Hallo,
ich spiele derzeit Gedanklich mit einem kleinen Solarprojekt, wo unter
Umständen Akkus zum Einsatz kämen. Als Akkutyp würde ich momentan so
8-10 1,2V AAA NIMH Akkus nehmen. Diese währen für meinen Einsatz gut
geeignet.
Das Problem ist nur, das die Schaltung recht einfach währe, ich könnte
die Akkus z.B. nur (von kleinen Solarzellen) mit beispielsweise ihrer
"Ladeschlusspannung" bei einem Strom von ca. 100mA bis eventuell etwas
mehr laden.
Ich habe nun die Idee, diese Akkus durch "Supercaps" zu ersetzen. Die
5,5V die so ein Kondensator aushält, währen dabei vertretbar da die
Schaltung auch auf diese niedrige Spannung ausgelegt werden könnte.
Beziehungsweise, wenn ich 2-3 5,5V Kondensatoren in Reihe schalte, und
jeden vorher auf "0V" entlade (ich denke da an 1F Typen) bleiben die
Spannungen dann relativ konstant, oder driften die Kondensatoren
auseinander?
Für eine aufwändige "Ladeschaltung" ist eher weniger Platz.
Die Stromentnahme der Schaltung, die dann gespeist werden soll beträgt
ca. 100mA. Diese Schaltung sollte schon über 4-5h mit diesem Strom
versorgt werden. Wenn die Spannung dabei von sagen wir 13,8V
(Solarzellen Leerlauf, der in den 3 Goldcaps Platz finden würde) auf 10V
sinkt innerhalb dieser Zeit, oder sogar nur 9V währe das vertretbar.
Wäre es "sinnvoll machbar" (finanzielle Sicht aussen vorgelassen) sowas
mit solchen Kondensatoren zu realisieren? wenn ich sagen wir 25-50 von
diesen parallel / in Reihe Schalte? das dürfte dann 16,5V (von denen ich
nur 13,8 nutze) 13,8V bei einigen F Kapazität ergeben.
Das ist nur eine Gedankenspielerei kein Projekt, wo die Zeit drängen
würde.
Ist das "ok" für NIMH Akkus, wenn ich sie einfach "fest" mit einer
vorgegebenen Spannung auflade, oder driften sie auch zu stark
auseinander (8-10 1,2V Zellen in Reihe)?
1F= 1As/V
Also wenn du einen Kondensator mit einem Farad hast kannst du 1A für 1s
pro Volt entnehmen danach ist die Spannung um 1V gesunken.
> 9V währe das vertretbar.
13,8V-9V=4,8V
> beträgt ca. 100mA. Diese Schaltung sollte schon über 4-5h
Jetzt kannst du ja mal ausrechen wieviele x Farad du brauchst.
Ja er braucht aber mindestens 6 in serie. Das heißt C=1/(6*(1/300))=50F
also
braucht er die 6 in Serie 6 mal parallel also 36 Stück.
ist auch nicht mehr ganz so klein.
Gold-Caps haben leider neben der geringen Kapazit"at auch eine
beachtliche Selbstentlagung. Und wenn man dann noch die klimatischen
Randbedingungen einbezieht - da wo ich wohne, hat auch mal 2 Wochen
Nebel am St"uck - dann stellt man ganz schnell fest, dass fast gar
nichts geht.
Man sollte sie tendenziell schon eher als Kurzzeit-Speicher sehen, der
eine Impulsartige Entnahme erlaubt (zumindest bei neueren,
niederohmigen).
1mA * 1h = 3.6As = 3.6V * 1F macht einem schnell klar, in welcher
Gr"ossenordnung Dauerstromentnahme "uberhaupt nur liegen kann.
100mA bei welcher Spannung?
Knopfzellenartige Doppelschichtkondensatoren mit meist 5.5V sind nur für
sehr kleine Lade-/Entladeströme geeignet. Hauptsächlich als
Puffer-Batterie für Uhren oder Speicherzellen.
Doppelschichtkondensatoren mit 2.5V-2.7V sind für höhere Dauerströme und
hohe Impulsströme ausgelegt. Nur diese kannst du verwenden.
NiMH-Akkus tötest du durch dieses Lade-Verfahren.
http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_nickel_metal_hydride
Eher überleben tun dies NiCd. Beide haben einen Memory-Effekt und somit
sind beide für Solar-Anwendungen (partielles entladen und aufladen)
ungeeignet.
http://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_charge_when_to_charge_table
Unkritischer sind Li-Ion oder Li-Poly Akkus.
Akkus generell sind für Solar-Projekte jedoch oft ungeeignet, sobald sie
den Temperaturschwankungen durch die Sonneneinstrahlung auch mit
ausgesetzt sind. Temperaturschwankung ist der sichere Tod eines jeden
Akkus. In Autos werden die Akkus daher klimatisiert. In gut durchdachten
Notebooks von Hitzequellen entfernt platziert.
