sciencetalk

Beste mensen,

Ik ben wat aan het knutselen thuis, alleen mijn kennis in de elektrotechniek laat mij nu in de steek. Graag wat advies hoe ik dit het beste kan ontwerpen (zie bijlage).

Ik wil dus met een zonnepaneel de mogelijkheid bieden om 2 gadgets op te kunnen laden, hiervoor heb ik een aantal oplaadbare batterijen er tussen in gezet om de ongelijktijdigheid van zon instraling en vraag naar elektriciteit te kunnen overbruggen. Hiervoor dacht ik aan 4 D-batterijen in serie, dan kom je op 6V en heb ik 4x 8.000mAh en 1.5V ter beschikking, lijkt mij meer dan genoeg. (wel prijzig, dus misschien zal ik iets anders nemen uiteindelijk.)

Waar ik nu even geen raad mee weet is, hoeveel spanning mag over deze batterijen (zowel de geschakelde als de accu's van de gadgets) ik las namelijk dat een hoger voltage (12 a 15V) nog niet zo erg is voor een accu van een paar V? En als de spanning geregeld moet worden hoe kan ik dit het beste doen?

Verder vraag ik mij af, zijn er beveiligingen die ik mee moet nemen ? (overspanningsbeveiliging, zekering?) en zijn er nog dingen die ik vergeten ben (Vast wel hehe)?

Alle adviezen welkom, ook literatuurverwijzingen!

Alvast bedankt voor de adviezen..

Frank
En natuurlijk de bijlage..

Hoi, snap niet goed wat je bedoelt met "dan heb ik 4x 8000mAh en 1,5 V ter beschikking". Als de batterijen in serie staan, moet je de spanning optellen. De capaciteit blijft echter dezelfde. Bijvoorbeeld, als je 4 batterijen van 1,2 V (niet 1,5 V want oplaadbare (NiCd) batterijen hebben een lagere spanning) in serie zet heb je dus 4,8V. Maar als op elke batterij 2000mAh gedrukt staat heb je dus geen 8000mAh. Je hebt dan 4,8V en 2000mAh ter beschikking.

Verder: NiCd (of NiMnH) batterijen mag je inderdaad laden met een hogere spanning, maar je moet de stroom beperken. Het beste voor de levensduur van de batterijen is de stroom te beperken tot 10% van de capaciteit (dus 200mA in geval van 2000mAh batterijen). De stroom beperk je door een weerstand in serie te plaatsen tussen het zonnepaneel en de batterijen, zo'n beetje waar jij je eerste diode hebt staan. Bereken wel ook even het vermogen van de weerstand (R * laadstroom in het kwadraat) om ongelukjes te voorkomen.

In jouw schema moet je dus 15V-7V =8V kwijtspelen over de laadweerstand. Combineer dat met 200mA laadstroom (in geval van 2000mAh batterijen) en je krijgt 40ohm ongeveer, en een minimum weerstandsvermogen van 1,6W (8*0,2*0,2).

Als je werkt met Li-ion cellen moet je naar het schijnt wel opletten. Daar is het belangrijk dat de spanning niet te hoog wordt, vanwege ontploffingsgevaar. Maar daar heb ik geen ervaring mee.

Ook belangrijk: zoals jij je schema getekend hebt, staan de batterijen verkeerd gepoold !! De plus van de batterijen moet aan de plus van je zonnepaneel !! En de diode naar de laadpunten in jouw schema staat verkeerd omgepoold. Draai dus de batterijen om, behoud de diode aan de min kant van de batterijen, maar zet ze met de kathode naar de minpool van de batterijen. (ik neem aan dat die diode er staat voor het geval een te laden apparaat verkeerd om aangesloten zou worden ?)

De laadstroom naar de te laden apparaten zou je kunnen beperken met een weerstand. Om de weerstandswaarde te berekenen, deel je het verschil tussen je batterijspanning (7V in jouw schema) en de laadspanning (5V in jouw schema) door de stroom (140mA in jouw schema, nl 0,7W/5V), dus iets van een 14 ohm (12 zal waarschijnlijk een gangbare waarde zijn die in de buurt komt, en minstens een halve Watt-weerstand).

Dat is wat ik er op eerste zicht van kan maken.

Het is een lastige - die batterijen en daarmee de aansluitpunten staan inderdaad verkeerdom getekend, maar dat is zo lastig niet.

Probleem is dat je die batterijen continu mag laden met 1/10C, ofwel 800 mA. Nadeel daarvan is dat het een uur of 14 duurt om ze van helemaal leeg naar helemaal vol te krijgen. Dat is langer dan het de meeste dagen licht is, terwijl je zonnepaneel met 30Wp wel wat meer kan leveren.

