Hir möchte ich das aufgekochte Thema Hotspots technisch analysieren und durchsprechen.
Als erste bitte ich die Foris darum, nochmal eure Sorgen zusammenzufassen - der Auslöser hier war wohl, das Jemand zukünftig Probleme mit Hotspots bei den Balkonkraftwerken erwartet.
Und ich sage momentan auch, dass ich die kommenden 10 Tage SEHR wenig Zeit habe, also bitte Geduld.
Hallo zusammen,
es geht darum, dass geklärt werden soll, wann die Bypassdioden in einem PV-Modul leitend werden. Denn es ist die Annahme, dass dieses eine oder eher DIE Voraussetzung zur Verhinderung von Hotspots ist.
1.) Es gibt Grund zur Annahme, dass Bypassdioden als passives Bauelement nur dann leitend werden, wenn der Wechselrichter bei Teilverschattung (ein oder zwei Segmente) die Spannung senken kann. Der Mickro-Wechselrichter müsste dazu eine globalen MPP Suche durchführen und seine Spannung auf den globalen MPP setzen.
2.) Aus Erfahrung ist aber bekannt, dass Mikrowechselrichter keine globale MPP-Suche implementiert haben.
Außerdem: Bei Verschattung eines vertikalen Segmentes müsste die Spannung um ca. 1/3 gesenkt werden, bei zwei Segmenten entsprechend um 2/3. Der MWR müsste z.B. auf 10 Volt herunterregleln, was unterhalb der Mindestspannung aller Mikrowechselrichter von mindestens 16 Volt liegen würde. Eine Untersuchung der MPPT´s der Mikrowechselrichter liegt nicht vor, da zur Zeit der Erstellung der Mikrowechselrichterliste dieses Kriterium nicht betrachtet wurde.
3.) Es steht m.E. außer Frage, dass dieser Umstand die Leistung von Balkonkraftwerken (mit Mikrowechselrichtern) bei Teilverschattung erheblich mindern. Daher muss dieser Aspekt nicht zwingend mit betrachtet werden.
Neben der rein theoretischen Betrachtung, bei der es bis heute offenbar zwei gegensätzliche Betrachtungen gibt, nämlich 1.) Bypassdioden werden unabhängig vom Wechselrichter leitend und 2.) ohne Änderung der Spannung durch den Wechselrichter wird eine Bypassdiode NICHT leitend, ist daher eine möglichst praxisnahe Betrachtung eines Balkonkraftwerkes bei vertikaler Teilverschattung sicherlich hilfreich, denn die schönste Theorie hilft nichts, wenn sie in der Praxis nicht trägt.
Sollte sich die Annahme bestätigen, dass sich Hotspots bei vertikaler Teilverschattung (vor allem) durch die Verringerung der Spannung und damit leitend machen der Bypassdioden verhindern lassen, so wären Balkonkraftwerke ohne globalen MPPT dazu also nicht in der Lage.
Dann wäre es von Interesse, wie hoch die Wahrscheinlichkeit von Hotspots ist, inwieweit die Lebensdauer von Panels verringert wird und wie wahrscheinlich dadurch ein Brand verursacht werden könnte.
Eine Supervorlage für einen Anfang, das ersspart mir einen systematischen Aufbau.
Ich unterscheide nachfolgend nur grob, welcher Teil der Antwort neu hinzugewonnenes Wissen (z.T noch nicht endgültig durchgeprüft) gegenüber vorher ist.
Und ich gebe nur meinen Wissensstand ohne genaue Erklärung, die kann ich nachliefern. Vielleicht geht das ja erstmal so.
Die Bypassdiode IST das, was Hotspots verhindert. Vorher dachte ich das verhindert wird, dass die Zellen überhaupt heiss werden, neu ist, dass die Zellen heiss werden (Können), und die BPD (Bypassdiode) dann leitend wird, bevor die Hitzeentwicklung schädigend ist. ( eine Vorwegnahme des Gesamtergebnis)
Das ist wharscheinlich unrichtig, obwohl ich das auch geglaubt habe. Was man berücksichtigen Muss ist die Stringlänge. Für ein Einzelmodul MUSS der Wandler mithelfen, für einen - sgaen wir - 700 Volt string ist es ziemlich wurst, ob da eine Zelle 10 Volt von zur eigenen Erwärmung "Verbraucht" - 690 statt 700 Volt sind noch fast der Gleiche Strom, merkt der WR kaum. Im BKW sind es z.B. 26 V statt 36 V, und das fällt irgendwie mehr auf 
. Drr Übergang wurd fliessend sein, und zusätzlich - ich saggs schonmal - hängt es auch davon ab, ob ein zweiter unverschatteter String parallel hängt. Der hält ja seinen Strom.
