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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Solarzellen-Verbund so schalten, um Ampere effektiv zu nutzen (Spannungsabhängig)


Autor: Marcus (Gast)
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Hallo, ich bin neu hier und bitte um Ideen zum lösen meines Problems.

Für mein Heimnetz nutze ich 6V Akkus und lade diese vorrangig mit 
Solarzellen. Das funktioniert ganz gut, außer das es immer Aussetzer bei 
Wolken gibt und bei zu viel Sonne wird nicht ausreichend Strom in die 
Batterie geschickt.

Habe mir eine Schaltung dafür bereits überlegt, wo ich manuell 
umschalte, wenn es wenig Sonne oder eben viel gibt. Automatisches 
Umschalten wäre natürlich klasse - wer Ideen hat, her damit (außer MPPT 
Laderegler).

Anbei mein Aufbau von 9 kleinen Solarzellen. Jede dieser Zellen gibt bei 
bester Sonne 2,5V ab. Habe drei als Reihenschaltung miteinander 
verbunden. Im Verbund sind also maximal 7,5V möglich.

Meine Frage:
Wie verbinde ich mit einem (mehrpoligen) Schalter so, dass ich alle in 
Reihenschaltung habe und beliebig immer einen Block parallel 
dazuschalten kann? Möchte ja gern die 7,5V nicht überschreiten wollen 
und lieber mehr Ladestromstärke.
Hab unzählige Schalter dank Pollin (Schaltersortiment) hier rumliegen.

Vielleicht geht auch die Umschaltung automatisch mit irgendeinem 
elektrischem Bauteil? Die Schaltung soll nicht zu kompliziert sein und 
klein bleiben. Ich sitz gern mal mit dem Multimeter davor.

Wen es interessiert: Habe 4 x 6V Batterien parallel zur Stromversorgung 
meines Computers (Raspberry Pi) und nutze auch LEDs zur Beleuchtung 
meines Arbeitszimmers damit.

lg, Marcus

: Verschoben durch Moderator
Autor: Michael V. (michael89)
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Hi,

es gibt Mehrfachumschalter wie diese hier.

https://www.reichelt.de/Drehschalter/2/index.html?...

da kannste mal gucken ob du ein passenden findest.

Wenn du dir das einfacher machen willst, würde ich vorschlagen ein Boost 
Converster hinter den Zellen zu schalten. Da kann die Eingangsspannung 
varieren bei konstanter Ausgangsspannung.

https://www.banggood.com/DC-DC-Boost-Buck-Adjustab...

 Input Range: 3.8V - 32V
Output Range: 1.25V - 35V

*der soll nur als Beispiel dienen. Weiß nicht ob der für deine 
Anforderungen passend ist. Evtl musste paar Mark mehr ausgeben.

MfG
M.V

Autor: Niemand (Gast)
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> und bei zu viel Sonne wird nicht ausreichend Strom in die Batterie
> geschickt.
den Satz kannst vllt. mal selber überdenken, weil doch recht unlogisch?

Welche Leistung hat denn eine solche Zelle?
Man sollte die ganzen Zellen in Reihe schalten und dahinter denn einen 
Schaltregler.
Natürlich müssen alle gleichmäßig bestrahlt werden und das Umgeschalte 
übernimmt dann der Step-Down-Regler aka Schaltwandlermit einer 
konstanten Ausgangs-U.

Autor: Minimalist (Gast)
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Und wenn dieser Schaltregler dann noch möglichst wirkungsvoll arbeiten 
soll landen wir beim? Rrrrischitsch! MPPT Regler.
Der die Ideallösung für dieses Problem ist..

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Marcus schrieb:
> Wie verbinde ich mit einem (mehrpoligen) Schalter so, dass ich alle in
> Reihenschaltung habe und beliebig immer einen Block parallel
> dazuschalten kann?

Gar nicht, lerne erst mal Grundlagen über Solarzellen.

Die liefern einen STROM. Wenig bei wenig Licht, viel bei viel Licht.

Wenn niemand den Strom abnimmt, steigt die Spannung BIS der Strom 
fliesst.
Erreicht die Spannung 0.65V (je nach Temperatur) pro Zelle fliesst der 
Strom innerhlabn der Solarzelle durch die in Leitrichtung geschaltete 
Diodenstrecke ungenutzt ab.

