Messung des Kurzschlussstroms von Solarzellen mit INA219

Ich versuche gerade, eine Solarzelle zu charakterisieren, dh ihre Leerlaufspannung und ihren Kurzschlussstrom über die Zeit zu messen. Ich habe einen INA219-Stromsensor herumliegen, den ich verwenden möchte. Der erstere Fall (Leerlaufspannung) ist kein Problem. Das INA219-Datenblatt besagt jedoch , dass am Shunt-Widerstand (ich habe einen 0,1-Ohm-Shunt) nicht mehr als 320 mV abfallen sollte. Die Verkabelung der Solarzelle mit dem INA219 zur Messung des Kurzschlussstroms würde jedoch dazu führen, dass die volle Solarzellenspannung (~ 4-6 V) über den Widerstand abfällt ... Kann mir jemand sagen, wie ich den Kurzschluss messen soll? Strom mit dem INA219?

Bearbeiten: Ich erwarte einen maximalen Strom von etwa 260 mA von der Zelle

„Das Verdrahten der Solarzelle mit dem INA219 zum Messen des Kurzschlussstroms würde die volle Solarzellenspannung ergeben.“ Haben Sie dies überprüft?
Ich = V/R. Bei 4V, 0,1 Ohm I = 4/0,1 = 40A. 6V = 60A. Was ist Ihr Ziel-Imax? Abgesehen von der Verlustleistung (P = I ^ 2.R = 40 A ^ 2 x 0,1 Ohm = 160 W :-) ) möchten Sie Vshunt_max << Vmp. dh Sie wollen einen VIEL niedrigeren Rshunt, wie Tony sagt. (Ihr Shunt hat eine Rate von Imax = V / R = 0,320 / 0,1 = 3,2 A). || Wenn die Verlustleistung im Nebenschluss kein Problem darstellt, streben Sie Vshunt_max <= Vmp/10 an. Ich werde bei dieser Spannung nahe genug an Isc sein. Hier also 0,4V und P = V x I = 0,4 x 40A = 16W bei 40A und 36W bei 60A = "ziemlich viel". Die Verwendung von Tonys ~ = 1 MilliOhm ist in Ordnung.
@IgnacioVazquez-Abrams Uhh, nein habe ich nicht...
@RussellMcMahon Mein Ziel-Imax liegt bei etwa 260 mA.
Neue Daten: I = 260 mA || Sie müssen hier eine VIEL bessere Solarzellenbeschreibung geben. Bei maximaler Leistung (volle Sonne, optimal geladen = "mp" = maximale Leistung, wie hoch ist die Wattzahl Wmp, Spannung Vmp, Stromimpedanz? Und wenn bekannt, was ist Vopen cct Voc und aktueller Kurzschluss cct Isc. Liefern Sie solche davon, wie Sie wissen und Wenn unbekannt, geben Sie eine Schätzung an.zB Voc und Isc werden leicht gemessen. || Bei 260 mA und 0,1 Ohm. Vshunt = I x R = 0,26 A x 0,1 V = 26 mV - also ist Ihre Behauptung von Vcell = 4 bis 6 V über dem Widerstand "fehlerhaft". Das kann Voc sein, wird aber wie oben unter Last fallen. Geben Sie IMMER Datenblatt-Links an, falls verfügbar (hinzugefügt).

Antworten (2)

Kurz:

Die Verwendung des 0,1-Ohm-Shunts mit dem INA219, der auf 40 mV Vollausschlag eingestellt ist, funktioniert gut.

Einzelheiten

Einige Ihrer Aussagen basieren auf einem falschen Verständnis der INA219-Spezifikation.
INA219 Datenblatt hier

Der akzeptable Spannungsabfall über den Shunt kann auf 320 mV, 160 mV, 80 mV oder 40 mV eingestellt werden (Datenblatt Seite 5). Diese Spannung tritt aufgrund des Spannungsabfalls über dem Shunt auf, wenn Strom fließt.
Vshunt = I-Shunt x R-Shunt.
Wenn der Panel-Ausgang über den Shunt kurzgeschlossen wird, fällt die belastete Panel-Spannung auf die Spannung ab, die erforderlich ist, um den maximal verfügbaren Strom zu unterstützen - in diesem Fall den Kurzschlussstrom Isc.

Von gelieferten Informationen gehe ich aus.
Isc ~~ 250 mA.
Spannung ~= 6V.
Vmp~= 4V. Rshunt_verfügbar = Rsa = 0,1 Ohm.

