Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Konzept für Solar-Panel mit Batterie-Backup


von Stephan P. (stevep)


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Hallo,

ich möchte 8 Sensorstationen mitels Solar mit Strom versorgen. Für die 
eigentliche Sensorschaltung benötige ich 5V. Die Sensorstationen werden 
über Funk angesprochen (diese Module: 
http://www.dx.com/p/433mhz-rf-transmitter-receiver-link-kit-green-221225#.VLbPL4dSGiU 
- funktionieren super!) und sind immer auf Abruf (vorerst der 
Einfachheit halber, könnte auch mit Sleep-Mode optimiert werden, was 
aber wir auf Kosten der Flexibilität geht). Die Schaltung benötigt im 
Abruf-Modus 7mA (ich hab das schon am Steckbrett). Zirka 1,5 Stunden am 
Tag wird die Schaltung Messungen auf Anforderung der Basisstation 
durchführen und diese Daten an die Basisstation zurück senden. Der 
Stromverbrauch liegt dann bei zirka 40mA. Also ist der 
Netto-Stromverbrauch 7x22,5+40x1,5=214mAh pro Tag. By-the-way: Das Ganze 
ist nur von Frühling bis Herbst installiert, also nur in der hellen 
Jahreszeit.

Nun möchte ich ein Solar-Panel an z.B. 2 AA Akkus anschließen, um diese 
damit (ohne spezieller Ladeschaltung) zu laden und damit die 
Sensorstation mit Strom zu versorgen. Dazu hätte ich Fragen:

1. Spannung: Um 2 AA Akkus zu laden brauche ich eine Spannung von 
mindestens 2,6V; besser 2,9V. Ich habe zum Herumspielen ein 5V-Panel 
gekauft und das liefert bei diffusem Licht (bewölkt) zirka diese Werte 
(deshalb auch 2 AA Zellen: Im Bereich um die 5V gibt es viele billige 
Solar-Panele - darüber wird es schnell teuer). Bei Schönwetter liefert 
es jedoch tatsächlich 5V und bei direkter Sonnenbestrahlung gut 6V. Wie 
kann ich nun die Spannung herunter regulieren? Das ist doch zu viel um 
es einfach in die Akkus einzuspeisen!? Muss ich hier tatsächlich einen 
Schaltregler dazwischen hängen und funktioniert der noch, wenn die 
Spannung nur knapp über dem Zielwert ist (bei diffusem Licht)?

2. Strom-Menge: Meine Schaltung braucht 214mAh bei 5V. Das sind nach 
Adam-Riese 445mAh bei 2,4V (2 x 1,2V). Das Step-Modul (mit dem ich auf 
die 5V für die Schaltung komme) hat zirka 80% Effizienz, macht 557mAh. 
Die Spannungsregulierung vom Solar-Panel wird auch eine ähnliche 
Effizienz haben, also nochmal 696mAh. Wenn ich nun von diffusem Licht 
ausgehe, wird das Solar-Panel auch nicht die angegeben mA liefern - 
sagen wir ein Viertel (ist ja soweit ich weiß auch unter Last schon 
weniger). Also muss ich mit (18h-7h =) 11 Stunden 696mAh schaffen, sind 
63mA pro Stunde. Das wäre dann bei einem 2400mAh Akku 0,025C, also weit 
unter der Überladung (0,1C), weshalb ich (auch weil die Sonne ja mal 
untergeht), keine zeitliche Ladebeschränkung gemacht hätte. Also einfach 
mit einer Diode dranschalten. Weil ich ja nur 1/4 vom Strom angenommen 
habe, müsste das Panel dann 253mA schaffen (z.B. dieses: 
http://www.dx.com/p/miniisw-sw-015-1-5w-polysilicon-solar-panel-black-223292#.VLbcVIdSGiU). 
Ich hoffe, dass dies soweit stimmt. Meine eigentliche Frage (sofern ich 
da oben keine krassen Denkfehler habe) hierzu ist: Was, wenn nun im 
Hochsommer die Sonne drauf knallt? Dann habe ich plötzlich 6,5V bei 
300mA, sind herunter geregelt auf 2,9V dann 537mA (bei 80% Effizienz). 
Das würde dann einen Ladestrom von 0,22C ergeben und das ist viel zu 
viel. Kann man beim Regler die Ampere einfach so umrechnen oder ist es 
eh weniger? Um damit auf 0,1C zu kommen bräuchte ich ja 5400mAh-Akkus. 
Am besten wäre es, wenn ich diesen Strom irgendwie "verheizen" könnte - 
aber das nur im Fall von mehr als - sagen wir 0,05C.

