hallo leute,
ich hab ein riesiges problem, da ich mit einer kleinen 12 V (max. 25mA)=
ca. 200mW solarzelle, ca. 10*10 cm, eine digitale schaltung versorgen
muss, welche nur selten aus dem standby geholt werden soll.
daher reicht es theoretisch einen energiespeicher zu nutzen, welcher
durch die solarzelle ab und zu gespeist wird. somit soll es dann möglich
sein, über jahre hinweg diese schaltung nicht mehr zu warten(batterien
austauschen fällt weg!= kann diese schaltung auch an unzugänglichen
stellen nutzen)
es wird hier jetzt einen ein supercap geladen, auf 2,5V(Umax von
Supercap) , ein linearregler macht aus den 12V 2,5V
NUN ENDLICH ZUM PROBLEM:
Da die Solarzelle unterschiedlicher Bestrahlung ausgesetzt ist, müsste
man immer den Punkt der maximalen Energieentnahme steuern. habe sonnst
spannungseinbruch durch linearregler!= noch weniger energieübertrag!!!!
leider weiß ich nicht wie?(R einfach parallel schalten, oder in Reihe
bringt nichts, da die schaltung das ja selber variieren muss! )
daher die Frage, ob es solche MPP-Tracker schon für derart kleine
Leistungen gibt????? für größere gibt es das schon...siehe
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1003,C1142,D14157
was kann ich sonnst noch machen? es müsste doch auch was mit mosfets und
spannungsgesteuerten schaltern machbar sein?? komme jedoch überhaupt
nicht klar!
danke für eure hilfe! habe bisher nichts passendes gefunden!!!
nochmals und nochmas danke, für hilfreiche tipps!
klaus
Als das Wichtigste darf ein hocheffizienter Schaltregler betrachtet
werden, der die 12V auf die 2.5V runterhackt. Moeglicherweise kann man
dem auch noch MPP beibringen.
hm, solange du eh 80% völlig sinnlos verheizt, brauchst du dir über MPP
keine Gedanken machen...
Fang an der anderen Baustelle an - da ist mit weniger EInsatz mehr zu
erreichen.
hallo,
vielen dank für die ersten antworten!
also der linearregler hat angeblich einen wirkungsgrad von 96%, ist smd
und schon danach ausgesucht worden. ohne geht letztlich nicht, da sonnst
der supercap kaputt geht, falls der wirklich mal voll werden sollte.....
dafür erspare ich mir aber eben auch die diode, die ich bräuchte, damit
der supercap nicht von der solarzelle entladen wird, wenn nacht ist!
dort veliere ich ja dann auch 0,7V- weiß jetzt nicht, ob dann damit
trotzdem ein hoherer wirkungsgrad vorhanden wäre(glaub aber nicht).
ist eben doof, dass der supercap unter 2,5V so viel strom zieht, dass
die gesamte spannung an der solarzelle einbricht! 100Farad für den
Supercap ermöglicht aber, wenn der mal voll ist, auch ne lebensdauer von
3 Wochen(ohne Sonne!).
@klausi:
wie sieht's mit deiner Elektronik Vorbildung aus?
Ohne die Diode hast du am Ausgang vom Spannungsregler einer höhere
Spannung als am Eingang wodurch dieser zerstört werden kann
hui, 96%! :-)
Ja, das hat er vielleicht, unter idealen Bedingungen. 2,55V
Eingangsspannung, 2,5V Ausgangsspannung, geringe Last und etwas
Eigenverbrauch.
Das ist so nah an deiner Realität wie das Geplärre der Politiker vom
ausgeglichenen Haushalt.
Es geht kein Weg an einem Schaltregler vorbei. Ganz grob arbeitet der
wie ein Transformator, im Idealfall AusgangsLEISTUNG=EingangsLEISTUNG.
Dein Wunderregler ist im Prinzip nur ein Widerstand, der die gesamte
überschüssige Leistung verheizt, also futsch für dich ist.
> nur selten aus dem standby geholt werden soll.> ...GoldCap...
Warum machst du dir dann über Wirkungsgrade Gedanken, wenn du sowieso
nur einen GoldCap (sagen wir mal 50F) mit nur 2,5V hast?