Bei 250 mA und 0,1 Ohm ist die Nebenschlussspannung = V = I x R = 0,25 A x 0,1 Ohm = 25 mV.
Selbst die empfindlichste Einstellung des INA219 passt also zu Imax.

Der Shunt-Abfall von 25 mV bei 250 mA ist bei Imp ähnlich, da Imp typischerweise 80 % bis 90 % von Isc beträgt. Also Vshunt % der Betriebsspannung ~= 25 mV/4 V x 100 = 0,6 % von Voperating – hat also minimale Auswirkungen auf den Systembetrieb, also OK.
Wenn Sie beispielsweise das Panel zum Betreiben einer ohmschen Last bei Vmp = 4 V verwenden, sagen Sie, als Leistung = V ^ 2 / R, wird die mit und ohne Shunt gelieferte Leistung im Verhältnis ((3,975) / 4) ^ 2 oder 98,75% sein. Im Shunt gehen also etwa 1,25 % (oder weniger) der verfügbaren Leistung verloren.

Kleine Solarmodule, die eine Batterie aufladen, werden normalerweise mit einer in Reihe geschalteten Schottky-Diode verwendet. Wenn Vdiode ~ = 0,3 V ist, ist die Verlustleistung in der Diode weitaus größer als die im Shunt, sodass die Shunt-Leistung im Wesentlichen irrelevant ist.

Sie können Ihren eigenen Strom-Shunt erstellen. Typische Strom-Shunts sind 50 ~ 100 mV, um die Verlustleistung zu begrenzen.

Wenn Sie 50 A oder 5 V über 0,1 Ohm erwarten, machen wir einen Shunt mit 50 mV bei 50 A = 5 W.

Wählen Sie immer den maximalen Wert des Hochstrom-Shunts, um einen Startbereich von ~ 50 bis 100 mV zu haben, je nach Wärmeanstieg und zulässigem Platz. und % der Spannung

**Bearbeiten, um die späte Änderung der Frage widerzuspiegeln

  • Mit der Formel für 100 mV Shunt kann 100 mV/250 mA = 400 mΩ 1/2 W R sein. Verwenden Sie dann die Verstärkung x25 für 2,6 V Vollausschlag bei 260 mA. Ja, Sie hätten das vorher sagen sollen ... dann erfüllt er die IC-Grenzen, oder der 50-mV-Shunt verwendet 200 mΩ 1/4 W mit der Verstärkung x50 **

R = 50 mV/50 A = 1 mΩ Pd = 50 A * 50 mV = 2500 mW

Suchen Sie nach AWG-Messgeräten, die für 1 mΩ geeignet sind.

AWG16 = 4 mΩ/ft = 13 mΩ/m

  • Wir möchten es auch so wenig induktiv wie möglich machen, sodass ein Adernpaar mit entgegengesetztem Strom ein guter Ansatz in eng gepaarten oder verdrillten Adern ist.

  • Um also 1 mΩ herzustellen, wählen Sie ein AWG16-Paar mit einer Länge von etwa 5 cm (2 Zoll) und schließen Sie die Drähte an einem Ende kurz. Führen Sie einen bekannten Strom mit einem Messgerät durch und messen Sie den Spannungsabfall, um Ihren Strom-Shunt zu kalibrieren. Dann abisolieren und die Länge des offenen Endes abschneiden, bis es mit 10 A kalibriert ist oder so mit einem Messgerät zur Überprüfung. (Verdrillter Magnetdraht ist am besten für niedrige Induktivität, aber jeder Draht ist für Gleichstrom geeignet.

  • \
  • . ===========| {Kurzgeschlossener Shunt-Widerstand}
  • . ===========| {"Kelvin-Methode" bedeutet Sinn innerhalb von Verbindungen}
  • / Warnung: ASCII-Art dwg.

Verwenden Sie ein kalibriertes DMM, um den Shunt mit bekanntem Strom zu kalibrieren.

Stellen Sie für die Verwendung nach der Kalibrierung eine Twisted-Pair-Verdrahtung mit Ferrithülse sicher, um CM-Rauschen zu reduzieren, und richten Sie die Sensordrähte im rechten Winkel zu den Hochstromdrähten aus.