Also 1 und 2 zusammengefasst: Wie kann ich Spannung und Strom begrenzen?

3. Versorgung der Sensorschaltung mit 5V. In der Nacht ist bekanntlich 
keine Sonne, weshalb der Strom dann aus der Batterie kommt. Deshalb 
hätte ich wie oben schon kurz erwähnt ein Step-Up-Modul (z.B. 
http://www.dx.com/p/usb-dc-0-9v-to-5v-voltage-step-up-boost-module-blue-silver-193257#.VLbZModSGiU; 
oder selbst mit MCP1640 gemacht) dran gehängt. Dann wird, bei 
Sonnenlicht, die Solar-Spannung auf die 2,4V heruntergedrosselt und 
davon ausgehend wieder auf 5V hochgeregelt. Gute Idee? Das Modul nimmt 
natürlich dann tagsüber auch dem Ladevorgang ein bisschen Strom weg, 
aber das sind im Durchschnitt nur 20mA (inkl. Step-Up-Modus). Das würde 
zwar bei diffusem Licht dazu führen, dass die Batterie sich sukzessive 
entlädt, aber da müsste (überschlagsmäßig gerechnet) 50-100 Tage keine 
direkte Sonne scheinen eh die Batterie leer ist - ich denke das ist zu 
verkraften.

Ich weiß, es ist viel Text zum lesen, sorry dafür. Womöglich ist das 
eine oder andere ein wenig "naiv" oder vielleicht auch zu kompliziert 
gedacht, aber deshalb wende ich mich an euch. Mir ist es wichtig eine 
möglichst einfach und billige Installation zu bekommen bei der die Akkus 
nicht ständig leer oder kaputt werden und bitte um euren Rat/eure 
Meinungen.

von Oldie (Gast)


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Das Problem ist nicht die Spannung bei Hochdruckwetterlage mit
Sonne "satt", sondern die Bilanz bei 7-Tage-Regenwetter.

Einfachste Lösung:
Mit einer Parallel-Reglerschaltung kannst man jede Energie
"verheizen", die über 2,88 V hinausgeht.
Dann noch ein R in Reihe, der den Ladestrom für die NiCds,
oder NiMHs auf den max-Ladestrom begrenzt.

Um  bei "7-Tage-Regenwetter" die Ladung zu optimieren,
wird der Aufwand etwas größer. Wieviel Aufwand willst du
denn zulassen?

von Noch einer (Gast)


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Ertragsrechnung geht auch einfacher.
http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
Auf die Karte klicken, Winkel eingeben und du bekommst kWh/m²/monat

Überblick sonnenlose Tage findet sich auch im Netz. Z.B.
http://umweltdaten.nuernberg.de/wetterdaten/messstation-nuernberg-flugfeld/archiv.html
Globalstrahlung auswählen

Konzept für Laderegler selbst entwickeln? Die Chinesen bauen eine 
komplette Solar PowerBank zu einem Preis, dafür bekommt man noch nicht 
mal die Platine.

von Bernd K. (bmk)


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Ich würde da recht pragmatisch vorgehen.

Erstmal der Akku: Am einfachsten lässt sich ein Blei Akku 6V händeln.
Dem begrenzt mal die max. Ladespannung per Shunt-Regler auf 6,9V
z.B. mit TL431 + PNP Transistor. Mehr als voll geht dann nicht.
Und für die Dunkelphase/Schlechtwetter ist immer genügend Saft da.

Beispiel Akku:
http://www.pollin.de/shop/dt/ODA4ODI3OTk-/Stromversorgung/Akkus/Blei_Akkus/Blei_Akkumulator_QUATPOWER_LB4_6_6_V_4_Ah.html

Die konstanten 5V erhält man dann per Low-Drop Regler z.B. LM 2940 CT5

von Helge A. (besupreme)


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Beispiel 
http://www.dx.com/de/p/mobile-10000mah-solar-power-bank-w-dual-usb-silver-black-363212 
ggf. modifizieren. 1 Woche Regenwetter-Reserve.

von WehOhWeh (Gast)


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40mA sind brutal viel. Sagen wir 7 Tage Regen und 20% Reserve, dann sind 
wir schon bei 8Ah. Puh!

