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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Einfache Solar-Spannungsversorgung, geht das so?


Autor: Mark D. (Gast)
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Hallo,

eine Frage an die Schaltungsexperten:
Für einen autonomen Funk-Außensensor benötige ich eine 
Solar-Stromversorgung. Die Schaltung nimmt zur Übermittlung von 
Messergebnissen alle 15 Minuten für ca. 1 Sekunde 5V / 100mA ab und soll 
natürlich auch in der Nacht bzw. schlechten Lichtverhältnissen 
zuverlässig und durchgehend arbeiten. Das vorhandene Solarpanel müsste 
mit 16V/125mA eigentlich ausreichend dimensioniert sein. Mein 
kostengünstiger Gedankengang mit DC-Wandler und ein paar Supercaps 
(siehe Bild) sollte doch prinzipiell so funktionieren, oder?

Gruß Mark

Autor: Mark D. (Gast)
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Ergänzen möchte ich noch das die Schaltung mit einer Versorgung bis 
hinunter zu 3,3V auskommt. Das ist dann das Supercap-Energiepolster für 
die Nacht.

Autor: Julian Baugatz (julinho)
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Hallo Mark,

die Schaltung sollte funktionieren, da Dein Solarmodul völlig 
überdimensioniert ist.

Normalerweise versucht man ein Solarmodul nahe des MPPs zu betreiben, 
damit die Leistungsausbeute maximal ist.

Dein DC/DC-Wandler regelt nur die Ausgangspannung, nicht aber die 
Eingangsspannung.

Gruß Julinho

Autor: Mark D. (Gast)
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OK danke, grundsätzliche Einwände gegen diesen einfachen Aufbau 
scheint's dann nicht zu geben. Bei den verwendeten Supercaps (Typ Samwha 
Green-Cap DS5U106Z10030BB 2.7 V/DC 10 F, Conrad Best.Nr.451427, 2x in 
Reihe- und davon evt. bis 4 Pärchen parallel) habe ich jedoch inzwischen 
Bedenken: Über 24h verlieren sie fast 1/5 der Spannung allein durch 
Selbstentladung. Hat da jemand einen besseren Tipp? Akkus scheiden für 
mich wegen begrenzter Lebensdauer, Temperaturempfindlichkeit 
(Außensensor!) und Kontaktkorrosion aus.

Autor: MaWin (Gast)
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> grundsätzliche Einwände gegen diesen einfachen Aufbau
> scheint's dann nicht zu geben.

Doch.

Es ist extrem ungünstig, den Kondensator auf der Ausgangsseite der 
konstanten Spannung zu haben, denn Kondensatoren verlieren bei Entladung 
deutlich an Spannung, das sind ja keine chemischen Akkus

Eine 16V Solarzelle ist (über die Diode) zum direkten Anschluss an einen 
12V Bleiakku vorgesehen. Der Spannungswandler käme dann nach dem Akku.

> Akkus scheiden für
> mich wegen begrenzter Lebensdauer, Temperaturempfindlichkeit
> (Außensensor!) und Kontaktkorrosion aus.

Und da sollen SuperCaps besser sein ? Vergiss es.

Nimm eine Lithiumprimärbatterie wie ER34615 und vergiss dein Aufladen. 
Bei 100uA durchschnittlichem Stromverbrauch hält das Ding über 10 Jahre. 
Und vielleicht kannst du am Stromverbrauch noch was sparen, wenn deine 
Schaltung direkt mit 3.6V läuft und nicht mit 5V.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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> OK danke, grundsätzliche Einwände gegen diesen einfachen Aufbau
> scheint's dann nicht zu geben.

Doch: Wie stellst Du sicher, dass der SUpercap sich nicht nachts 
rueckwaerts ueber den Wandler entlaedt?


gruss

Michael

Autor: Mark D. (Gast)
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MaWin schrieb:
>> Akkus scheiden für
>> mich wegen begrenzter Lebensdauer, Temperaturempfindlichkeit
>> (Außensensor!) und Kontaktkorrosion aus.
>
> Und da sollen SuperCaps besser sein ? Vergiss es.

