Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsregler für 6V Solarzelle


von pascalts (Gast)


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Moin!

Ich habe hier einen TTGO T-OI Mikrocontroller ( 
https://github.com/LilyGO/LILYGO-T-OI ) mit einer 16340er Zelle 
huckepack. Dank Deepsleep komme ich ein paar Tage über die Runden, trotz 
WLAN alle 10 Minuten (Unbedingt die rote on-LED entfernen). Jetzt habe 
ich festgestellt, dass ich noch eine Solarzelle mit 6V und 2W rumliegen 
habe... Etwas Autarkie kann ja nicht Schaden. Mein Ziel also: 5V für den 
USB-Anschluss bereitstellen, um tagsüber den Akku zu laden (Controller 
ist auf dem Board).

Nun hat das Ding bei praller Sonne locker 11V Leerlaufspannung, also 
brauche ich einen ordentlichen Festspannungsregler, der aber auch bei 
den 6V Nennspannung noch die 5V ausspuckt.

Könnt ihr mir da was empfehlen? 2W sind jetzt nicht die Welt... aber 
Kühlung ist schwierig (ist in einem IP65 Gehäuse).

Gruß Pascal

: Verschoben durch Admin
von Teo D. (teoderix)


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von pascalts (Gast)


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Wenn ich das Richtig verstehe, wird in dem Thread ein Akku direkt 
geladen. Das ist bei mir nicht der Fall.

Außerdem "stielt" mir doch allein die Diode 0,7V... Das ist nciht gut. 
Außerdem muss ich da ja doch einiges verbraten... Ich glaube das wird 
nicht meine Lösung.

von Teo D. (teoderix)


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Ich bin dann auch mal raus.
Viel Vergnügen noch....

von Harald W. (wilhelms)


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pascalts schrieb:

> Wenn ich das Richtig verstehe, wird in dem Thread ein Akku direkt
> geladen. Das ist bei mir nicht der Fall.

und darin liegt Dein Problem. Normale Solarmodule können nicht mit
normalen Stepdownwandlern zusammenarbeiten. Das klappt erst dann,
wenn Du einen 6V-Bleiakku parallel schaltest.

von Wolfgang (Gast)


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pascalts schrieb:
> Nun hat das Ding bei praller Sonne locker 11V Leerlaufspannung

Eben, da du aber deinen Akku laden willst und dabei Strom fließt, bricht 
die Spannung zusammen. Guck dir mal die Ausgangskennlinie einer 
Solarzelle an.

von Jens G. (jensig)


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pascalts (Gast) schrieb:

>Wenn ich das Richtig verstehe, wird in dem Thread ein Akku direkt
>geladen. Das ist bei mir nicht der Fall.

>Außerdem "stielt" mir doch allein die Diode 0,7V... Das ist nciht gut.

Erstens: die Diode ist nicht das Problem, denn Deine Forderung besagte 
ja, da0 Du nur bis 6V runtergehen mußt. Auserdem ist das eine 
Schottkydiode, die deutlich weniger Uf hat.
Auserdem sagt einem der Sachverstand, daß Du die Diode auch weglassen 
kannst, sofern schon der USB-Teil bzw. interne Ladeschaltung den 
Rückfluß sperren sollte.

>Außerdem muss ich da ja doch einiges verbraten... Ich glaube das wird
>nicht meine Lösung.

Da Du den Akku nicht direkt an der Solarzelle anschließen willst, 
sondern erst über USB, der nur 5V haben will, mußt Du den 
Energieüberschuß verbraten. Entweder mit einem Längstregler 
(überschüssige Spannung wird verbraten), oder einem Parallelregler 
(überschüssiger Strom wird verbraten).
Oder wie sonst willst Du die Effizienz erhöhen?

von batman (Gast)


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Würde mich wundern, wenn der USB-Ladecontroller mit der geringen 
Ladeleistung überhaupt arbeiten will.

von Wolfgang (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Entweder mit einem Längstregler
> (überschüssige Spannung wird verbraten), oder einem Parallelregler
> (überschüssiger Strom wird verbraten).

Step-Down nicht zu vergessen.

von Wolfgang (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Normale Solarmodule können nicht mit normalen Stepdownwandlern
> zusammenarbeiten.

Und warum bitte nicht? Meinst du, heutige Solarladeregler benutzen 
Linearregler. Ein Filter mit Ladekondensator parallel zum Panel sorgt 
dafür, dass die Ladungspulse des Step-Downs die Klemmspannung nur wenig 
moduliert.

von Georg M. (g_m)


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von Gerald K. (geku)


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Wie wird der 1640er vor überladung geschützt?

