Hallo zusammen, Vorweg ich bin nicht der fitteste in Elektro- und Messtechnik. Ich hatte eine Vorlesung Elektrotechnik in der Uni, aber die ist schon etwas her. Aber zur Sache: Ich möchte die Sonneneinstrahlung mithilfe einer Solarzelle messen. Die Daten sollen auf einem Datenlogger geloggt werden. Das Datenblatt des Datenloggers ist im Anhang und die Solarzelle verlinkt. https://www.ebay.de/itm/Solarzelle-1-5V-250mAh-Solar-Solarmodul-6cm-x-6cm-Mini-Kleine-Hobby-Zelle/310652424153?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2057872.m2749.l2649 Das erzeugen der Kennlinie ist kein Problem. Zunächst bin ich davon ausgegangen, dass ich einfach einen Verbraucher (Widerstand) anlöte und dann parallel die Spannung abgreife. Im Prinzip funktioniert das auch so, zumindest mit dem Voltmeter. Die einzigen Daten von der Solarzelle sind die folgenden, leider gibt es keine Kennlinie. Umax: 1,5V Imax: 250mA Pmax ist dann P=U*I=0,375 W Der Messbereich des Datenloggers ist 0-30V, das heißt bei maximaler Leistung und maximaler Spannung am Datenlogger (für die maximale Auflösung) habe ich einen Strom von 0,0125 A (I=P/U. Das liegt im Messbereich des Datenloggers mit 4-20mA. Bei niedrigeren Spannungen steigt allerdings der Strom und liegt nicht mehr im erlaubten Messbereich vom Datenlogger. Und wie genau lege ich jetzt den Widerstand/Verbraucher fest? R = Umax/Imax = 6 Ohm? Oder habe ich überhaupt nichts in Elektrotechnik verstanden und der ganze Gedankengang ist falsch? Vielen Dank schon mal für die Hilfe!
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Leon D. schrieb: > Pmax ist dann P=U*I=0,375 W Das stimmt nicht, denn typischerweise hat eine Solarzelle bei ihrem maximum power point (die Last, bei der du die größte Leistung rauskriegst) nur sowas wie 70-80% der Leerlaufspannung. Der Strom ist dann auch kleiner. Du hast ja nicht gleichzeitig Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung. > Der Messbereich des Datenloggers ist 0-30V, das heißt bei maximaler > Leistung und maximaler Spannung am Datenlogger (für die maximale > Auflösung) habe ich einen Strom von 0,0125 A (I=P/U). Diese Überlegung ist für mich nicht nachvollziehbar. Wenn der Logger einen Spannungseingang hat, fließt da kein (oder fast kein) Strom rein. Messen kannst du damit erstmal nur Spannungen. Deshalb würde ich mit dem Datenlogger die Spannung über dem Widerstand messen. > Und wie genau lege ich jetzt den Widerstand/Verbraucher fest? > R = Umax/Imax = 6 Ohm? Möglichst klein, denn dann erhältst du einen schön linearen Zusammenhang zwischen gemessenem Strom (bzw. proportional dazu Spannung über dem Widerstand) und Lichtstärke. Für den Anfang vielleicht mal 10 Ohm einbauen, dann bekommst du bei maximaler Beleuchtung 2.5V. Kleiner wäre vermutlich besser aber dann brauchst du vermutlich einen Messverstärker.
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Sven B. schrieb: > Für den Anfang vielleicht mal 10 Ohm > einbauen, dann bekommst du bei maximaler Beleuchtung 2.5V. Kleiner wäre > vermutlich besser aber dann brauchst du vermutlich einen Messverstärker. Sorry, das ist natürlich Quatsch: mehr als ~600 mV bekommst du ja nie von der Zelle. Also eher mal 1 Ohm probieren.
Mit einem kleinen Widerstand miss man etwa den Kurzschlussstrom. Bei maximal 250 mA und 1.5 V Leerlaufspannung sollte man mit 1-2 Ohm hinkommen. Eine Solarzelle ist zwar nicht besonders linear, aber so schlecht auch wieder nicht. Dazu kommt, dass die Solarzelle nicht auf alle Wellenlängen gleich reagiert. Also grober Anhaltspunkt reicht es aber.
Leon D. schrieb: > Oder habe ich überhaupt nichts in Elektrotechnik verstanden und der > ganze Gedankengang ist falsch? Richtig erkannt. Die Spannung einer Solarzelle sagt NICHTS über die Solareinstrahlung aus, sondern nur über die Temperatur der Zelle. Du musst den Strom messen, dazu nimmt man normalerweise einen Transimpedanzverstärker, aber in einfachen Fällen tut es auch ein Multimeter das nicht mehr als 0.2V benötigt um den vollen Strom anzuzeigen. > Zunächst bin ich davon ausgegangen, dass ich einfach einen Verbraucher > (Widerstand) anlöte und dann parallel die Spannung abgreife. Im Prinzip misst ein Multimeter so den Strom, aber der Widerstand ist so klein daß nicht mehr als 0.2V abfallen, das ist weniger als die Diode in der Solarzelle die beginnend ab 0.5V etwas Strom ableitet, bei 0.7V richtig leitet.
