Hallo,
zu recht werden Solarladeregler für untauglich an Windgeneratoren bezeichnet. Die meisten Solarregler trennen die PV-Zellen von dem Akku bei Ladeschluß. Die Spannung an den Zellen geht dann auf die Leerlaufspannung von etwa 20V bei 12V-Systemen. Den Zellen ist das egal. Ein Windrad dreht ohne Last hoch, zerstört sich, mindestens aber den Regler, weil dann Spannungen über 40V erreicht werden. Manche Solarregler schließen die PV-Zellen kurz. Ich weiß nicht wie viele davon noch am Markt sind. Für die Zellen soll das nicht so gut sein, für ein Windrad erst recht nicht.
Auf den ersten Typ Regler bezieht sich mein Schaltungsvorschlag. Diese Regler gibt es von vielen Herstellern mit guten Eigenschaften und zu günstigem Preis. Das untersuchte Exemplar CMP12 wird als 10A Regler für 12Euro verkauft (Bucht). Er enthält keine Schottky-Diode sondern Mosfets die geschickt gesteuert werden. Der Spannungsverlust bei Ladung beträgt dadurch nur ca 0,2V. Schottky macht es nicht unter 0,6V. Die Schaltung des Leistungsteils zeigt Bild2. Nur die Kühlung, die Leiterbahnbreite und die Sicherung zu 15A limitieren den Einsatz auf 10A. Die drei verbauten Mosfets können 110A leiten. Man kann das Gerät also leicht aufrüsten. Dazu mehr in einem anderen Beitrag.
Um einen solchen Regler für Windräder zu rüsten, muß die Spannung des leerlaufenden Generators auf einen ungefährlichen Wert begrenzt (engl. clamp) werden. Entweder wie in Bild1 mit einem Umschalter, oder mit einem ständig parallel geschalteten clamp, der die Spannung auf einen Wert oberhalb der Ladeschlußspannung des Akkus+0,2V begrenzt. Die Präzision der vorgestellten clamps ist gering. Und je mehr Strom sie leiten können, umso ungenauer werden sie, d.h. sie werden "weicher" in der Begrenzung. Ich meine aber, daß die Präzision ausreicht, um Schaden an Windrad und Regler zu vermeiden.
Bild3 ist ein Beispiel. Die Zenerdiode ZPY15 bestimmt den Einsatz der Begrenzung. Zur Spannung von 15V addiert sich eine Basis-Emitter-Flußspannung des Transistors von ca 0,7V. Der Transistor Typ MJ15003 ist ein ausgesprochenes Arbeitspferd. Er hat eine hervorragende SOA (safe operating area), Metallgehäuse und bis 250W Verlustleistung. Er muß die Leistung in Wärme abführen können, ohne zu heiß zu werden. 50°C als Gehäusetemperatur sollte man nicht wesentlich überschreiten. Man muß den Transistor also auf einen Kühlkörper setzen. Dazu später mehr.
Man kann die Spannung auch wie in Bild1 gezeigt immer dann begrenzen, wenn der Akku voll ist. Ein solcher clamp wird durch den Regler gesteuert Bild4. Die Sendediode des Optokopplers SFH610 wird in Serie mit der "charge" Led des Reglers geschaltet. Erlischt sie, begrenzt der clamp die Spannung auf einen beliebigen Wert, hier ca 11V. Die Optokoppler gibt es als SFH610-1 bis SFH610-4. Höhere Nummern haben ein höheres Stromübertragungs-Verhältnis und sind vorzuziehen. Es gehen aber alle.
Für Strom bis 20A Bild5. Hier wird in sog. Darlington-Schaltung der Basisstrom mit einem weiteren Transistor verstärkt. Begrenzungseinsatz ist Zener-Spannung+1,5V. Man kann das Spiel ziemlich weit treiben.
Bild6 zeigt einen clamp bis 100A. Bei 200A geht er auch nicht gleich kaputt. Begrenzungseinsatz Zener-Spannung+2,5V.
Es handelt sich hier um analoge Schaltungen mit Empfindlichkeit auf Bauteile-Toleranzen und Temperatur-Einflüssen. Man sollte zum Test ein regelbares Netzteil haben. Tendenziell sinkt die Begrenzungsspannung bei steigender Temperatur der Transistoren. Der Begrenzungseinsatz kann in ca 0,7V Schritten erhöt werden durch Einfügen von Dioden Bild7.
Verwendet man einen schaltbaren clamp, kann man mit wenig Aufwand eine Sicherung gegen Überspannung oder Fehlfunktion einbauen. Die Zenerdiode ZPY20 sorgt in jedem Falle auf eine Begrenzung auf ca 21V. Die Schaltungen reagieren sehr schnell und können auch Spitzen aus dem Generator oder Gewittern ableiten. Gegen Spannungen umgekehrter Polarität hilft eine Reverse-Diode Bild9 sehr einfach.