Oder hat der Akku eine internen Schutz gegen Überladung und 
Tiefentladung, wie :

https://www.akkushop-austria.at/at/16340-li-ionen-akku-cr123-geschuetzter-liionen-akku-16340-auch-fuer-zebralight?gclid=EAIaIQobChMIjN_-7bui6gIVTbDtCh2wUAUHEAQYASABEgI56_D_BwE

Außerdem würde ich die Spannung von der Solarzelle mit einem Shuntregler 
auf 4,2V begrenzen.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Step-Down nicht zu vergessen.

Besser doch.

Wolfgang schrieb:
> Und warum bitte nicht?

Siehe einen der ca. 100 Threads die sich mit derm groben Unsinn 
beschäftigen, hinter eine Stromquelle (Dynamo oder Solarzelle) einen 
normalen step down (oder step up) Schaltregler heften zu wollen.

Muss man es in der angeblichen Informationsgesellschaft wirklich jedem 
Ahnungslosen einzeln erklären ?

Beitrag #6318528 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Praktiker (Gast)


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Hallo

MaWin schrieb:
> Muss man es in der angeblichen Informationsgesellschaft wirklich jedem
> Ahnungslosen einzeln erklären ?

Nein nicht jeden Einzelnen - es wäre aber mal gut in einer 
allgemeinverständlichen (!) Sprache und ohne Voraussetzungen von tiefer 
gehenden E-Technik Kenntnissen (Ohmsches Gesetz, Strom, Spannung, 
Innenwiderstand, Leistung bei Gleichspannung setzte ich mal als die 
absoluten und vorhandenen Grundkenntnisse voraus) anhand von 
Beispielenzu und textlichen Vorgangsbeschreibungen zu erklären warum das 
bei einer Stromquelle so ist - und gerne auch mal warum eine Solarzelle 
und noch viel mehr ein Dynamo (Fahrrad, Kleinkraftrad) überhaupt eine 
Stromquelle sind - ein "Normalen" Generator kann man ja auch über einen 
weiten Bereich belasten ohne das die Ausgangspannung sich stark ändert 
(Labor Modelle und Spielzeuge mal ausgenommen ich eine schon die 
Größenordnung ab mehreren 100W bis halt zu den "richtigen" 
Großgeneratoren im MW Bereich). Was ist jetzt bei einen Dynamo anders - 
wo liegen die Ursachen?

von pascalts (Gast)


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Moin!

Puh, ich wollte hier keine Grundsatzdiskussion auslösen... Ich komme 
eigentlich eher aus der Software-Ecke, deswegen muss ich bei allem was 
Hardware ist immer nachfragen. Ich versuche mal auf ein paar Antworten 
einzugehen.

> Da Du den Akku nicht direkt an der Solarzelle anschließen willst,
> sondern erst über USB, der nur 5V haben will, mußt Du den
> Energieüberschuß verbraten. Entweder mit einem Längstregler
> (überschüssige Spannung wird verbraten), oder einem Parallelregler
> (überschüssiger Strom wird verbraten).
> Oder wie sonst willst Du die Effizienz erhöhen?

Ja, so war mein Gedanke. Kannst du mir ein paar solcher Regler benennen? 
Dann kann ich mich durch die Datenblätter wühlen.

> https://de.wikipedia.org/wiki/Maximum_Power_Point_Tracking

Das Prinizip ist mir in der Theorie bekannt. Aber soweit ich das 
verstehe, habe ich da am "Ende" keine feste Spannung...

Gerald K. schrieb:
> Wie wird der 1640er vor überladung geschützt?
>
> Oder hat der Akku eine internen Schutz gegen Überladung und
> Tiefentladung, wie [...]

Der Akku hängt bereits hinter einem Ladecontroller. Datenblatt 
Mikrocontroller: 
https://github.com/LilyGO/LILYGO-T-OI/blob/master/t-oi.pdf Bereich CHG

Es handelt sich um einen TP4054. Dieser verträgt zwar theoretisch bis zu 
6V am Eingang, aber wegen der - sagen wir ungewöhnlichen - Umsetzung 
kann ich nicht mehr als 5V auf den TP4045 geben, da eine Verbindung 
zwische V_usb, V_in des TP4045 und dem "5V"-Pin besteht. Wenn keine 
Ladespannung an V_in bzw. V_usb anliegt, wird V_batt an 5V geschaltet.

Mein Gedanke war daher als erstes mittels eines wie auch immer gearteten 
Spannungsreglers meine 5V für V_usb bereit zu stellen. Natürlich weiß 
ich, dass eine Solarzelle seltenst ihre P_max bietet.

