Sperrdioden und Bypassdioden - Funktion und Anwendung

Das Ergebnis gilt für 2 Parallele Strings, und auch nur für 2 in Reihe, bei 3s2p wäre es auch schon wieder anders.

Aber sehr schönes Ergebnis!

Ich grätsche mal mit dem Ergebnis der versprochenen Simulation einer 2S2P PV dazwischen.

Danke! Könntest Du das bitte auch noch für 3s2p, 2s3p und für 3s3p durchlaufen lassen?

Kann ich machen. Da ich aber das auch schon für 2p und 2s gemacht habe, kann ich voraussagen, dass sich lediglich die Spannung des unteren MPPT verschieben wird bzw. der Strom höher ist.

Mal sehen was heraus kommt.

Edit:

Wie erwartet, bei 2s3p mit einem verschatteten Modul:
-lediglich der Strom des einen Strings ist reduziert. Dadurch bleibt der rechte MPPT in der Leistung höher bei Verschattung.

2s3p mit zwei verschatteten Modulen:
-der Strom wird lediglich erhöht.

3s3p, ein verschattetest Modul
-schön zu erkennen, dass unter 20% der Leistung, der untere MPPT eine höhere Leistung bringt.

3s2p, ein verschattetest Modul
-erst ab 40% der Leistung ist der obere MPPT Leistungsstärker.

Insgesamt lässt sich sagen, dass mit einem "einfachen" MPPT ohne Schattenmanagment bei stark parallelen Systemen eine höhere Ausbeute bei Verschattung eines Moduls erzielt werden kann.
Umso wichtiger ist das Schattenmanagment bei stark seriellen Systemen.

Aber eigentlich geht es hier ja um Sperrdioden ,
Werde dazu noch was na nachliefern.

Auch interessant:
Am Beispiel 2s2p zeigt sich, dass der Verlust von 1/4 der Module zur Halbierung der Leistung führt.
Bei 3s2p und 2s3p hingegen, bei Verlust von 1/6 der Module noch 2/3 der Leistung bereit stehen.

Weitere Interpretationen überlasse ich carolus
@carolus
Ich musste mich zwar erstmal durchknobeln, aber durch die Sim zeigt sich, dass der MPPT als Spannungsquelle bzw. Stromsenke fungiert, in welche bei Spannung X der Strom Y hinein fließt. Somit muss ein MPPT die Spannung anpassen um den Stromfluss zu regulieren, nicht umgekehrt.

Bevor ich loslege, erstmal ein großes Dankeschön an Stromer für diese Sims. Ich habe das so in etwa erwartet, aber ich mache das aus Zeitmangel im Kopf, und das ist zwar nett, aber kein Beweis.
Diese Beweise lieferst du hier. Super.

Weitere Interpretationen überlasse ich carolus 😀

Dazu kann man soviel sagen, dass man das garnicht leisten kann.
Aber ein paar Highlights Versuche ich.
Die Aussagen bezüglich parallel oder seriell dominierten Strings sind gut, ergänzt dadurch, dass man bei letzteren eben eher Mal Schattenmanagement braucht.

@carolus
Ich musste mich zwar erstmal durchknobeln, aber durch die Sim zeigt sich, dass der MPPT als Spannungsquelle bzw. Stromsenke fungiert, in welche bei Spannung X der Strom Y hinein fließt. Somit muss ein MPPT die Spannung anpassen um den Stromfluss zu regulieren, nicht umgekehrt.

Sorry, aber der Wandlereingang, auch wenn er Mppt heißt, kann keine Spannung anpassen.
Er kann nur den Strom bestimmen, den er zieht, die dann resultierende mögliche Spannung ergibt sich aus dem Zusammenhang, den du ermittelt hast.
Die unbelasteten Spannung ist eine Eigenschaft der Quelle, der Strom wird durch die Last, eben dem Wandler , bestimmt, das ist grundlegende Physik.

