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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Solarzelle (3,6V), Bleiakku (2V) und Step-Up -> 3,3V?


Autor: OC (Gast)
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Hallo,
ich habe eine Schaltung, die mit 3.3 bis 3.6V betrieben werden muss, und 
zwar netzunabhängig. Ich hab mir bei Conrad das Modul ASIOo03/122/115 
gekauft, das hat eine Nennspannung von 3.6V und einen Nennstrom von 174 
mA. Das wäre eigentlich für zwei NiCd oder NiMH-Batterien ausgelegt, die 
für mich aber nicht in Frage kommen. Daher habe ich mir noch einen 
kleinen 2V-Bleigelakku mit 2Ah besorgt.
Kann ich den Akku einfach direkt an die Solarzelle hängen und hintendran 
einen Step-Up-Wandler?
Laut Datenblatt des Akkus ist das Aufladen mit Konstantspannung die 
effizienteste Methode, aber auch Konstantstrom ist möglich. Welcher 
Methode würde denn die Ladung per Solarzelle entsprechen? Davon hängt ja 
dann ab wann das Aufladen beendet werden muss.
Ist diese Kombination machbar oder muss ein anderes Modul oder ein 
anderer Akku her? Und kann man davon ausgehen, dass der Akku an einem 
Tag voll wird?
Schönen Dank,
Christian

Autor: solar (Gast)
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Wenn die unbekannte Solarzelle in der unbekannten Umbegung eine 
unbekannte Menge Licht sieht, ist der Ladastatus von deinem AKKU nach 
genau einem Tag unbekannt.

Autor: OC (Gast)
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Hab doch das Modell der Solarzelle hingeschrieben. Aso, ja sorry, mit 
Modul war das Solarmodul gemeint. Umpp wie gesagt 3.6 V, Impp 174 mA, 
Isc 260 mA, Uoc 4.9 V (wobei ich in voller Sonne über 5 V gemessen 
habe), Pmax 624 mW.
Der Akku ist wie gesagt ein 2V Bleigelakku mit 2 Ah, Datenblatt gibt es 
hier: 
http://www.enersysreservepower.com/pdfs/US-CYC-AM-...
Fehlen sonst noch Angaben?

Autor: HildeK (Gast)
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Als erstes fehlt eine Diode zwischen Solarzellen und Akku.
Ansonsten würde ich das schon einfach direkt (mit der Diode) anklemmen. 
Den Strom, den deine Solarzelle liefern kann, kann deinen Akku nicht 
schädigend überladen. Das könnte erst dann ein Problem sein, wenn du 
wochenlang in der Sahara bist und zwischendurch keinen Strom aus dem 
Akku entnimmst.

Und bei den Daten, die du genannt hast:
Wenn die Solarzelle 200mA liefern kann, dann brauchst du 10 Stunden, um 
ihn von Leer auf Voll zu bringen. Wie lange scheint bei dir die Sonne am 
Tag (unter Volldampf!)? Faktisch musst du schon froh sein, wenn die 
Zellen 100mA-150mA im Mittel über 8-10 Stunden/Tag bringen.

p.s. Ich habe mir die Datenblätter jetzt nicht angeschaut ...

Autor: solar (Gast)
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Dein DC/DC-Regler sollte mindestens bis runter auf 1.8V gehen und eine 
gute Effizienz zwischen 2.1V und 1.8V haben.

Schau dir mal Punkt 6.3 im Datenblatt an (undercharge). Ich würde die 
Batterie nie mit Solar laden (zu große Verluste) sondern direkt die 
Schaltung über Solar betreiben (wenn Sonne da ist/war).

Ansonsten darfst Du die Batterie nur mit einer Spannung zwischen 2.25V 
und 2.3V laden.

> Laut Datenblatt des Akkus ist das Aufladen mit Konstantspannung die
> effizienteste Methode, aber auch Konstantstrom ist möglich. Welcher
> Methode würde denn die Ladung per Solarzelle entsprechen?
Keiner, da alle Parameter die die Batterie zum Laden braucht nicht 
eingehalten werden. Eine Solarzelle ist im Spannungs-/Strombereich sehr 
dynamisch und unzuverlässig, also nichts für eine "kleine" 
Ladeschaltung.

Autor: HildeK (Gast)
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>Ich würde die Batterie nie mit Solar laden (zu große Verluste) sondern direkt die 
>Schaltung über Solar betreiben (wenn Sonne da ist/war).

Was machst du, wenn du abends in deinem Wochenendhäuschen noch etwas 
Licht haben willst?

Autor: solar (Gast)
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Wenn sich die Batterie nach ein paar sonnigen Tagen wie ein kleiner 
Kondensator verhält hast du auch nichts gewonnen.

Autor: OC (Gast)
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> Ich würde die Batterie nie mit Solar laden (zu große Verluste) sondern
> direkt die Schaltung über Solar betreiben (wenn Sonne da ist/war).

Aha, und woher soll ich den Strom nehmen, wenn Sonne da WAR??? Das ist 
doch der Sinn des Akkus... Außerdem braucht meine Schaltung 
zwischendurch auch mal höheren Strom, als das Solarmodul liefern kann. 
Daher der Bleiakku.