Den Aufwand mit Solarzelle und Akku kann man sich KOMPLETT sparen, wenn 
man das Ganze auf eienen extrem geringen Stromverbrauch auslegt.

in dem Fall reichen normale Batterien.

Ich habe eine kleine Wetterstation gebaut. Der Außenteil läuft auf 
Batterie und ist ähnlich deinem System:
- µController (PIC24FJ128GC006)
- Temperatursensor (MCP9808)
- kapazitiver Feuchtesensor
- Farbsensor (TAOS, TC3404)
- 433MHz Funk
- RTCC (im Controller)
Das läuft mindestens 1 Jahr mit 3xAAA.

Der Trick ist, nur alle 2 Minuten einen Wert zu funken - was ein paar ms 
dauert. den Rest verbringt die Schaltung im Tiefschlaf und verbraucht 
dann nur ca 1µA.
Der Empfänger kann sich auf die Zeit wann die Daten kommen recht genau 
verlassen, weil der / die Sender exakte Zeiten einhalten können (RTCC) - 
mehrere Sender können mit Timeslots realsisiert werden.

Vorteil: Wenn das Zeug eingeschneit wird oder an einem dusteren Platz 
liegt, ist das völlig egal.

Wenn es unbedingt Akku sein muss, würde ich einen LiIonen Akku nehmen. 
Als Ladegerät geht entweder ein Shuntregler (eine TLC431-Schaltung wäre 
denkbar, oder ein LM4041), oder einen fertigen Lader wie einen MAX1555. 
Wichtig ist trotz der Ladeschaltung ein Akku mit Schutzschaltung. Eine 
Z-Diode ist meiner Meinung nach zu unpräzise.

Dabei muss man sehr auf die Stromaufnahme achten, wenn die Solarzelle 
unbeleuchtet ist. Beleuchtete Stellen sind dazu ungünstig zum 
Temperaturmessen :-)

von Martin S. (led_martin)


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Ich stimme da WehOhWeh (Gast) zu, Du musst dringend an der Stromaufnahme 
von deinem System arbeiten, da wird eine netzunabhängige Stromversorgung 
zu groß, zu aufwendig, und auch zu teuer. Der Trick ist, das System so 
lange wie möglich schlafen zu legen, dann ist der Verbrauch, in den 
kurzen Zeiten der Aktivität, gar nicht mehr so kritisch. Je weiter man, 
in den Ruhezeiten, runter kommt, mit dem Strom, um so besser, also alles 
abschalten, und auch keine, eigentlich unnötigen, Gimmicks einbauen. 
Falls es doch Solar werden soll, genügend Akku-Reserve einplanen, eine 
Woche mindestens, besser Zwei. Bei der Auswahl der Solarmodule darauf 
achten, ob sie schon bei bewölktem Himmel genügend Spannung aufbauen, um 
den Akku auch dann schon zu laden, der Strom ist in der Situation aber 
sehr gering. Bei dieser Mindest-Beluchtungsstärke gibt es große 
Unterschiede, besonders bei unterschiedlichen Zellentypen. 
Dünnschicht-Zellen sind da absolut top, da hat man oft schon, am Abend, 
im Zimmer, bei normaler Beleuchtung volle Leerlaufspannung. Deshalb 
werden solche Zellen ja auch in solarbetriebenen Taschenrechnern 
verbaut. Da solltest Du mal ein Bisschen mit Solarmodulen 
experimentieren, um ein Gefühl dafür zu bekommen, und um zu sehen, wie 
wenig man bei Schlechtwetter sammelt.

Eine zu hohe Leerlaufspannung des Solarmoduls ist für den Akku kein 
Problem, wird die Spannung vom Akku runtergezogen, ist Das Solarmodul 
eine Stromquelle, wenn der Akku den Strom verkraftet, kann man das 
einfach zusammenschalten, eine Entladeschutzdiode ist allerdings 
notwendig, damit sich der Akku nicht nachts, über das Modul, entläd. Ein 
Schutz gegen Überladung ist allerdings sinnvoll, kann aber, in diesem 
Fall einfach dadurch erreicht werden, daß dein Gerät halt bei 
entsprechender Spannung gar nicht mehr in den Schlafmodus geht. Ein 
Tiefentladeschutz ist eventuell auch sinnvoll, wenn die Akkus lange 
leben sollen.