Nu zou je er domweg een laadregelaar tussen kunnen bouwen (circuit uit een batterijlader die sneller laadt dan in 14 uur). Dit geeft echter problemen als je gelijktijdig de batterijen ook wilt belasten: Die belasting geeft een andere respons op varierende stroom naar de batterijen, waardoor het laadcircuit ten onrechte kan 'denken' dat ze al vol zijn, of juist nog niet.

Misschien is het nog het beste om wel zo'n laadcircuit te gebruiken, en zolang het zonnig is de belasting direct uit het paneel te voeden. Als dat onvoldoende vermogen levert kun je overschakelen op de batterijen en die dan ook niet meer bijladen.

Heb je dat zonnepaneel nog niet aangeschaft? Zo nee koop een kleinere, en koop 10 1,2 volt cellen. Je grootste probleem is de overdimensionering van dat paneel. Je wilt ruwweg 1,4W uitgangsvermogen , en je stopt er tot 15W in.

Met 10 stuks 2700 mAh aa cellen zit je mooi op 12 volt. Is goedkoper dan vijf D-accu's en je laadt er die gadgets meedere keren mee op voordat het zonnepaneel weer in actie moet komen. Als je het laden van de hoofdaccu in twee dagen doet (270mA laadstroom op 10 aa cellen), dan heb je genoeg aan een paneeltje van 3 tot 5Wp.

De diode tussen paneel en accu is nodig. Om van de 12 volt van de accu naar 5 volt voor de uitgang te komen kan je een eenvoudige LM7805 voltage regulator toepassen. Niet al te energievriendelijk, want je dumpt 7 volt spanning die omgezet zal worden in warmte.

Of die diode nodig is valt te bezien: Als er ook al eentje in het paneel zit natuurlijk niet, maar zo niet, dan zal het paneel in het donker toch wel een aardige lekstroom veroorzaken.

Uiteraard zijn er zat panelen zonder ingebouwde diode: als je ze in serie zet heb je maar 1x een diode nodig, het zou zonde zijn om voor ieder extra paneel de spanningsval van de diode te versplillen.

Harstikke bedankt voor de reacties! Had even wat tijd nog alles te verwerken. Ten eerste 2 fouten van mijn kant, inderdaad verkeerd om aangesloten accu, en de laadpunten hebben 0.7A nodig geen 0.7W, in totaal dus 7W laadvermogen nodig, en in de toekomst worden het er 4 dus 14W vermogen.

Het zonnepaneel zelf heb ik nog niet aangeschaft, deze wordt custom made gemaakt van amorphous silicon, flexible PV, het kan dus geheel naar wenst worden ontworpen. Het is inderdaad een klein beetje overgedimensioneerd, het zou al genoeg zijn als men genoeg stroom krijgt dat de gadget een beetje oplaad tijdens gebruik. Ik heb echter voor 30W gekozen om meerdere redenen, toekomstige uitbreiding van gebruikers en eventueel andere toepassingen aansluiten, maar ook voor esthetische redenen (het mag een beetje opvallen, misschien wel het belangrijkste). en het wordt toegepast in een milieu waar het apparaat veel gebruikt zal worden, ook 's nachts! Maar het kan wel iets kleiner, als ik het zo lees zou 12V voldoende zijn? Dan zou paneel 24W zijn (is al iets kleiner..), niet vergeten dat ook in de donkere wintermaanden het moet functioneren en er niet altijd 24W geleverd word, hooguit op enkele dagen in de zomer.

Betreft de schakelingen, de diode heb ik inderdaad geplaatst om geen lekstroom te veroorzaken, de pv zal anders andersom werken en de accu's leegtrekken. Hoe ik de accu's het beste kan laden en schakelen in combinatie met gebruikende laadpunten dat weet ik dus ook niet. Een laadregelaar is een optie. Gaarne een energie vriendelijke oplossing, enig verlies is onvermijdelijk maar wel beperken indien mogelijk/haalbaar.

Als ik dus kijk naar de nieuwe samenstelling, dan is er geen weerstand nodig in het cicruit 1, gezien de pv cell 12v is en de accu ook. (Moet er trouwens niet een groter voltage dan de batterij zijn om te laden?) Alleen het laad amperage moet geregeld worden op 200 mA, hoe kan ik dat doen?

Voor circuit 2, zal de spanning gereduceerd dienen te worden van 12V naar 5V en 0.7A dit kan dmv een weerstand? 10 Ohm en 4.9W (als ik het goed begrepen heb). Wat is het verschil met een voltage regulator dan? (of is dat een soort trafo?) En de 7V dump, hoeveel verlies is dat? en kan dat niet beperkt worden?

Moet ik verder geen zekeringen inbouwen tegen kortsluiting/overspanning?

Nog bedankt voor de adviezen, erg behulpzaam!

