Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Grundlagen des elektrischen Stromes. Alle Fragen zu Elektronik und Elektro sind erwünscht.

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Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Samstag 16. Juli 2011, 18:26

Moin,
ich benötige Hilfe bei einem Schaltplan, den ich für ein Projekt erstellt habe. Ich studiere Design und möchte für ein Projekt eine Stromversorgung über Solarzellen erstellen. Ich habe sehr wenig Know-How und brauchte in der Vergangenheit verhältnismäßig einfache Elektronik. Diesmal benötige ich jedoch Hilfe und würde mich sehr über einen prüfenden Blick freuen!

Hier zunächst mal mein Schaltplan http://tinyurl.com/6xuw68n

Meine Idee dahinter:
    ich habe zwei Solarzellen mit 4V 35mA
    Diese schalte ich in Reihe und erhalte 8V 35mA
    ich habe 5x AAA 1,2V Akkus mit 350mAh = 6V Nennstrom
    um die Ladespannung von gesamt 6,8V zu erreichen setze ich eine Z-Diode 6,8V 500mW davor
    vom Akku ausgehend sollen die Verbraucher über eine USB-Schnittstelle mit 5V betrieben werden.
    Um die Spannung zu regulieren schalte ich hier auch eine Z-Diode mit 5,1V dazwischen
    (dahinter noch einen Widerstand um genau 5V zu erreichen)

Ich denke, dass ich hier einige Fehler gemacht habe (wenn nicht sogar alles falsch ist). Habe ich zu einfach gedacht? Ich würde mich wirklich sehr über Korrekturen, Hinweise oder Anregungen freuen!

Mit freundlichem Gruß
Dennis
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon BernhardS am Sonntag 17. Juli 2011, 09:07

Hallo,

naja, die Funktion einer Z-Diode solltest Du vielleicht nochmal nachlesen.

Zwischen die Solarzellen und den Akku kommt eine normale Diode, damit bei einer Abschattung kein Strom rückwärts fließt. Dabei ist hier eine Schottky-Diode zu empfehlen, da fällt an der Diode weniger Verlust an.

Akkus werden zwar nominal mit 1,2 oder 1,24 V angegeben, vollgeladen sind sie aber erst bei 1,44 V.
5*1,44 = 7,2 V. Dazu kommen nochmal 0,3V Verlust an der Schottky-Diode. Da zwischen den 8V der Solarzellen und den 7,5 V der Akkus kaum Differenz ist fließt zum Schluss nur noch sehr wenig Strom. Das heißt die Akkus werden so nie richtig voll.

Bedenke auch, daß die Solarzellen nur dann den angegebenen Stom liefern wenn sie auf die Sonne ausgerichtet sind, das ist meist nicht so genau gegeben. Das heißt das Teil muss mehrere Tage in der prallen Sonne stehen bis die Akkus einmal voll sind.

Für die 5V verwendet man einen fertigen Spannungsregler. Wegen der geringen Differenz muss es in diesem Fall ein besonderer Regler sein. Ich weiß gerade keinen auswendig, wenn Du selber mal nachschauen willst, der Suchbegriff wäre "low drop" Spannungsregler.
Viel zweckmäßiger wäre in diesem Fall ein Schaltregler, auch da müsste ich selbst erstmal suchen.

Mal ganz allgemein: Du machst ja Design. Das Teil, das Du da im Sinn hast gibt es ja schon und Deine Arbeit besteht ja nicht darin die Technik zu entwickeln. Man könnte vielleicht sich so ein Teil besorgen, das technische Innenleben ausschlachten und in Dein Design einbauen.

Bernhard
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Sonntag 17. Juli 2011, 11:21

Hallo Bernhard,
erstmal vielen Dank für Deine Antwort! Der Grund warum ich keine fertige Elektronik aus anderen Geräten verwenden möchte liegt darin, dass es mir nicht darum geht funktionierendes einzubauen, sondern den Prozess und die Funktion nachzuvollziehen. Ich möchte dazulernen und meinen Kompetenzbereich ausweiten, verbunden mit einem sowohl design- als auch elektrotechnischen Projekt. Ich möchte etwas selber entwickeln und selber bauen!

Alternativ kann ich auch eine 9V Solarzelle mit 109mA verwenden http://tinyurl.com/63orqxj. Das sollte zum Laden der Akkus besser sein und ich kann Akkus mit mehr Kapazität nehmen (1Ah). Bei den Akkus bin ich von 1,34V Ladespannung ausgegangen, danke auch für die Korrektur auf 1,44V! Wenn ich die 9V Solarzelle verwende, sollte doch genug Restspannung übrig bleiben um die Akkus auch voll zu laden?!