Daumenregel: C*U=I*t
--> Ladezeit t = C*U/I = 50F*2,5V/20mA = ca. 6000sec Ladedauer
von ganz leer (0V) bis ganz voll (2,5V). Das sind nicht mal 2 Stunden.
Da reicht 1 Tag locker aus, komplett ohne Energiesparmaßnahmen und
MPP...
Eher würde ich mir darüber Gedanken machen:
> eine digitale schaltung versorgen muss
Wie weit darf die Spannung unter 2,5V sinken, damit deine Schaltung noch
funktioniert?
hallo,
wiedermal danke für eure hilfe. also mit dem 96% für den linearregler,
finde ich jetzt selbst nicht mehr, wo ich das gelesen hatte....??
es wird ein LP2985AIM5-2.5 genutzt. finde keine angabe zum
wirkungsgrad...
http://pdf1.alldatasheet.net/datasheet-pdf/view/9218/NSC/LP2985AIM5-2.5.html
@Thomas:
also die diode vermeide ich mit dem linearregler, da sonnst der supercap
nachts durch die solarzelle entladen wird. was du meintest habe ich auch
schon gehört, dass wenn hinter dem linearregler eine höhere spannung
ist, als vorne, dieser zerstört werden könnte. na ja, habe hier nun
leider keine alternative (muss ohne diode gehen, da sonnst entladung
durch solarzelle, sobald es dunkel ist) und soweit geht das auch- hatte
schon vollen supercap ohne solarzelle usw-
der linearregler hatte überlebt...hoffentlich bleibt es so!
hab im datenblatt keinen hinweis dazu gefunden....
@crazy horse: hmmm, wahrscheinlich haste damit sogar recht, leider sind
keine belastungskennlinien beim linearregler angegeben, so dass man
sehen könnte, wie hoch der wirkungsgrad nun tatsächlich mal ist....
aber ich denke mal der smd mit max 150mA ist schon deutlich effizienter,
als die großen kumpels mit 800mA und mehr ....hab da eben leider auch
keine alternative, um das überleben des supercaps zu garantieren zu
können....
(die schaltung baut sich selbst die notwenige spannung auf, dafür gibt
es ja schon fertige bauteile, das macht also bisher kein problem)
@ Lothar Miller:
200mW = na ja ist eben der theoretisch maximale energieertrag, bei
maximaler sonneneinstrahlung. wenn du jetzt mal nach draßen siehst, ist
im winter damit nichts anzufangen. real bekomme ich vielleicht(in diesen
Monaten) max. 3mA (Sonne scheint mal direkt drauf für ein paar minuten).
im sommer erhalte ich auch nur maximal 10mA, okay vielleicht meine
BLÖDHEIT:
ich hätte das ganze U_Leerlauf=12V / I_ Kurzschluss=20mA nennen sollen=
maximal möglich.
letztlich erhalte ich immer nur deutlich werte dadrunter, da ich ja auch
nie die reale maximale beleuchtung erhalte.....maximal theroretisch
möglich 200mW --> so stark muss schaltung dahinter ausgelegt werden...
auf jeden fall dauert das aufladen schon mal 20 tage, da die schaltung
dahinter aber weiß, wie viel Energie sie hat, passt sie sich an!=
verbraucht mglst wenig, wenn energie knapp ist.
das problem ist aber eben zusätzlich, dass die spannung an der
solarzelle einbricht...und somit lande ich dann auch nicht mehr im MPP,
nochmehr energie geht verloren...
ich finde es blöd, das es dafür nicht schon ein fertiges patentrezept
gibt, so bräuchte man die z.b. funkthermometertemperaturfühler nie mehr
mit neuen batterien ausstatten, jeder funkwecker, programmierbare
taschenrechner (also mit mittelmäßigem energieverbrauch),
Fernsehfernbedienungen etc. würden ohne batterie laufen !
leider gibt es scheinbar keinen, der sich darüber ernst mal gedanken
gemacht hat!
vielleicht fällt euch ja noch was ein!
nochmals danke im voraus!
klausi
Klausi,
wir haben's schon drauf. Und koennen das auch. Nur dein Konzept ist
Schrott. Also. Fuer eine vernuenftige Speicherung sollte die
Speicherspannung schon etwa dem Verwendungszweck angepasst sein. die
2.5V passen schon wenn man einen Prozessor nimmt, der noch mit 1.8V
laeuft, oder man verwendet einen Schaltregler, wie der AS1322A, der
bringt 3.3V @150mA ab 1.5V. Um von der solarzelle die 12V runterzuhacken
passt moeglicherweise ein TPS62110, der zieht 20uA fuer sich selbst. Der
auf 2.5V gesetzt, sollte eigentlich genuegen.