> aber der Widerstand ist so klein daß nicht mehr als 0.2V abfallen
Mit einem 30 V Logger wird das (un-)lustig.
Der Verlinkte Logger hat immerhin 10 mV Auflösung. Bei 1.5 V Leerlaufspannung kann man von 3 Solarzellen in Reihe ausgehen. D.h. die Spannung darf auch schon ein wenig höher werden als 200 mV. 600 mV sollte drin sein, ggf. auch noch 800 mV oder sogar 1 V. Der Bereich bei niedriger Intensität ist halt so nicht besonders gut, entweder wegen mangelnder Auflösung oder Leckströmen in der Solarzelle.
MaWin schrieb: > Die Spannung einer Solarzelle sagt NICHTS über die Solareinstrahlung > aus, sondern nur über die Temperatur der Zelle. Das Ding ist, es wurde so bereits gemacht und hat an sich auch ganz gut funktioniert. Und ist dann die Spannung, bei festem Widerstand, nicht proportional zum Strom? Und es wurde in diesem Thread jetzt auf die Spannung eingegangen. Geht das nun so oder nicht? Im Prinzip Sven B. schrieb: > Sven B. schrieb: >> Für den Anfang vielleicht mal 10 Ohm >> einbauen, dann bekommst du bei maximaler Beleuchtung 2.5V. Kleiner wäre >> vermutlich besser aber dann brauchst du vermutlich einen Messverstärker. > > Sorry, das ist natürlich Quatsch: mehr als ~600 mV bekommst du ja nie > von der Zelle. Also eher mal 1 Ohm probieren. Das heißt ich baue 1 Ohm ein und teste in grellem Sonnenlicht wie hoch die Spannung wird? Und wann genau wird der Widerstand zu klein, wenn kleine Widerstände ja einen besseren linearen Zusammenhang liefern? Lurchi schrieb: > D.h. die Spannung darf auch schon ein wenig höher werden als 200 mV. 600 > mV sollte drin sein, ggf. auch noch 800 mV oder sogar 1 V. Die erlaubte Spannung in der Solarzelle oder was ist gemeint? Weil der Datenlogger kann ja definitiv mehr. Danke an alle!
Leon D. schrieb: > Und ist dann die Spannung, bei festem Widerstand, nicht > proportional zum Strom? Nein, weil die Solarzelle keine ideale Stromquelle ist. Für kleinere Widerstände ist es aber besser. > Das heißt ich baue 1 Ohm ein und teste in grellem Sonnenlicht wie hoch > die Spannung wird? Und wann genau wird der Widerstand zu klein, wenn > kleine Widerstände ja einen besseren linearen Zusammenhang liefern? Das merkst du daran, dass du die Spannung nicht mehr messen kannst, weil sie auch zu klein ist :-) > Die erlaubte Spannung in der Solarzelle oder was ist gemeint? Weil der > Datenlogger kann ja definitiv mehr. Erlaubt ist nicht das Problem, die steigt einfach von sich aush nicht höher.
MaWin schrieb: > Im Prinzip misst ein Multimeter so den Strom, aber der Widerstand ist so > klein daß nicht mehr als 0.2V abfallen, das ist weniger als die Diode in > der Solarzelle die beginnend ab 0.5V etwas Strom ableitet, bei 0.7V > richtig leitet Das heißt Strom fließt erst ab 0,5 V Spannung? Lurchi schrieb: > D.h. die Spannung darf auch schon ein wenig höher werden als 200 mV. 600 > mV sollte drin sein, ggf. auch noch 800 mV oder sogar 1 V. Und diese Grenze ist durch die Solarzelle festgelegt? Das heißt mein Messbereich liegt zwischen 0,5 V und der oberen Grenze? Das heißt ich nehme den niedrigsten Widerstand, der am nächsten an diese maximale Spannung kommt und so habe ich die maximale Auflösung.
Das Solarmodul legt die maximale Spannung fest die man noch nutzen kann. Ähnlich wie bei etwa 3 Dioden in Reihen fließt bei höherer Spannung ein Teil des Photostroms in der Solarzelle zurück, und wird nicht mehr gemessen. Wie viel Strom da intern fließt hängt von der Solarzelle und Temperatur ab. Bei wohl 3 Zellen in Reihe sollte unter 0.5 V noch keine merklicher Strom fließen, vermutlich kann man auch noch etwas höher gehen. Wenn man will könnte man das auch im dunklen nachmessen: Über einen Widerstand (z.B. 10 K) eine Spannung in Vorwärtsrichtung (z.B. 1.5 V) anlegen und die Spannung an der Solarzelle messen. Die Grenze ist fließend ein paar mA stören nahe am maximalen Strom ggf. noch nicht so sehr. Der Widerstand ist da ein Kompromiss: Größer gibt etwas mehr Auflösung bei kleiner Intensität, aber dafür halt eine nicht-lineare Kurve bei hoher Intensität.