Mit freundlichen Grüßen - Martin

von Stephan P. (stevep)


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Zum Stromverbrauch redizieren: auch bei kleinem Stromverbrauch und 
kleineren Zellen ist der Unterschied in I und V zwischen Bewölkt und 
Sonne groß. Aber ja, darüber denke ich eh nach.

Zur Spannung: Das habe ich schon gelesen, dass die Batterien die 
Spannung runter zieht. Was ich wissen will ist, ob ich so ein Panel mit 
6,5 V(OC) einfach an zwei Zellen dranhängen kann. Dann müsste ich nur 
den Strom noch begrenzen. Geht das vielleicht irgendwie mit einem 
Transister?

Grundsätzlich; Ich muss doch, egal wieviel Strom ich brauche, das 
Solarpanel nach "Bewölkt" dimensionieren und bekomme dann bei "direkter 
Sonne" immer zu viel. Das ist die Grundproblematik für die ich nach 
einer Lösung suche.

von Noch einer (Gast)


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Für diese Grundproblematik gibt es zwei Lösungen.

Bleiakku und Solarzelle so aufeinader abstimmen, dass die ansteigende 
Spannung den Ladestrom begrenzt. Oder halt einen Laderegler, der die 
Solarzelle kurz schliesst. (Erstaunlicherweise verheizt man die 
überflüssige Leistung in der Solarzelle).

von Akki (Gast)


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Noch einer schrieb:

"Erstaunlicherweise verheizt man die überflüssige Leistung in der 
Solarzelle"

= falsch denn schließt man die Zelle kurz --> keine Spannung und somit 
auch kein Strom als auch keine Leistung

Grüße Akki

von Stephan P. (stevep)


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Akki schrieb:
> Noch einer schrieb:
>
> "Erstaunlicherweise verheizt man die überflüssige Leistung in der
> Solarzelle"
>
> = falsch denn schließt man die Zelle kurz --> keine Spannung und somit
> auch kein Strom als auch keine Leistung
>
> Grüße Akki

Tötet das nicht die Solarzelle?

Kann man es nicht mit einem Transistor in Abhängigkeit vom aktuell 
gelieferten Strom partiel schließen? Nicht kurzschließen, sondern die 
Zufuhr zur Batterie mit dem Transistor schließen.

von Martin S. (led_martin)


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@Stephan P. (stevep):

Bei der Auslegung gibt as verschiedene Ansätze, Wenn die Leistung des 
Solarmoduls bei bewölktem Himmel reicht, hast Du eine recht große 
Sicherheit, daß das System immer funktioniert, und der Akku kann recht 
klein ausfallen. Dann muß man den Ladestrom tatsächlich begrenzen, da es 
bei Sonne wirklich zu viel ist. Eine andere Möglichkeit ist, den 
Speicher groß zu machen, und darauf spekulieren, daß es in der, dann 
längeren Reserve-Zeit, doch mal einen Sonnen-Tag gibt, der den Speicher 
ruck zuck füllt, und dann reichst wieder für ein paar Wochen. In dem 
Fall ist das Solarmodul viel kleiner, der Akku aber größer, dabei darf 
der Akku natürlich auch keine all zu große Selbstentladung haben. Der 
Ladestrom ist dann aber unkritisch, da der große Akku da auch mehr 
verkraftet, und das Solarmodul ja kleiner ist. Diese Konzept ist 
natürlich nicht so sicher, da kann es schon mal zum Energie-Mangel 
kommen. Vermutlich ist dieser Ansatz aber billiger.

Hast Du schon mal mit Solarzellen / Solarmodulen hantiert? Wenn nicht, 
kauf Dir mal so ein kleines Solarmodul z.B. 5V / 100mA, häng da zwei 
Zellen NiMh dran, und beobachte das mal bei unterschiedlichen 
Wetterbedingungen. Das kostet nicht viel, aber Du bekommst ein Gefühl 
dafür.