Sorry, aber der Wandlereingang, auch wenn er Mppt heißt, kann keine Spannung anpassen.
Er kann nur den Strom bestimmen, den er zieht, die dann resultierende mögliche Spannung ergibt sich aus dem Zusammenhang, den du ermittelt hast.
Die unbelasteten Spannung ist eine Eigenschaft der Quelle, der Strom wird durch die Last, eben dem Wandler , bestimmt, das ist grundlegende Physik.

Vielleicht meinen wir ja das Selbe, aber der Blickwinkel ist ein Anderer.

Der MPPT regelt den Stromfluss durch die Belastungsspannung.

Nehmen wir ein Labornetzteil, welches auf Konstantspannung gestellt ist. Es ist eine Spannungsquelle, es wird lediglich ein Potentialunterschied hergestellt.
Es wird auf z.B. 10V eingestellt, der Ausgang ist offen, es fließt kein Strom. Nun wird er mit einem Widerstand 1Ohm geschlossen. Es fließen 10A.
Der Widerstand wirkt hier als Stromsenke, der Strom fließt vom Netzteil durch den Widerstand nach 0-Potential ab.

Die Solarzelle hat aber einen Elektronenüberschuss, es ist eine Stromquelle.
Bei einer angelegten Spannung von 0V schließt man die Zelle kurz, es fließt der Kurzschlussstrom. Die Zelle liefert.
Bei anlegen der Spannung Umppt z.B. 0,7V (wenn wir hier mal nur eine Zelle betrachten) fließt der Strom Imppt (siehe I/U Diagramm). Die Stromlieferung ist zwischen U0 und Umppt recht konstant (Konstantstromquelle).
Stellt man die Spannung exakt auf Uoc (open circuit), wird kein Strom mehr aus der Zelle fließen (siehe I/U Diagramm).

Ich habe zwar den Strom im Diagramm unter 0A nicht angezeigt, aber die Stromkurve geht auch hinter dem Horizont von Uoc weiter. Allerdings wird der Strom I_Zelle oberhalb Uoc negativ. Die Zelle fängt an Storm zu ziehen.

Wie willst du sonst den Stromfluss der Zelle einstellen, wenn nicht über die angelegte Spannung? Die von dir beschriebene Möglichkeit den Strom "zu ziehen", wird eben über die angelegte Spannung eingestellt. Ist auch das Gleiche wie du beschreibst.

Die Ausgangsspannung des MPPT muss dann nur noch über einen DC/DC Wandler eingestellt werden.

Ob die Spannung am Eingang des MPPT nun über ein Hochsetzsteller geregelt wird oder über eine andere Technik ist erstmal dahingestellt. Was in der "BlackBox" ist und ob man hier mit "Technik" zwei Fliegen mit einer Klappe schlägt und so die Spannungseinstellung durch Regelung des Stromfluss im Hochsetzsteller erreicht ist eine andere Sache. 😉

Gruß Tobias

Tobias, ich werde nochmals ganz detailliert antworten, aber in Kürze:

Die Spannung kommt aus der Zelle, nicht aus dem Wandler.
Der Strom kommt aus der Zelle, nicht aus dem Wandler.

Die Zelle ist eine Stromquelle, dazu parallel ist eine Diode, in Flussrichtung.
Schau dir mal Ersatzschaltbilder an.

Schließt man nichts an, so fliesst der Strom der Stromquelle über die Diode "ab".
Der Wandler belastet die Spannung die Zelle, bis die Spannung soweit sinkt, dass nichts mehr über die Diode abfließt. Da bekommst du die meiste Leistung.
Immer und zu jeder Zeit kommt die Spannung aus der Zelle, und der Strom kommt aus der Zelle - solange du nur eine einzige Zelle betrachtest.

Den Fall des Rückwärtsstroms gibt es nur, wenn du genug Zellen - genug Stromquellen - in Reihe schaltest.

Tobias, ich werde nochmals ganz detailliert antworten, aber in Kürze:

Danke dir.

Die Spannung kommt aus der Zelle, nicht aus dem Wandler.
Der Strom kommt aus der Zelle, nicht aus dem Wandler.