Kaufen würde ich die Teile bei Conrad. Dort habe ich auch 5V Low-Drop-Spannungsregler gefunden http://tinyurl.com/6xhh3o6 - welcher sollte es denn sein?

(Von Conrad habe ich auch eine 5V und 4V Solarzelle. Beide produzieren in der Sonne mehr als die angegebene Nennspannung.)


Was meinst Du dazu?

Gruß
Dennis
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon BernhardS am Sonntag 17. Juli 2011, 18:07

Hallo,

Ich möchte etwas selber entwickeln und selber bauen!
Dann darf ich Dir aber nur ganz allgemeine Ratschläge geben :hf:

Also der erste Tip für den Spannungsregler: USB-Geräte dürfen bis zu 500 mA ziehen und ein bißchen Reserve muss dazu.

Bernhard
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon Bernd am Sonntag 17. Juli 2011, 19:10

moin

auch mal hier schauen-- http://www.reichelt.de/ICs-LM-LS-/LM-29 ... 633f814648
mfg
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Zuletzt geändert von Bernd am Sonntag 17. Juli 2011, 19:11, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Montag 18. Juli 2011, 08:23

BernhardS hat geschrieben:Hallo,

Ich möchte etwas selber entwickeln und selber bauen!
Dann darf ich Dir aber nur ganz allgemeine Ratschläge geben :hf:

Also der erste Tip für den Spannungsregler: USB-Geräte dürfen bis zu 500 mA ziehen und ein bißchen Reserve muss dazu.

Bernhard


Hallo Bernhard,
selbst entwickeln heißt ja nun nicht, dass ich mir für den Anfang keine Hilfe holen darf :wink: Ich wollte zwei USB-Ports verwenden, dann brauche ich also zwei 5V Spannungsregler mit 500mA, die ich Parallel an den Akku setze? Was meinst Du mit Reserve? Ich nehme dann 5x AAA 1,2V 1000mAh


Bernd hat geschrieben:moin

auch mal hier schauen-- http://www.reichelt.de/ICs-LM-LS-/LM-29 ... 633f814648
mfg
bernd


Moin Bernd,
danke für den Tipp! Ich kaufe immer gerne bei Conrad, weil ich dort hinfahren kann und so Versandkosten einspare!

Gruß
Dennis
laemmen
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon BernhardS am Montag 18. Juli 2011, 12:42

Hallo,

Was meinst Du mit Reserve?
Daß der Regler Reserve haben muss, also 1A pro Port. Und den Kühlkörper nicht vergessen.

Auch der Akku ist mit 1000 mAh viel zu schwachbrüstig. Wenn einer sein leeres Handy einsteckt ist der leer.

Ich hab zufällig Zugriff auf Wetterdaten und hab mal ein Bildchen von einem typischen leicht bewöklten Sommerwochenende rausgelassen. Bei einer maximalen Sonnenstrahlung von etwa 80 mW/cm² (waagrecht) ist der abgebildete Zeitraum auf einen Durchschnitt von etwa 12 mW/cm² gekommen, sagen wir mal 15%.
Sonne im Juni.JPG

Die Ausrichtung auf die Sonne ist jetzt natürlich nicht dabei, aber es geht ja nur ums Prinzip. Außerdem ändert die Ausrichtung nichts daran, daß die Sonne nicht immer scheint.
Wenn Deine Solarzelle 109 mA/h bringt und das in 15% der Zeit, dann dauert es inklusive leichter Verluste drei Tage bis der Nächste kommen darf. Das wird zu Akzeptanzproblemen bei der Kundschaft führen.

Du hast das Recht mich als Meckerfritzen zu betrachten (bin aber grundsätzlich keiner, nach eigener Einschätzung nur streng). Es ist auch wesentlich besser es meckert einer in einem Internetforum rum als die Kunden an der Theke.
Ich habe viel Erfahrung im Outdoorbereich und habe bisher bei jeder Solarlösung zum Geräte nachladen nur enttäuschte Gesichter gesehen. Versuch also ein besseres, das heißt ganz wesentlich leistungsstärkeres Gerät zu bringen.

Bernhard
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Montag 18. Juli 2011, 20:58

BernhardS hat geschrieben:Hallo,

Was meinst Du mit Reserve?
Daß der Regler Reserve haben muss, also 1A pro Port. Und den Kühlkörper nicht vergessen.

Auch der Akku ist mit 1000 mAh viel zu schwachbrüstig. Wenn einer sein leeres Handy einsteckt ist der leer.