Hier 'lebt' übrigens ein ATmega328 schon monatelang von dem Strom, den 4 
Stränge BPW34 erzeugen, Speicher sind 6 Stück 1F Goldcaps. Ist eine 
kleine LED-Spielerei, die ihre Aktivität allerdings der verfügbaren 
Energiemenge anpasst, also muss hier keine ständige Funktion garantiert 
werden. Allerdings läuft da auch eine Uhr (Interner Timer2 mit 32kHz 
Quarz), und die sollte natürlich nicht aussetzten. Das Teil steht im 
Zimmer, ca 1,5m vom Fenster entfernt.

Nachtrag:
Das kurzschliessen schadet einem Solarmodul nicht, da muß man sich keine 
Sorgen machen.

Mit freundlichem Gruß - Martin

: Bearbeitet durch User
von Stephan P. (stevep)


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Martin Schlüter schrieb:
> Hast Du schon mal mit Solarzellen / Solarmodulen hantiert? Wenn nicht,
> kauf Dir mal so ein kleines Solarmodul z.B. 5V / 100mA, häng da zwei
> Zellen NiMh dran, und beobachte das mal bei unterschiedlichen
> Wetterbedingungen. Das kostet nicht viel, aber Du bekommst ein Gefühl
> dafür.

So, ich habe mir jetzt eine Zelle besorgt (100mA gab es nicht und hier 
bei mir gibt es Solarzellen leider nicht wie Sand am Meer): 
http://www.conrad.at/ce/de/product/191321/Solarzelle-Polykristallin-Conrad-YH-57X65-5-V-81-mA.

Damit habe ich mal herum gemessen und dafür eine Schaltung wie in 
solar-test1.png beschrieben aufgebaut:
1. Die Batterien (oc) alleine hatten 2,51V.
2. Bei bewölktem Himmel (nur diffuses Licht am 17.1.) hatte ich 3,1V am 
Panel und 2,51V an der Batterie gemessen. Bei diesem Versuch war der 
Strom nur 1mA. V(oc) war 3,3V.
3. Bei sonnigem Himmel (aber halt Wintersonne am 18.1.) habe ich 3,25V 
am Panel und 2,52V an der Batterie gemessen. Dieses Mal war der Strom 
26mA wenn das Panel 90° zur Sonnenrichtung war und 13mA, wenn es bei 45° 
war. V(oc) war 5,5V bei 90° und 5,1V bei 45°.
4. Die verwendeten Batterien waren nur noch zu 1/4 voll, weshalb ich sie 
dann mit einem Ladegerät aufgeladen hatte (oc: 2,64V).
4. Nachdem das alles nicht mal ansatzweise dem entsprach, was auf der 
Packung stand (81mA) habe ich mal den 500W-Garagenstrahler hingestellt. 
Darauf bin ich leider erst gekommen nachdem ich die Akkus wieder 
aufgeladen hatte. Aber auch nicht uninteressant: Damit konnte ich 244mA 
messen. Die Spannung war 3,55V am Panel und 2,72 an der Batterie, V(oc) 
5,7V. Hier war auch interessant, dass ich direkt vor dem Strahler war 
(Abstand 4cm) und schon bei 10cm waren es nur noch 80mA (bei 3,43V am 
Panel und 2,68V an der Batterie). Bei 30cm Abstand war ich schon auf 
10mA herunter.

Der Spannungsabfall von Panel zu Batterie war 0,59V (bei 1), 0,73V (bei 
2) bzw. 0,83V (bei 3). Das entspricht den Angaben im Datenblatt der 
1N4001-Diode.

Könnt' ihr mir kurz beim Interpretieren der Werte helfen:
- Bei den Sonnenversuchen hat sich die Spannung bei den Batterien fast 
nicht geändert. Beim Strahler mit den vollen Batterien hat es sie ein 
bisschen gehoben.
- Scheinbar ziehen die Batterien die Spannung runter. Ich möchte wissen, 
ob mit diesen 3,1/3,25V/3,55V am Panel die höchstzulässige Spannung der 
Batterien überschritten war? Die Batterie war zwar immer deutlich unter 
den (2 x 1,45 = ) maximalen 2,9V, aber genau da brauche ich Hilfe - ist 
es wirklich noch darunter oder eigentlich schon darüber? Welcher Wert 
ist nun heranzuziehen?
- Interessant war auch der Test mit dem 500W Strahler: Obwohl die 
OC-Spannung nur marginal größer war (0,2V) war die Spannung am Panel und 
an der Batterie mehr gestiegen. Bedeutet dies, dass je mehr Strom vom 
Panel produziert wird, desto mehr versucht es die Spannung nach oben zu 
drücken und die Batterie lassen es aber nicht zu. Klingt zumindest 
logisch.

