Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 13.09.2022 - 09:28 Uhr  ·  #1
Nachdem es hier vor kurzem darum ging, mittels Raspberry Pi einen günstigen Regler zu bauen, kam mir folgende vereinfachte Idee:

Statt einen energieintensiven Klein-Rechner zu bemühen um die richtigen Werte für Strom und Spannung über eine Kennlinie zu ermitteln, wäre es besser, diese Kennlinie quasi analog zu erzeugen.

Konkret: man nimmt einen normalen Step-Down-Wandler
 

und ersetzt die beiden Potentiometer zum Einstellen von Strom und Spannung durch jeweils eine Kombination aus LED und gegenüberliegendem Fotowiderstand oder Fotodiode (bin mir nicht sicher ob die auch gehen würden).
Je höher die Generatorspannung, desto heller leuchtet die LED die auf den Fotowiderstand trifft. Der Fotowiderstand wird damit zunehmend kleiner und läßt mehr Strom durch - ehöht also die Belastung des Generators. Über den Abstand zwischen LED und Fotowiderstand könnte man die Kennlinie einstellen. Mit nur einer LED-Fotowiderstand-Paarung hätte man eine lineare Kennlinie. Mit 2 in Reihe geschalteten Kombinationen eine exponentielle Kennlinie.
Durch einen sehr starken Anstieg der Kennlinie bei hohen Spannungen, könnte man das Windrad vielleicht soweit einbremsen, dass auf weitere Dump-Loads oder Kurschlüsse verzichtet werden kann.

Die Vorteile: sehr einfach, kein dauerhafter Stromverbrauch, eine jederzeit anpassbare Kennlinie, und sehr günstig im Preis.

Soweit die Idee mal grob umrissen, auch wenn wahrscheinlich noch etwas mehr dazugehört, wie Spannungsbegrenzungen usw. aber das sollte ja irgendwie machbar sein...zu einfach um wahr zu sein oder ausbaufähig ;-) ??
Chritz
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 45
Beiträge: 303
Dabei seit: 02 / 2022
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 13.09.2022 - 10:31 Uhr  ·  #2
Idee ist nicht schlecht. Ich denke ein paar hacken gibts aber. Eine kennlinie steigt nicht unbedingt linear sonder in einer Kurve. Grade bei Wind. Die helligkeitsdiverenz bei einer led ist doch sehr gering im mv Bereich. Dumpload muss noch dran damit auch bei vollem Akku die Energie irgendwo hin kann.
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 13.09.2022 - 11:04 Uhr  ·  #3
Ja das wären dann die Feinheiten - die Kennlinie kann man ja aber zu einer Kurve biegen indem man eben 2 oder gar 3 LED-Widerstand-Kombinationen in Reihe schaltet. Beispiel:

1 LED:
LED-Helligkeit: 2 - Widerstand 3
LED-Helligkeit 4 - Widerstand 6
(= Verdopplung also linear)

2 LED`s:
2x LED Hellkigkeit 2 - Widerstand 3x3 = 9
2x LED Helligkeit 4 - Widerstand 6x6 = 36

(= Vervierfachung - exponentiell)

über die Abstände zischen LED und Fotowiderstand kann man die Kennlinie gut formen.

Mit dem Dump-Load hast du recht - den braucht man wohl in den meisten Fällen, es sei denn man hat eine große Batterie wie z.B. einen Heimspeicher..
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 13.09.2022 - 12:55 Uhr  ·  #4
...die Frage ist auch noch, wie man die Spannung regeln müsste. Kann man einfach einen festen Wert einstellen, also die Ladeendspannung, oder muss man da auch je nach Ladezustand mitregeln?
Che
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Wurzen
Alter: 68
Homepage: geopolos.de
Beiträge: 2785
Dabei seit: 06 / 2014
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 13.09.2022 - 17:27 Uhr  ·  #5
Zumindest nach Temp. des Akkus...

Ansonsten ist das so eine Sache.
Zunächst mal müssen 2 Widerstandswerte am Poti festgestellt werden.
Die bezüglich Start und Endspannung von der Kennlinie.
(Da kann man nur hoffen, dass das U-Poti nur als einstellbarer R fungiert, denn sonst würde es noch komplizierter)

Dann müsste man passende Fotowiderstände finden, die genau diese R-Werte annehmen können.