Ja, die Zelle hat ihre Spannung und liefert auch den Strom.

Die Zelle ist eine Stromquelle, dazu parallel ist eine Diode, in Flussrichtung.
Schau dir mal Ersatzschaltbilder an.

Korrekt.

Schließt man nichts an, so fliesst der Strom der Stromquelle über die Diode "ab".

Fließt der Strom fließt denn nicht über den parallelen Innenwiderstand Rp ab und erwärmt die Zelle dabei?

Der Wandler belastet die Spannung die Zelle, bis die Spannung soweit sinkt, dass nichts mehr über die Diode abfließt. Da bekommst du die meiste Leistung.
Immer und zu jeder Zeit kommt die Spannung aus der Zelle, und der Strom kommt aus der Zelle - solange du nur eine einzige Zelle betrachtest.

So wie du das Beschreibst klingt das nach Spannungsquelle. Der Strom fließt auch erst über Umppt über die Diode. Zuvor fließt er über den seriellen Innenwiderstand.

Hier in dem Bild wird leider der Strom an R1(Rs) negativ dargestellt. Aber gut zu erkennen, dass der Strom unter Umppt nicht über die Diode abfießt.

Schließt man nichts an, so fliesst der Strom der Stromquelle über die Diode "ab".

Fließt der Strom fließt denn nicht über den parallelen Innenwiderstand Rp ab und erwärmt die Zelle dabei?

Da steckt das Problem.....
du mussst so ein Ersatzschaltbild im wissenscahftlichen Sinn sehen.
Natürlich gibt es Rp. Aber der ist - vergleichsweise - gross, sehr gross. Da fliesst allenfalls ein Strömchen - nicht die gesamte Leistung, bzw. Ladung, allenfalls ein kleiner Rest.
Du kannst das umgekehrt ausprobieren - nimm dein Panel, schliesse ein Voltmeter an, ansosnten unbelastet.
In der Morgendämmerung schaust du aufs Voltmeter, etwa in dem Moment, wenn die Spannung die halbe Mppt Spannung erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt fliesst praktisch nichts mehr über die Diode ab. Alles, was erzeugt wird, geht ueber Rp weg. Das ist, wenn du dir die Helligkeit mit Messmitteln anschaust - wenig.

Umgekehrt kannst du ihn sogar selber messen. Panel im Komplett dunklen, Netzteil auf halbe Mppt Spannung gestellt, ans panel angeschlossen , genauso gepolt wie die Panelspannung ( Falschrum geht der Strom über die bypassdieoden, das merkst du ) und den Strom gemessen.
Ich kann dir sagen, dass im MPPT punkt grob unter 5 % des Stroms fliessen, bei halber spannung davon als noch viel weniger.

Zu deiner Frage - ja, diese Spur von Strom fliesst ueber Rp ab. Und macht eine Spur Wärme.

Aber der Hauptteil des Stroms (bei voller beleuchtung, unbelastet) fliesst einfach "über die Diode" ab - und macht da warm.

Ich weiss, es klingt widersinnig - die gleiche Diode, die die Ladungsträger unter Bestrahlung erst "trennt", lässt sie über sich selber wieder abfliessen.
Das ist so, und das muss so sein: Energieerhaltungssatz.

Und da packt jetzt der Algorithmus des Wandlers an... er "zweigt Strom ab", der jetzt nicht mehr über die Diode fliesst, und die Spannung wird etwas kleiner.
mehr strom, etwas klainer..
.... solange, bis über die Diode fasst nichst mehr fliesst.....
...... und dann gibts nichts mehr abzuzweigen , es kommt nicht mehr Strom....
.... aber die Spannung fällt.

DAS war der MPPT Punkt.

Der Wandler belastet die Spannung die Zelle, bis die Spannung soweit sinkt, dass nichts mehr über die Diode abfließt. Da bekommst du die meiste Leistung.
Immer und zu jeder Zeit kommt die Spannung aus der Zelle, und der Strom kommt aus der Zelle - solange du nur eine einzige Zelle betrachtest.

