machbar ist)
und
3. da ich immer mehr den Eindruck bekomme, dass die MSB/PowMr die vom Preis-Leistungsverhältnis besten Laderegler mit dem einen Manko sind, dass sie über keine Schnittstelle verfügen, kommt dafür dann vorauss. noch eine AD-Wandler-Platine mit je einem Spannungssensor und einem Strom-Hall-Sensor für jede Akkubank dazu.

Das gibt jetzt eh schon Kabelwirrwarr, und ich weiss gar nicht, wie ich bei einem für mich völlig neuen Thema da überhaupt noch den Überblick behalten soll ...

Aber erstmal muss jetzt mal irgendwann der PWM-Regler kommen. Ich überlege schon, mir noch einen dritten in D zu bestellen, auch wenn er das dreifache kostet. Aber der braucht auch ca. eine Woche ... und dann kommen bei meinem Glück vermutl. gleich alle drei gleichzeitig in der Woche nach Ostern ... und da bin ich erstmal verplant ... und dann weiss ich ja nicht sicher, ob es wirklich so funktioniert, wie ich mir das vorstelle 🙁

Hallo Harry,
die Ansteuerung über PWM brauchst du für deinen Wechselrichter damit dieser dann eine bestimmte Leistung abgibt die dein Netz braucht.
Welche Leistung braucht denn dein PWM Signal? Ich frag nur, weil ich das Gefühl nicht los werde, dass du mit relativ hohen PWM-Leistungen
aus gehst. Diese Modul hat ja schon etliche Watt. Oder ist mein Eindruck falsch?

Hallo Manfred,

ich weiss nicht, ob es an meinem Halbwissen liegt, aber ich verstehe leider nicht ganz worauf Du hinaus willst.

Also beantworte ich Deine Frage mal sicherheitshalber etwas umfassender:
Bei mir sieht es so aus, dass ich hier noch 3 unlimitierte Wechselrichter a 600 W und einen a 300 W aus der alten (Direkt-Einspeise-)Anlage habe.
Ursprünglich wollte ich die für die neue Anlage nur zur Grundlastabdeckung dauerhaft weiter verwenden bzw. zum E-Mobil laden manuell zuschalten, und mir noch mind. einen Wechselrichter mit Limiter zulegen, der dann quasi die "Feinarbeit" übernehmen sollte ...

... bis mir dann die Idee kam, dass ich davon eigentlich drei bräuchte (für jede Phase einen bei 11 mtr. Messleitungswegen) und dass sich eine "Gesamt-Limitierung" ja auch eigentlich anhand des Stromzähler-Outputs eleganter realisieren lassen müsste.
Die Leistung, die der Wechselrichter aus der Batterie im Eigang bekommt, soll dann also über PWM anhand des Stromzähler-Outputs geregelt werden.
Ob ich nun, wenn alles so klappt, wie ich es mir vorstelle, bei meinen vorhandenen Wechselrichtern bleibe, oder noch einen weiteren zukaufe, wird mich vermutl. die Praxis lehren.

Das o.g. PWM-Modul hat zwar mit 1,2 kW grosse Leistungsreserven, und ist viell. etwas oversized für einen 600 W-GTI, der nur ca. 500 W Output liefert, aber das schadet ja nichts .
Was ich momentan noch nicht weiss ist, ob ich für 3 GTI (der kleine 300 W wird vermutl. über ein solches PWM-Modul per Poti fix auf ca. 200 W als Grundlast laufen) dann auch wirklich drei geregelte PWM-Module verwende (und ob ich die dann mit nur einem Raspi angesteuert bekomme), oder ob ich ggf. 2 Wechselrichter parallel über nur ein PWM-Modul betreibe ... wenn das überhaupt möglich ist.

Da ich quasi jeden Tag auch wieder dazu lerne, ändert sich meine Planung leider auch ständig.
Ständig gibt es neue Ideen oder den Zwang, alte zu verwerfen. Also gehe ich schrittweise vor.

Im ersten Schritt soll erstmal nur ein 600 W Wechselrichter über ein solches über den Raspi gesteuertes PWM-Modul mit ca. 0-480 Watt (48 V /0-10 A) aus den Batterien versorg werden.
Die 480 W würde ich per Software erstmal als Obergrenze setzen, so dass ich zu Anfang zusammen mit der fixen 200 W Grundlasteinspeisung aus dem 300 W-GTI dann (aus den 2 GTI gesamt) einen Regelbereich von 200-680 W hätte.

Wenn das erstmal funktioniert, plane ich weiter ... und ich muss auch erstmal noch das Carport-Dach renovieren, und die Panels montieren ... denn auch für dauerhaft 200-680 W-Einspeisung habe ich aktuell noch längst nicht genug PV-Fläche ... aktuell reicht es vermutl. gerade mal für die Grundlast ... bei gutem Wetter 😉

Wenn alles fertig ist, sollen es gut 6 kWp in 4 PV-Feldern in 3 Himmelsrichtungen, 2 Batterien (1x ca. 6 kWh Blei zzgl. später parallel Li-Ionen-18650er, hier Kapazität noch unklar, in vermutl. nom. 36 V als Haupt-Batterie + 1 x NiCad für die Grundlast, anfangs 2,5 kWh, später 5 kWh in nom. 50 V) mit vorauss. 4 Ladereglern und 4-5 Wechselrichtern werden.
Soweit die Planung Stand heute.

Das vermeintliche Kuddelmuddel ergibt sich aus dem Problem, dass ich hier keine zusammenhängenden PV-Flächen erschliessen kann, die Wechselrichter noch aus meiner Altanlage und die Akkus (NiCads haben ganz andere Ansprüche als Blei und Lithium) noch aus meinen E-Fahrzeugen habe.
Durch konsequente Verwendung vorhandenen Materials (insbes. Akkus), Eigenarbeit und, da ich auch auch die Panels supergünstig bekommen habe, erhoffe ich mir eine Ammortisationsdauer von 3-max. 5 Jahren.

Hallo Harry,
ich habe mir den Wechselrichter jetzt erstmal angesehen und die Arbeitsweise kapiert. Von daher brauchst du diese hohen PWM-Leistungen weil das die Stromversorgung ist und nicht, wie ich annahm, die Stellgröße für den Regler. Ich hoffe, dass ich das jetzt behalte 😉

Jetzt verstehe ich, worum es Dir ging.
Ja, es soll der Stromfluss von der Batterie zum Wechselrichter geregelt werden.
Damit erfordert es keinen Eingriff in den WR, und kann im Prinzip vermutl. für jeden WR universell verwendet werden.

Mit einer kleinen Skizze wird es vermutl. anschaulicher:

hab es jetzt kapiert 😉