Hallo,
klar muss die Spannung angehoben werden, wenn sie unterhalb der Netzspannung liegt. Wenn man über der Spannung liegt, wird das Anheben nicht benötigt. Die Wechselrichter nutzen dafür einen Zwischenkreis. Dieser Zwischenkreis weist eine deutlich höhere Spannung auf. Bei meinem WR liegt sie bei etwas über 700 Volt. Bei anderen WR dürfte sie auch mindestens 400 Volt betragen.
Auch die mir bekannten HV-WR haben diesen Zwischenkreis. Den benötigen sie schon, um die verhältnismäßig geringe Anfangsspannung (unter 230 V) nutzen zu können. Ob sie den Zwischenkreis dann abschalten, wenn die Eingangsspannung höher wird, weiß ich nicht. Ich halte es aber für unwahrscheinlich, da dann ein komplett anderes Steuerungsdesign benötigt wird.
Interessant finde ich auch, dass Dye bei seinen Wechselrichtern der HV als auch der NV Serie die gleichen Wirkungsgrade angibt. Ohne konkrete Untersuchungen sind aber keine belastbaren Schlussfolgerungen möglich.
Ich bin gespannt, wo am Ende bei meinem System der Wirkungsgrad landet.
Grüße
Thomas
9,7 kWp, Südausrichtung, Sungrow 10RT
Datenlogger Eigenbau mit Datenbank und Auswertung
Ich werd mit dem 14s/16s überlappend balancen noch nicht warm, wenn man da die Reihenfolge der Drähte nicht einhält wirds doof, oder? Mir fällt aber auch nix besseres ein, außer zu viel Ladung verheizen. Wie machen das andere große Systeme?
Ich werd mit dem 14s/16s überlappend balancen noch nicht warm, wenn man da die Reihenfolge der Drähte nicht einhält wirds doof, oder?
Das Problem hast du mit jedem BMS auch.
Ich bin kein Amateur, aber ich lerne trotzdem noch.
Bürokratie schafft man nicht durch neue Regeln oder Gesetze ab.
Hallo,
klar muss die Spannung angehoben werden, wenn sie unterhalb der Netzspannung liegt. Wenn man über der Spannung liegt, wird das Anheben nicht benötigt. Die Wechselrichter nutzen dafür einen Zwischenkreis. Dieser Zwischenkreis weist eine deutlich höhere Spannung auf. Bei meinem WR liegt sie bei etwas über 700 Volt. Bei anderen WR dürfte sie auch mindestens 400 Volt betragen.
Auch die mir bekannten HV-WR haben diesen Zwischenkreis. Den benötigen sie schon, um die verhältnismäßig geringe Anfangsspannung (unter 230 V) nutzen zu können. Ob sie den Zwischenkreis dann abschalten, wenn die Eingangsspannung höher wird, weiß ich nicht. Ich halte es aber für unwahrscheinlich, da dann ein komplett anderes Steuerungsdesign benötigt wird.
Interessant finde ich auch, dass Dye bei seinen Wechselrichtern der HV als auch der NV Serie die gleichen Wirkungsgrade angibt. Ohne konkrete Untersuchungen sind aber keine belastbaren Schlussfolgerungen möglich.
Ich bin gespannt, wo am Ende bei meinem System der Wirkungsgrad landet.
Grüße
Thomas
Der Zwischenkreis bei HV Systemen ist nur die Brücke von PV zu Laderegler /PV Wechselrichter Netz. Mit dem WR von Batterie hat der Zwischenkreis nichts zutun.
Wobei der Zwischenkreis ja auch eine zusätzliche Spannungswandlung bedeutet und zusätzliche Wandlungsverluste erzeugt.
Du hast somit die Wandlung PV zu Zwischenkreis, Zwischenkreis Laderegler Batterie, Zwischenkreis Wechselrichter Stromnetz.
Bei einem PV Wechselrichter gibt es nur die Wandlung PV zu Netz, beim Ladeeregler nur PV zu Akku.