Ich hab zufällig Zugriff auf Wetterdaten und hab mal ein Bildchen von einem typischen leicht bewöklten Sommerwochenende rausgelassen. Bei einer maximalen Sonnenstrahlung von etwa 80 mW/cm² (waagrecht) ist der abgebildete Zeitraum auf einen Durchschnitt von etwa 12 mW/cm² gekommen, sagen wir mal 15%.
Sonne im Juni.JPG

Die Ausrichtung auf die Sonne ist jetzt natürlich nicht dabei, aber es geht ja nur ums Prinzip. Außerdem ändert die Ausrichtung nichts daran, daß die Sonne nicht immer scheint.
Wenn Deine Solarzelle 109 mA/h bringt und das in 15% der Zeit, dann dauert es inklusive leichter Verluste drei Tage bis der Nächste kommen darf. Das wird zu Akzeptanzproblemen bei der Kundschaft führen.

Du hast das Recht mich als Meckerfritzen zu betrachten (bin aber grundsätzlich keiner, nach eigener Einschätzung nur streng). Es ist auch wesentlich besser es meckert einer in einem Internetforum rum als die Kunden an der Theke.
Ich habe viel Erfahrung im Outdoorbereich und habe bisher bei jeder Solarlösung zum Geräte nachladen nur enttäuschte Gesichter gesehen. Versuch also ein besseres, das heißt ganz wesentlich leistungsstärkeres Gerät zu bringen.

Bernhard


Hallo Bernhard,
vielen Dank für den Hinweis mit den Wetterdaten! Ich finde es gut, dass du "meckerst", schließlich ist es ja nicht unbegründet. Es wirft auch eine zusätzliche Sichtweise auf, die ich nicht so sehr bedacht habe. Ich mache das Projekt als freie Arbeit, quasi für mich selbst. Das Gerät soll nur funktionieren, möglichst gut, aber es muss keine 100% Effizienz besitzen! Ich habe Ladezeiten von 1-2 Tagen eingeplant, das ist bei kommerziellen Geräten aber auch nicht anders!

Kannst du mir erklären warum der Regler 1A pro Port an Reserve benötigt (zusätzlich zum Bedarf des Ports - also gesamt 1,5A pro Port??!)... ich habe bisher keine AAA-Akkus gefunden, die mehr als 1500mAh Kapazität besitzen... bei der Rechnung benötige ich ja Akkus mit 3Ah!

Gibt es sonst eine Alternative zum Spannungsregler? Ich wollte mindestens eine verfügbare Kapazität von 750mAh gewährleisten, alles darunter ist nicht zu gebrauchen...


Vielen Dank für die bisherige (großartige) Hilfe!

Gruß
Dennis
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon BernhardS am Dienstag 19. Juli 2011, 06:36

Hallo,

der Regler 1A pro Port an Reserve
Da geht irgendwas durcheinander.

Eine USB-Gerät darf bis zu 500mA aus der Schnittstelle ziehen. Also muss man den Spannungsregler für die Schnittstelle etwas größer nehmen, sonst wird er zu schnell heiß. Das ist das eine.

Die Batterien haben 1000 mAh !! Das heißt sie könnten im Prinzip eine Stunde lang 1000 mA liefern.
Oder 2 Stunden lang 500 mA, rein rechnerisch meinetwegen auch 4000 mA für eine Viertelstunde.
Das ist das andere.

Aus einer 750 mAh Zelle kann man durchaus 1000 oder 1500 mA entnehmen. Da scheint ein kleiner Gedankenknopf zwischen mA und mAh zu stecken.

Wie lange die Zelle solche Scherze mitmacht steht auf einem anderen Blatt. Überhaupt sind alle Angaben mit Vorsicht zu genießen. Die Kapazität von Akkuzellen ändert sich mit dem Alter, den Umgebungsbedingungen und überhaupt wie man die Zelle behandelt hat. Die Angaben beziehen sich meist auf den 3. bis 5. Ladezyklus bei 45°C gemessen, haben also mit der Realität nicht unbedingt was zu tun.
Es gilt: "You got what you have paid for".

Bernhard
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Dienstag 19. Juli 2011, 07:53

BernhardS hat geschrieben:Hallo,

der Regler 1A pro Port an Reserve
Da geht irgendwas durcheinander.

Eine USB-Gerät darf bis zu 500mA aus der Schnittstelle ziehen. Also muss man den Spannungsregler für die Schnittstelle etwas größer nehmen, sonst wird er zu schnell heiß. Das ist das eine.

Die Batterien haben 1000 mAh !! Das heißt sie könnten im Prinzip eine Stunde lang 1000 mA liefern.
Oder 2 Stunden lang 500 mA, rein rechnerisch meinetwegen auch 4000 mA für eine Viertelstunde.
Das ist das andere.