@ SlashN /n (Gast)!
du hast schon recht, so dachte ich mir das am anfang eigentlich auch.
aber diese Dc Dc wandler arbeiten mit einer induktivität, die erstmal
richtig strom zieht(umwandlung der ). das bringt die solarzelle aber
eben absolut nicht! sobald er die induktivität ansteuert, ist die
solarzelle auf 0 V! und ende vom DC Dc wandler.... hast aber recht,
hinter dem Supercap kommt genau so ein exemplar!
jetzt weiß ich auch, wo die 95% wirkungsgrad herkommen!
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/125034/TI/TPS62110.html
danke, das hatte ich damals eben auch gedacht, geht aber nicht! der dc
dc wandler macht diese unzuverlässige spannungsquelle(solarzelle) nicht
lange mit (ist ja auch eher für batterie gedacht! = "Up to 1.5-A
Output Current")
der dc dc wandler sieht natürlich erst recht ROT, wenn der Supercap leer
ist = totaler kurzschluss, da aber die solarzelle keine leistung bringt,
passiert letztlich gar nichts!...
trotzdem danke! daher also der gedachte wirkungsgrad!
hmm, ich versteh nicht, warum es das nicht schon gibt.
vielleicht fällt euch ja noch was ein! bin für jede hilfe dankbar!!!
okay, AS1322A macht das gleiche auch mit Induktivität....
PS: wie genau arbeitet denn nun ein linearregler? dachte die schalten
immer ein, wenn die spannung, die hinter ihnen anliegen soll
unterschritten wird und wenn die spannung erreicht ist aus?? so würde
doch letztlich gar keine energie verschwendet werden??
nur blöd, wenn die spannung hinter dem linearregler deutlich kleiner
ist, als der sollwert und die spannungsquelle auch einfach einbricht,
sobald diese belastet wird....
hmm, so langsam glaube ich, es gibt hier keine gute lösung!?! :-((
na ja ich hoffe es findet sich noch jemand, der einen guten Tipp hat!
Die solarzelle hat natuerlich einen Kondensator parallel, muss daher den
Schaltregler nicht direkt treiben.
Ein Linearregler verbratet die ueberschuessige Spannung in Waerme. Die
haben bei lowpower anwendungen mit hohen Spannungsverhaeltnissen nichts
zu suchen.
>PS: wie genau arbeitet denn nun ein linearregler? dachte die schalten>immer ein, wenn die spannung, die hinter ihnen anliegen soll>unterschritten wird und wenn die spannung erreicht ist aus?? so würde>doch letztlich gar keine energie verschwendet werden??
Das wäre dann ein Schaltregler :) Linearregler sind im Prinzip wie
regelbare Vorwiderstände, sie verheizen die Energie komplett.
Es gibt sicherlich Application Notes von den großen
Schaltreglerherstellern zu Solarzellen.
MPP Tracking halte ich für Overkill. Aber ist bei einer Solarzelle ganz
einfach: Strommessung, Spannungsmessung und dann eins der beiden
Eingangsgrößen so regeln, dass die größte Leistung bereitgestellt wird.
Da man bei einer kleinen Zelle keine Teilbeschattung hat, hat man auch
nur ein einziges Leistungsmaximum.
Mein Senf mal dazu:
Ich hätte keine Solarzelle (vermutlich Dünschicht) mit 12V genommen.