Einen weiteren Test habe ich noch gemacht: Ich habe eine LED 
hinzugefügt, um die Belastung der Schaltung zu simulieren (siehe 
solar-test2.png). Ich habe etliche LEDs herumliegen und habe eine 
herausgesucht, die 30mA (bei 2,4V) verbraucht. Das konnte ich aber 
leider nur mit dem Garagenstrahler testen. Hier gab es nur bei 4cm 
Abstand einen Unterschied (Spannungen waren leicht geringer und Strom 
war auf 144mA runter - passt irgendwie nicht zum Verbrauch der LED - 
komisch). Bei 10cm war ich aber schon auf den 80mA, das gleiche wie ohne 
LED. Diese Testschaltung wollte ich eigentlich stehen lassen, um zu 
sehen ob es länger hält als die 2100mAh (der Batterien) dividiert durch 
die 30mA der LEDs, weil das ja dann bedeuten müsste, dass das 
Solar-Panel die Batterie geladen hat. Leider ist die nächste Woche aber 
nur Wolken, weshalb ich diesen Test wohl vertagen muss :-(.

Noch eine weitere Frage: Hat jemand ähnlich Messungen im Sommer 
durchgeführt? Ich werde wohl oder übel mit dem Kauf bis zum Sommer 
warten müssen, aber leider gibt es bei uns keine Geschäfte, die solche 
Dinge führen außer dem Conrad und dessen Auswahl ist „bescheiden“. 
Deshalb muss ich das Zeug bestellen. Ich möchte es aber vermeiden ein 
Panel zu bestellen und dann festzustellen, dass es zu wenig oder zu viel 
Strom liefert. Dann müsste ich nochmals bestellen und wieder testen….

Ach ja: Zum Thema „zu viel Strom“ ich habe mit dem Strahler auch 
probiert, wie es sich verhält, wenn ich bei 80mA das Panel drehen: Bei 
75° hatte ich nur noch 40mA. Das wäre doch eine Möglichkeit den Strom 
gut zu begrenzen: Wenn die sommerliche Mittagssonne zu viel liefert, 
dann kann man den Winkel des Panels ändern, dass er eher der Morgensonne 
entspricht. Was ich aber hierbei nicht weiß ist (und da wären 
Erfahrungsberichte von euch hilfreich) ob sich dies bei „echter“ 
Sommersonne analog verhält. 1:1 wird es ja nicht sein, weil der 
Diffusanteil viel höher ist.

Bin wie immer für jedes Feedback und jede Meinung dankbar!

von Helge A. (besupreme)


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Solarstrom hast du nie genug. Jeder (mich eingeschlossen) vertraut auf 
Statistiken, Meßwerte und Werbung :) Dein Ladestrom wird nie zu groß für 
gewöhnliche Akkus.

Wenn du wirklich selber bauen willst statt irgendeinem Chinesen ein 
fertiges Produkt abtzukaufen:

Verwende eher eine kleine Schottkydiode statt 1N4001, um Panel und Akku 
voneinander zu trennen. Das wird dir ein paar % mehr Leistung bringen, 
besonders bei schwacher Einstrahlung.

Sorge für eine halbwegs stabile Referenzspannung und bau einen 
Vergleicher mit der Akkuspannung auf. Das muß alles low-power sein, 
damit es den Akku nit leersaugt.

Dieser Vergleicher shließt (vor der Diode) die Solarzelle kurz, wenn der 
Akku voll ist.