Wenn ich das richtig verstanden habe, kann ich keinen DC/DC Wandler 
nutzen, weil "davor" ein elektrischer Speicher wie eine Bleiakku sein 
müsste. Das würde allerdings mein Projekt auf 2 Akkus "aufblasen" und 
wäre nicht gewünscht. Ginge das eventuell auch mit einem kräftigen 
Kondensator?

Andere Idee: Ich habe gerade im Datenblatt des TP4054 gelesen, dass eine 
Stromrückflusssperre verbaut ist und er bei Unterspannung mit einer 
Hysterese zu- und abschaltet. Eventuell könnte ich mit einer Z-Diode 
(wegen der hohen Leistung eher mehrere) die Spannung auf 5.1V begrenzen. 
Die 100mV mehr würde der 5V Strang überstehen. Natürlich verbruzzele ich 
dann die Energie auch wieder... Wenn die Solarzelle eine Spannung unter 
V_batt liefert geht der TP4045 ins Standby - das wäre ok. Komme ich über 
5.1 V "verbrennt" die Z-Diode Energie. Ich glaube aber, dass das eine 
sehr unschönde Art ist, eine Solarzelle mit U_nenn auf 5V zu "prügeln".

Gruß Pascal

von MaWin (Gast)


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pascalts schrieb:
> Ich glaube aber, dass das eine sehr unschönde Art ist, eine Solarzelle
> mit U_nenn auf 5V zu "prügeln".

Nein, das ist der richtige Weg. Denn so wird nur Leistung vernichtet und 
Verlust produziert, wenn man Leistung im Überfluss hat. Nimm aber EINE 
Z-Diode, die gibt es mit 3W und 5W. Denn Parallelschaltung ist doof, und 
Reihenschaltung erfordert Z-Dioden unter 5V und die sind schlecht.

von K. S. (the_yrr)


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pascalts schrieb:
> Wenn ich das richtig verstanden habe, kann ich keinen DC/DC Wandler
> nutzen, weil "davor" ein elektrischer Speicher wie eine Bleiakku sein
> müsste. Das würde allerdings mein Projekt auf 2 Akkus "aufblasen" und
> wäre nicht gewünscht. Ginge das eventuell auch mit einem kräftigen
> Kondensator?
Ein "normaler" DC/DC regelt nur die Asugangsspannung. Wenn du zu viel 
Strom aus einer Soalrzelle ziehst, bricht die Spannung ein und der 
Regler zieht noch mehr Strom (Schaltregler vorausgesetzt).
Daher MPP(T) Regler mit Akku dran. Wobei es deutlich einfacher wäre den 
MPP Regler direkt an deinen Akku anzuschließen und die 5V zu 
überspringen.

> Andere Idee: Ich habe gerade im Datenblatt des TP4054 gelesen, dass eine
> Stromrückflusssperre verbaut ist und er bei Unterspannung mit einer
> Hysterese zu- und abschaltet.
DIe UVP ist bei ca. 3.6V. Was passiert wenn das Solarpanel mehr 
Leerlaufspannung hat aber nicht genügentd Strom liefert, und der Akku 
unter 3.6V hat?

4054 zieht zu viel Strom -> Spannung der Solarzelle sinkt (auf 
Akkuspannung + Dropout) -> 4054 schaltet ab -> Spannung an der 
Solarzelle steigt -> 4054 zieht wieder zu viel Strom ...
Wenn das kein Problem ist kannst du das so machen. Ich würde aber 
annehmen dass das Umschalten des 5V Strangs auf V_batt zu viel Strom 
verbraucht (wird der µC jedesmal geweckt?), je nachdem wie schnell das 
oszilliert.

> Eventuell könnte ich mit einer Z-Diode
> (wegen der hohen Leistung eher mehrere) die Spannung auf 5.1V begrenzen.
> Die 100mV mehr würde der 5V Strang überstehen. Natürlich verbruzzele ich
> dann die Energie auch wieder...
Das war der erste Vorschlag, nur ist ein echter Regler deutlich besser 
als eine Zener. DIe 5.1V sind Stromabhängig, das können auch mal ein 
paar 100mV mehr werden.

> Wenn die Solarzelle eine Spannung unter
> V_batt liefert geht der TP4045 ins Standby - das wäre ok. Komme ich über
> 5.1 V "verbrennt" die Z-Diode Energie. Ich glaube aber, dass das eine
> sehr unschönde Art ist, eine Solarzelle mit U_nenn auf 5V zu "prügeln".
Parallelregler sind für (kleine) Solarzellen völlig in Ordnung.

von Jens G. (jensig)


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>Parallelregler sind für (kleine) Solarzellen völlig in Ordnung.

