Guten Abend, die Frage die ich stellen möchte besteht aus absolutem Grundwissen, aber daher bin ich mir auch sicher, dass mir jemand helfen kann. Ich bin auch schon für Stichwörter dankbar! Die folgende Frage ist rein theoretisch, aber ich bekomm es einfach nicht vollständig hin. Ich möchte eine Schaltung per Solarzelle betreiben. Da die Schaltung auch nachts betrieben werden soll, soll mit dem überschüssigen Strom der Solarzelle ein Akku tagsüber geladen werden. Eine Alternative wäre, dass die Schaltung immer von Akku gespeist wird, aber die Akkus gleichzeitig geladen weden, quasi "durchgeschleift". Wie sollten Solarzelle, Akku und Gerät angeschlossen werden? Ich entschuldige mich vorsorglich für die Frage, aber das beschäftigt mich jetzt schon lange. Vielen Dank für die Hilfe! Marc
einfachster Fall, wenn die Parameter der Solarzelle und Akku stimmig sind, ist Solarzelle Pluspol über Shottky Diode an Akku Pluspol und danach ein Lowdrop Spannungregler hin zum Gerät. Masse untereinander verbunden. Das geht zb. bei folgender Kombination ohne Probleme: Solarzelle liefert zb. 80mA Kurzschlußstrom und hat ca. 4.5Volt Leerlaufspannung, also circa 1K Innenwiderstand. Akkus sind 3 NiMH Akkus a 1.2V in Reihe. Die Spannung der Solarzelle wird auf Grund ihres hohen Innenwiderstandes dann auf Akkuspannung zusammenbrechen und die Akkus können nicht überladen werden. Gruß Hagen
Hallo Hagen, vielen Dank für die nützliche Antwort, allerdings habe ich noch ein Verständnisproblem. Warum wird bei dem von dir genannten Aufbau überhaupt der Akku geladen? Wenn der Strom den Weg des geringstens Widerstandes nimmt, müsste er dann nicht am Akku "vorbei" fließen? Gruß Marc
Das hängt vom Strom ab den das Solarpanel liefert und das Gerät verbraucht. Angenommen es scheint die Sonne und das Solarpanel liefert genügend Spannung und Strom, sagen wir mal 80mA. Dein Gerät verbraucht aber nur 20mA. Dann bleiben 60mA übrig die in den Akku geladen werden. Der Akku wird also mit 60mA geladen und mit 20mA versorgt man dein Gerät. Nun wirds dunkel drausen und dein Solarpanel kann nicht mehr genügend Spannung liefern. Ab diesem Moment fließen 20mA Strom aus dem Akku in dein Gerät, dh. der Akku versorgt dein Gerät. Die Gesamtleistung des Solarpanels auf 24 Stunden bezogen sollte also minimal so viel sein wie dein Gerät über diesen Zeitraum benötigt. Mal angenommen das die Akkus/Solarpanel ewig halten so würde deine Schalung auch ewig laufen, wenn das Gerät eben nicht mehr Leistung verbraucht als das Solarpanel liefert. Das Solarpanel liefert aber Nachts eben keinen Strom, zb. 12h lang. Dann muß es Tags über die doppelte Menge an Strom liefern um dies zu kompensieren. Eigentlich logisch. Also: Gerät verbraucht immer 20mA. Solarpanel kann nur in 8h Tageszeit voll Leistung bringen. Also 16h lang 0mA Strom. So muß es in diesen 8h minimal 24/8*20mA=60mA Strom liefern können. 40mA Strom fließt dann in den Akku und 20mA direkt in das Gerät. Bei all diesen Rechnungen geht man aber vom Idealfall aus, dh. es treten keine Verluste zb. im Akku/Spannungsregler/Alterungserscheinungen im Solarpanel etc.pp. auf. Du kannst also aus den Daten des Akkus, Solarpanels und Gerät ausrechnen ob dieser einfache Aufbau funktionieren wird. Sollte das Solarpanel zu wenig Leistung bringen wird die Schaltung nicht dauerhaft funktioinierern -> Solarpanel muß mit leistungsstärkerem ausgetauscht werden. Liefert das Solarpanel zuviel Leistung würden die Akkus überladen werden und diese einfache Schaltung ohne Ladestrombegrenzung wäre der falsche Weg da so die Akkus leiden müssen. In diesem Falle benötigt man eine Ladestrom-/Spannungsbegrenzung je nach Akkutyp, also eine Ladeschaltung. Dies wäre im einfachsten Falle eine Glühbrine nach Shottkydiode in Serie zum Akku. Die Glühbirne verbrennt quasi die überschüssige Energie. Oder man machst komplizierter und benutzt eine elktronische Ladeschaltung, bei Solarpanels wäre das beste dann eine sogennate MPT->Maximum Power Tracker Ladeschaltung. Am allerbesten ist es aber von vornherein das Solarpanel, Akku und Gerät so zu dimensionieren das die zu erwartende Energie des Solarpanels exakt ausreicht um Akku zu laden und Gerät dauerhaft mit Strom zu versorgen. Also gleiche Energiemenge rein wie raus. Dann braucht man keine kompilizierten MPT Ladeschaltungen mehr und eine Shottkydiode alleine würde reichen. Wenn du NiMH Akkus benutzt so sind diese rel. leistungsfähig und auch sehr robust im Vergleich zu zb. LiPo Akkus. Das Solarpanel wird leicht überdimensioniert zb. so das es durchschnittlich 20mA mehr Strom liefert als benötigt wird. Die Akkus würden also unter ungünstigen Umständen, also besten