Aus Interesse, gibt es einen besonderen Grund warum es eine Solarzelle sein soll? Man bekommt ja auch entsprechende Umgenungslicht Sensoren beispielsweise von Texas Instruments. Ich kenn jetzt deine Anwendung nicht aber da gibt es ja verschiedene die breitbandige response haben, Human Eye oder mehr UV, jenachdem was man da möchte.
Guest schrieb: > Aus Interesse, gibt es einen besonderen Grund warum es eine Solarzelle > sein soll? > > Man bekommt ja auch entsprechende Umgenungslicht Sensoren beispielsweise > von Texas Instruments. > > Ich kenn jetzt deine Anwendung nicht aber da gibt es ja verschiedene die > breitbandige response haben, Human Eye oder mehr UV, jenachdem was man > da möchte. Im Prinzip soll es die möglichst billige Version werden. NI ist ja tendenziell eher teuer. Außerdem soll eine Version davon in Afrika aufgebaut werden und wird dort nicht bewacht.
Leon D. schrieb: > MaWin schrieb: >> Die Spannung einer Solarzelle sagt NICHTS über die Solareinstrahlung >> aus, sondern nur über die Temperatur der Zelle. > > Das Ding ist, es wurde so bereits gemacht und hat an sich auch ganz gut > funktioniert. ... Natürlich funktioniert es irgendwie, nur darf man nicht genau nachmessen, wie sich die Spannung zur Einstrahlung verhält. > Und ist dann die Spannung, bei festem Widerstand, nicht > proportional zum Strom? Genau das. > Und es wurde in diesem Thread jetzt auf die Spannung eingegangen. Geht > das nun so oder nicht? Mehr schlecht als recht. Lineares Verhalten zwischen Spannung und Einstrahlung darfst du nicht erwarten, sobald die Spannung einen nenneswerten Bruchteil der Leerlaufspannung erreicht.
Leon D. schrieb: > Und wie genau lege ich jetzt den Widerstand/Verbraucher fest? Wenn Du nur die Solareinstrahlung messen willst und keine Energie "ernten", dann reicht es den Kurzschlusstrom zu messen. Der ist dann gut proportional zur Einstrahlung. MPP musst Du nicht beachten. Die Messung kannst Du über einen Shuntwiderstand machen. Dabei muss die am Widerstand abfallende Spannung deutlich unter der Nennspannung das Moduls bleiben, sonst wird es nichtlinear und temperaturabhängig. Bei Umax = 1.5V dürfte die Nennspannung bei 1.2V liegen, das sind zwei Zellen in Reihe. Ushunt sollte nicht über 200-300mV steigen. Damit bietet sich ein Shuntwiderstand von 1ohm an. Dumm halt, dass Dein U-Datenlogger nur eine Auflösung von 10mV hat, damit hast Du gerade mal 25 Stufen. Nicht sehr prickelnd. Mit dem I-Datenlogger kannst Du nicht viel anfangen. Früher(tm) hätte man zu einem Strommesser einen Shunt parallelgeschalten, aber das funktioniert bei diesem Datenlogger wahrscheinlich nicht, wenn der Eingang nichtlinear ist. Und unter 50mA (4mA minimal x 1:12 Stromteiler) könntest Du dann auch nicht messen. Falsche Auswahl der Messgeräte.
Hallo zusammen, Ich weis es ist schon etwas her, aber ich hatte viel zu tun. Ich würde gerne nochmal meine Erkenntnisse zusammenfassen, nur damit ich alles richtig verstanden habe. Die Solarzelle ist keine ideale Spannungsquelle und daher gilt das Ohmsche Gesetz nicht. Außerdem ist die Spannung einer Solarzelle nicht abhängig von der Einstrahlung. Wenn man aber den Widerstand sehr niedrig wählt (näher am Kurschlussstrom), wird die Solarzelle "idealer" und man kann annähernd das Ohmsche Gesetz anwenden. Für diesen Fall kann man annehmen das Spannung und Einstrahlung voneinander abhängig sind. Generell wäre es aber besser den Strom zu messen? Da wurden bei uns nur der Datenlogger falsch ausgewählt.
> besser den Strom zu messen
Der Spannungsabfall ueber dem Messwiderstand (aka Shunt)
entspricht dem fliessenden Strom.
Unguenstig ausgewaehlt wurde lediglich der zu messende Bereich.
