Profi Oeco Energy: Modell Oekohaus

[Bastelklausi]

Hallo zusammen,

nachdem ich den oben genannten Baukasten "durchgebastelt" habe, ist mir bei dem letzten (14.) Modell "Ökohaus" etwas aufgefallen. Ich betrachte nur den Solaranteil des Modells. Hierbei sind zwei 1V-Solarzellen in Reihe geschaltet und versorgen direkt einen Supercap Kondensator. Mit genügend Sonnenlicht erzielt man in wenigen Minuten ca. 2 V Spannung. Das reicht aus, um die grüne LED zu versorgen. Jetzt kommt das ABER
Wenn die Lichteinwirkung auf die Solarzellen nachlässt oder diese abgeschattet werden oder wenn es dunkel wird, dann ENTLÄDT sich der Supercap über die Solarzellen. Das habe ich mal mit dem Multimeter nachgemessen. Der Entladevorgang geht nicht sehr schnell aber doch spürbar. Nach einigen Minuten ist die Spannung deutlich abgefallen. Eine Messreihe habe ich allerdings nicht gemacht, sondern mich nach einer Lösung umgesehen.
Man muss verhindern, dass der Supercap, wenn er eine höhere Spannung als die Solarzellen hat, seine Ladung verliert. Die einfachste Lösung ist eine Diode (z.B. 1N4148) zwischen Solarzellenreihenschaltung und Supercap. Hierbei wird die Kathode (minus Pol) der Diode mit dem Plus-Pol des Supercap verbunden und die Anode(plus Pol) der Diode mit dem Pluspol der Solarzellenreihenschaltung. Auf diese Weise wird der Supercap geladen und kann sich nicht über die Solarzellen entladen. Die LED als Verbraucher habe ich über einen Taster an den Supercap angeschlossen. ABER
Die Diode "schluckt" ca. 0,7 V Spannung. Liefert also die Solarzellenreihenschaltung bei gutem Sonnenlicht ca. 2,3 V, dann lädt der Supercap nur bis 1,6 V. Damit bekommt man die grüne LED nicht zum Leuchten. Ich habe mal spaßeshalber eine rote LED genommen, aber auch die glimmt nur ganz schwach. WAS TUN?
Da ich über eine dritte Solarzelle verfüge, habe ich die Solarzellenreihenschaltung erweitert und diese liefert dann bei Sonnenlicht über 3 V. Damit wird der Supercap auf 2,3 V geladen und das reicht für die grüne LED aus, um diese schön hell aufleuchten zu lassen.
Noch eine Anmerkung: Ewig hält die Ladung im Supercap leider nicht, denn dieser hat eine geringe Selbstentladung. Eine Messreihe hierzu habe ich nicht gemacht.
Achtung beim Messen: auch ein Multimeter hat einen, wenn auch hohen, Widerstand wie z.B. 1 Mega Ohm oder mehr. Nur durch das Messen kann sich der Supercap auch langsam entladen. Also am Besten immer nur kurz messen, sonst verfälscht man die Ergebnisse.

Sicher gibt es noch andere Lösungen. Man könnte eine Germaniumdiode verwenden, die nur ca. 0,3 V "schluckt". Das könnte reichen, um mit zwei Solarzellen auszukommen. Leider habe ich eine solche Diode nicht in meinem Bestand.

Noch eine Bemerkung zu dem Windenergie Anteil des Modells. Die Spannung aus dem Solarmotor, der als Generator verwendet wird, ist in der Praxis zu gering, um die LED aufleuchten zu lassen. Standardmäßig wird ja der Generator über einen Treibriemen von dem großen Speichenrad auf die kleine rote Seilrolle angetrieben. Selbst mit dem Fön oder mit vier XS-Motoren mit Luftschrauben wird nicht genug Wind erzeugt, um die LED aufleuchten zu lassen. Dreht man mit Schwung am großen Speichenrad leuchtet die LED ganz kurz auf. Meine Versuche mit einem Getriebe um eine höhere Drehzahl des Generators zu erzielen, führten wegen der höheren Reibung nicht zum Erfolg.

Mich würde interessieren, welche Erfahrungen ihr gemacht und welche Lösungen ihr gefunden habt. Darauf freue ich mich

Viele Grüße
Klaus

[Bastelklausi]

Nachtrag: nach 3 Stunden "Dunkelheit" sind immer noch 2,1 V im Supercap, mehr als genug für die LED

[fishfriend]

Hallo...
Ich hab auch den Kasten, aber -dieses- Modell noch nicht aufgebaut.
Im Begleitheft gibt es noch mehr zum Thema Messen.