Und was die Angaben von Deye angeht, schau mal hier rein. https://www.akkudoktor.net/forum/postid/150090/
Die Daten zu intern sind die Daten was der Deye auf dem Display zeigt.
Die Daten zu extern sind die Daten die mit externen Messgeräten nachgemessen wurden.
9,99KWp Yingli 270W Ost/West, SMA9000TL-20
2,7KWp Axitec AC-300M, Victron BlueSolar 150/60-Tr
4,235KWp an Hoymiles
48 x 280Ah Lifepo4 EVE Cell, REC BMS
2 Victron MP2
Panasonic Aquarea 9KW Split
Vectrix VX-1
Smart Forfour EQ
Interessant finde ich auch, dass Dye bei seinen Wechselrichtern der HV als auch der NV Serie die gleichen Wirkungsgrade angibt. Ohne konkrete Untersuchungen sind aber keine belastbaren Schlussfolgerungen möglich.
Mich wundert das nicht wirklich.
Bei einer HV-Batterie ist diese in der Regel über einen galvanisch nicht getrennten Hochsetzsteller ( Boost Converter ) an den Zwischenkreis angebunden, damit man bezüglich der Batteriespannung/-kapazität flexibel bleibt.
Wenn die Batteriespannung nicht zu sehr unter der Zwischenkreisspannung liegt, sind Spitzenwirkungsgrade von > 99% für diese Stufe, inbesondere mit SiC Halbleitern, heute kein Kunststück mehr.
Bei einer LV-Batterie wird meist eine galvanisch getrennte "Dual Active Full Bridge" ( mit typ. 1:8 Trafo für einen Einphasen-WR ) zur Ankopplung an den Zwischenkreis verwendet.
Die beste Effizienz ( technisch heute mit GAN/SiC bis über 99% möglich für diese Stufe ) erzielt man, wenn das effektive Vin/Vout Verhältnis möglichst nahe am Trafo Wicklungsverhältnis liegt und die Stufe "resonant" ausgelegt ist, z.B. als LLC oder CLLC Konverter.
Der relative neue 50Hz-trafolose Hybrid-WR von Victron ( Multi RS Solar 48/6000 ) hat beipielsweise folgende Eisnchränkung:
"Der MPPT-Betriebsbereich wird auch durch die Batteriespannung eingeschränkt - PV VOC sollte die 8-fache Batterie-Float-
Erhaltungsspannung nicht überschreiten, z.B. eine Batteriespannung von maximal 50 V sollte maximal 400 V PV-Array haben"
Offensichtlich kann die DC/DC Stufe der Batterieanbindung ( wegen Optimierung auf Effizienz ) nur in einem engen Vin/Vout Verhältnis betrieben werden.
Dass die praktisch vorgefundene Effizienz einer "Dual Active Full Bridge" DC/DC Stufe heute eher < 98% ist, liegt eher daran, dass man die 99% mit erheblich höheren Halbleiterkosten erkaufen müßte. Mit einem solchen Gerät hätte man im Preiskampf mit der Konkurrenz schlechte Karten.
Auf das technisch mögliche bezogen, sind die Effizienzunterschiede eine LV oder HV Batterie Anbindung an den Zwischenkreis über eine Schaltnetzteilstufe aber sehr gering.
Erst wenn man sich bei einer HV-Batterie die Schaltnetzteilstufe komplett spart, die Batterie also direkt am Zwischenkreis hängt, hat man hier einen systematischen Effizienzvorteil, allerdings auf Kosten anderer Einschränkungen.
Und was die Angaben von Deye angeht, schau mal hier rein. https://www.akkudoktor.net/forum/postid/150090/
Die Daten zu intern sind die Daten was der Deye auf dem Display zeigt.
Die Daten zu extern sind die Daten die mit externen Messgeräten nachgemessen wurden.
Super. Danke. Das Thema kannte ich noch nicht. OK, dass die DYE-eigenenen Werte schöner aussehen, als selbst gemessene Werte, war zu erwarten. Interessant ist nun ein Vergleich der Effizienz zu dem HV WR von Dye. Gibt es da irgendwo auch etwas?