Dann muss sicher gestellt werden, das die LEDs genau dann diese R-Werte erzeugen, wenn die zugehörigen Arbeitspunkte des Rotors dazu passen.

Durchaus ein Rattenschwanz an zu bewältigenden Aufgaben.
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 13.09.2022 - 19:25 Uhr  ·  #6
Zitat
Zumindest nach Temp. des Akkus...


Diesen Zusammenhang hab ich noch nicht verstanden..Was würde passieren wenn man die Ladeendspannung einstellt, obwohl der Akku fast leer ist?

Zitat
Dann muss sicher gestellt werden, das die LEDs genau dann diese R-Werte erzeugen, wenn die zugehörigen Arbeitspunkte des Rotors dazu passen.


Ja da müsste man wahrscheinlich einige Bauelemente Ausprobieren. Aber das gute daran - es kostet alles wenig und das Risiko ist somit gering. Außerdem kann man mit den Abständen zwischen LED und Widerstand spielen. Die Kennlinie des Rotors ist ja bekannt und die Spannung des Generators je nach Drehzahl auch. Insofern könnte man alles im Prüfstand einstellen. Sollte sich im Realbetrieb herausstellen dass der Rotor z.B. abgewürgt wird, vergrößert man einfach die Abstände..
Und auch wenn sich die Kennlinie nicht ganz genau treffen lässt, hat man mit der Step-Down-Wandlung schon mal viel gewonnen auch in Bezug aufs Durchbrennen des Gennerators. Kleine Abstriche wären bei diesem unschlagbar günstigen Preis somit akzeptabel.

Aber vielleicht gibt es auch noch andere Bauelemente oder Schaltungen die einen Widerstand spannungsabhängig regeln können?
Che
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Wurzen
Alter: 68
Homepage: geopolos.de
Beiträge: 2785
Dabei seit: 06 / 2014
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 13.09.2022 - 20:37 Uhr  ·  #7
Zu Letzterem: MosFETs, aber nur in begrenztem Spannungsbereich. (Beherrschtst Du nicht, sorry).

Dann noch eher sowas, was vitis hier geschafft hat. Ist allerdings ein UP-Converter. Müsste umgestrickt werden auf Down-Converter. Forum/cf3/topic.php?p=63882#real63882
Ist wahrscheinlich genial, aber bezüglich Bauelemente voll auf Miniaturisierung gestrickt, so dass es ohne zugehöriges Bord nicht geht. Auch das Löten von so kleinen BE ist gewiss nichts für Anfänger.

Zum Anfang der Fragen: Die Ladeendspannung ist tep.-abhängig, s. Anhang.
Wenn Du aber 13,6 bis 13,8 V einstellst, bist Du auf der sicheren Seite.
Fehlt bei tieferen Temp. (als 50°C) zwar etwas Ladung, aber besser, als ständig Gasung, obwohl man die nicht möchte.
Anhänge an diesem Beitrag
Dateiname: Temperatur-Ladeschlu … ba_X.pdf
Dateigröße: 87.05 KB
Titel:
Heruntergeladen: 31
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 14.09.2022 - 20:02 Uhr  ·  #8
Ok, verstehe - dann könnte man die Spannung zumindest fürs erste einfach fest einstellen und sich "nur" noch um die Regelung der Stromstärke kümmern.

Mit dem Vergleich des Up-Converters kann ich jetzt auf die schnelle wenig anfangen..was ist daran genial und besser? bzw. was spricht jetzt konkret gegen die LED-Variante, außer dass man die richtigen Bauteile finden muss?
Che
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Wurzen
Alter: 68
Homepage: geopolos.de
Beiträge: 2785
Dabei seit: 06 / 2014
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 14.09.2022 - 21:39 Uhr  ·  #9
Müsstest Du das Projekt mit dem richtigen Programm öffnen. Aber meinst Du wirklich, dass das das Richtige für Dich ist?
Leigen Deine Stärken nicht woanders?

Mit dem "fest Einstellen" der Spannung das genügt auch nicht, da diese käuflichen Down-Converter ziemlich aggressiev auf Spannungserhaltung regeln. Das widerspricht dem aber, dass die Batterie ständig ne geringfügig andere hat.
Müsstest also zumindest einen im Wert geringen Widerstand in Reihe schalten.