Denke über den Einsatz von einem Handyakku nach statt deiner zwei 
Zellen. Mit ca. 4V statt ca. 3V wird dein Aufbau weniger Verluste haben.

von Martin S. (led_martin)


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@Stephan P. (stevep):

Die Zelle ist gut für solche Versuche, das mit den 100mA war ja nur die 
Größenordnung. Der Tip mit der Schottkydiode wäre von mir auch gekommen, 
aber da war ja Jemand schneller. Von dem Problem mit zu hohem Ladestrom 
bist Du, mit dieser Kombination, noch weit entfernt. Laden mit Strömen 
bis zum zehnstündigen Strom können alle Akkus verkraften, meist sogar 
deutlich mehr. Bei 2100 mAh liegt der zehnstündigen Strom bei 210 mA, da 
könntest Du sogar zwei dieser Solarzellen parallelschalten. Den 
Ladestrom brauchst Du als nicht zu begrenzen, was Du, bei viel Sonne, 
begrenzen musst, ist die Spannung am Akku, damit der nicht überladen 
wird. Dafür brachst Du wahrscheinlich gar keine zusätzliche Schaltung, 
die nur kostbaren Strom frisst. Das kann dein Gerät erledigen, das Du 
versorgen willst. Da hast Du ja viele Baugruppen, deren Stromaufnahme 
steuerbar ist. Da reicht es vermutlich, die Akku-Spannung zu messen 
(sollte man sowiso tun), und wenn Akku voll (besser fast voll) -> Alles 
einschalten (Sensoren, Funkmodul, ...). Man sollte sich auch ein paar 
Spar-Strategien überlegen, wenn der Akku fast leer ist. Besser einen 
eingeschränkten Betrieb aufrechterhalten, als, im entscheidenden Moment, 
ganz abschalten zu müssen.

Du fragst nach den Spannungen am Akku. Ladegeräte laden NiMh oft bis 
1,5V pro Zelle oder gar 1,55V. Bei so einer Anwendung würde ich da aber 
nicht so hoch gehen, sondern nur bis 1,45V. Leer sind solche Zellen bei 
0,9V bis 1V, das kostet aber schon Lebensdauer, würde eher 1,1V als 
untere Grenze ansehen.

Ich würde aber bei NiMh bleiben, die vorgeschlagenen Handyakkus sind 
Lithiumakkus, die brauchen ein gutes, sicher funktionierendes 
Akku-Management. Tiefentladen schädigt sie schnell, überladen ist auch 
sehr kritisch, auch bei kleinen Ladeströmen. So ein Lithiumakku wird 
dann auch schon mal zur Brandbombe. NiMh sind da viel robuster, und 
brennen normalerweise auch nicht. Wenn die Spannung nicht reicht, nimm 3 
Zellen, und suche Dir ein 6V Solarmodul.

Meine persönliche Meinung:
Bei Basteleien, die auch noch unbeaufsichtigt betrieben werden, keine 
Lithiumakkus! (Ausnahme nur für spezielle, sichere Varianten, die aber 
auch teuer sind)

Die Stromangabe bei Solarzellen / Solarmodulen (bei Dir 81 mA) bezieht 
sich meistens auf Sonne mit einer Einstrahlung von 1000W/m². Das wird im 
Sommer, mittags, auch erreicht oder überschritten. Dein Baustrahler 
schafft, direkt davor, also sogar mehr. Wie Du, bei deinen Versuchen, ja 
gesehen hast, ist es halt, bei bewölktem Himmel, im Winter, viel 
weniger.

Wenn Du die Zelle mal vor eine helle Leuchtstoffröhre, oder 
Energiesparlampe, hältst, wirst Du dich wundern, da kommt unerwartet 
wenig. Das liegt daran, daß Solarzellen auch das nahe Infrarot 
verwerten, davon hat das Sonnenlicht reichlich, und auch der 
Halogen-Baustrahler strahlt einen großen Teil seiner Leistung im 
Infraroten ab.

Dein Belastungsversuch mit der LED ist nicht optimal, die Kennline der 
LED ist sehr steil, wenn sich die Spannung minimal ändert, ändert sich 
der Strom ganz erheblich. Ein passender Widerstand wäre da besser, noch 
besser wäre eine Konstantstromsenke.

Ich denke, Du solltest an der Stromaufnahme von deinem Gerät noch 
kräftig feilen, damit das mit der Solar-Stromversorgung Sinn macht, Du 
solltest, im Mittel über 24 Stunden, unter 1mA kommen. Da man an dem 
Strom bei voller Aktivität meist nicht so viel machen kann, muß man 
diese Zeiten kurz halten, und im Schlafzustand sparen was geht.