Zur Kühlung müssen die Transistoren MJ15003 auf einen Aluminium-Kühlkörper montiert werden. Die Hersteller geben an, um wieviel °C/W sich der Kühler erwärmt. Z.B 15Vx20A=300W. Bei 25° Raumtemperatur wollen wir 50° Kühler nicht überschreiten. 25° geteilt durch 300W ergibt einen Kühler 0,083°/W. Billige wirksame Kühler sind CPU-Kühler aus Computern. Sie sind mit Lüftern kombiniert. Ein Beispiel: Kühler 69x69x45mm mit Ventilator 80x80mm hat 0,3°/W.
Zur Steuerung eines Lüfters Schaltung Bild10. sw ist ein üblicher Bimetallschalter der bei 45° öffnet. Er muß in thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper stehen. Solche Schalter findet man zuweilen in Akkupacks. Der Ruhestrombedarf ist sehr gering. Wenn man die Schaltung vom Generator versorgt, muß man evt dem Venti einen Vorwiderstand gönnen, weil er sonst zuviel Spannung bekommt. Wie man sieht, ist ein ausreichender Kühlkörper keine leichte Aufgabe.
Man kann die Situation wesentlich entschärfen, wenn man Lastwiderständ(e) in die Kollektor(en) der MJ15003 einfügt. Am einfachsten Glühbirnen. Wenn man sie im 12V-System auf 24V auslegt, wird man wohl kaum jemals eine defekte Birne riskieren. Die Widerstände oder Birnen müssen in der Wattzahl überdimensioniert werden. Für welche Leistung ein clamp ausgelegt wird, ist eine schwierige Frage. Am sichersten dauerbelastbar für die Spitzenleistung des Windrades. Weniger geht auch (wieviel?). Das Schaltungsdesign ist sehr flexibel. Für 24V-System ist die Zenerdiode zu verdoppeln, der Widerstand in Bild4 von 33k auf 68k, in Bild10 47k auf 100k (muß aber nicht), und natürlich 24V Lüfter oder 12V Lüfter mit entsprechendem Vorwiderstand. Die MJ15003 vertragen dann wegen SOA etwa 20% weniger Strom.
Gruß,Heinz
zu recht werden Solarladeregler für untauglich an Windgeneratoren bezeichnet. Die meisten Solarregler trennen die PV-Zellen von dem Akku bei Ladeschluß. Die Spannung an den Zellen geht dann auf die Leerlaufspannung von etwa 20V bei 12V-Systemen. Den Zellen ist das egal. Ein Windrad dreht ohne Last hoch, zerstört sich, mindestens aber den Regler, weil dann Spannungen über 40V erreicht werden. Manche Solarregler schließen die PV-Zellen kurz. Ich weiß nicht wie viele davon noch am Markt sind. Für die Zellen soll das nicht so gut sein, für ein Windrad erst recht nicht.
Auf den ersten Typ Regler bezieht sich mein Schaltungsvorschlag. Diese Regler gibt es von vielen Herstellern mit guten Eigenschaften und zu günstigem Preis. Das untersuchte Exemplar CMP12 wird als 10A Regler für 12Euro verkauft (Bucht). Er enthält keine Schottky-Diode sondern Mosfets die geschickt gesteuert werden. Der Spannungsverlust bei Ladung beträgt dadurch nur ca 0,2V. Schottky macht es nicht unter 0,6V. Die Schaltung des Leistungsteils zeigt Bild2. Nur die Kühlung, die Leiterbahnbreite und die Sicherung zu 15A limitieren den Einsatz auf 10A. Die drei verbauten Mosfets können 110A leiten. Man kann das Gerät also leicht aufrüsten. Dazu mehr in einem anderen Beitrag.
Um einen solchen Regler für Windräder zu rüsten, muß die Spannung des leerlaufenden Generators auf einen ungefährlichen Wert begrenzt (engl. clamp) werden. Entweder wie in Bild1 mit einem Umschalter, oder mit einem ständig parallel geschalteten clamp, der die Spannung auf einen Wert oberhalb der Ladeschlußspannung des Akkus+0,2V begrenzt. Die Präzision der vorgestellten clamps ist gering. Und je mehr Strom sie leiten können, umso ungenauer werden sie, d.h. sie werden "weicher" in der Begrenzung. Ich meine aber, daß die Präzision ausreicht, um Schaden an Windrad und Regler zu vermeiden.