Nein, das Problem ist, dass der Shunt <= 50 mV sein MUSS, was ich aus Erfahrung weiß. Datenblatt 8.3.1.3 bestätigt dies
Die Verwendung von Nichrom oder Konstantan oder ähnlichem als Shunt ist eine gute Idee, da eine ohmsche Erwärmung erhebliche Fehler verursachen kann. Da die Widerstandsdrähte einen höheren Widerstand/Meter als ideal haben, können Sie mehrere Litzen verwenden oder dickere Dicken als nötig verwenden, nur um R zu verringern. Auch fwiw, um Genauigkeit mit High-I-Shunts zu erhalten, müssen Sie auf arkane Effekte zweiter Ordnung wie thermische EMF achten und die Verwendung von 4-Draht-Messungen wird empfohlen (fragen Sie mich, woher ich das weiß :-) ). Bei der Verwendung von Flachleitern endlicher Breite können auch Strompfade vom Kontaktpunkt in den und aus dem Shunt eine Rolle spielen.
Das 50-mV-Standard-Drop-by-Design minimiert die Eigenerwärmung und Effekte 2. Ordnung. Um kleiner zu werden, sind niedrigere Tropfen erforderlich. Der Kelvin-Ansatz besteht darin, einfach nicht an Drahtverbindungen zu messen, sondern innerhalb von Verbindungen zu messen, um Stromgradienten durch Änderungen der Stärke zu vermeiden
(1) Ihr 4-W-Diagramm starrte mir ins Gesicht und ich habe es beim schnellen Kommentieren verpasst :-) (2) 50 mV bei ihm können 60 A sein, wenn er meint, was er sagt, geben Sie 3 Watt im Shunt. Nicht groß, aber ausreichend, um bei Verwendung von Cu-Draht von Bedeutung zu sein - je nachdem, wie gewickelt, gekühlt usw. (ich weiß, dass Sie das alles wissen). Nichrome funktioniert gut und die Verwendung paralleler Stränge ist bei Bedarf kein großes Problem. Die Lötbarkeit ist "etwas schlecht".
Da Nichrom einen größeren PTC-Wert als Cu hat, würde ich schlechtere Ergebnisse erwarten, aber verstehen Sie, dass eine größere Oberfläche mit parallelen Strängen und keine thermische elektrische Isolierung Ihr Ziel ist, um den T-Anstieg zu begrenzen. Daher bevorzuge ich Magnetdraht oder Litze.
Ich habe die gleiche Philosophie verwendet, um einen Strom-Shunt an einem 10-kA-Diffusionsschweißgerät herzustellen, außer dass ich massive Kupferarme verwendet habe, um den Shunt-Abfall mit einer 10-A-Versorgung zu messen
Kupfer hat ~= 10 x die Widerstandsänderung pro Grad C Änderung gegenüber NiCr. Ändert sich hier im Verhältnis zum vorhandenen Widerstand . Cu = 4,29 x 10-3, NiCr = 0,4 x 10-3, Konstantan = 3 x 10-5 (!) Konstantan hat bei identischen Drähten einen geringeren Widerstand als NiCr (dh geringerer Ohmmeter-Widerstand, was hier von Vorteil ist). niedrige Ohm sind erwünscht, immer noch ~= 30 x spezifischer Widerstand von Cu.
Ich habe nie bemerkt, dass Kupfer und Wolfram ein ähnliches Tempco haben, hätte aber wissen müssen, dass der Temperaturanstieg ein kritischer Test in großen Transformatoren ist, aber unterschiedliche Oxidationsergebnisse.
Mit AWG10 NiCr A = 6,3 mΩ / ft benötigen Sie also etwa 2 ", um diesen Chip mit einem 1-mΩ-Shunt zu verwenden, der 50 mV bei 50 A = 2,5 W abführt. oder 1 ft, aufgeteilt in parallele Abschnitte, ok, ich bin verkauft.
Konstantan ist sogar noch besser mit Tempco etwas mehr als 10 x besser als NiCr und Widerstand etwa 2 bis 3 mal niedriger (also längere Shunts mit gleicher Stärke).
Faszinierend, nie in Betracht gezogener Thermoelementdraht für einen Stromshunt, immer gesehene Kupferschienen mit Flachsteckern < 2 cm quadratisch für THT-Montage
Vielen Dank an alle - ich hätte wirklich erwähnen sollen, dass meine maximal erwartete Stromzahl etwa 260 mA beträgt. Die Frage wurde bearbeitet, um dies widerzuspiegeln ...
Mit der Formel für 100 mV Shunt kann 100 mV/250 mA = 400 mΩ 1/2 W R sein. Verwenden Sie dann Verstärkung x25 für 2,6 V Vollausschlag bei 260 mA. Ja, Sie hätten das vorher sagen sollen ... erfüllt dann die IC-Grenzen, oder 50 mV-Shunt verwendet 200 mΩ 1/4 W mit Verstärkung x 50
Messung des Kurzschlussstroms von Solarzellen mit INA219
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v