Womit wir wieder beim Vorschlag ganz am Anfang des Threads angelangt 
sind ...

von Teo D. (teoderix)


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K. S. schrieb:
> 4054 zieht zu viel Strom -> Spannung der Solarzelle sinkt (auf
> Akkuspannung + Dropout) -> 4054 schaltet ab -> Spannung an der
> Solarzelle steigt -> 4054 zieht wieder zu viel Strom ...
> Wenn das kein Problem ist kannst du das so machen.

Ein mal und nie wieder, nicht für Solarzellen geeignet! Ist bei mir nach 
einigen Zyklen (Tagen), mit Pauken und Trompeten abgeraucht!

von MaWin (Gast)


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K. S. schrieb:
> 4054 zieht zu viel Strom -> Spannung der Solarzelle sinkt (auf
> Akkuspannung + Dropout) -> 4054 schaltet ab -> Spannung an der
> Solarzelle steigt -> 4054 zieht wieder zu viel Strom

Bloss erfolgt das dummerweise trotz Eingangselko auf der Platine so 
schnell, dass niemals eine stabile Regelung erzielt wird. Es haut ihm 
sozusagen mitten im Puls die Eingangsspannung um die Ohren. Man müsste 
mindestens einen grossen Elko an die Solarzelle vorschalten, sagen wir 
10000uF und aufwärts. Das wirkt dann quasi wie ein kleiner Akku.

von Dieter (Gast)


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Auf der 5V Schiene würde das Modul permanent zwischen Laden und wieder 
Betrieb aus der Zelle oszillieren, da die Zelle konstant zu wenig 
liefert. Die zuverlässige Lösung wäre daher die Ausgangsspannung auf 4V 
zu Regeln und dem Akku zuzuführen.

Im Prinzip wird so ein ähnlicher Regeler benötig:
LDK130 adjustable
MCP 1703 adjustable

von Harald W. (wilhelms)


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Dieter schrieb:

> liefert. Die zuverlässige Lösung wäre daher die Ausgangsspannung auf 4V
> zu Regeln und dem Akku zuzuführen.

Dann aber bitte keinen Schaltregler, denn, wie bereits gesagt,
funktioniert der nicht an Solarzellen. Den Grund dafür findet man
in den mindestens hundert Beiträgen zu diesem Thema hier im Forum.

von batman (Gast)


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Was fürn Schaltregler überhaupt? Der TP4054 ist ein Linearregler, 
schlicht CC/CV-Lader.
Die Frage wäre hier eher, wozu man je 2 Spannungs- und Strombegrenzer 
hintereinander schalten wollte, indem erst die Spannung auf 5.1V, dann 
auf 4.2V begrenzt wird und der Strom von 300mA (geschätzter Max.strom 
des Panels) auf 400mA (TP4054) begrenzt wird.
Da kann man zumindest einen davon weglassen.

von MaWin (Gast)


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batman schrieb:
> Die Frage wäre hier eher, wozu man je 2 Spannungs- und Strombegrenzer
> hintereinander schalten wollte, indem erst die Spannung auf 5.1V, dann
> auf 4.2V begrenzt wird

Weil der 4.2V Regler maximal 6V (absolute maximum rating) verträgt, ohne 
Schutz aber 11V bekommen würde.

So, hat jetzt auch der Letzte keine Fragen mehr ?

von batman (Gast)


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Es ist im Grunde immer noch dieselbe Frage, wozu 2 Spannungsbegrenzungen 
hintereinanderschalten.

von MaWin (Gast)


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batman schrieb:
> Es ist im Grunde immer noch dieselbe Frage

Auch Antworten helfen dir also nicht weiter, tja, da kann man dann wohl 
nix machen.

von pascalts (Gast)


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Okay,

ich danke euch erstmal. Ich werde mal schauen, was ich von euren 
Vorschlägen umsetzen kann. Wenn ich ein Ergebnis habe, werde ich mich 
nochmals melden.

Mehrfach kam die Frage auf, warum ich denn unbedingt die 5V "vor" meinem 
Akku und den 3V3 des ESP haben möchte (Doppelte Spannungsregelung). Die 
Antwort ist recht simpel: Auf dem Pinout des Boards sind 5V und 3V3. Um 
eventuell auch mal 5V Hardware nutzen zu können, möchte ich diese 
Schiene einfach erhalten (auch wenn im reinen Akkubetrieb Da nur die 
Akku-Spannung anliegt).

MfG
Pascal

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