Verwendung eines Zeners zum Schutz von Geräten vor Sonnenüberspannung

Ich mache einige ziemlich primitive Geräte, die direkt von Sonnenkollektoren gespeist werden. Die Instabilität ist kein Problem, aber ich möchte Überspannung vermeiden.

Ich verwende zwei 100-W-Panels in Reihe und möchte sicherstellen, dass an einem sehr (sehr !!) sonnigen Tag 30 V nicht überschritten werden.

Wenn ich nur eine 30-V-Zenerdiode verwende, wäre das in Ordnung? Wenn ich mir die Leistungskurve ansehe, gehe ich zu Recht davon aus, dass es keine Leistung gibt, wenn ein Zener sie kurzschließt? Versucht das Panel, den Strom so zu fixieren, dass die Spannung abfällt?

Strom-Spannungs-Kurve

Dies steht im Gegensatz zu einer konstanten Spannungsversorgung, die es zum Explodieren bringen würde? Oder habe ich den Punkt verpasst?

Wie hoch sind die Leerlaufspannung und der Kurzschlussstrom?
Solarzellen haben gut vorhersagbare maximale Ausgangsspannungen. Achten Sie nur darauf, nicht so viele Zellen in Reihe zu schalten, dass diese bei maximal möglicher Einstrahlung 30 V überschreiten können.

Antworten (1)

Der Zener "kurz" die Stromquelle (Panel) nicht, er begrenzt einfach die Klemmenspannung auf einen festen Wert. Der Zener verbraucht eine Leistung, die der Zenerspannung multipliziert mit dem Strom entspricht, den das Panel bei dieser Spannung liefern kann (natürlich abzüglich des Stroms, den die Last zieht), daher muss er eine geeignete Nennleistung haben.

Sie können die Belastbarkeit einer Zenerdiode mit einem Leistungstransistor "verstärken", den Sie dann an einen Kühlkörper schrauben können. Ein solches Setup wäre in der Lage, bei Bedarf die vollen 100 W des Panels aufzunehmen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Diese Schaltung macht überhaupt nichts, solange die Eingangsspannung kleiner als die Zenerspannung ist. Sobald der Zener jedoch zu leiten beginnt, leitet der Transistor auch etwa das 50-fache des Zenerstroms und verbraucht etwa das 50-fache der Leistung. Wenn das Panel beispielsweise 3 A bei 30 V liefern kann, verbraucht der Transistor etwa 88 W und der Zener etwa 2 W.

Daves Antwort ist genau richtig, und der Ansatz kann in Ordnung sein, wenn der Zener fast nie eingeschaltet ist (was der Fall sein kann). Wenn eingeschaltet, verbraucht der Zener 30 V * Ipanel. Wenn Sie eine Schaltung mit einem Durchgangselement (einem Linearregler) verwenden, würden Sie nur (Vin-Vout) * Ipanel auflösen. Das Durchgangselement könnte ein FET mit niedrigem RDSon sein, so dass die normalen Verluste klein sind. Die beste Lösung besteht darin, einen MPPT-Controller zu bauen oder zu kaufen, der an das Panel angeschlossen wird, um seine Energie voll auszunutzen und die Ausgangsspannung zu regulieren.
Ah ja, mir wurde klar, dass es so funktioniert, nachdem ich die Frage gestellt hatte, danke für deine Hilfe! Meine Last ist ein 40-W-Verstärker, verbraucht aber im Ruhezustand wahrscheinlich kaum Strom. Wenn der Verstärker also an einem sonnigen Tag still ist, wird der Zenner wahrscheinlich ziemlich viel von dieser Leistung verbrauchen.
Wie wäre es, wenn Sie parallel einen weiteren Zener hinzufügen.
Für alle, die dies mehr als 6 Jahre später sehen, funktionieren zwei parallel geschaltete Zenerdioden nicht, da eine aufgrund von Herstellungsfehlern eine etwas niedrigere Einschaltspannung hat als die andere. Dies bedeutet, dass sich einer zuerst einschaltet und den gesamten Strom leitet und der andere sich überhaupt nicht einschaltet.
Verwendung eines Zeners zum Schutz von Geräten vor Sonnenüberspannung
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