Ik snap het idee voor de wintermaanden wel. Wat je kunt doen is een stroombron plaatsen tussen paneel en batterijen, die zorgt dat er nooit meer dan (bijvoorbeeld) 200 mA naar de batterijen gestuurd wordt. In de zomer verlies je dan warmte in de stroombron, maar in de winter heb je voldoende capaciteit om met 200 mA te kunnen laden.

Voor circuit 2, zal de spanning gereduceerd dienen te worden van 12V naar 5V en 0.7A dit kan dmv een weerstand? 10 Ohm en 4.9W (als ik het goed begrepen heb).

Dat is een nogal onnauwkeurige manier. De spanning op het batterypack kan variëren van pakweg 13,2 volt tot ongeveer 10 volt (afhankelijk van type accu's). Hiernaast zal de spanningsval over de weerstand ook verschillen als je een of twee gadgets aansluit. Kortom, je krijgt een uitgangsspanning die veel te sterk varieert. En je verstookt natuurlijk meer dan de helft van je accuvermogen in hitte.

Een voltageregulator zoals die LM7805 is een actieve schakeling (simpel ding met drie pootjes) die de uitgangsspanning op 5v +/- 4% houdt zolang de ingangsspanning tussen ongeveer 30 en 8 volt ligt.

Het vermogensverschil (ingangsspanning min uitgangsspanning maal amperage) wordt omgezet in warmte. Dus dat ding moet wel op een koelblokje gemonteerd worden. Inderdaad erg jammer van het energieverlies.

Wil je dat voorkomen dan kan je een dc-dc converter 12>5 volt inzetten.

Als die gadgets via een usb busje moeten worden gevoed zijn deze convertertjes misschien wel wat voor je, die hebben een efficiëntie van rond 90% en een mooi stabiele 5 volt >1 ampere beveiligde uitgang.

Zeker, voor dat geld zet je zelf amper een buck regulator in elkaar.

Bedankt voor de tips! Zeker de link naar de USB converter module! Precies wat ik zoek.

Echter, de vraag nu, ik vernietig dan 7V aan vermogen? 7/12 = 58% van mijn opgewekte energie? Dan is het toch veel slimmer het hele circuit op 5V uit te rollen? En misschien 2 (of 3..) PV strings parallel te schakelen, hetzelfde voor 2 accupakketten? Kunnen die dan gewoon aan elkaar gekoppeld worden of krijg je dan onbalans op een bepaald circuit, waardoor de een voorrang kan krijgen tov. van de ander? (of doel je met de 90% efficiency op maar 10% verlies?)

En mijn stroom sterkte blijft die nu ook constant op 200mA?

PS. ik ben even tot 6/1 op vakans na morgen, dus ik zal wat later reageren. Fijne jaarwisseling allen. En nogmaals bedankt.

Groet Frank

>> of doel je met de 90% efficiency op maar 10% verlies? <<

Precies.

>> En mijn stroomsterkte blijft die nu ook constant op 200mA? <<

Nee, die 5v uitgang kan aardig wat meer leveren. Je zou voor iedere module een constante stroombron kunnen plaatsen, ongeveer 100mA. Dat kan eenvoudig met een goedkope LM317 en een weerstand, bij elkaar pakweg € 2,20 voor twee stuks.

Zie dit schemaatje

Dat kan inderdaad, maar in de praktijk is dat een behoorlijk slechte stroombron. Zo'n LM317 heeft minimaal 3 volt nodig tussen input en output, plus 1.25 volt over de weerstand die de stroom meet, in totaal 4.25 volt spanningsval. Voor iets dat op netspanning loopt maakt dat allemaal niets uit, maar als efficiency belangrijk is zoals bij zonnepanelen en acccu's dan zou ik toch iets anders overwegen.

Vi-Vo is inderdaad fors bij deze simpele stroombron, dat zag ik over het hoofd. Zou met minimaal 7 volt voor dat dc-dc convertertje net kunnen, maar ideaal is het zeker niet.

dan zou ik toch iets anders overwegen.

Zie je een simpel alternatief?

Voor de stroombron wel - een standaard 2-transistor stroombron met een minimale spanningsval van ongeveer 1 volt (1x b-c junctie als reference + 1x c-e saturatie). Dat kun je zowel in de + uitvoeren met 2 pnp transistors als in de - met 2 npn transistors.

Met dat soort stroombronnen heb ik wel goede ervaring, al zijn ze niet erg nauwkeurig. De stroom hangt af van de b-e spanning en is daarmee afhankelijk van de specifieke transistor die je gebruikt, en daarnaast van de temperatuur. Wat het laatste betreft daalt de stroom wel bij een stijgende temperatuur zodat er geen kans is op runaway effecten. Als het binnen een paar procent nauwkeurig moet werken is er geen probleem, prima om bijv leds of ladende accus mee te bedienen.