Statt einer 1N4148 kann man auch andere nehemen, die eine geringere Spannung haben. Ich kann dir aus dem Stehgreif aber keine sagen. (MOS-Fet?)
Ich bin mir nicht sicher, aber hat die ft-Solarzelle nicht eine eingebaute Diode drin?
Kann auch sein dass nur größere Zellen soetwas haben. Z.B. gibt es Probleme wenn eine Wolke einen Teil der Solaranlage abdeckt.
Die beleuchteten Zellen würden die unbeleuchteten Zellen zerstören.

Die Energiemenge die so eine Kondensator speichern kann ist ehr gering. Da muss man schon einen Accu (mit Ladeschaltung) nehmen.
Das würde aber auch nicht für Kinder geeignet sein.

1M Ohm für ein Multimeter ist ehr gering. Ich meine das die so 10M oder mehr haben (zumindest bei mir).
Messfehler dadurch -kann- man auch errechnen oder die Messmethode ändern (Widerstandsbrücke, 4-Kabelmessung...).

Die Windenergie soll ja nur das Prinzip zeigen. Nachts kommt kein Solarstrom, auch wenn der Mond Hell ist.
Wind kann aber nachts wehen. Ich vermute so ist der Gedankengang. Man könnte einen Ventilator als Windmacher nehmen.
Ich könnte mir Vorstellen, dass auch die Form, Größe, Flächendruck... eine größere Rolle spielen.
Einfach mal Experimentieren. Tischtennisbälle halbieren und als Turbine bauen...

Bei den Modellen die ich bisher gebaut habe, sind wir immer mit einer sehr starken LED-Taschenlampe drangegangen.
Bei Lemosolar gibt es im Wirkungsgrad bessere Generatoren (sind aber auch teurer).
Hier ist es halt ein (Eisen-?)Motor, der als Generator genommen wird.

Die fischertechnik Solarzellen sind eingegossen. Es gibt auch welche ohne, die dann mehr Energie liefern. (Lemosolar, ffm...)
Mit freundlichen Grüßen
fishfriend
Holger Howey

[jona2004]

Hallo Klaus,
Als Tipp schau mal nach Schottkydioden, die haben eine Vorwärtsspannung von etwa 0.3V bei den Strömen, die in der Anwendung auftreten.
Joachim

[Karl]

Hallo,

Als Tipp schau mal nach Schottkydioden, die haben eine Vorwärtsspannung von etwa 0.3V bei den Strömen, die in der Anwendung auftreten.
Joachim

die niedrige Durchlaßspannung gilt nur für reine Silizium-Schottky-Dioden. Andere, wie z. B. GaAs-Schottky usw., haben höhere Durchlaßspannungen.
Daher immer erst die Datenblätter studieren. Oft steht nicht dabei welche Art von Schottky man vor sich hat, bzw. die
Typenbezeichnung gibt nicht viel her und man muß sich selbst um die genauen Daten bemühen.

[Bastelklausi]

Hallo Holger, hallo Joachim, hallo zusammen,

erstmal besten Dank für eure Rückmeldungen

Nachdem heute zeitweise die Sonne schien, konnten die drei in Reihe geschalteten Solarzellen den Supercap ordentlich aufladen. Am Supercap habe ich 2,8 V gemessen. Demnach müssen die 3 Solarzellen so ca. 3,5 V abgegeben haben. Als Verbraucher habe ich eine Standard 5 mm rote LED. Ich hatte erst Bedenken, ob die das verträgt und habe den Strom durch die LED gemessen: ca. 12 mA, also alles okay. Der Supercap gibt keine hohen Ströme ab. Wer mehr über Supercaps wissen will, dem empfehle ich zum Einstieg Wikipedia.

Die Eigenentladung des Supercaps scheint tatsächlich gering zu sein. Ich hatte gestern Abend ca. 2,02 V gemessen und morgens nach ca. 8 Stunden noch immer 1,96 V. Die Ladung hält also über Nacht ganz gut.

Joachim, das mit den Shottky Dioden ist eine gute Idee Ich werde mal in meinem Bauteilebestand nachsehen, ob ich eine habe und dann mal einen Test machen. Dann käme ich mit zwei Solarzellen aus. Bei guter Sonneneinstrahlung würden die Solarzellen ca. 2,4 V liefern und mit der Shottkydiode könnten dann 2 - 2,1 V am Supercap anliegen. Für eine rote LED genug.