Dass der direkte Anschluss (mit Diode dazwischen) vielleicht nicht 
optimal ist, ist mir schon klar. Aber würde das schaden? Den Akku kann 
ich ja bei so kleinen Strömen kaum schrotten, und wenn ich bei Erreichen 
der Ladeschlussspannung abschalte, dann ist auch ein Überladen 
ausgeschlossen.
Ich hab leider nicht allzuviel Ahnung von Akkus und Solarzellen, wie man 
sieht. Das Solarmodul hat eine Nennspannung von 3.6 V, der Akku ~ 2 V. 
So, ich geh also davon aus, dass wenn ich die beiden parallel schließe 
mit einer Diode dazwischen, dann bricht die Spannung am Modul auf 2 V + 
Dioden-Offset abfällt ein. Da in vielen Solarladereglern das Solarmodul 
einfach kurzgeschlossen wird, gehe ich davon aus, dass das dem Modul 
nicht schadet. Das Modul müsste sich dann doch wie eine 
Konstantstromquelle verhalten, wobei der Strom natürlich von der 
Sonneneinstrahlung abhängt. Die Spannung am Akku sollte sich aber wie 
beim Laden mit Konstantstrom verhalten, oder?
Die Frage ist also, ob das so funktioniert, und wie viel Leistung ich 
dabei verliere. Sollte ich eine Schottky-Diode verwenden oder eine 
normale? Und wie kann ich die Leistung berechnen, die das Modul in 
diesem Aufbau bringt?

Autor: solar (Gast)
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Also: Wieviel die Batterie von deiner Solarzelle zieht hängt vom 
Innenwiderstand der besagten ab. Der Innenwiderstand ist abhängig vom 
Ladestatus deiner Batterie. Ist der Innenwiderstand zu klein und deine 
Solarzelle kann nichts liefern bricht die Spannung elend zusammen. Ist 
der Innenwiderstand zu hoch und deine Solarzelle kann Strom liefern 
steigt die Spannung und deine Batterie geht kaputt !

Ich benutze zum Laden immer ein Ladegerät und steck die Batterie nicht 
in die Steckdose ...

Autor: avion23 (Gast)
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@ OC (Gast)

ich sehe es ganz genauso wie du in deinem letzten Beitrag. Die 
Solarzelle verhält sich wie eine Konstantstromquelle bis zu einer 
bestimmten Spannung. Deswegen gibt's das Konzept von MPPT, sehr 
interessant.

Deinen Bleiakku wirst du wahrscheinlich nicht voll bekommen. Falls du 
deswegen doch Angst hast würde ich einen Shuntregler parallel zum Akku 
schalten. Der verbrennt dann die überflüssige Spannung. Vergiss nicht, 
dass die Ladeschlusspannung von der Temperatur abhängig ist. Ich würde 
mit ungefähr 14V anfangen, die Überladung dürfte dann noch nicht sooo 
kritisch sein.

>Sollte ich eine Schottky-Diode verwenden oder eine
>normale? Und wie kann ich die Leistung berechnen, die das Modul in
>diesem Aufbau bringt?

Schottky verwenden, aber vergiss nicht den Leckstrom. Also nicht mit 
angeschlossenem Solarmodul in den Keller stellen. Oder Mosfet als 
Verpolungsschutz :)

Die Leistung kannst du garnicht berechnen. Schau dir ein paar links zu 
MPPT an, damit du eine Vorstellung von den Problemen bekommst.

Autor: solar (Gast)
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> Schottky verwenden, aber vergiss nicht den Leckstrom. Also nicht mit
> angeschlossenem Solarmodul in den Keller stellen. Oder Mosfet als
> Verpolungsschutz :)
Der Mosfet bringt da garnichts.

Autor: OC (Gast)
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> Ich benutze zum Laden immer ein Ladegerät und steck die Batterie nicht
> in die Steckdose ...

Immer dieser Sarkasmus... Das Solarmodul ist nicht besonders groß, wie 
gesagt Kurzschlussstrom 260 mA. Ich denke nicht, dass man das mit der 
Steckdose vergleichen kann. Der Innenwiderstand beträgt an die 50 mOhm, 
also so gut wie gar nichts. Ich dachte, der Strom würde dann in etwa an 
den Kurzschlussstrom rankommen, den ich per Messung auch bestätigen 
konnte. Ich habe jetzt mal einfach Solarzelle, Akku und Amperemeter 
zusammengeklemmt und bin damit in die Sonne gegangen. Im Moment ist die 
Sonneneinstrahlung ziemlich wechselhaft, aber ich konnte Ströme von 100 
bis 200 mA feststellen, die Spannung lag bei 2,01 V (ohne Solarmodul: 2 
V).
Im Datenblatt des Solarmoduls gibt es eine kleine Grafik für die 
Leistungsdichte, nur bezieht sich das auf eine einzelne Zelle und geht 
daher nur bis ca. 1,4 V. Wie kann ich das denn hochrechnen?
Und wie viel Leistung würde mir denn für den MPP-Tracker draufgehen? 
Meine Schaltung soll sich nämlich nur etwa 1 mal pro Minute aufwecken 
und dann wieder schlafen legen. Wenn druch die Tracking-Routine (+ die 
notwendigen zusätzlichen Komponenten) mehr Strom verbraten wird als er 
bringt, dann hat das glaub ich wenig Sinn.
Ach ja, noch was: was für ein Winkel ist denn für die Aufstellung 
optimal? Solarzellen fürs Dach sind ja was anderes, da gibt es keinen 
Überschuss, das geht alles ins Netz. Bei mir würde aber im Sommer der 
Akku 2 oder 3 mal voll (wenn ich vom Datenblatt ausgehe), das bringt mir 
nix. Sollte also eher auf tiefstehende Sonne ausgelegt werden, aber wie?

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