S. auch: Forum/cf3/topic.php?p=62764#real62764 Up-Converter aber selbes Problem.
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 18.09.2022 - 15:09 Uhr  ·  #10
Natürlich würde ich mich lieber mit der mechanischen Seite der WKA als diesen Regelungen beschäftigen, aber das ist eben leider so ein Grundproblem von sehr kleinen Windkraftanlagen, für das ich gerne eine pragmatische Lösung finden würde. Gerne auch unkonventionell. Ich kann dafür leider erstmal nur Ideen liefern.

Der WindMax 250 (mein Favorit) ist überarbeitet worden und hat sich mittlerweile leider stark verteuert (ich glaube so um die 270 Euro u.a. wg. Edelstahlgehäuse auf das ich gerne verzichtet hätte) und ist entgegen der Beschreibung ("MPPT-Tracking der Windgeneratorspannung") doch nur kennliniengeführt. Das macht die Sache insgesamt leider ziemlich unattraktiv weil die Kennlinie (wahrscheinlich) nicht selbst umprogrammiert werden kann.. Eine Entscheidung steht noch aus..

Zitat
Mit dem "fest Einstellen" der Spannung das genügt auch nicht, da diese käuflichen Down-Converter ziemlich aggressiev auf Spannungserhaltung regeln. Das widerspricht dem aber, dass die Batterie ständig ne geringfügig andere hat.
Müsstest also zumindest einen im Wert geringen Widerstand in Reihe schalten.


Wenn dadurch die Verluste nicht allzugroß werden, wäre das ja auch eine einfache Lösung..?
Che
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Wurzen
Alter: 68
Homepage: geopolos.de
Beiträge: 2785
Dabei seit: 06 / 2014
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 18.09.2022 - 16:32 Uhr  ·  #11
Also hier steht noch was von MPPT, sogar mehrfach: https://www.schams-solar.de/files/prospekt-WMR250d_DE.pdf
Wäre auch komisch, wenn se das da weg lassen.
Mit den Preisen gehts auf den Seiten derzeit ziemlich durcheinander. Hoffentlich nur mit diesen.
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 18.09.2022 - 17:30 Uhr  ·  #12
Also mir hat Herr Schwarz auf eine email-Anfrage geantwortet, dass der windmax250 nur kennliniengeführt und eine kundenspezifische Lösung ist..ich habe mich auch gewundert..das Info-PDF ist schon ziemlich alt und die kommen wohl einfach nicht hinterher die ganzen Änderungen zu aktualisieren..
Che
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Wurzen
Alter: 68
Homepage: geopolos.de
Beiträge: 2785
Dabei seit: 06 / 2014
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 18.09.2022 - 17:49 Uhr  ·  #13
Dann kann es sein, dass sie inzwischen wieder zu MPPT zurück gegangen sind, denn eigentlich gilt das was auf den Seiten derzeit offeriert wird. Gibt auch sowas wie Prospekthaftung.
cerco
Händler
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Herkunft: Nordd.
Beiträge: 997
Dabei seit: 06 / 2007
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 19.09.2022 - 21:30 Uhr  ·  #14
Kann mal jemand den Herrn Allwissend stoppen?

Ja, Prospekthaftung, gehts noch?
wieso
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Beiträge: 2960
Dabei seit: 12 / 2010
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 19.09.2022 - 23:53 Uhr  ·  #15
Zitat
Der WindMax 250 (mein Favorit) ist überarbeitet worden und hat sich mittlerweile leider stark verteuert (ich glaube so um die 270 Euro u.a. wg. Edelstahlgehäuse auf das ich gerne verzichtet hätte)


@ Zephyrus um 270 Euro verteuert ? Kann ich mir kaum vorstellen ....

Oder anders gefragt was kostet der denn ?
Chritz
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 45
Beiträge: 303
Dabei seit: 02 / 2022
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 20.09.2022 - 14:33 Uhr  ·  #16
Er kostet jetzt 270€ Bauteile sind laut Herrn Schwarz teuerer geworden.
...
 