Könnte bedeuten, dass zwei parallele Module fast garnicht mehr Hotspot anfällig sind.
Vollkommen richtig. Wenn der WR brav beim oberen mppt punkt bleibt, nur den niedrigen Strom nimmt, hat man weniger Ertrag aber keine erwärmten Zellen.
(Der Klugscheisser sagt: Die abgeschattete Zelle wird sogar kälter . Deren Partnerzellen im gleichen Bypasskreis werden sogar wärmer . Wer findet raus, warum ? (( ich will euch nicht nur fördern, sondern auch fordern !)) )
Das ist für den Verschattungsfall richtig. Und nach vielen, vielen Überlegungen, die ich zu dem Thema schon gemacht habe, seit ich vor 5 Jahren die ersten Panels aufstellte, ist meine Meinung heute dazu : Hinnehmen.
Meine frühere Meinung war 2), dein Link bzw PV-Büro hat mir die Augen geöffnet: 1) ist richtig, für lange strings. Das werde ich später mit meinen Worten auch noch für alle erklären.
Die Verringerung der Spannung beginnt vorher, das Leitendwerden der BPD ist das Ende, wenn die Hitzeentwicklung die erträglichen Größen zu überschreiten droht. (Dass da eine Diskussion beginnt, was erträglich ist, wird kommen)
Und da ist sie schon (lach).
Ich glaube, hier ist folgende Anmerkung wichtig.
Früher, vor beginn der Zeitrechnung mit BPD war der Hotspot das erste lästige Schadensbild an Anlagen, das man nicht vorhergesehen hatte. Damals war Hotsot ein zerstörender Hotspaot. Und man hat die BPD eingeführt, um die Zerstörung der Zelle ( und damit des Panels) zu verhindern und auf eine lästige Erwärmung zu begrenzen.
Und damit haben wir die Ursache für eine aktuelle Ungenauigkeit - die einen Vertstehen den Hotspot als Zerstörung, die anderen als lästige aber noch erträglich Überhitzung. Und das könnte, unwissend oder absichtlich, der Grund für die aktuelle Panik sein.
Ich kann mit euch vorrechnen, um welche Leistungen es sich handelt, und eine Abschätzung, welche Temperaturen das sein könnten. Ich habe ein paar Versuche im Auge, die ich machen möchte, aber letztendlich wird es auf eine Zahl von etwa 80 Grad hinauslaufen, die ich schon irgendwo als Höchsttemperatur Gelesen habe. Als Normaltemperaturen habe ich an meinen Modulen 55 bis 65 Grad gemessen.
So, ich hoffe, das gibt schon mal Denkanstoss und Diskussion.
Speziell interessiert mich dabei eine Konstellation, die ich jeden Tag so oder so ähnlich bei voller Sonne an meinem Balkonkraftwerk vorfinde.
Da ich kein Messgerät habe, frage ich mich, wo bei A die ganze aufgenommene Energie hinfließt. In den Wechselrichter wohl kaum, er zieht aus dem Modul mit relativ kleiner Verschattung irgendwas bei 40 Watt, obwohl das Modul ca. 200 Watt an Sonnenergie aufnimmt (salopp gesagt, ich bin kein Elektroingenieuer). Wenn nichts anderes in Frage kommt, wird in Wärme umgewandelt. Wie wird die Wärme wohl verteilt sein? Ihr könnt mir bei dieser Fragestellung sicher helfen. Am hilfreichsten wäre ein Wärmebild.
Das Bild ist ganz typisch, die Spannung steigt immer mehr bei stärkerer Sonneneinstrahlung, aber eben auch viel Schatten bis zum Punkt A, ab da steigt die Leistung und die Spannung sinkt bis der Schatten ganz verschwunden ist (siehe Bild B)
Ich denke, das kann jeder klar beantworten, der etwas Ahnung von Elektrotechnik hat. Eine BPD kann nur leitend werden, wenn die Spannung sich in den dazgehörigen Zellen umkehrt. Und das passiert nur, wenn dieser Teilstring einen Schatten hat, so dass dieser Teil deutlich in der Leistung einbricht und dann zusätzlich der Wechselrichter die Spannung soweit runter fährt, um den neuen tieferen MPP zu finden und so das Modul dann belastet.