Grüße
Thomas
9,7 kWp, Südausrichtung, Sungrow 10RT
Datenlogger Eigenbau mit Datenbank und Auswertung
Ich habe seit zwei Tagen zwei Module im überlappenden Betrieb. Also nur das Balancing. Das funktioniert tatsächlich sehr gut. Alle Zellen wurden auf ein Niveau ausgeglichen.
Nun geht es daran, die anderen Module aufzunbauen und dann den Akku an den WR anzuschließen. Das wird aber noch eine Weile dauern, da ich mit den Einzelzellentests noch nicht durch bin. Das dauert noch etwas.
Grüße
Thomas
9,7 kWp, Südausrichtung, Sungrow 10RT
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Dass die praktisch vorgefundene Effizienz einer "Dual Active Full Bridge" DC/DC Stufe heute eher < 98% ist, liegt eher daran, dass man die 99% mit erheblich höheren Halbleiterkosten erkaufen müßte.
Der größere Teil der Verluste ist imho meist in der Speicherdrossel, nicht in den halbleitern. Und verlustbehaftet ist der Teil der Energie, der gewandelt werden muss.
Wenn dann nur ein paar Prozent gewandelt werden, ist der Wirkungsgrad sehr gut... Aber andere Halbleiter bringen dann kaum noch was.
Ich bin kein Amateur, aber ich lerne trotzdem noch.
Bürokratie schafft man nicht durch neue Regeln oder Gesetze ab.
Der größere Teil der Verluste ist imho meist in der Speicherdrossel, nicht in den halbleitern.
Das deutet dann darauf hin das noch einiges an Optimieungspotential besteht:
Angenommen 9 W Verluste fallen in induktiven Bauteilen an, 1 W in den Halbleitern.
Wenn man die Schaltfrequenz verdoppelt sollten sich die Halbleiterverluste nicht mehr als verdopplen -> 2 W.
Die Energiemenge, die die induktiven Bauteile speichern müssen, halbiert sich, also ungefähr ebenso das Volumen und tendenziell damit auch die Verluste -> 4.5 W.
Macht also nun 6.5 W bei einem kleineren und günstigeren Design.
Bei einem modernen Schaltnetzteil-Design ( also heute in der Regel mit Wideband Gap Halbleitern wie GaN und SiC und Schaltfrequenzen > 100 kHz ) läuft es bei einem optimierten Design eigentlich immer darauf hinaus, dass sich unter Vollast die Verluste grob zur Hälfte auf Halbleiter und induktive Bauteile aufteilen.
Unter optimiertem Design verstehe ich, dass im Rahmen der Randbedingungen ( wie Budget ... ) Schaltfrequenz und Effizienz so lange weiter erhöht werden, bis Materialeinsparungen, weil die Schaltung physisch kleiner wird, und/oder Reduzierung beim Kühlaufwand die Zusatzkosten für mehr/bessere Halbleiter ... nicht mehr kompensieren.
Genau aus einem solchen Optimierungsprozess sind die aktuellen SiC WR bei ~ 100 kHz entstanden.
Innerhalb der Halbleiter entfallen dann grob 50% auf ohmsche Leitungsverluste und 50 % auf Schaltverluste.
Bei den induktiven Bauteilen entfallen grob 50 % auf Kernverluste und 50% für Wicklungsverluste.
Die Aufteilung innerhalb der Gruppen liegt schlicht daran, dass man bei einer gegeben Technologie beide Anteile nicht unabhängig optimieren kann:
Z.B. wenn ich mehr Halbleiterfläche einsetze, um die ohmschen Leitungsverluste zu reduzieren, erhöhere ich zwangsläufig die Schaltverluste, weil Kapazitäten größer werden.
Das ist also letztendlich alles ein klassisches Optimierungsproblem.
Um das noch etwas konkreter zu machen, hier ein Beispiel eines sogenannten DC-Transformators ( DCX ), also eines Schaltnetzteils, das ein festes Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung erzeugt.