Da koennte aber ein wenig Verstaerkung helfen.
Larry schrieb: >> > Unguenstig ausgewaehlt wurde lediglich der zu messende Bereich. > Da koennte aber ein wenig Verstaerkung helfen. Das heißt mit einem fertig Bauteil oder mit etwas selbst gebasteltem. Was genau brauche ich da?
> mit etwas selbst gebasteltem. > Was genau brauche ich da? ADA4096-2 wegen 32 V Power Supply *max.* Rating.
Gar nicht besonders gut. Denn was du da herausbekommst taugt höchstens als Relativmessung. Das Hauptproblem: Wieviele W deine Solarzelle pro Lux liefert, weiß du gar nicht. Du bekommst also etwas nicht vergleichbares heraus, das nur für Relativmessungen taugt. Ich hätte aber einen Vorschlag: Nimme eine Photodiode, wie z.B. eine BPW24. Photodioden betreibt man normalerweise im Kurzschluss, und man misst den Strom. Das erledigt dann ein Transimpedanzverstärker. Es sind Photodioden mit bekannter Empfindlichkeit erhältlich, und daher weißt du auch, wieviele Lux du jetzt hast. D.h. du kannst Absolutwerte messen. Das ist mit der Solarzelle ohne Kalibrierung nicht möglich. Alternativ kannst du sogar noch einfacher digital messen, z.B. mit diesem Sensor: https://www.vishay.com/docs/84366/veml6030.pdf Das ist noch einfacher. Du kannst aber selbstverständlich die Messschaltung mit Solar versorgen, wenn du keine Batterien verwenden willst.
jemand schrieb: > > Ich hätte aber einen Vorschlag: > Nimme eine Photodiode, wie z.B. eine BPW24. Haben denn eine Photodiode und eine Solarzelle die gleiche Kennlinie?
Ach Du grüne Neune schrieb: > Haben denn eine Photodiode und eine Solarzelle die gleiche Kennlinie? Nein. Aber wenn man die Solarstrahlung messen will, hat man eben das von mir beschriebene Problem (das man die Kennlinie der Zelle nicht genau kennt). Zum Messen der Strahlung allgemein eignet sich die Photodiode halt besser. Weil eben die Empfindlichkeit bekannt ist. Kommt halt drauf an, was das Ziel ist.
Kleiner Tipp: professionelle Solar Strahlungssensoren basieren auf monokristallinen Zellen...
jemand schrieb: > Zum Messen der Strahlung allgemein eignet sich die Photodiode halt > besser. Weil eben die Empfindlichkeit bekannt ist. Naja, so halbwegs. Wenn mein Ziel wäre, mit minimalem Aufwand halbwegs absolut korrekte Helligkeitswerte zu erfassen, würde ich zu einem vorkalibrierten Helligkeitssensor greifen und nicht selbst anfangen zu basteln. Ich bezweifle, dass man das ohne Kalibration auf besser 20% hinbekommt.
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Ach Du grüne Neune schrieb: > Haben denn eine Photodiode und eine Solarzelle die gleiche Kennlinie? Im Groben schon, aber... jemand schrieb: > Nimme eine Photodiode, wie z.B. eine BPW24. ... mit 24° Öffnungswinkel ist die BPW24 nun gerade die Diode, die man NICHT für vergleichbare Messungen nehmen kann. Wenn dann eine BPW34.
Leon D. schrieb: > Das heißt mit einem fertig Bauteil oder mit etwas selbst gebasteltem. > Was genau brauche ich da? Steht doch oben: Shuntwiderstand 1ohm und ein Datenlogger mit U-Eingang, der die abfallenden 250mV messen und ausreichend auflösen kann. Im Prinzip kann das jeder Arduino Nano mit ADC auf 1.1V Vref auf 1mA aufgelöst messen. Aber dafür muss man die halt programmieren können. Wenn man das nicht kann, muss man teure Datenlogger kaufen. Momente mal: Hast Du eine einigermaßen stabile Spannungsquelle zwischen 12 und 20V? Dann kannst Du auch mit dem 30V Datenlogger den Strom messen.
ich hab jetzt nicht die ganze Diskussion durchgelesen. Kann denn nicht jeder 1-EUR Gartenfackel-Chip das angefragte "machen" ?
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Wegstaben V. schrieb: > ich hab jetzt nicht die ganze Diskussion durchgelesen. Kann denn > nicht > jeder 1-EUR Gartenfackel-Chip das angefragte "machen" ? Naja, das ist eigentlich mehr ein Threshold-Detektor (->Linearität ist z.B. egal) und genau muss das auch nicht sein. Ist auch die Frage, wie schnell man es haben will. Für die Gartenfackel reichen ja sowas wie 10 mHz (und ich würde vermuten die sind auch recht lahm). Vielleicht möchte man doch lieber etwas schneller loggen.
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