Ein Doppelschichtkondensator kann nur voll genutzt werden, wenn du einen
Step-Up Wandler benutzt. Wenn du bspw. eine weiße LED ansteuerst die 3V
braucht und einen Supercap mit 5.5V nutzt, so kannst du ihn nur von 5.5V
auf vielleicht 3.3V entladen. Und zusätzlich wird eine simple
Konstantstromquelle die Spannung über den 3V in Wärme verbraten.
Daher, ein DC-DC Wandler ist Pflicht.
Wenn du ein 2.7V Supercap mit 300F nimmst und einen Verbraucher bei 3V
mit 100mA, so wird eine halbe Stunde Betriebsdauer drin sein.
Es ist mir unklar warum für ein Schaltregler kein Platz sein soll, wobei
Platz für 50 Supercaps vorhanden ist.
Daher musst du präziser beschreiben was du vorhast (welche Spannung
minimal, welcher Strom im Durchschnitt verbraucht wird)
Hallo,
vielen Dank für die Antworten - so weit - vor allem die Formel oben zum
berechnen ist sehr gut.
Ich hätte schon einen Schaltregler drinnen der die 12V auf 4,3V so etwas
runtersetzt für eine mit µC´s arbeitende Schaltung - die andere
Schaltung benötigt weiterhin ca. 9-12V. Wenn ich zu viele Schaltregler
einsetze (vor allem von 2,5 auf 12V) glaube ich das die Verluste das
wieder "wegmachen" was die Schaltregler gut-gemacht hätten.
Das mit den 5,5V Goldcaps "eher als Speicher erhalte Kondensator" habe
ich auch schon gelesen aber ich dachte hier hat jemand eventuell schon
was ähnliches probiert.
Hier wurden meine Fragen aber schon relativ gut beantwortet, ich bin
vollends zufrieden und bedanke mich für die eingegangenen Antworten. Die
Akkus währen dann wohl doch in der Praxis der sinnvollere Weg. "Mal
schauen". Ich habe selber in der Wikipedia schon gelesen, das man NIMH
Akkus net tiefentladen sollte, aber bei den Solarlampen, die wir im
Garten haben wird das vermutlich durch eine Elektronik gemacht (das die
LED recht lange leuchtet) vermutlich sind da auch NIMH Akkus drinnen
(zumnidest bei den einen ists ein einziger AA Akku das weis ich) und die
halten sich "recht tapfer". Die eine Solarlampe war sogar jetzt im
Winter draussen - und - leuchtet immernoch wenn sie von der Sonne etwas
angeleuchtet wird zum aufladen.
Also wie schon gesagt, NiMH-Akkus sind ohne geeignete Ladeschaltung für
deine Anwendung ungeeignet. Eine brauchbare Ladeschaltung mit normalen
Solarzellen und falls alles auch noch der Sonne ausgesetzt ist meiner
Meinung nach unmöglich (d.h. wechselnder Ladestrom, je nach
Ausleuchtung, somit kein Delta Peak Laden oder ähnliches.
Temperatur-Abschaltung auch nicht möglich)
Die Reihenschaltung verkompliziert alles weiter, da die Zellen
unterschiedlich altern und somit nach längerer Nutzdauer vielleicht eine
Zelle schon tiefentladen ist während die anderen noch halb voll sind.
Es kommt eben stark drauf an wie lange dein Gerät funktionieren soll.
Wenn du kein Problem damit hast nach einem Jahr neue Akkus zu verbauen,
dann mach dir keine zu große Gedanken. Willst du aber dass die Akkus
auch noch nach drei Jahren einigermaßen fit sind, dann wird die Sache
deutlich aufwendiger.
Ich bezweifle stark dass die Akkus in deiner Solarlampe noch mehr als
die Hälfte ihrer ursprünglichen Kapazität haben.
Viele haben NiCd aufgrund der Problematik, dass NiMH keinen Dauerstrom
vertragen.
Die Lebensdauer der Doppelschichtkondensatoren ist um ein Vielfaches
höher als die von Akkus. Die Lade-Schaltung simpler, effizienter und
einfacher. Diese haben kein Problem damit schrittweise geladen zu werden
mit schwankenden Stromstärken. Eine Erkennung wann sie voll sind ist
über die Spannung eindeutig erkennpar.
Problematisch ist jedoch die geringe Kapazität und stark ändernde
Spannung, d.h. du musst sie mit eine Boost bzw. Buck/Boost converter
stabilisieren.
Wie schon gesagt, deine Angaben sind spärlich. Wie viel Strom brauchst
du bei 12V, gehen auch weniger?, wieviel bei 3V. Für wie lange. Ist
alles der Sonne ausgesetzt. Lädst du es am Stück oder wie die Sonne halt
so scheint.