Bild3 ist ein Beispiel. Die Zenerdiode ZPY15 bestimmt den Einsatz der Begrenzung. Zur Spannung von 15V addiert sich eine Basis-Emitter-Flußspannung des Transistors von ca 0,7V. Der Transistor Typ MJ15003 ist ein ausgesprochenes Arbeitspferd. Er hat eine hervorragende SOA (safe operating area), Metallgehäuse und bis 250W Verlustleistung. Er muß die Leistung in Wärme abführen können, ohne zu heiß zu werden. 50°C als Gehäusetemperatur sollte man nicht wesentlich überschreiten. Man muß den Transistor also auf einen Kühlkörper setzen. Dazu später mehr.
Man kann die Spannung auch wie in Bild1 gezeigt immer dann begrenzen, wenn der Akku voll ist. Ein solcher clamp wird durch den Regler gesteuert Bild4. Die Sendediode des Optokopplers SFH610 wird in Serie mit der "charge" Led des Reglers geschaltet. Erlischt sie, begrenzt der clamp die Spannung auf einen beliebigen Wert, hier ca 11V. Die Optokoppler gibt es als SFH610-1 bis SFH610-4. Höhere Nummern haben ein höheres Stromübertragungs-Verhältnis und sind vorzuziehen. Es gehen aber alle.
Für Strom bis 20A Bild5. Hier wird in sog. Darlington-Schaltung der Basisstrom mit einem weiteren Transistor verstärkt. Begrenzungseinsatz ist Zener-Spannung+1,5V. Man kann das Spiel ziemlich weit treiben.
Bild6 zeigt einen clamp bis 100A. Bei 200A geht er auch nicht gleich kaputt. Begrenzungseinsatz Zener-Spannung+2,5V.
Es handelt sich hier um analoge Schaltungen mit Empfindlichkeit auf Bauteile-Toleranzen und Temperatur-Einflüssen. Man sollte zum Test ein regelbares Netzteil haben. Tendenziell sinkt die Begrenzungsspannung bei steigender Temperatur der Transistoren. Der Begrenzungseinsatz kann in ca 0,7V Schritten erhöt werden durch Einfügen von Dioden Bild7.
Verwendet man einen schaltbaren clamp, kann man mit wenig Aufwand eine Sicherung gegen Überspannung oder Fehlfunktion einbauen. Die Zenerdiode ZPY20 sorgt in jedem Falle auf eine Begrenzung auf ca 21V. Die Schaltungen reagieren sehr schnell und können auch Spitzen aus dem Generator oder Gewittern ableiten. Gegen Spannungen umgekehrter Polarität hilft eine Reverse-Diode Bild9 sehr einfach.
Zur Kühlung müssen die Transistoren MJ15003 auf einen Aluminium-Kühlkörper montiert werden. Die Hersteller geben an, um wieviel °C/W sich der Kühler erwärmt. Z.B 15Vx20A=300W. Bei 25° Raumtemperatur wollen wir 50° Kühler nicht überschreiten. 25° geteilt durch 300W ergibt einen Kühler 0,083°/W. Billige wirksame Kühler sind CPU-Kühler aus Computern. Sie sind mit Lüftern kombiniert. Ein Beispiel: Kühler 69x69x45mm mit Ventilator 80x80mm hat 0,3°/W.
Zur Steuerung eines Lüfters Schaltung Bild10. sw ist ein üblicher Bimetallschalter der bei 45° öffnet. Er muß in thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper stehen. Solche Schalter findet man zuweilen in Akkupacks. Der Ruhestrombedarf ist sehr gering. Wenn man die Schaltung vom Generator versorgt, muß man evt dem Venti einen Vorwiderstand gönnen, weil er sonst zuviel Spannung bekommt. Wie man sieht, ist ein ausreichender Kühlkörper keine leichte Aufgabe.
Man kann die Situation wesentlich entschärfen, wenn man Lastwiderständ(e) in die Kollektor(en) der MJ15003 einfügt. Am einfachsten Glühbirnen. Wenn man sie im 12V-System auf 24V auslegt, wird man wohl kaum jemals eine defekte Birne riskieren. Die Widerstände oder Birnen müssen in der Wattzahl überdimensioniert werden. Für welche Leistung ein clamp ausgelegt wird, ist eine schwierige Frage. Am sichersten dauerbelastbar für die Spitzenleistung des Windrades. Weniger geht auch (wieviel?). Das Schaltungsdesign ist sehr flexibel. Für 24V-System ist die Zenerdiode zu verdoppeln, der Widerstand in Bild4 von 33k auf 68k, in Bild10 47k auf 100k (muß aber nicht), und natürlich 24V Lüfter oder 12V Lüfter mit entsprechendem Vorwiderstand. Die MJ15003 vertragen dann wegen SOA etwa 20% weniger Strom.
Gruß,Heinz