Eine BPD kann nie von sich aus leitend werden, es braucht die äußeren Bedingungen, die zu einem Wechsel des Stromflusses sorgen.
Ansonsten verstehe ich vieles noch nicht, was hier geschrieben wurde. Um das klarer zu bekommen, hier mal, wie ich es verstehe: Wir reden von einem Hotspot, wenn von bestimmten Zellen keine elektrische Energie abgeführt wird. Also sozusagen Zellen, die im Leerlauf laufen. Dadurch heizen diese Zellen sich deutlich mehr auf, als wenn man ihnen die maximale elektrische Leistung abnehmen würde. Man könnte auch sagen: Jedes Watt, was ich nicht abnehme, erhitzt das Modul.
Eine zweite Möglichkeit für einen Hotspot hätte man, wenn eine BPD fehlen würde, die zugehörigen Zellen sich umpolen würden und dann bis zur Durchbruchspannung beaufschlagt werden bei entsprechendem Strom des restlichen Strings. Dann hätte man also an diesen Zellen eine recht hohe Spannung und Strom, was zu hoher Verlustleistung führt.
Ist das so richtig oder hab ich ein falsches Verständnis davon?
Ich kapiere jetzt erst, welche Bürde ich dir aufgeladen habe...
Das ist absolut richtig.
Das aller Warscheinlichkeit so nicht. Ich habe es oben schon angemerkt - bei langen Strings könnte as ein fliessender Übergang sein, ob der WR nichts oder wenig verändern muss.
Und die äusseren Bedingungen sind, dass die Plusseite um 0,7 V positiver ist als die negative.
Klares NEIN. dann hätte ein Panel im Leerlauf oder ohne Wandler ja nur Hostspots.
Das ist RICHTIG. Die Einstrahlung ( sagen wir 1000 W/m2) heizt die Panels auf. Ziehen wir Strom ab ( sagen wir 25 % Wirkungsgrad ) Ziehen wir diese 24,xx % ab. Ein paar Zehntel verbleiben als Stromwärme in den Leitern.
Und 25 % Weniger macht aber nur ein paar Grad kühler. (Strahlung hat 3.Potenz der Temperatur daher so wenig. Konvektion gibts auch noch.) Der Effekt ist NICHT mit einem Hotspot zu vergleichen.
Genauso sind früher Panels kaputtgegangen, bevor es doe BPD gab. Mit Bypassdiode sind es 10 V * fliessendem Strom. Ohne kann die Spannung höher sein (in Strings).
Die leistung, die dabei in der zelle durch Stromwärne abgeladen wird, ist grob ( wenn ich im Kopf richtig rechne) das doppelte dessen, was sie durch ein Strahlung bekommt. Also dreifache VerlustLeistung wie Einstrahlung. Das gibt dann die geratenen 20 Grad mehr.
Die Wärme verbleibt im Panel. Die beleuchteten Module bekommen die volle Einstrahlung, nichts wird abgeführt. Vollkommen normal.
Das abgedeckte bleibt kälter. (Weil es weniger Einstrahlung bekommt ....)
Tolles Bild. Interessant der langsame Anstig ÜBER den normalen Mppt Punkt hinaus. Wahrscheinlich nicht weil immer weniger Module im Schatten sind, sondern weil die Globalstrahlung zunimmt ( die auf die verschatteten Teile fällt). Das könnte den Mppt Punkt verschieben.
Update: Oh, Halbzellenmodule. Das ist noch komplizierter.... und ich verstehe es nicht. ......... folgt.
Frage an @k0017 :hast du tatsächlich Halbzellenmodule, oder hast du nur so ein Bild benutzt?
Ja, ich habe 120 Halbzellen sogar bifacial, wobei ich aber annehme, dass von hinten nichts kommt.
Aber es sind 2 Module parallel? Oder 2 Module an getrennten WR Eingängen?
Wie ist die abschattung zu Beginn deines Diagramms?