Sonnenverhältnissen, mit 20mA überladen werden. Das halten die NiMH Akkus aber aus. Erstens haben diese Akkus eine gewisse Selbstentlandung die damit ausgeglichen wird und zweitens würeden sie bei einer so leichten Überladung die übrschüssige Energie in Wärme umwandeln, sie werden also leicht erwärmt. Es ist aber schwierig nur rein theoretisch auf theoretische Szenarien ohne Angabe von irgendeinem Parameter wie Stromverbrauch des Gerätes usw. auf deine Frage zu antworten. Wie gesagt das beste meiner Meinung nach ist es alle Teile aufeinander abzustimmen dann sparrt man sich einen enormen Aufwand an zusätzliche Elektronik. Das Sicherste ist es einen enormen Aufwand zzu treiben, einen MPT Laderegler zu benutzen, die Solarpanels auf kWh auszulegen und das Gerät im µAh Bereich zum Laufen zu bekommen. Dann hast du mit rießigen Kannonen auf Spatzen geschossen und kannst dir sicher sein das es auf Jahrzehnte funktioniert. Gruß Hagen
>Eine Alternative wäre, dass die Schaltung immer von Akku gespeist wird, aber >die Akkus gleichzeitig geladen weden, quasi "durchgeschleift". Das ist der Standard und selten die Alternative. Das Solarpanel versorgt fast immer den Akku und das Gerät. > Wenn der Strom den Weg des geringstens Widerstandes nimmt, müsste er dann > nicht am Akku "vorbei" fließen? Wenn der Verbraucher, dein Gerät nur 20mA Strom benötigt dann fließt zu diesem Gerät auch nur 20mA. Liefert das Solarpanel aber 80mA so fließen also 60mA davon in den Akku. Sollte der Akku aber voll sein dann ist seine Ladeschlußspannung höher als die vom Solarpanel und es fließt garkein Strom vom Solarpanel in den Akku. Das Solarpanel hat einen höheren Innenwiderstand als der Akku und verbrät quasi in seinem Inneren die Sonnenenergie. Es fließen dann nur noch 20mA von Solarpanel zum Gerät. In diesem Falle verhindert die Shottkydiode das der Akku das Solarpanel mit Strom versorgt, also quasi aufheizt. Gruß Hagen
Hallo, könnte man so auch feststellen wer gerade die Versorgung übernimmt ? Wenn die Spannung an der Solarzelle höher ist wie die Akkuspannung, dann sollte die Solarzelle Akku und Gerät versorgen oder ? MfG
Nein das geht nicht immer. Es ist so: Das Solarpanel alleine betrachtet liefert zb. 6V Leerlaufspannung. Die Akkus alleine betrachtet haben 4.5V Spannung. Schließt man nun das Solarpanel über Diode an die Akkus an so fällt dessen Spannung auf die 4.5V ab, weil das Solarpanel einen höheren Innenwiderstand hat als die des Akkus. Je nach Innenwiderstand stellt sich nun ein Strom ein der vom Solarpanel nach Akku fließt. Die aktuelle Kapazität des Akkus begrenzt also auch die Ladungsmenge die vom Solarpanel überhaupt aufgenommen werden kann. Es ist so als würden sich zwei Flüsse treffen und dann entscheidet die Wassermenge der beiden Flüsse im Vergleich zueinander in welche Richtung das Wasser in welchen Flüß reinfließt. Wir lassen aber über die Shottkydiode diesen Stromfluß nur in eine Richtung zu. Man kann aber den Strom messen statt/oder und die Spannung. Durch die Strommessung kann man definitiv erkenne ob das Solarpenel den Akku lädt. Misst man nun noch über den Alkku die aktuelle Spannung dann kann man die Ladungsmenge/Leistung mit der der Akku geladen wird messen. Misst man nun noch den Strom vom Akku zum Gerät kann man die Leistung messen die aus dem Akku/Solarpanel aktuell in das Gerät verbraucht wird. Subrtahiert man nun beide Leistungen dann hat man die Energiemenge die gerade in den Akku fließt. Kennt man die Parameter des Akkus und intergiert alles über die Zeit kkann man die aktuelle Akkukapazizät eg. Ladungszustand des Akkus ausrechnen. Wichtig ist aber bei all diesen Erklärungen das das Solarpanel einen höheren Innenwiderstand als die Akkus haben. Ist dies nicht der Fall so trifft alles nicht mehr zu, bzw. nur noch bedingt zu. In diesem Falle würde das Solarpanel bei gut Sonne den Akku definitiv überladen und zerstören. Dann benötogt man einen Solarladeregler. Einfachster Fall ist es das SOlarpanel über MOSFET kurzzuschließen. Wirst du oft im WEB so finden ich würde diese Methode aber nicht bevorzugen da das heist das man die Sonnenenergie im Solarpanel über dessen Innenwiderstand in Wärme umsetzt. Das soll zar keine Auswirkungen auf die Solarpanels haben, aber so richtig vertrau ich dieser Aussage nicht. Besser wäre es das Solarpanel vom Akku zu trennen, also einen MPT Solarladeregler zu benutzen. Gruß Hagen
Hallo Hagen, ich danke Dir vielmals für die anschauliche und umfangreiche Darstellung! Ich danke dir auch für die Zeit die du dir für die Beantwortung einer so dusseligen Frage genommen hast, die Frage hat mich einfach schon lange geplagt. Beste Grüße Marc!
