{"id":3451,"date":"2018-08-06T06:41:26","date_gmt":"2018-08-06T05:41:26","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/?p=3451"},"modified":"2021-02-18T13:09:18","modified_gmt":"2021-02-18T12:09:18","slug":"kleines-bastelprojekt-zur-sommerzeit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/2018\/08\/06\/kleines-bastelprojekt-zur-sommerzeit\/","title":{"rendered":"Kleines Bastelprojekt zur Sommerzeit"},"content":{"rendered":"
<\/div>

<\/path><\/svg><\/i> \"Loading\"<\/p>

<\/div>
\r\n
\"\"<\/a>

Solarmodul<\/p><\/div>\r\nAls Mini – Bastelprojekt zur Sommerzeit bezeichne ich folgende Bastelei. Ein kleines monokristallines Solarmodul mit der Bezeichnung „SM 6“ von einem bekannten, gro\u00dfen Elektronikdistributor der mit „C“ beginnt und mit „d“ endet, spielt in dem Projekt die Hauptrolle. Das Modul hat eine Nennleistung von 6Wp bei einem maximalen Strom von 320mA. Die Nennspannung liegt bei 17,3V. Die Leerlaufspannung betr\u00e4gt 20,8V. Die Siliziumzellen sind in einer EVA (Ethylen-Vinyl-Acetat) Kunststoffplatte eingebettet und UV- und feuchtigkeitsbest\u00e4ndig. Das ganze Modul ist ca. 25cm x 25 cm gro\u00df. Es ist also ideal geeignet, um die Energie zum Betreiben von USB-Ger\u00e4ten bereitzustellen. Hierbei habe ich zum Beispiel an WIFI-IP-Cams gedacht. Auch das Laden von Smartphones oder Tablets sollte damit m\u00f6glich sein.<\/div>\r\n

Um das nun auch durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen, muss aus der Nennspannung der Photovoltaikzelle die Betriebsspannung des USB-Standards (5V) erzeugt werden. Das k\u00f6nnte man jetzt ganz einfach mit einem 7805er Regler machen und die Differenz dabei in W\u00e4rme umwandeln. Doch das ist die, so ziemlich ineffizienteste M\u00f6glichkeit, die Energie des Panels in ein Handy zu bekommen.<\/div>\r\n
Zum einen ist der Innenwiderstand des Panels von der Lichtintensit\u00e4t abh\u00e4ngig, was einen gro\u00dfen Einfluss auf den Wirkungsgrad bei nicht angepassten Lastwiderst\u00e4nden hat. Zum anderen ist ein L\u00e4ngsregler ein Energievernichter, da die Differenz zwischen Eingangsspannung und geregelter Ausgangsspannung bei Stromflu\u00df in Verlustleistung, also W\u00e4rme umgewandelt wird. Hier ist man mit einem Schaltwandler (Buck-Converter) besser bedient.<\/div>\r\n
 <\/div>\r\n
In einem einfachen Laboraufbau kann das Verhalten des Panels untersucht werden. Dazu wird die Leerlaufspannung des Panels bei unterschiedlicher Beleuchtungsst\u00e4rke gemessen. Anschlie\u00dfend wird das Panel mit unterschiedlichen Widerstandswerten belastet und der Strom durch die Last, sowie die Spannung am Panel gemessen. Die Messwerte werden aufgezeichnet und der Ri (Innenwiderstand der Quelle) berechnet. Der nachfolgende Stromlaufplan zeigt den Messaufbau:<\/div>\r\n
\r\n
\"\"<\/a>

Messaufbau – Schaltung<\/p><\/div>\r\n<\/div>\r\n

Als Amperemeter dient ein Agilent- und als Voltmeter ein Keithley 2701 Tischmultimeter. Diese Messger\u00e4te k\u00f6nnen beide \u00fcber SCPI-Befehle gesteuert werden. Als Schnittstelle ist jeweils ein LAN-Port vorhanden. Das macht es einfach, \u00fcber einen PC und ein geeignetes Skript, einen automatisierten Messablauf zu realisieren. Und da Matlab eine sehr bequeme M\u00f6glichkeit bietet, zu skripten, wird es auch gleich verwendet. Um in einem Labor messen zu k\u00f6nnen und in etwa dieselben Umgebungsbedingungen zu haben, wird anstelle der Sonne eine Tischlampe mit Halogengl\u00fchbirne verwendet. Die Helligkeit der Lampe wird einfach durch die Versorgung mit einem Labornetzger\u00e4t von 0-13V eingestellt. Nat\u00fcrlich kann auch das Labornetzger\u00e4t per Matlab gesteuert werden.<\/div>\r\n
\r\n
\"\"<\/a>

Messaufbau mit Lampe als „Sonne“<\/p><\/div>\r\n

Die Lampe ist in einem Abstand von 25cm mittig \u00fcber dem Panel platziert. Um ein Gef\u00fchl zu bekommen, welche Beleuchtungsst\u00e4rke mit der Lampe erreicht wird, wird mit einem Luxmeter eine Referenzmessung gemacht. Das hei\u00dft, die Lampe f\u00e4hrt die Leistungsrampe von 0-13V durch und das Luxmeter misst die Beleuchtungsst\u00e4rke im Abstand von 25cm unter der Lampe. Das Ganze wird in 0.5V Schritten aufgel\u00f6st. Daraus ergibt sich eine Kurve, die so aussieht:<\/p>\r\n

\"\"<\/a>

Spannung an der Lampe ergibt Beleuchtungsst\u00e4rke<\/p><\/div>\r\n

Jetzt kann die Messung beginnen. Als Lastwiderstand werden manuell Widerst\u00e4nde an das Panel geschaltet und Strom und Spannung bei jeder Helligkeitsstufe gemessen. Es sind elf Lastwiderstandswerte die von 4.7 Ohm bis 220 Ohm reichen nacheinander angeschlossen. Eine Leerlaufmessung wird dann nat\u00fcrlich ohne Lastwiderstand gemacht. Folgender Graph zeigt den errechneten Innenwiderstand bei zwei Lasten des Panels \u00fcber den Helligkeitsverlauf der Lampe in Lux und im weiteren Graph \u00fcber die Spannung an der Lampe (f\u00fcr die bessere Skalierung). Den Innenwiderstand einer Quelle errechnet man aus der Leerlaufspannung der Quelle abz\u00fcglich der Spannung unter Last, dividiert durch den Strom. Mit der Differenz der Leerlauf und Lastspannung erh\u00e4lt man also den Spannungsabfall am Innenwiderstand. Da im Lastfall auch der Strom bekannt ist, braucht man nur mehr das Ohm\u00b4sche Gesetz anzuwenden, um den Widerstandswert zu erhalten…<\/p>\r\n

\"\"<\/a>

Innenwiderstand vs. Beleuchtungsst\u00e4rke<\/p><\/div>\r\n

\"\"<\/a>

Innenwiderstand vs. Spannung an der Lampe<\/p><\/div>\r\n<\/div>\r\n

Da jetzt einige Klarheiten \u00fcber das Verhalten der PV-Zelle beseitigt wurden, kann ich noch kurz \u00fcber den Aufbau des Spannungswandlers berichten. Wie schon zuvor angek\u00fcndigt, ist ein Schaltwandler der effizientere Weg, die Energie an den Verbraucher anzupassen. Hier kommt ein LM2596S zum Einsatz. Der LM 2596 ist ein „Simple Switcher Power Converter, der mit 150kHz schaltet und eine Last mit 3A versorgen kann.) Hier eine \u00dcbersicht der Funktionen:<\/p>\r\n