Ein Mono- (oder auch Poly-) Kristalline ist effizienter, hat aber
aufgrund der Diodenstruktur nur ca. 0,6..0,7V Flußspannung (aber
natürlich höheren Strom, bei einer 200mW Zelle dann etwa 280mA). Diverse
Halbleiterhersteller haben sich nun schon Gedanken gemancht wie man eine
solche Zellenspannung am besten und effizientesten auf eine brauchbare
Größe wandelt.
TI ist da schon ein guter Ansatz. Schau dir mal den Regler
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tps61200.html an. Der
arbeitet ab 0,3V! und ist sehr effizient. Der (kurzzeitig) höhere Strom
an der Spule ist dann kein Problem.
Dieser Wandler hat außerdem einen Feedback-Pin (FB) zum einstellen der
Ausgangsspannung. Dieser kann auch zum MPP benutzt werden, wenn du
willst. Irgendwo hab ich mal ne Schaltung dazu gesehen (weiß aber nicht
mehr wo). Da wurde ein OPV als Komparator benutzt und danach der
Feedback-Pin geregelt.
Gruß
Mario
@ klausi (Gast)
> induktivität, die erstmal richtig strom zieht
Das ist eine weit verbreitete, aber ganz falsche Aussage.
Spulen ziehen erstmal gar keinen Strom. Im Gegenteil: der steigt nach
dem Anlegen einer Spannung hübsch langsam an. Nur muss er rechtzeitig
(vor der Sättigung des Kernmaterials) wieder ausgeschaltet werden.
Ich würde keinen supercap benutzen, sondern einen kleinen li-ion akku
wenn deine Zielschaltung die 4.2V verkraftet. Grund: Billiger, höhere
Spannung.
Das MPPT macht deine Zielschaltung wahrscheinlich nebenbei. Du brauchst
nur einen Konstantstrom auf der Eingangsseite. Zielschaltung versorg
sich selbst über mosfet-treiber, mosfet, spule + freilaufdiode -->
step-down.
Strom über shunt messen, tiefpass, konstant halten. Nebenbei noch
Spannung von li* Zelle messen damit du unter den 4.2V bleibst.
Eventuell kann man den treiber sparen, wenn man die Spule größer und die
frequenz dafür niedriger macht. Einen etwas höheren Wirkungsgrad
bekommst du noch durch synchrone Gleichrichtung, d.h. die freilaufdiode
wird durch einen mosfet ersetzt, den du komplementär inklusive deadtime
ansteuerst.
Ein attiny25 macht das z.B. nebenbei, der Eigenstromverbrauch ist
gering. Den Spannungseingang musst du natürlich puffern. Das hast du in
deiner jetzigen Schaltung nicht gemacht? kerko direkt an der Spule, elko
(?)etwas weiter weg. IMO solltest du mindestens die Energie für einen
Schaltzyklus zwischenspeichern.
hi!
Super! danke! ich werd mir das nochmal durch den kopf gehen lassen, der
letzte hinweis ist echt gold wert!
zu den 12V- ja das ganze ist eben nicht wetterfest und sollte daher eben
auch drinnen arbeiten! da dann damit die spannung an der solarzelle
kleiner ist, hatte ich mich eben für eine höhere spannung entschieden,
außerdem kann man dann eben auch noch ein wenig varieren. z.b.
3*supercap in reihe= 7,5V minimum / Li-akku direkt (oder 2* Li)und so
weiter..... natürlich wäre bei einen supercap eine angepasste spannung
von max 4V cleverer gewesen. aber man lernt sowas eben erst, wenn man
nicht klar kommt.
das mit dem LI akku direkt anschließen hatte ich eben auch mal geplant,
mich dann aber wegen der doch höheren gefahr bei überladung oder zu
starker entladung (oder eben auch mal einen kurzschluss) dagegen
entschieden. sind ja doch explosiv, wenn alles schief geht.....
problem ist eben hierbei auch, dass da ja auch angeblich ne begrenzte
anzahl von zyklen bei Li gibt. falls da also das ganze 3 monate in der
sonne steht und jeder tag als ladezyklus gezählt wird, ist der akku bald
hin...und die kosten ja auch ne menge geld.