Nein, warum? Lt. Datenblatt sind die Caps problemlos bis -25°C 
verwendbar, haben deutlich mehr "Ladezyklen" und sind wechselkontaktlos 
einzubauen. Die Möglichkeit einer Primärbatterie hab ich auch bedacht- 
die zu versorgende Schaltung braucht jedoch ihren Saft und ist nicht 
weiter optimierbar; eher wollte ich bei Reserven noch weitere 
Verbraucher anschließen. Zusammen mit mehr Empfindlichkeit gegenüber 
kalten Temperaturen geb ich da einem oder gar mehreren Jahren 
Batterielebensdauer keine Chance !?

Blei-Akkus? Mag ja optimal für den Solarzellentyp sein- sind mir aber 
einfach zu groß und auch nicht gerade die Lösung für "Fest einbauen und 
für immer vergessen". Smart und robust scheint mir nur die 
Kondensator-Lösung zu sein. Oder?

Autor: Mark D. (Gast)
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Michael Roek-ramirez schrieb:
> Wie stellst Du sicher, dass der SUpercap sich nicht nachts
> rueckwaerts ueber den Wandler entlaedt?

Ob er das wirklich tut oder nicht wollte ich noch testen. Falls ja muß 
eben noch eine Diode rein.

Autor: MaWin (Gast)
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> Nein, warum?

Siehe:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.14
"Reparaturbetriebe berichten aber, das sie nicht zuverlässiger als Akkus 
sind."


Lithium geht durchaus bis -50 GradC:
http://www.saftbatteries.com/doc/Documents/liion/C...

und gibt's natürlich auch zum Einlöten.

Ich bin überzeugt davon, daß du kein Gerät hast, welches dir wirklich 
schon mal bewiesen hat, daß ein GoldCap als Akkuersatz die richtige Wahl 
ist. Entweder hast du ein Radio, welches noch nie nach vielen Jahren 
einen längeren Stromausfall puffern musst, oder keine Uhr oder el. 
Zahnbürste, die dir zeigt, daß GoldCap unbrauchbar sind, sondern nur aus 
deiner Phantasie heraus glaubst, die würden was taugen obwohl du noch 
nicht mal deren grundlegende Physik kennst.

Autor: Slartibartfaß (Gast)
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Hallo Mark,

2 Sachen die mir an der Schaltung noch einfallen. Zum einen die bereits 
angesprochene Selbstentladung zurück über den Regler. Das andere ist, 
das ein Laden erst dann stattfindet, wenn der Regler versorgt ist 
(Eigenverbrauch Regler).
Warum nicht nur eine Z-Diode als Spannungsbegrenzung anstatt des Reglers 
(4,7 oder 5,1V)?
Deiner Solarzelle macht das nichts aus. Die Z-Diode kann die 100mA auch 
ab (Die 135mA sind ja Kurzschlußstrom). Keine Verluste durch 
Eigenverbrauch unterhalb der Durchbruchspannung - D.h auch im Winter bei 
difusem Licht wird maximal geerntet. Einfach - billig - kalkulierbar.

Gruß
  Slartibartfaß

Autor: Mark D. (Gast)
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MaWin schrieb:
> Ich bin überzeugt davon, daß du kein Gerät hast, welches dir wirklich
> schon mal bewiesen hat, daß ein GoldCap als Akkuersatz die richtige Wahl
> ist. Entweder hast du ein Radio, welches noch nie nach vielen Jahren
> einen längeren Stromausfall puffern musst, oder keine Uhr oder el.
> Zahnbürste, die dir zeigt, daß GoldCap unbrauchbar sind, sondern nur aus
> deiner Phantasie heraus glaubst, die würden was taugen obwohl du noch
> nicht mal deren grundlegende Physik kennst.

Mag sein MaWin- deshalb frage ich ja hier.

Die MP174565 ist sicher ein interessantes Teil. Aber was kostet eine 
solche Batterie und wo ist sie problemlos erhältlich?

Sei es wie es sei- ich suche in diesem Beitrag nach einer einfachen 
robusten Lösung zwischen einem vorhandenen Solarpanel und meiner 
Schaltung.

P.S. habe gerade festgestellt daß die Entladecharakteristik obiger 
Supercaps nach ein paar Ladezyklen besser geworden ist. Ich geb die 
Hoffnung nicht auf daß es damit gehen könnte.