So wie du das Beschreibst klingt das nach Spannungsquelle. Der Strom fließt auch erst über Umppt über die Diode. Zuvor fließt er über den seriellen Innenwiderstand.

Nach der Beschreibung oben wirst du es langsam richtig erkennen.
Die Erzeugung des Stromes ist die Trennung der Ladungsträger - und die "Menge der Ladungsträger" ist Strom. Also "Stromquelle".
Ohne Last, bei Voc fliesst alles über die Diode ( bis auf den kleinen Teil Rp der immer fliesst).
Bei Umppt fliesen die meiste LEISTUNG (Nicht der grösste Strom) zum Verbraucher hin ab (grob 5 % gehen noch über die Diode).
Belastet man weiter, steigt der strom nur minimal ( Mehr Ladungsträger kommen halt nicht), aber die Spannung fällt schnell..... Leistung sinkt.

Hier in dem Bild wird leider der Strom an R1(Rs) negativ dargestellt. Aber gut zu erkennen, dass der Strom unter Umppt nicht über die Diode abfießt.

Und wie ich erklärt habe, ist das ja auch genau richtig. Und das sind die Schummerstunde-Beleuchtungen...

Entschuldigung an DerBuchner..... bitte Geduld....

Wie schön das wir über das Gleiche reden und doch an einander vorbei.

Wenn ich nochmal lese was du geschrieben hast kann man es genau anders herum interpretieren.

Klar ist das auch nur ein idealisiertes Schaltbild um die Physik hinter einer Zelle zu konstruieren.
Ich denke wir sind uns einig, dass der Strom nur im unbelasteten Zustand über die Diode fließt, ja der Rp ist ja auch nur aus Idealisierungsgründen dort. Auf das Schaltbild bezogen, fließt im belasteten Zustand der Strom vor der Diode zum Verbraucher.

Bei dem Thema Reihenschaltung verdreht sich bei mir auch regelmäßig das Hirn. :crazy:

Aber nicht bei den großen Modulen die man aufs Dach macht,sondern bei Bastelmodulen.

Springbrunnenpumpe 12V,0,5A...

Und einen Haufen 6V,1 Watt Module.

Und jetzt so verschalten das die Pumpe genug Saft hat.
Ist ja eigentlich klar,2s,3p.
Lieber noch ein paar p mehr,damit es auch bei bewölktem Himmel sprudelt.
Ohhh, bin ich da schon verzweifelt.
Bei höheren Spannungen ist das noch viiiel schlimmer.

Vielleicht sollte ich auch einfach Kabel an die Module löten,
und nicht versuchen das im fliegendem Verfahren zu verlöten.

Das macht mir echt Knoten im Hirn.

Mfg

Ist ja nützlich.
wenn das Wasser sprudelt weisst du, dass die Sonne scheint...

Das bringt mich gerade auf eine Idee.

Wassertanks,die es in USA gibt...
Wasser hochpumpen wenns sonnig ist,Wasser runterlaufen lassen wenns Nacht ist.
Also ein Pumpspeicher.

In den USA sind die Teile ja für die Trinkwasserversorgung zuständig,das könnte man alles miteinander kombinieren.
Und es gibt Generatoren die pumpen und Strom erzeugen können.
Man könnte sowas sogar im Haus realisieren,
hier natürlich ohne Generator obwohl,Kleinvieh macht auch Mist. :thumbup:

Du hättest dann immer Druck auf der Leitung.
Ich könnte mir das Hauswasserwerk sparen was ich mir nächstes Jahr anschaffen werde.
Leider traue ich dem Haus nicht zu,
einen Wassertank entsprechender Größe zu tragen.
Ich trau mich ja noch nicht einmal,
mir n Aquarium aufzustellen.

Schwerkraft ist doch was geiles. :thumbup:

Mfg

Ein 300L Wassertank hat zu wenig Energie, hatte aber mal überlegt einen Generator hinter die Wasseruhr zu hängen

Mitm 300L Tank kann man ziemlich oft die Klospülung betätigen oder Wäsche waschen. 😉

Da wär es mir noch nicht einmal so wichtig,Energie zu gewinnen.