Deine einzige Aufgabe ist es also, einen Verbraucher dranzuklemmen, der 
den ganzen Strom abnimmt bei nur so 0.5V/Zelle. Das geht mit einem 
Bleiakku recht gut, der darf ja gar nicht über 6.8V geladen werden, man 
braucht also so 12 oder 13 Zellen in Reihe. Deine "pro Zelle 2.5V" sagt 
wohl, daß in deinen "Zellen" (Modulen) schon 5 Zellen in Reihe sind, 
oder sind völlig falsch.

Es ist komplett überflüssig und sinnlos, eine Solarzelle die nicht mal 
mehr unbelastet 0.5V bringt, nun in Reihe zu schalten um mehr Spannung 
zu bekommen - sie liefert sowieso keinen relevanten Strom mehr, so oder 
so.

Marcus schrieb:
> und bei zu viel Sonne wird nicht ausreichend Strom in die Batterie geschickt

?!? Gerade bei viel Sonne kommt Strom in Massen.

Unterscheide bei Solarzellen die LEERLAUFSPANNUNG (so 0.7V/Zelle) und 
die NENNSPANNUNG des maximalen Wirkungsgrads (meist so 0.55V/Zelle, da 
die realen Werte sowieso temperaturabhängig sind, kommt es nicht so 
genau drauf an), und wenn sich Nachts nicht der Akku in die Solarzellen 
entladen soll kommt noch eine Diode in Leitrichtung zwischen Solarzelle 
und Akku. Haben deine Solarzellen-Stränge tatsächlich 7.5V NENNspannung, 
schliesse eine Diode an und 6.8V kommen am Akku an, sein Maximum bei 
Zyklenladung, passt also. Haben deine Solarzellen-Stränge 7.5V 
LEERLAUFSPANNUNG, sind sie ungünsig, sie sollten eher um 9V 
Leerlaufspanung haben, schliesse also je ein weiteres 2.5V Modul in 
Reihe (dummerweise bleibt dann eins übrig, Pech).

Zusammen mit eime Überladeschutz für den Akku hast du damit alles getan, 
was für eine gute Sonnenernte sinnvoll ist. EIn MPP maximum power point 
Regler würde noch ein paar Prozent mehr herausholen, aber bei der 
kleinen Dimension deiner Anlage ist eine weiterer Solarzellen-Strang 
billiger als ein MPP Regler.
               Diode
      +------+--|>|------+----------+--------+---+---+-----+
      |      |           |          |        |   |   |     |
      |      |          R12         |       R23 10k  |     |
      |      |           |     +---------+   |   |   |     |S
      |      |           +-R13-|Out2 Out1|---)---+---(----|I P-MOSFET
      |      | N-MOSFET  |     |         |   |       |     |
   +  |      I|----+-----(-----|Hys2 Hys1|---+       |     |
 Solarmodul S|     |     |     |         |   |       | +   |
   -  |      |     |     |     | ICL7665 |  R22     Akku   |
      |      |     |     |     |         |   |       | -   |
      |      |    10k    +-----|Set2 Set1|---+       |     |
      |      |     |     |     +---------+   |       |     | +
      |      |     |    R11         |       R21      |  Verbraucher
      |      |     |     |          |        |       |     | -
      +------+-----+-----+----------+--------+-------+-----+
           Ladebegrenzung                  Tiefentladeschutz

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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Und deine Akkus werden in ihrer Lebensdauer niemals die Energie (in €) 
zwischenspeichern können, die sie gekostet haben, das funktioniert 
einfach nicht.
Warum man es trotzdem machen kann: Spielerei oder abseits des 
Stromnetzes, bei beidem spielen wirtschaftliche Überlegungen keine 
Rolle.
Ansonsten wurde alles schon gesagt, schau dir mal die Kennlinien an.

Autor: Marcus (Gast)
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Danke für die vielen Antworten und Ideen.
Nun muss ich noch etwas detailierter mein aktuelles Setup aufzeigen, mit 
dem ich seit 4 Jahren arbeite.

Eine von mir beschriebe Solarzelle (stimmt nicht, sind schon mehrere 
zusammengeschaltet, wie Michael Bertrandt (laberkopp) erkannt hat), 
sieht im etwa so aus:

https://www.amazon.de/Solarzelle-250mAh-Solar-Sola...