Avatar
 
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 23.09.2022 - 18:38 Uhr  ·  #17
Beim Spannungsvervielfacher bin ich etwas weiter gekommen ... habe dann doch auf n kommerziell erhältlichen gewechselt, der 1800W up/down angeblich können soll, Spannung und Strom werden original per Poti eingestellt.
Den Gedanken mit der digitalen Ansteuerung hatte ich auch, jedoch n etwas anderen Weg gewählt, Potentialfreiheit wie obig auch, musste sein, daher auch n Optokoppler, der dann jedoch ne FET-Push-Pull Stufe ansteuert, dahinter 2 Pi-Glieder zur Glättung, so kann ich das Ding mit PWM mit 10 Bit Auflösung ansteuern.
o_lampe
****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 58
Beiträge: 150
Dabei seit: 09 / 2022
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 24.09.2022 - 08:41 Uhr  ·  #18
@Zephyrus
Wie wäre es mit einem 0-10V Anemometer zum Windmessen? Über diesen Wert kannst du dann die Stromstärke einstellen. Ein Microcontroller kann aus der linearen Windgeschwindigkeitskurve dann eine exponentielle (oder frei programmierbare) Kennlinie erzeugen.

Als erstes wäre aber generell zu klären, ob das vorhandene Strombegrenzungspoti proportional oder Anti-proportional funktioniert. (d.h. kleiner Widerstand = niedriger Strom oder umgekehrt) Das hat auch großen Einfluss auf deine LED-schaltung. Die ist mMn. nicht durchführbar, weil die LEDs starke Streuung haben gerade was das Schaltverhalten bei geringen Spannungen angeht. Das ist wie die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen suchen.
Che
*!*!*!*!*
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Wurzen
Alter: 68
Homepage: geopolos.de
Beiträge: 2785
Dabei seit: 06 / 2014
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 24.09.2022 - 17:35 Uhr  ·  #19
Solche Anämomenter kosten aber über 100 EUR, wenn es etwas Vernünftiges sein soll, mit Spannungshub 0 bis 10V.

Ist bei größeren Anlagen edel. Hier aber steuert man üblicherweise mit der gelichgerichteten Spannung des Generators,
und belastet den so, dass der Spannungfall dadurch ca. 10% beträgt. Gesamt etwa 15%.
Was darüber geht ist eh inneres Verheizen von Windenergie.
Zephyrus
*****
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Alter: 50
Homepage: wind-werkstatt.de
Beiträge: 304
Dabei seit: 09 / 2013
Betreff:

Re: Idee - Selbstbauregler mit Step-Down-Wandler, LED und Photodiode

 · 
Gepostet: 25.09.2022 - 14:32 Uhr  ·  #20
@o_lampe

...die Variante mit Windmesser benötigt eben auch wieder einen Microcontroller den ich gerne vermeiden würde - zu aufwändig und verbraucht viel Strom..

Zitat
Als erstes wäre aber generell zu klären, ob das vorhandene Strombegrenzungspoti proportional oder Anti-proportional funktioniert.


Ja das ist ein guter Punkt den man ausprobieren bzw. in Erfahrung bringen müsste. Vermutlich gibt es da aber auch beide Varianten käuflich zu erwerben?

Zitat
Die ist mMn. nicht durchführbar, weil die LEDs starke Streuung haben gerade was das Schaltverhalten bei geringen Spannungen angeht. Das ist wie die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen suchen.


Das müsstest Du nochmal etwas genauer erklären - ich stelle mir das so vor, dass die LED erst kurz vor 12V überhaupt anfängt schwach zu leuchten und mit steigender Spannung proportional heller wird. Das ganze muss in einen verspiegelten (Alufolie) Tunnel, so dass kein Licht seitlich austreten kann. Vielleicht lassen sich auch mit einer kleinen LED-Platine mit mehreren LED`s noch Verbesserungen herausholen. Ein wenig Experimentierarbeit kostet es natürlich schon..

Noch eine Frage zu den Photowiderständen - könnte man statt diesen auch kleine Solarzellen anwenden? Wie verhält sich deren Widerstand bei Beleuchtung? Der Spielraum bzw. die Auswahl wäre hier wahrscheinlich größer.
Gewählte Zitate für Mehrfachzitierung:   0