Das ist ein Modul an einem Eingang eines HM-800. Mein zweites Modul ist an dem anderen DC-Anschluss mit seinem eigenen MPPT angeschlossen und zeigt das gleiche Bild, daher nicht mit angeschaut.
Falls am Wochenende gutes Wetter wäre, könnte ich ein Video von den Panels machen und die Daten dazu irgendwie synchron einblenden. Das macht es am deutlichsten
Dann verstehe ich dein Diagramm nicht.
Die Idee von Halbzellenmodule ist, das es eigentlich zwei getrennt Panels in einem sind. Jeweils 54 halbzellen. Mit der Idee, dass es nicht möglich ist, durch Abschattung einer Ecke " eine ganze Zelle" abzuschätzen. Stattdessen liegt die zweite Hälfte der Zelle in der Ecke irgendwo oben im Panel.
Also muss, egal wieviel ich in der unteren panelhalfte abschatte, die obere Panel Hälfte komplett liefern.
Das zeigt aber dein Diagramm nicht.
Du hast bei Abschattung der Ecke nur 40 Watt, dann über zweihundert das müsste sich aber wie 1 zu 2 verhalten, mindestens.
Foris - hab ich jetzt einen Denkfehler oder was ist hier los?
Du hast keinen Denkfehler, wie du es beschreibst sollte es sein. Ich hoffe, ich habe es aus der Erinnerung richtig dargestellt. Deswegen das Video. Sehe aber gerade, dass das Wetter am Wochenende schlecht sein wird.
Wenn mit Hotspots nur gemeint ist, dass Zellen rückwärts soweit betrieben werden, bis sie durchbrechen, dann verstehe ich die ganze Diskussion im Zusammenhang mit Mikrowechselrichtern nicht. Dieser Fall kann doch gar nicht auftreten, weil erstens der WR gar nicht den globalen MPP sucht und zweitens eine Bypassdiode vorhanden ist. Also gibt es keine Bedingungen für einen Hotspot.
Aber weil ihr ja so intensiv diskutiert, muss ich irgendwas übersehen haben.
@k0017 Kannst du bitte dein Setup mal ganz genau Beschreiben bitte. Welche Module? hängen an welchem WR? Sind beide gleich ausgerichtet?
Und wenn alles gleich ist wie schauen dann zum genau gleichen Zeitpunkt, mit dem einzigen Unterschied dass ein Modul Teilverschattet ist, die Spannung/Stromkennlinie aus?
Ich verstehe ansonsten nämlich deine Frage nicht denn MMN ist das beobachtete absolut Logisch
A und B beziehen sich auf einen unterschiedlichen Zeitpunkt für ein und dasselbe Panel auf einem Gartenhäuschen. Das es noch ein weiteres Panel gleichen Typs rechts daneben am HM-800 angeschlossen gibt, was sich zeitversetzt genauso verhält, ist m.E. nicht wichtig. Die beiden Bilder mit dem einen schematischen Panel mit und ohne Verschattung zeigen also dasselbe Panel zu unterschiedlichen Zeitpunkten A und B.
Das Panel ist ein Jolywood JW-HD120N-380Wp halfcut topcon bifacial, 30 Grad aufgeständert Richtung Südwest, angeschlossen an einen HM-800, Daten über OpenDTU --> MQTT--> Homeassistant --> Screenshot. Der HM-800 ist auf 600 Watt gedrosselt, was aber keinen Einfluss auf die Darstellung / Leistung etc hat.
Alle Theorie ist hier interessant, der verschattete Bereich (Dreieck) wird kühler sein, das werde ich dann mit meinen Fingern testen, da ich kein Messgerät habe.
Schade ist, dass ich vor ein paar Tagen an einer heftigen Thrombose
erkrankt bin und somit werde ich in nächster Zeit keine Aktionen oder Videos machen können.
Da Bild, das ich jetzt angehängt habe, verwirrt hoffentlich nicht. Wir betrachten ausschließlich das linke Panel. Die Verschattung des linken Panels auf dem Photo ist nach meiner Erinnerung weder genau auf Zeitpunkt A, noch genau auf B, sondern liegt irgendwo in dem Bereich vor A.
Vielleicht sollten wir aber vor allem auf die ursprünglichen Fragestellungen zurückkommen und uns darauf konzentrieren.
JW_HD120N-9BB-385.pdf (771 KB)