Habe insgesamt 10 solcher Dinger vor einigen Jahren mal geschenkt 
bekommen (ich nutze aktuell nur 9). Ein solches Modul liefert bei mir im 
Schnitt 2V und 80mA am Tag ohne direkte Sonneneinstrahlung. Bei Sonne 
sind es 2,5V - 2,7V etwa und 200mA.

Zur Zeit sind 3 x 3 Module in Reihe (6V, 80mA .... 8V, 200mA) parallel 
zu den anderen Strängen (Wie in meinem Bild oben). Natürlich habe ich 
eine Diode verbaut! 1N4007 (3A).

Mein Ziel wäre, einen (und ggf. auch den zweiten) solchen Strang in 
Reihe zu schalten, statt parallel. Das wäre dann vorallem bei trüben 
Tagen sinnvoll. Daher war die Schalterlösung meines erachtens nach am 
sinnvollsten. Da nicht so viel Strom fließt, halten das auch die 
Schalter aus. Die MPPT Laderegler sind entweder teuer, oder sind nach 
recht kurzer Zeit Schrott. Für meine kleine Heimanlage preislich nicht 
gerechtfertigt.

Meine Aussage: "...und bei zu viel Sonne wird nicht ausreichend Strom in 
die Batterie geschickt." ... meine ich natürlich so, dass es mehr sein 
könnte, wenn man den die hohe Spannung durch die richtige 
Parallelschaltung dann in Ampere umbrechten könnte.

Es ist schade das manche Kommentare nicht sachlich bleiben und man sich 
immer rechtfertigen oder erklären muss. Ich habe einen technischen Beruf 
mit Elektronik als Nebenfach (KFZ!) gelernt und mein Arbeitszimmer hat 
einfach kein Strom - benötige und will ich auch gar nicht, da es mit 
Solar und den Akkus gut funktioniert. Die Kosten der "Anlage" sind 
mehrfach rein.

Zur Diskussion steht also eine günstige (nicht monetäre) Verschaltung 
meiner maximal 10 Module.

Autor: Boris Ohnsorg (bohnsorg) Benutzerseite
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H.Joachim S. schrieb:
> Und deine Akkus werden in ihrer Lebensdauer niemals die Energie (in €)
> zwischenspeichern können, die sie gekostet haben, das funktioniert
> einfach nicht.

Prämisse 1: Zugang zu billigen Strom. Ohne jeden Stromzugang ist die 
Batterie Gold wert.

Prämisse 2: Grenzwert des Strompreises/ break even. Bei 6V Akkuspannung, 
500 Ladezyklen und 2Ah Kapazität bleiben wir noch unter 2€ (wenn die kWh 
nicht wesentlich über 25 Cent kommt). Da fehlen noch 1-2 Euro zum kpl. 
Akku. Aber mit etwas betriebswirtschaftlichem Trimmen wird das schon. 
Bei 50-100W Panelleistung wird es interessant.

Was den Umschaltaufwand anbelangt: wie misst du den in die Zellen 
abgegebenen Strom und wie schnell kannst du am Schalter sein und 
umsteuern? Sicher blinkt die Sonne nicht katastrophal, aber wenn ich mal 
bei bewölkten Himmel auf Toilette sitze, das Forum durchzulesen, 
verpasse ich vielleicht 10-12min plötzlichen Sonn'schein einzig auf 
meine Solaranlage.

Autor: Marcus (Gast)
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@Boris Ohnsorg (bohnsorg)
Danke, meine Akkus haben mehr als 500 Ladezyklen - aber weder komplett 
leer oder ganz voll geladen. Weiß nicht, ob man da von einem richtigen 
Ladyzyklus sprechen kann. Ich verwende 4x 6V 4Ah Blei-Gel Akkus.

Das schnelle umschalten ist nicht unbedingt erforderlich, aber sitze 
täglich viele Stunden im Arbeitszimmer und da bin ich immer am Schalter. 
Tut auch nichts groß zur Sache.. die Anlage soll einfach etwas 
effektiver einstellbar sein wenn wie jetzt bei uns 3 Wochen fast keine 
Sonne scheint. Da musste ich bereits mit Netzstrom mal nachladen (nach 4 
Jahren einmal!).

