Probleme mit einer Solarzelle

[theborg]

Hallo und zwar hab ich ein kleines Problem habe hier eine Solarzelle mit 12V/4W

Allerdings bricht mir die Spannung schon bei einer LED oder bei geringer last zusammen muss da noch eine Regelung oder irgendwas anderes vor ?

[shaun]

Nö, muss nur genug Licht drauf ;)
Eine Solarzelle kannst Du Dir in etwa wie eine Konstantstromquelle parallel zu einer Z-Diode vorstellen, wobei der Quellenstrom vom Lichteinfall abhängig ist. Daher werden zB zum Laden von Solarakkus auch keine Längs- sondern Parallelregler benutzt, die die überschüssige Leistung "kurzschliessen". Heute ist man natürlich bemüht, dies nicht zu tun und setzt Schaltregler und Grid-Tie-Wechselrichter ein, die die Energie direkt ins Netz einspeisen - was zwar bei konsequenter Durchsetzung super ist, aber die solar vorgehaltene Leistung nochmal in Form von schnell regelbaren Kraftwerken anderer Bauart erfordert, weil sich dieser dumme, dumme Strom so schlecht speichern lässt. Könnte man mit Solarstrom Kriege führen, würde ein Terawattstundenspeicher vermutlich in ein Laptop passen :-k

[theborg]

Hi thx meine Halogenleuchte war wohl nicht ausreichend

Hm jetzt fehlt nur nen Laderegler für den akku hab 100mA pro Zelle unter voll last 2-3V kennt einer vielleicht ne Schaltung dafür um nen 12V Bleiakku zu laden.

mfg tb

[hosti]

du willst mit nehr solarzelle die 2-3 V bringt mit max 100mA einen 12V akku laden?
Das könnt schwierig werden....

[theborg]

hm jo hab davon 8stk. also 800mA wie sieht es mit nem anderen Akku aus z.b. 6V

[oratus sum]

Hab zwar nicht viel Ahnung aber vllt hilft dir ein Step-Up Regler!

[AlKI]

öööhm, isses nicht egal, wieviel Volt zum laden von nem Akku da sind?!?

Ich hab zumindest noch nie einen Akkulader gesehen, bei dem Volt angegeben waren....

aber ne Diode sollte schon rein, sonst entläd sich der Akku über die solarzelle, wenn die mal wenig/kein licht abbekommt! am besten ne germaniumdiode (oder mehrere paralell, damit die eine nicht überlastet wird)), die hat (haben) keinen so großen widerstand wie Siliziumdioden.

[Blackbird]

öööhm, isses nicht egal, wieviel Volt zum laden von nem Akku da sind?!?
Nein, ist es nicht. Die Ladespannung muß immer über der Aktuellen Akkuspannung liegen, sonst fließt kein Ladestrom.


Ich hab zumindest noch nie einen Akkulader gesehen, bei dem Volt angegeben waren....
Doch, doch, ist angegeben, z.B. so: "... geeignet zum Laden von 12V-Bleiakkumulatoren ..." oder so ähnlich.


aber ne Diode sollte schon rein, sonst entläd sich der Akku über die solarzelle, wenn die mal wenig/kein licht abbekommt! am besten ne germaniumdiode (oder mehrere paralell, damit die eine nicht überlastet wird)), die hat (haben) keinen so großen widerstand wie Siliziumdioden
Diode, oder irgendein Bauteil, das den Rückstrom (Entladestrom) verhindert, wenn die Akkuspannung aus irgendeinem Grund höher als die Ladespannung sein sollte - das muß vorhanden sein.
Germaniumdioden werden nur noch genommen, wenn der Sperrstrom (der sehr temperaturabhängig ist) nicht stört, aber die kleine Durchlaßspannung vom Germanium PN-Übergang (ca. 0,2 -03V) notwendig ist. Es geht aber auch mit Silizium-Schottky-Dioden, deren Durchlaßspannung liegt bei ca. 0,3V aufwärts.
Hat also nichts mit dem "Widerstand" der Diode zu tun.
Parallelschalten sollte man alle Halbleiterbauelemente mit negativen Temperaturkoeffizienten (die Sperrspannung nimmt mit steigender Temperatur ab) niemals. Da ja nie 2 BE identisch sind, wird eine Diode also etwas mehr Strom fließen lassen (weil die Sperrspannung niedriger ist) und damit etwas wärmer werden. Als Folge davon wird ihre Sperrspannung weiter sinken, der Strom sich weiter erhöhen, die Temperatur weiter steigen und so weiter und so fort. Naja, irgenwann wird sie Rauchzeichen senden.


StepUp-Wandler ist hier der richtige Weg, besser wäre es noch, keine konstante Ausgangsspannung, sondern einen konstanten Ausgangsstrom zu erzeugen. Die Ladespannung stellt sich bei richtiger Dimensionierung dann alleine ein. Linear Technology hat solche BE und auch Schaltungsvorschläge.