Autor: MaWin (Gast)
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> problemlos erhältlich

Lithiumdinger sind als Primärbatterie und Akku
überall problemlos erhältlich, sogar bei Conrad,
die Datenblätter standen hier als Beispiel, Beleg
und Anhaltspunkt nach was du suchen kannst.

Kaufen must du aber selber.

Autor: Mark D. (Gast)
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Slartibartfaß schrieb:
> Warum nicht nur eine Z-Diode als Spannungsbegrenzung anstatt des Reglers

Hallo Slartbartfaß, ja warum eigentlich nicht? Dein Vorschlag hat was- 
insbesondere wenn in den trüben Wintermonaten die Versorgung 
sichergestellt werden will und man dann Verluste ganz und gar nicht 
brauchen kann! Die unvermeidliche Energievernichtung im Sommer muß man 
dann eben in Kauf nehmen. Danke für den Tipp!

Autor: Sam .. (sam1994)
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MaWin schrieb:
> Doch.
>
> Es ist extrem ungünstig, den Kondensator auf der Ausgangsseite der
> konstanten Spannung zu haben, denn Kondensatoren verlieren bei Entladung
> deutlich an Spannung, das sind ja keine chemischen Akkus

Super/Ultra/Gold Caps vertragen normal ein Spannung von 2.7V. Es gibt 
aber auch welche für 5.5V und das ist das Maximum.Davor würde ihn 
schädigen.

Ich würde die Solarzelle gescheit dimensionieren und ein Stepup 
dahinter.

Autor: Mark D. (Gast)
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So, ich habe die einfache Variante mit Z-Diode 5,1V und besagtem 
Solar-Panel in Betrieb. Dessen Größe langt bei bedecktem Himmel und mehr 
schlecht als rechter Südwestausrichtung (es hängt abnehmbar an 
Balkonbrüstung) gerade eben aus um ca. 50F SuperCap -Kapazität (4x 
50F/2,7V) tagsüber inklusive besagter 24-Stunden Last wieder auf 5V 
aufzuladen!

Sobald die Sonne scheint sieht die Bilanz natürlich deutlich positiver 
aus, für die Energieverwertung muss ich mir da noch was sinnvolles 
einfallen lassen :-) Tatsächlich braucht es aber diese Panelgröße um für 
schlechte Beleuchtungsverhältnisse gerüstet zu sein.

Soweit mal eine Zwischenstandsmeldung zu meiner Stromversorgung- ich 
hoffe sie übersteht erfolgreich auch den nächsten Winter. Ich poste das 
Ergebnis!

Gruß Mark D.

Autor: Rainer (Gast)
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Mark D. schrieb:
> Balkonbrüstung) gerade eben aus um ca. 50F SuperCap -Kapazität (4x
> 50F/2,7V) tagsüber inklusive besagter 24-Stunden Last wieder auf 5V
> aufzuladen!

Hallo Mark,

wie stellst du bei deinen 5 V, verteilt auf zwei in Serie geschaltete 
SuperCaps, sicher, dass kein Kondensator mehr als 2.7 V abbekommt 
(Symmetrierung der Spannung)?

Rainer

Autor: Mark D. (Gast)
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Hallo Rainer,

im Moment nur durch die ca. 0,3V Reserve zur Maximalspannung und das 
Vertrauen darauf daß ggf. vorhandene Exemplarstreuungen damit irrelevant 
werden. Danke aber für den Hinweis. Bislang gibt es auch noch keinen 
Hinweis auf einen Einbruch der verfügbaren Kapazität.

Mark D.

Autor: Mark D. (Gast)
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Das von Rainer angesprochene (eventuelle) Problem werde ich mal bei 
schönem Sonnenschein unter die Lupe nehmen. Sollten über irgendeinem Cap 
tatsächlich 2,7V erreicht werden (für die ständige Überwachung hätte ich 
noch Analogleitungen frei) müsste eben die zulässige Maximalspannung via 
zugeschalteter Last / reduzierter Z-Spannung runter. Ich hoffe aber die 
verwendeten Samwha-Caps erweisen sich sowohl als gleiche wie auch 
robuste Teamplayer :-)

Mark D.

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