Spannung und Strom messe ich mit einem eingebauten Voltmeter. 
Einzelspannung hin und wieder mit dem Multimeter.


@Michael V. (michael89)
Die Konverter sind nicht schlecht, habe auch einen China Step-Down 
Wandler. Die Ausgangsspannung schwankt da jedoch mit der 
Eingangsspannung. Wenn es konstante Ausgangsspannung wäre, wäre das 
natürlich ein mögliches Bauteil, wenn ich einen für 6V finde.


Habe mir eine Schaltung per Schalter ausgedacht, die ich, sobald 
komplett fertig, hier noch zeigen werde. Da hier einige E-Freaks sind, 
lasse ich mich aber gern eines Besseren / Effektiveren belehren.

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Marcus schrieb:
> Mein Ziel wäre, einen (und ggf. auch den zweiten) solchen Strang in
> Reihe zu schalten, statt parallel. Das wäre dann vorallem bei trüben
> Tagen sinnvoll.

Nein.

Schalte je 5 in Reihe, die beiden Reihen parallel, und gut is.

Mehr Performance holst du nicht sinnvoll raus.

Ausserdem hast du immer nch nicht den Unterschied zwischen 
Leerlaufspannung und Nennspannung verstanden.

Marcus schrieb:
> Die MPPT Laderegler sind entweder teuer

Richtig.

Autor: Harald Wilhelms (wilhelms)
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Marcus schrieb:

> Es ist schade das manche Kommentare nicht sachlich bleiben und man sich
> immer rechtfertigen oder erklären muss.

Da Du anscheinend von völlig falschen Voraussetzungen über das
Verhalten von Solarzellen ausgehst, musst Du es Dir gefallen
lassen, das man Dich da korrigiert. Mit eine Serienschaltung per
Schalter wirst Du bestenfalls nur soviel Energie zusätzlich
einladen können, das sich der Aufwand nicht lohnt. Wesentlich
mehr gewinnen könntest Du beispielsweise, wenn Du die ungeeignete
1N4007 durch eine Schottkydiode ersetzen würdest.

Autor: Volker Kattoll (tobel)
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Michael B. schrieb:
> Marcus schrieb:
>> Mein Ziel wäre, einen (und ggf. auch den zweiten) solchen Strang in
>> Reihe zu schalten, statt parallel. Das wäre dann vorallem bei trüben
>> Tagen sinnvoll.
>
> Nein.


@Michael B.
Wieso Nein?

Ist es nicht so das gerade bei trüben Tagen die 3 Soloarzellen nicht 
ausreichend Spannung haben so das dann KEIN Ladesterom zustande kommt?

Sofern Spannung angehoben wird (durch Reihenschaltung z.B.) kommt es 
zumindest zu einem geringen Ladestrom. Er wird icht sehr groß sein, aber 
in der Situation ist auch eingeringer Ladestrom vielmehr als NIX.

Ich kann das Anliegen von Markus gut nachvollziehen.
Lieber 3 trübe Tage mt geringem Ladestrom als 3 Tage ohne jegliche 
Ladung und wenn möglich an sonnnigen Tagen (nach Umschaltung) einen 
möglichst hohen Ldestrom.

Gruss Volker

Autor: Michael Bertrandt (laberkopp)
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Volker K. schrieb:
> Wieso Nein?

Du wurdest von 3 Leuten aufgefordert, deine falschen Vorurteile über 
Solarzellen durch Nachlesen der Grundlagen zu korrigieren, und bekamst 
den Hinweis duch über Leerlaufspannung und Nennspannung schlau zu machen 
nd du hast NICHTS gemacht.

> Ist es nicht so das gerade bei trüben Tagen die 3 Soloarzellen nicht
> ausreichend Spannung haben so das dann KEIN Ladesterom zustande kommt?

Es ist nicht so. Auch an hellen Tagen liegt die Leerlaufspannung 
deutlich über der Nennspannung und sollte die Nennspannug etwas über der 
vollen Akkuspannung liegen, denn nur bei Nennspannung kommt Strom mit 
maximalem Wirkungsgrad aus der Solarzelle, bei Leerlaufspannung kommt eh 
nchts mehr raus. Wenn dann an trüben Tagen nicht mal mehr die 
Lerlaufspannung reicht, kommt aus deiner Solrzelle sowieso kein Strom 
mehr.