( Hier x4, also bei 50 V rein kommen 200 V raus, und in diesem speziellen Fall nur unidirektionaler ( 50 V -> 200 V ) Energiefluss )
(Falls sich jemand wundert wo die Wicklungen sind: Die sind in den Leiterkarten)
Die Technolgie ist Si-MOSFETs und SiC-Dioden bei ~ 500 kHz Schaltfrequenz ( resonantes /"softes" Schalten ).
( Optimierung auf relativ geringe Herstellungskosten unter den Randbedingungen keine kundenspezifischen Kerne und eine relativ geringe Leerlaufverlustleistung von ~ 5 W )
Die maximale Dauerleistung mit Luftkühlung liegt bei ~ 800 W ( 97.5% Wirkungsgrad ) und der Spitzenwirkungsgrad beträgt 97.8 % bei ~ 500 W.
Mehr als die ~ 20 W Verlustleitung bei Volllast bekommt man ohne exorbitanten Kühlaufwand bei der Größe und ohne dedizierte Kühlkörper nicht weg.
Ein deutlicher Verlustleistungsschwerpunkt in einem Teilbereich der Schaltung wäre gar nicht möglich, weil das einen limitierenden Hotspot erzeugen würde.
Die Verlustleistung muss relative gleichmäßig in allen Teilbereichen der Schaltung anfallen, ansonsten hat man noch Optimierungspotential.
Unter diesen Randbedingungen ist das Design ausoptimiert. Erst wenn man GaN Halbleiter und deulich höhere Bauteilkosten zuläßt,
könnte man z.B. mit tendenziell noch höherer Schaltfrequenz und kundenspezifischen Ferrritkernen die Größe grob halbieren; müßte dann aber zwangsläufig etwa doppelt so effizient werden ( also knappe 99 % ),
weil man ansonsten die Abwärme bei der halben Größe nicht mehr wegbekommt, ohne den Kühlaufwand deutlich höher zu treiben.
Paradoxerweise sind also höhere Effizienzen eine direkte Notwendigkeit von höheren Schaltfrequenzen und damit kompakteren ( und idealerweise dann günstigeren ) Baugruppen.
In einer Abwandlung ( bidirektionaler Energiefluss, Übertragungsverhältnis x8 ) könnte man eine ähnliche Schaltung übrigens nutzen, um einen 16s LFP Pack an den Zwischenkreis eines Einphasen-WR anzubinden.
Der 8x DCX würde aus einem 16s Pack mit Kapazität C quasi einen 128s Pack mit Kapazität C/8 machen.
Und verlustbehaftet ist der Teil der Energie, der gewandelt werden muss.
Wenn dann nur ein paar Prozent gewandelt werden, ist der Wirkungsgrad sehr gut..
Wenn ich mit der Spannung um den Faktor 8 hoch muss ( 1pH LV Hybrid WR ), heißt das aber leider, dass praktisch die ganze Energie durch den Wandler muss.
Selbst wenn ich auf die galvanische Trennung verzichte ( und damit den großen Vorteil einer Batterie im Kleinspannungsbereich aufgebe ), wären es noch 7/8.
Die Überlegungen stimmen für Sperrwandler, bei flusswandlern braucht weniger gespeichert werden
Die Überlegungen stimmen für Sperrwandler, bei flusswandlern braucht weniger gespeichert werden
Bei einem Sperrwandler ( Flyback ) wird die gesamte transportierte Energie induktiv im "Transformator" zwischengespeichert. ( Was das betrifft die worst-case Topologie )
Bei den hier von mir erwähnten Full-Bridge (FB) Topologien ist das natürlich nicht der Fall.
Idealisiert wird hier garnichts induktiv im Transformator gespeichert. Real hat man natürlich die Magnetisierungsinduktivität und bei LLC oder CLLC auch noch zusätzliche "serielle" Induktivitäten, um die resonanten Schaltvorgänge zu ermöglichen .
Bei Leistungsdichte und auch möglicher Effizienz hat ein Flyback auch deswegen systematische Nachteile gegenüber den FB Varianten.