@ avion, ich versteh nicht so recht, wie du das meinst, aber werde mich
mal kundig machen
hmm, den konstantstrom auf der eingangsseite kann ich durch die
launische sonne und ein und ausschalten von lichtschaltern nicht
garantieren
die notwendigen messungen an Li-akku shunt etc verbrauchen eben auch
ein wenig energie-hoffentlich nicht mehr, als ich letztlich gewinne.--
zum attiny25 hab da leider kaum erfahrung bei, ich versuch mal was dazu
zu finden!
letztlich wäre mir da schon so ein TPS, bei dem die spannung mal nicht
einbricht am liebsten--ich teste das am besten direkt nochmal...
vielleicht könnte man ja auch die induktivität so anpassen, das diese
nicht gleich die spannung absinken lässt......
.........aber theoretisch ist das alles irgendwie komisch, hab ein
hoheres potential, verringere es auf kleinen wert mit viel elektronik,
der wirkungsgrad sollte davon auf keinen fall besser werden....
wenn ich direkt im MPP arbeiten könnte und dann einfach die solarzelle
vom supercap mit mosfet abtrenne, sollte der wirkungsgrad deutlich
besser sein, als die energie ein paar mal umzuwandeln..........
mein größtes problem ist eben irgendwie ne logische begrenzung des
stromes, welche spannungsangepasst geschehen müsste. somit die spannung
der solarzelle auf einen akzeptablen wert hält und alles wäre fein....
ruft für mich irgendwie nach ner verrückten beschaltung von nem
mosfet....hmmm, muss mir da mal den kopf drüber zerbrechen!
danke die tipps von euch nehme ich auch ernst und denk nochmal drüber
nach!
vielleicht habt ihr ja noch zündende ideen!!!
binn euch aber schon jetzt total dankbar für eure TIPPS! besonders auch
von Jörg S.!!- jetzt versteh ich, dass dasnicht laufen konnte, da stehts
ja auch erklärt!
Lithium Akkus haben zwar auch eine Begrenzte Zahl an Ladezyklen.
Kritischer ist hier aber wohl die Alterung. Wesentlich über 5 Jahre sind
kaum möglich. Besser wäre da eventuell eine Blei-Gel Batterie oder eben
doch die Supercaps. Eine echte Alternative sind auch nicht aufladbare
Lithium Batterien mit genügend größe. Bei einer Sparsamen Schaltung sind
10 Jahre durchaus drin, das ist besser als die Lebensdauer der meisten
Akkus.
Um einen Regler hinter dem Supercap wird man kaum rumkommen, wenn man
die Speicherfunktion nutzen will, denn das geht nur wenn die Spannung
auch schwankt. Den Regler zwischen Solarzelle und Speicherkondensator
könnte man einsparen, wenn man mit etwas niedrigerem Wirkungsgrad
auskommt (= längere Ladezeit). Am einfachsten ist der Supercap für mehr
Spannung als die Solarzelle abgeben kann oder man baut eine extra
Spannungsbegrenzung ein. Auf eine Diode zwischen Solarzelle und Speicher
wird man auch kaum verzichten können.
Wenn ich den Stromverbrauch aus der den 100 F für 3 Wochen richtig
Schätze, braucht man ca. 1 mAh für eine Woche oder 50 mAh für ein jahr.
Eine 2000 mAh (etwa Mignon Größe) Batterie würde also theoretisch für 40
Jahre reichen. Die Langzeitbetterien geben so 10-25 Jahre als
Lebensdauer an.
.........aber theoretisch ist das alles irgendwie komisch
praktisch auch !...die Sonne in D-land ist laecherlich schwach !
.........Wird auch mit Subventionen nicht besser.
hallo,
ja ja ich weiß, dass die sonne in D zu launisch ist. daher ja eben auch
die idee, dass ich den energieverbrauch an den wöchentlichen
energiegewinn anpasse.
das mit dem Li-Batterien, mit deutlich größerer Leistung und sicherlich
20 Jahre laufzeit habe ich auch schon alles einbezogen. Die teile sind
natürlich deutlich robuster und eben auch von -40 - +120°C die beste
wahl.
aber wenn man es eben schaffen würde, die schaltung vollkommen autark
überleben zu lassen, wäre da dann auch nach 20 Jahren nichts mehr zu
machen.
letztlich würde ich halt, bei der momentan geplanten auslastung ca. 2
monate mit einem möglichst kleinen LI-Batteriepaket auskommen. da die
größe und das gewicht eben auch begrenzt sind, fallen Bleiakkus etc.
schon mal weg. die sind zu schwer und haben letztlich deutlich
schlechtere eigenschaften, als die neueren akkus!
na gut,
hoffentlich kommt noch ein guter hinweis, sonnst würde ich mal sagen,
dass mein projekt in die zukunft vertagt wird, wenn es dann vielleicht
noch bessere möglichkeiten gibt....