Aber wie gesagt: Mein Haus ist zu schwach auf der Brust,
muss es halt das Hauswasserwerk richten,
was natürlich mit Solar betrieben wird. :thumbup:

Mfg

Reden wir malüber Zenerdioden.
( Das ist ein technischer Hintergrund, der hilft Solarpanels zu verstehen.... und die merkwürdigkeiten von parallel, seriell, Bypass und sonstiges).

Eine Zenerdiode.Im rechten oberen Teil des Diagramms, positiver Strom und positive Spannung.

In Stromrichtung Leitet die Diode den Strom, mit etwas Spannungsabfall und Erwärmung in der Diode.
Genauso sieht auch eine "normale" Diodenkennlinie aus.
Eine normale Diode würde in Rückwärtsrichtung keinen Strom leiten, also eine waagerechte Line auf der X-Acse haben)

In Rückwärtsrichtung hat eine Zenerdiode ebenfalls eine Spannung, ab der sie anfängt zu leiten. (" Avalanche" im Diagramm)

Das ist für die Zenerdiode der "normale" Betriebsbereich, wofür sie gemacht ist. Das ist der linke untere Teil des Diagramms, Stromrichtung andersherum, Spannung an der Diode andersherum. Sowas benutzt man, um stabilisierte Spannungen für kleine Ströme bereitszustellen. Bemerkenswert ist die sehr plötzliche und sehr steile kennline im Rückwärtsbereich, dadurch ist sie fürs stabilisieren geeignet.

Die Frage ist - was hat das mit Solarzellen zu tun ?

Jeder weiss, dass Solarzellen Dioden sind. Deren Kennlinie ( wenn man Spannung anlegt und es dunkel ist) Sieht genauso aus wie die Kennlinie einer Diode.
Sollte sie jedenfalls. Irgendwie sieht aber das Leistungsdiagramm einer Solarzelle

doch anders aus als das der obigen Diode, rechter Teil.

Dabei gehe ich noch weiter, ein Solarzelle ist nämlich, durch physikalische Zuammenhänge mit ihrer Aufgabe, auch eine Zenerdiode.
( aktuell gibt es tatsächlich EINE Bildfolge im Net, auf "PVBüro", die das auch so und komplett als Zenerdiodenkurve zeigt. Ich wollte aber das Bild auss ggf. Datenschutzgründen nicht kklauennicht klauen)

Also müsste man das Diagramm erweitern, das sähe dann etwa so aus :

Aber, was um alles in der Welt muss man da hineinmalen, damit das in irgendeinerweise dem Diagramm der Zenerdiode auch nur ähnlich sieht?

Das Geheimnis sind..... die Stromrichtungen. Genauergesagt, welche Stromrichtung ist positiv.

Bei Halbleitern und Dioden bezeichtnet die positive Richtung die, die durch die leitende Diode hindurchgeht, in der Richtung.
Legt man also eine negative Spannung an, leitet sie nicht, legt man positive an, leitet sie in der "Durchlassrichtung", wie oben die Zenerdiode auch.

Und beim Solarpanel? Den Strom des Panels - denjenigen, den sie liefert - nennt man natürlich positiv. Wäre ja auch ziemlich komisch, wenn man das negativ nennen würde.
Dummerweise , wenn man sich mal die Dioden/Panels als Batterie, und den Wandler als Verbraucher vorstellt, ist diese Richtung genau andersherum als diejenige der DiodenDatenblätter.
Das ist nicht "Falsch", sondern einfach eine Definitionsfrage..... wie die Linke Hand. Stehe ich einem gegenüber, greife ich mit meiner rechten hand .... seine linke. Ein reine Frage der Betrachtungsweise.

So sieht jetzt, nach 5 min Photoshop, das Diagramm einer Zenerdiode aus, einfach wenn man die positive Sromrichtung anderherum annimmt als üblich für Bauelemente.

Und ihr werdet zugeben..... jetzt gibt es zumindest entfernte Ähnlichkeiten.