Bei den aktuellen GAN QR-Flybacks für Handy- und kleine Laptop-Netzteile schafft man vielleicht die 95 % Wirkungsgrad.
Bei LLC/ CLLC ( 400 V <=> 50 V ) sind 98% keute kein Kunststück mehr und 99% möglich.
Deswegen findet man Flybacks auch eher bei < 100 W und praktisch nie im kW Bereich.
Bzgl. der Skalierung von magnetischen Bauteilen ist es aber bei all diesen Topologien so, dass sich mit einer Verdopplung der Frequenz das Bauteilvolumen idealisiert halbiert.
Bei einer "reinen" Induktivität ist es die Nenninduktivität die halbiert werden kann.
Bei einem "reinen" Transformator halbiert sich das Vt-Produkt so dass für die gleiche maximale Flussdichte nur der halbe magnetische Querschnitt benötigt wird, anders ausgedrückt braucht man weniger Magnetisierungsinduktivität.
Dies ist das Grundprinzip der Evolution der Leistungselektronik der letzten ~40 Jahre, die im Grunde mit den ersten Leistungs-MOSFETs richtig begonnen hat.
Hallo,
ich habe jetzt einen Einzelzellentest zur Effizienz durchgeführt. Gnutzt habe ich den EBC-A20.
In den vollständig entladenen Akku (Entladen auf 1,5 Volt nach Herstellerangabe, dann eine Stunde ruhen lassen. Die Spannung pendelt sich dann bei 1,8 V ein.) konnte ich 214,1 Ah und 656,8 Wh Energie pumpen. Die Ladeschlussspannung liegt bei 3,95 V.
Nach dem Laden ebenfalls eine Stunde ruhen gelassen und dann wieder bis 1,5 V entladen. Dabei konnte ich 214,2 Ah und 636,5 Wh entnehmen.
Damit erreichen diese Zellen einen Wirkungsgrad von 96,9%. Aufgrund der Erfahrungen anderer Nutzer hier im Forum und Untersuchungen zum Beispiel der HTW hatte ich einen niedrigeren Wert erwartet. Scheinbar ist auch hier die Entwicklung weiter gegangen.
Das ist zunächst der Wirkungsgrad der Einzelzelle. Wie der Wirkungsgrad des Gesamtsystems dann aussieht, bleibt abzuwarten. Aber das hier ist auf jeden Fall ein guter Ausgangswert.
Grüße
Thomas
9,7 kWp, Südausrichtung, Sungrow 10RT
Datenlogger Eigenbau mit Datenbank und Auswertung
Auf was hattst du laden und entladen eingestellt?
Für einen Hochvolt-Speicher dürfte ein Balancer zwischen den 14/16s Stapeln doch so auch funktionieren?
Damit erreichen diese Zellen einen Wirkungsgrad von 96,9%
Vielen Dank für die Messung.
Das klingt doch ziemlich ermutigend.
Gehe ich richtig in der Annahme, dass du mit den vollen 20 A (ent)-laden hast?
Hast Du das beim EBC-A20 mitgelieferte Kabel mit Kroko-Klemmen zum Anschluss der Zelle verwendet oder ein eigenes mit Gabelschuhen hergestellt?
Für einen Hochvolt-Speicher dürfte ein Balancer zwischen den 14/16s Stapeln doch so auch funktionieren?
Ein Multi-Output Flyback, beim dem man Energie aus dem Gesamtpack entnimmt und in den Teilpack mit der geringsten Spannung einspeißt, dürfte grundsätzlich schon funktionieren.
Allerdings müßten die Ausgänge alle sehr symmetrisch aufgebaut werden, weil ansonsten die Probleme rund um das Thema "cross regulation" dafür sorgen, dass ein zu großer Teil der Energie auch in andere Teilpacks fließt.
Sobald die Teilpackspannungen auf wenige 100 mV angeglichen ist, dürfte die "Balancing-Effizienz" immer schlechter werden.
Die andere Variante, also mit einem eigenen Flyback aus jedem Teilpack in den Gesamtpack, ist wahrscheinlich unproblematischer im Handling.