Pi*Daumen kannst du das so ausrechnen: 3x 1.2V NiMH Akkus mit 1200mAh in Serie -> sind 3.6V Nennspannung und wenn ich mich nicht irre bei 1.4V Ladeschlußspannung dann max. 4.2V. Diese Akkus können mit 1C geladen und entladen werden, also 1.2A. Das Solarpanel müsste also 1.2A bei 4.2V liefern können damit die Akkus definitiv zerstört werden. Nun misst man den Kurzschlußstrom des Solarpanels und die Leerlaufspannung und kann so ausrechnen, an Hand der Kennlinie des Solarpanels, welcher Strom maximal bei 4.2V geliefert werden kann. Ist die Leerlaufspannung aber nur wenig über den 4.2V der Ladeschlußspannung der Akkus und der Innenwiderstand der Solarpanels auch noch größer als die der Akkus dann kann das Solarpanel selbst bei besten Lichtverhältnissen die Akkus niemals überladen. Die Spannung am Solarpanel wird dann immer auf die Spannung der Akkus zusammenbrechnen um noch ausreichend Strom liefern zu können. Dieser Strom wird aber immer geringer sein als der max. Ladestrom der Akkus der möglich ist auf Grund ihrer aktuellen Ladungsmenge. Es hängt aber auch davon ab welche Akkus du verbauen möchtest. Bei LiIo/LiPoly Akkus darf man deren Ladeschlußspannung niemals überschreiten, also ca. 4.2V pro Zelle, da sie ansonsten zerstört werden. Da bei diesen Akkus aber auch die Tiefenentladung sehr kritisch ist sollte man hier schon einen aktiven Laderegler benutzen. Dieser muß auf 4.2 Volt und x mA den Strom/Spannung begrenzen und sollte auch noch eine Tiefenentladung erkennen und das Gerät dann vom Akku trennen. Letzeres lässt sich aber schon dadurch verhindern das das Gerät zb. erst ab 3V anfängt zu arbeiten. Dieses Gerät wird meistens durch einen Spannungsregler versorgt und sehr oft kann man bei diesen einen LBO = Low Battery Detector aktivieren. Diesen würde man dann zb. auf 2.8V justieren und erst ab dieser Spannung am Eingang fängt der Regler an zu arbeiten und versorgt das Gerät mit seiner Spannnung. Gruß Hagen
Hallo, ich hab nicht so viel ahnung von Elektrotechnik. Meine Bitte ist daher, dass jemand einen Schaltplan zu Hagen Re erklärung erstellen kann, damit ich mir das besser vorstellen kann. Wie wird der Verbrauchen in meinen fall ein Lüfter angeschlossen? Sind die zwei Spannungsquelle Paralle oder in Reihe anzuordnen? Danke für die Hilfe.
Marc Schroth schrieb: > Wenn der Strom den Weg des geringstens > Widerstandes nimmt, müsste er dann nicht am Akku "vorbei" fließen? Weil man mir das in der Schule auch so beigebracht hat (Gymnasium) hab ich mir bis zum Anfang des Studiums einfach nicht vorstellen können wie das in der Elektrotechnik funktioniert. Woher das kommt ist mir vollkommen Rätselhaft, weit verbreitet aber. In dem speziellen Fall empfehle ich der Einfachheit halber einen Akku den man mit Konstantspannung laden kann z.B. einen Bleigelakku. Auch LiFePo kann man so Laden. Den maximal zulässigen Ladestrom entnimmt man aus dem Datenblatt. Der notwendige Strombegrenzungswiderstand (einfachste wenn auch nicht effektivste Lösung) ist R = Ladespannung/max_Ladestrom. Dieser wird einfach seriell reingehängt. Bedenken muss man noch dass eine gewisse Verlustleistung auftritt und daher ein normaler Widerstand eventuell nicht reicht. Auch da kann man mit einem 1W Widerstand nichts falsch machen ausser dass es halt nicht optimiert ist.
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