Blackbird

[AlKI]

ah, gut zu wissen! danke für die verbesserung!!! wieder was gelernt.

[T.J.]

Hallo, ich melde mich hier mal zu Wort. Ich habe ein Problem mit meinen Solarzellen.

Und zwar will ich mit diesen Zellen: http://www.conrad.de/goto.php?artikel=112232

einen 12V Bleigelakku laden. Von den Zellen sind 5 Stück parallel geschaltet und auf ein RC-Truck-hänger geklebt.
http://blog.cc-robotics.de/wp-content/uploads/2007/12/img_3000a.JPG

ich habe sie so zusammengeschaltet:
http://blog.cc-robotics.de/wp-content/uploads/2007/11/akkuladen.jpg

Mein Problem ist nun: Die Zellen haben normalerweise einen Nennstrom von 40mA pro Zelle (sollten ja dann 200mA ergeben nicht?), wenn ich eine 100W Glühlampe drüberhalte schicken sie aber nur 4mA in den Akku :(
Bei einer 55W H7 sind es 2,5mA

Ist was falsch oder brauch ich wirklich viel viel viel mehr licht?

[milkbubi]

Hallo T.J.,
die Angaben bei Solarzellen beziehen sich in der Regel auf Laborbedingungen mit 1000 W/m² Lichtleistung und 20°C (glaub ich). Kann sein, dass da noch andere Parameter sind. Nun kann ich mir nicht vorstellen, dass du aus einer 100W Birne diese Leistung bekommst, bzw diese komplett in der Zelle zur Verfügung steht. Am einfachsten wäre ein Belichtungsmesser, wenn der grad nicht zur Hand ist dann an einem wolkenfreien Tag gegen Mittag die Zellen senkrecht zur Sonneneinstrahlung halten und nochmal messen (optimaler Weise im Sommer) dann könntest du auf die 1000 W/m² kommen.

mfg milkbubi

[T.J.]

Könnt ihr mir bestätigen, dass meine Beschaltung an sich so OK ist und es echt an zu wenig Licht liegt?

[AlKI]

hat die Stromstärke nicht auch etwas mit dem Ladezustand der Zellen zu tun???

in dem Schaltplan seh ich keinen Fehler. Was für Verbraucher sind denn sonst noch dran? (außer den Akkuzellen)

[T.J.]

eine kleine Schaltung mit einem Mega8 und die Elektronik vom Truck inkl. Motor werden vom Akku versorgt, aber die hatte ich aus.

Das Problem ist, dass es sich um ein Jugend Forscht Projekt handelt und dort auch keine Sonne scheint :(

Ich kann da schlecht mit nem 1000W Scheinwerfer ankommen oder?

[Besserwessi]

Die Stromstärke hängt stark von der Lichtstärke ab. Ungefähr proportional, wobei Glühbirnen dabei ein Vergleich zu Energiesparlampen oder Leuchtstofröhren noch etwas besser abschneiden. Für beleuchtung in Innenräumen kommt man Leider oft nur auf 1/10 der Nennleistung. Die ist für Pralle Sonne bei klarem Wetter gerade so zu erreichen.

An der Schaltung gibt es vermutlich nicht viel zu verbessern, außer einer Shottky Diode statt der 1N4003. Vermutlich bringt das aber auch nur wenig Verbesserung und lohnt kaum.
Zum Testen ob noch eine Verbesserung möglich ist sollte man mal den Kurzschlußstrom der Solarzelle bei der selben Beleuchtung messen. Wenn der Kurzschlußstrom nur wenig (bis 20%) größer ist, kann man da nichts machen als mehr Licht oder eine größere Solarzelle zu nehmen.

[avion23]

Nur um mal ein paar Stichworte zu nennen:

- MPP Maximum Power Point (Tracking). Die Spannung der Solarzelle wird nur so stark belastet, dass sie auf den optimale Wert zusammenbricht (12V). Man möchte ja die maximale Leistung herausbekommen, und Leistung ist P = U * I. P wird also maximal, wenn Produkt aus Spannung und Stromstärke maximale ist. Wie bei einem Rechteck sollten diese sich dann ungefähr die Waage halten. U darf also nicht sehr klein werden, genau so wie I.
In der Tat ist es so, dass das Solarmodul bei Kurzschluss (U sehr klein) kaum Leistung liefern kann. Umgekehrt liefert das Solarmodul im Leerlauf auch nicht genug Energie, weil die Spannung zwar sehr hoch ist, der Strom aber sehr klein. Wenn also genau 12V angegeben sind, dann versucht man die Belastung so zu halten, dass genau 12V auf der Eingangsseite anliegen.