Deine Solarzellen haben sogar 3V Nennspannung sollten also 3.8V 
Leerlaufspannung bringen und nicht bloss 2.5V. Das tun sie offenbar 
nicht. Entweder ist deine volle Sonne bloss eine volle 
Schreibtischlampe, oder die Dinger sind eher Betrug als seriös.

: Bearbeitet durch User
Autor: Marcus (Gast)
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Gut, ich habe mich natürlich schon schlau gemacht, was Leerlauf- und was 
Nennspannung sind. Meines erachtens tut das hier nichts zur Sache an der 
Schaltung meiner Zellen. Die genannten Zellen vom Amazon-Link war ein 
Beispiel - meine habe ich so noch nirgends wieder gefunden. Diese haben 
die 2,7V LEERLAUFSPANNUNG, es fließen durchschnittlich 80mA am Tag ohne 
direkte Sonne. Im Schnitt stehen 6h Sonne maximal an meinem Fenster zur 
Verfügung.

Ich denke die Diskussion verläuft sich zu sehr und ich bezweifel nun, 
dass es sinnvoll war diesen Beitrag zu starten. Es wird nicht richtig 
gelesen und davon ausgegangen, dass ich blutiger Anfänger bin. Ich 
wollte nur Ideen, wie ihr das machen würdet. Belehrungen lasse ich mir 
gern gefallen und es ist auch wichtig das der, der mehr weis, etwas 
klarstellt. Es ist aber unherzliches predigen mit Vorwürfen ohne 
konkrete Darstellung von faktisch beitragendem Wissen. Zumindest 
teilweise. Ich werde mich selbst mehr belesen, um dann gar kein Forum 
nutzen zu müssen. Scheinbar ist dies das Ziel einiger Verfasser.
Den anderen Danke ich für die Hinweise und Ratschläge.

Autor: tobel (Gast)
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Michael B. schrieb:
> Volker K. schrieb:
>> Wieso Nein?
>
> Du wurdest von 3 Leuten aufgefordert, ...
niemand hat mich aufgefordert.

>
>> Ist es nicht so das gerade bei trüben Tagen die 3 Soloarzellen nicht
>> ausreichend Spannung haben so das dann KEIN Ladesterom zustande kommt?
>
> Es ist nicht so.  ....
So, so ... dann frag ich mich warum du das vorschlägst:
Michael B. schrieb:
> Schalte je 5 in Reihe, die beiden Reihen parallel, und gut is.

Meine Solarzellen stehen hier nicht zu debatte, es geht doch wohl um die 
Solarzellen von Autor: Marcus (Gast)
> Deine Solarzellen haben sogar 3V Nennspannung sollten also 3.8V
> Leerlaufspannung bringen und nicht bloss 2.5V. Das tun sie offenbar
> nicht. Entweder ist deine volle Sonne bloss eine volle
> Schreibtischlampe, oder die Dinger sind eher Betrug als seriös.

@ Autor: Marcus (Gast)
Baue eine Umschaltung, nur so kanst du auch bei schlechterem Wetter auch 
noch einen Ertrag erzielen und bei gutem Wetter einen maximalen Ertrag.
Den Beitrag über die Nutzung von Schotkydioden sollte auch einiges 
bringen.


ps.: Vob mir wird es keine weiteren Beiträge in diesem Trööt geben ...
es wurde alles gesagt.

Autor: Volker Kattoll (tobel)
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Sorry war beim letzten Beitrag nicht korrekt angemeldet.

Autor: Dirk D. (onemintyulep)
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Ich muss meinen Vorrednern zustimmen (bezüglich Umschalten=Quatsch) 
Möchte aber noch anmerken das das der dunkelste Winter seit 70 Jahren 
war :) Das ist jetzt hoffentlich rum :))
Falls die MPP-Spannung nicht für deine 6V Batterien ausreicht (und nur 
dann) kannst du auch einen simplen Step-Down (Buck) Wandler an 2x5 
betreiben. Da ist die Ausgangsspannung normalerweise einstellbar und 
konstant. Der sollte einen XLSEMI China-Chip haben und eine stromfeste 
Induktivität (dicker Kupferdraht auf Kern).
Der Wandler kostet aber min. 5% gegenüber der nackten Zelle mit 
passender MPP-Spannung.

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