NOCHMAL AN ALLE; DIE SICH HIER DRAN BETEILIGT HABEN,
VIELEN HERZLICHEN DANK!
Nimm doch einfach eine passendere Solarzelle, z.B. so eine:
http://www.conrad.de/goto.php?artikel=110330
Da bist du, wenn du noch eine Diode dahinter klemmst, recht nah am MPP.
Es gibt auch etwas größere mit mehr Leistung. Mit 12V wirst du aber
nicht weit kommen. Wurde aber alles schon gesagt...
Da Gast @klausi doch nicht so recht weiß, wie er es denn nun genau
machen will, wäre ein Low-Power µC doch die bessere Lösung, jedenfalls,
um die eigenen Gedankenexperimente mal in der Realtät auszutesten.
MSP430 zum Bleistift.
Aber nochmal an @klausi:
Ein abgestimmtes Gesamtkonzept in Bezug auf Energiebilanz und
Wirkungsgrad ist deutlich effizienter als eine Menge zusammengewürfelter
(Wunsch-)Komponenten und nur EINE davon ist höchst effizent (MPP).
Aber das ist ja schon ein paarmal geschrieben worden.
Blackbird
Hallo,
ich missbrauche nochmal diesen Thread.
Kann mir jemand erklären, wie diese Schaltung funktioniert?
http://www.elektroniknet.de/home/stromversorgung/fachwissen/uebersicht/uebersicht/gleichspannungswandler/sonnenenergie-direkt-in-die-batterie/4/
Im Prinzip ist die Schaltung ja im Text daneben erklärt, aber ich hab
noch ein prinzipielles Problem: Die Stromregelung über den Feedbackpin.
Die Spannung wird ja über den Teiler R1/R2 eingestellt. Wenn jetzt
zwischen R1/R2 noch ein Strom eingespeist wird, verändert sich dann
nicht auch die Ausgangsspannung Ua? Wieso wird der Strom geregelt. Für
mich sieht es nach einer Spannungsregelung aus? Irgendwie steh ich bei
der Regelschleife auf dem Schlauch...
Also wie funktioniert die Reglung? Bleibt die Spannung Ua konstant?
Hmm, ich versteh die Schaltung auch nicht ganz. Und wie sind die
Widerstände zu dimensionieren?
Kann es sein, dass Ua relativ egal ist? Ein Akku hat ja einen ziemlich
kleinen Innenwiderstand, das heißt Ua bricht sowieso ein, oder?
Allerdings sollte laut Wikipedia ein LiIon-Akku mit konstanter Spannung
bei Strombegrenzung geladen werden. Nur wird man den Strom mit einer
Solarzelle nicht erreichen. Ob das so ideal für die Lebensdauer ist?
Mir kommt der Artikel etwas zu viel nach Werbung vor. Klar, praktisch
ist so was schon. Und einmal auf ner Wanderung kann man ein Handy so
vielleicht laden. Aber ständig? Und wo krieg ich so potente Solarmodule?
@ Mitleser:
also das ist eigentlich ganz clever gemacht. diese chips haben einen
Feedbackpin, wo man die widerstände entsprechend der gewünschten
spannung anbauen muss.
dieser feedbackpin will nun einen genau festgelegten spannungswert, z.b.
0,5V.
wenn die spannung unterhalb von o,5V liegen sollte, so muss der chip die
ausgangsspannung erhöhen.
falls genau 0,5V anliegen, dann ist alles toll.
falls unter 0,5V anliegen, so muss dieser die ausgangsspannung erhöhen.
zund so klappt das dann auch..