Mit freundlichem Gruß - Martin

von Stephan P. (stevep)


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Martin Schlüter schrieb:
> Ich denke, Du solltest an der Stromaufnahme von deinem Gerät noch
> kräftig feilen, damit das mit der Solar-Stromversorgung Sinn macht, Du
> solltest, im Mittel über 24 Stunden, unter 1mA kommen. Da man an dem
> Strom bei voller Aktivität meist nicht so viel machen kann, muß man
> diese Zeiten kurz halten, und im Schlafzustand sparen was geht.

Danke für deine ausführliche Antwort! Über das "schlafen legen" denke 
schon laufend nach. Vielleicht mache es so: 5,5h offline und 0,5h warten 
ob eine Anfrage kommt. Damit wäre ich aber erst bei 11mA pro 
Sonnenstunde. Der Punkt ist der dass meine Sensoren über eine große 
Fläche verstreut sind und nicht alle von der (mobilen) Basisstation 
erreicht werde können. Aber an dem Thema bin ich auch dran. Vielleicht 
lasse ich die Stationen sich auch gegenseitig aufwecken, aber das würde 
die Schaltung dich deutlich verkomplizieren. Mal sehen...

Ich werde noch ein wenig herumtüfteln und hier dann meine 
Schaltplan-Entwurf posten, aber das dauert noch. Ich würde mich dann 
über weiteres Feedback freuen.

von Helge A. (besupreme)


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Martin Schlüter schrieb:
> Ich würde aber bei NiMh bleiben, die vorgeschlagenen Handyakkus sind
> Lithiumakkus (..)

Aus den von dir beschriebenen Schwierigkeiten hatte ich weiter oben 
bereits ein 10Ah-Komplettmodul vorgeschlagen mit Panel, Lader, Akku. Zu 
dem Preis kriegt man's eh nit selber zusammen.

von Stephan P. (stevep)


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Helge A. schrieb:
> Martin Schlüter schrieb:
>> Ich würde aber bei NiMh bleiben, die vorgeschlagenen Handyakkus sind
>> Lithiumakkus (..)
>
> Aus den von dir beschriebenen Schwierigkeiten hatte ich weiter oben
> bereits ein 10Ah-Komplettmodul vorgeschlagen mit Panel, Lader, Akku. Zu
> dem Preis kriegt man's eh nit selber zusammen.

Stimmt, das habe ich mir auch angesehen. Es ist auch sehr günstig. Mein 
Zeug muss halt bei Wind und Wetter draußen sein und das Modul sieht 
nicht so aus als würde es das überleben. Vom Preis her komme ich mit 
Einzelteilen auf 5,16€ fürs Panel, 2,11€ für den Booster auf 5V, 3,46€ 
für Akkus, 0,26€ für Batterhalterung und mit noch ein bisschen für die 
Spannungsprüfung 15€. Das sind bei 8 Stationen immerhin 120€ Ersparnis.

von Helge A. (besupreme)


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Falls das 5,16€-Panel ausreichend viel Strom liefert, kommst du wirklich 
viel günstiger weg. Das fertig gekaufte müßte halt so modifiziert 
werden, daß es wasserdicht wäre.

Ich dachte halt, ein vorhandenes Gehäuse, ca. 16x10cm Solarzelle und die 
fertig entwickelte Elektronik zum Aufladen und für die 5V wären 
vorteilhaft. Und auch die ca. 8-10Ah Kapazität, das dürfte für ein paar 
trübe Tege reichen.

von Stephan P. (stevep)


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Helge A. schrieb:
> Falls das 5,16€-Panel ausreichend viel Strom liefert, kommst du wirklich
> viel günstiger weg. Das fertig gekaufte müßte halt so modifiziert
> werden, daß es wasserdicht wäre.
>
> Ich dachte halt, ein vorhandenes Gehäuse, ca. 16x10cm Solarzelle und die
> fertig entwickelte Elektronik zum Aufladen und für die 5V wären
> vorteilhaft. Und auch die ca. 8-10Ah Kapazität, das dürfte für ein paar
> trübe Tege reichen.

Keine Frage! Ich muss nur leider auch aufs Geld schauen :-(

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