Holger, das ist ja eine ganzes Paket an Ideen, toll! Danke!
Ich denke nicht, dass die FT Solarzellen (zumindest der aktuellen Generation) eine eingebaute Diode haben. Habe nichts dergleichen entdecken können. Die FT Zellen mit 1 V bestehen aus jeweils 2 intern in Reihe geschalteten Zellen zu je 0,5 V. Eine (teilweise) Abschattung einer Zelle dürfte keinen Einfluss haben; zumindest für diese Art Zellen, die man z.B. bei Gartensolarlampen oder im Spielzeugbereich hat. Wie es bei "richtigen" Solaranlagen für Gebäude ist, weiß ich nicht.
In der Tat ist die Kapazität des Supercap im Vergleich zu einem Akku eher gering. Dafür lässt sich der Supercap viel schneller aufladen und braucht keine Pflege wie ein Akku.
Du hast natürlich recht, dass 1 M Ohm für ein Multimeter eher gering ist. Muss ich mal in der Betriebsanleitung nachsehen, welchen Widerstand mein Multimeter hat.
Ja, der Versuch mit der Windenergie zeigt das Prinzip. Schöner wäre es, wenn das Modell etwas praxistauglicher wäre. Habe mal eine 2-fache Übersetzung eingebaut. Jetzt dreht sich der Motor doppelt so schnell und liefert genügend Spannung für die LED. Das klappt aber nur, wenn ich das Windrad von Hand drehe.
Dein Hinweis auf Lemo-Solar ist sehr interessant. Die haben hochwertige Bauteile und bieten auch FT an. Muss ich mich mal näher mit befassen. Vielen Dank daür!

Viele Grüße
Klaus

[Bastelklausi]

Nachtrag:

Ich habe eine Shottky Diode in meinem Bestand gefunden. Typ: BAT85. Die 1N4148 habe ich durch die BAT85 ersetzt und die dritte Solarzelle entfernt. Da heute Vormittag die Sonne schien, konnte ich gut experimentieren. Beide Solarzellen lieferten 2,1 bis 2,2 V. Der Supercap wurde über die BAT85 bis auf 2 V geladen. Diese Spannung ist ausreichend, um eine rote Standard LED zum Leuchten zu bringen. Nun funktioniert das Ökohaus wieder mit 2 Solarzellen und der Supercap hält seine Spannung. Ob das über Nacht reicht, werde ich morgen früh wissen.

Holgers Hinweis, eine starke LED Lampe als Sonnenersatz zu nehmen, kann ich bestätigen. Ich habe eine Fenix LD50, die ca. 1800 Lumen Lichtleistung bringt. Die nehme ich als Sonnenersatz beim Experimentieren, wenn ich nicht auf die Sonnenstrahlen verzichten kann.

Allen noch einen schönen Restsonntag!
Klaus

[fishfriend]

Hallo...
In einer der (älteren?) ft-Solar-Kästen Anleitungen steht, dass man eine 75W Lampe nehmen sollte. So sollte es auf jeden Fall laufen.

Es gibt Low Current LEDs, die viel weniger Strom brauchen bzw. halt bei wenig Spannung schon leuchten.

Ich bin mir nicht sicher, ich meine auf www.mikrocontroller.net war mal das selbe Thema mit den Dioden. Ich meine da gab es was besseres als die BAT85. Andererseits wenn man die hat, die nehmen.

Es geht gerade los mit den Experimentieren (Schulprojet). Am liebsten ein Öko-(0-Energie)-Haus mit Smarten Funktionen und Wasserpumpe (Regenwassernutzung).
Mal schaun wieviele Solarzellen die brauchen, geschweige denn von dem Speichern...

Mit freundlichen Grüßen
fishfriend
Holger Howey

[Rudi]

Hallo Holger,
kleine Anmerkung:
Die Spannung an einer LED ist notwendige Voraussetzung, da erst bei Überschreitung der Schwellspannung (abhängig vom LED-Typ aber immer größer als 1,6 V) ein Strom fließt. Die Höhe des Stroms bestimmt die Leuchtstärke. Erläuterungen finden sich z. B. in der ft:pedia 2/2011.
Beim Umgang mit Regenwasser beachte die nötigen Chemikalien. Meine Tonne wurde in diesem Jahr nur wenig genutzt, d. h. sie war immer voll. Darüber haben sich die Algen gefreut, das Wasser ist jetzt sehr braun und müffelt.

Viele Grüße
Rudi

[Bastelklausi]

hier noch ein Nachtrag zur BAT85 Shottky Diode. Der auf 2,0 V geladene Supercap verliert über Nacht (8 Stunden) gemessene 0,16 V. Damit lässt sich die LED noch betreiben, jedoch ist der Spannungsverlust spürbar höher im Vergleich zur 1N4148 Silizium Diode.

Beste Grüße
Klaus