- Dafür braucht man natürlich einen Spannungswandler. Die Topologie ist dabei relativ egal, man soll das nehmen, was den höchsten Wirkungsgrad hat. Einfach wäre es also, eine höhere Solarzellenspannung zu haben, als der Verbraucher. Bei deinem 12V Bleiakku bräuchtest du also eine höhere Eingangsspannung also die maximale Ladeschlussspannung (14.8V) die erreicht werden soll. Du könntest dann einen buck converter verwenden. Ein converter hätte den weiteren Vorteil, dass du evtl. keine Rückflußdiode mehr brauchst. Du kannst natürlich auch einen boost-converter, oder buck-boost-converter verwenden. Bei diesen beiden hast du aber den Nachteil des höheren Spulenstroms.

- Ladespannung vom Akku: Bleiakkus werden wie Lithium-ionen Akkus nach CC-CV geladen. CC = constant current, CV = constant Voltage. Will heißen, dass erst der Strom beschränkt wird, und anschließend die Spannung. Die Daten sollten auf deinem Akku draustehen.
Um eine Strombeschränkung wirst du dir bei 4W Leistung wohl keine Gedanken machen müssen :P. Um die Spannung aber sehr wohl, weil diese im Leerlauf auf ~18V hochgehen kann. Dann gast der Akku und ein Bleigelakku verliert permament Kapazität dadurch. Übliche Kenndaten für die Gasungsspannung sind 14.4V bei 20°C. Die Gasungsspannung ist Temperaturabhängig, d.h. sie sinkt mit der Temperatur. Es sind ~-4mV/K. Bei 70°C Akkutemperatur darf die Spannung auf gar keinen Fall über U = 14.4V - 4mV*(70-20) = 14.20V steigen. Entscheidend sind aber die genauen Daten des Akkus, und von dieser SPannung sollte man etwas Abstand halten.
Die Spannungsbegrenzung macht entweder dein MPP-Regler oder etwas selbstgebautes à la LM317, LM200.

- Rückflußdiode: Wenn die Sonne (bzw. halogenlampe) nicht scheint, kann Strom durch das Solarpannel fließen. Es wirkt dabei als normale Diode. So werden die Panels übrigens auch getestet: Stromquelle dran und schauen ob das "Glühen" gleichmäßig ist. Da die Diode in Reihe mit dem Panel sitzt, sollte man keine Silizium-Diode verwenden, denn ihre Vorwärtsspannung ist ~V_f = 0.7V. Besser schottky, V_f=0.3V. Noch besser ein mosfet als verpolungsschutz (google), dann hat man kaum noch SPannungsabfall. Noch besser direkt den MPP verwenden.

- Leerlauf: Solarzellen dürfen meines Wissens nach nicht im Leerlauf betrieben werden. D.h. ab einer bestimmten Spannung muss die Leistung vernichtet werden, wenn sie nicht sinnvoll verwendet werden kann. Kann man z.B. mit LM431 machen, oder mit z-diode + Leistungstransistor.


EDIT:
@T.J.
Schau dir den Plan noch mal an und überleg dir, welche Spannung deine Zellen haben. Mit paralellschaltung erhöhst du die Stromstärke, mit Seriellschaltung die Spannung.

EDIT2:
Kommando zurück, ich habe mir die Daten des Solarmoduls angesehen. Sind ja 18V Nennspannung... Paralell ist also eigentlich in Ordnung. Probier mal den Strom mit nur einer Zelle zu meßen.

[T.J.]

Das ist nett und interessant, danke. Zu der Spannung: sobald die Lampe an ist und die Spannung der Zellen theoretisch höher wäre als die des Akkus ist die Spannung konstant der des Akkus und es fließt ein Strom. Sicher dass ich da ein Spannungskonverter brauche?

Im Leerlauf sind die auch nicht, der Akku hängt ja dran. Und mit 5mA 7Ah zu laden nimmt eh nie ein Ende :D

[jmetzkow]

hallo
Ich denke du brauchst dir in deiner Situation nicht den Kopf zerbrechen
da die Spannung eh bei belastung zusammenbricht und dadurch der Maximale Ladestrom von 1/10 der Ah des Akkus nicht übersteigt. Wichtiger ist das du eine Spannungsregelung einbaust (linear sollte genügen), um ein überladen zu vermeiden genügt es wenn du die Spannung auf 13,8 Volt begrenzt, in diesen fall kann dein Akku ewig dran bleiben.
Hier eine einfache Schaltung für deine Spannungsregelung
http://www.mydarc.de/dl5bte/FET-Netzteil.html

Übrigens wenn es noch eine Diode ohne Spannungsdrop sein darf, um die maximale Leistung raus zu holen
http://www.mydarc.de/dl5bte/idealeDiode.html

anstatt den IXFX180N10 könntest du auch einen Buz 21 Nehmen
eigentlich jeden N-Kannal Fet.

Dort findest du noch wichtige Infos was das laden von Akkus anbelangt und einfache aber doch gute Schaltungen
http://www.mydarc.de/dl5bte/
bye