Aus einer 750 mAh Zelle kann man durchaus 1000 oder 1500 mA entnehmen. Da scheint ein kleiner Gedankenknopf zwischen mA und mAh zu stecken.

Wie lange die Zelle solche Scherze mitmacht steht auf einem anderen Blatt. Überhaupt sind alle Angaben mit Vorsicht zu genießen. Die Kapazität von Akkuzellen ändert sich mit dem Alter, den Umgebungsbedingungen und überhaupt wie man die Zelle behandelt hat. Die Angaben beziehen sich meist auf den 3. bis 5. Ladezyklus bei 45°C gemessen, haben also mit der Realität nicht unbedingt was zu tun.
Es gilt: "You got what you have paid for".

Bernhard



Hallo Bernhard,
ah ok, jetzt habe ich verstanden was du meinst! Ich nehme einen Spannungsregler mit 1,5A, was aber nicht heißt, dass die USB-Geräte auch 1,5A ziehen (weil sie wahrscheinlich auf maximal 500mA ausgelegt sind und einen eigenen Verbrauch haben zwischen 100-500mA).

Jetzt bleibt das Problem mit dem Akku. Dieser sollte schon relativ voll werden und das meiste seiner Kapazität nicht in den Spannungsreglern verlieren. Größere Akkus bedeuten zwar mehr Kapazität, aber auch mehr Gewicht - was wiederum problematisch wird wegen der Handlichkeit... Ich kann maximal AA-Batterien verweden.

Würden sich 5x AA-Akkus mit 1,8Ah oder 2,7Ah eher anbieten als die kleinen AAA mit 1Ah?

Gruß
Dennis
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon BernhardS am Dienstag 19. Juli 2011, 12:07

Hallo,

Würden sich 5x AA-Akkus mit 1,8Ah oder 2,7Ah eher anbieten
Persönliche Meinung: JA.

Nach meiner Ansicht kann die Solarzelle nicht groß genug sein. Da spielt die Akkugröße keine Rolle.

Bernhard
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Dienstag 19. Juli 2011, 16:23

BernhardS hat geschrieben:Hallo,

Würden sich 5x AA-Akkus mit 1,8Ah oder 2,7Ah eher anbieten
Persönliche Meinung: JA.

Nach meiner Ansicht kann die Solarzelle nicht groß genug sein. Da spielt die Akkugröße keine Rolle.

Bernhard



Eine größere Solarzelle geht leider nicht mit dem geplanten Gehäuse. Meine Idee war noch eine zusätzliche externe Solarzelle, die im Gehäuse gelagert wird. Das wären dann zusammen gute 218mA...

Aber gut, angenommen ich nehme 5x AAA mit 1,8Ah, wie ginge es dann weiter? Welche Spannungsregler brauche ich bzw. welche Schottky-Diode zwischen Akku und Solarzelle?

Gruß
Dennis
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon BernhardS am Mittwoch 20. Juli 2011, 07:50

Nee, nee, nee.

Das waren Tipps genug. Du musst Dich jetzt selbst durch das Thema durchbeißen, durch Versuch und Irrtum lernen und so weiter. Die Praxis ist der beste Lehrmeister.
Mit lauter Antworten aus Internetforen weißt Du hinterher weniger als vorher.

Bernhard
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Mittwoch 20. Juli 2011, 17:57

BernhardS hat geschrieben:Nee, nee, nee.

Das waren Tipps genug. Du musst Dich jetzt selbst durch das Thema durchbeißen, durch Versuch und Irrtum lernen und so weiter. Die Praxis ist der beste Lehrmeister.
Mit lauter Antworten aus Internetforen weißt Du hinterher weniger als vorher.

Bernhard


Hey, ich danke dir wirklich sehr für Deine Hilfe! Du hast mir in jedem Fall sehr weitergeholfen! Ich will auch gar nicht, dass du mir einen kompletten Schaltplan inklusive Komponenten entwirfst!

Natürlich gehört ein mehrheitlicher Anteil an Eigenleistung dazu, gank klar. Mir ist nur ein Anliegen, dass ich auf konkrete Fragen eine entsprechende Hilfestellung erhalte.

Ich lese mich nun in diverse Grundlagen ein, die mir offensichtlich fehlen. Ich versuche als nächstes einen neuen Schaltplan zu erstellen, zu dem ich dann auch wahrscheinlich wieder Fragen haben werde :roll:

Gruß
Dennis
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Re: Benötige Hilfe bei einem Schaltplan

Neuer Beitragvon laemmen am Mittwoch 20. Juli 2011, 18:54

So ich habe nun einen (hoffentlich korrekten) Schaltplan erstellt:

Bild

Besser? :?

Gruß
Dennis
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