ANALOG

Hans64: Vielen Dank fürs Nachfragen. Das hat mich bewogen, mir manches auch noch einmal genauer anzuschauen bzw. mir selber klar zu machen.

Das was ich für C2 beschrieben habe sah am Oszilloskop so aus:

Ohne C2:

Solarzelle-OhneC2.PNG

Ich gehe mal davon aus, dass diese "Störungen" vom Laderegler kommen. Wenn der nicht vorhanden ist, sind die Wellen weg. Mit dem Kondensator C2 sieht es dann so aus:

Solarzelle-MitC2.PNG

Ich habe bei diesem Versuch nur einen 100uF statt 220uF verwendet. Ob der nun wirklich notwendig ist, da bin ich mir gar nicht so sicher. Ich hatte halt die Wellen gesehen und dachte "Das muss gerade sein" und habe da einen Kondensator hingebaut. Das kann auch falsch sein. Auf meinen Versuch hatte es keinen merklichen Einfluss.

Beim Strommessverstärker sieht das Signal normalerweise so aus:

IN138_OhneC3.PNG

Das ergibt dann einen Spannungswert (RMS). Leider sorgt das Rechtecksignal aber dafür, dass der "Schmitt-Trigger" nicht ab einer Grenze schaltet sondern im Prinzip mit der Frequenz des Rechtecksignals. Darum habe ich einen Kondensator eingesetzt der im Grunde aus dem Rechtecksignal eine fast gerade Linie macht:

Ina138_MitC3.PNG

Das geht etwas auf Kosten der Genauigkeit. Da es sich aber um einen Schalter handelt ist es im Prinzip Einstellungssache. Bei diesem Beispiel habe ich nicht 100nF sondern 33nF verwendet.

Wie sich das bei einer sehr viel einer höheren "Stromgrenze" auswirkt habe ich noch nicht ausprobiert.

Das mit der Schaltung braucht Dich nicht beeindrucken. Ich bastle wie ein Zauberlehrling herum und probiere die Sachen einfach aus. Ein Profi sieht das und denkt möglicherweise, dass das ziemlicher Quatsch ist was ich hier mache. Aber irgendwas lernt man immer dabei .

Hallo Kai,

vielen Dank für die näheren Erklärungen. Ich bin sehr beeindruckt, wie Du solche Schaltungen erstellst und mit uns teilst.
Ich verfolge dies, genau wie bei nische und Pius mit großem Interesse und Freude.

Gruß

Hans

Hans64: In der Tat dienen dient C2 zum Glätten. Ich hatte ohne diesen Kondensator eine Spannungslinie von der Solarzelle die in etwa so aussah, als ob man einen Wechselstrom mit einem Einweggleichrichter gleichgerichtet hätte. Der Kondensator C3 ergibt sich aus den Hinweisen des Datenblattes zum INA138 und wirkt als Tiefpassfilter.

Hallo Kai,

danke für dein Angebot, Deine Schaltung näher zu erklären. Du hast dies schon ausführlich gemacht.
Die Nachvollziehbarkeit liegt eher an meinem Level. Wie in einem anderen Post bereits erwähnt, kenne
ich zwar alle Bauteile, aber ich könnte dies nicht selbst konstuieren.

z.B. Mir ist natürlich das Bauteil Kondensator bekannt, aber ich kann nicht funktionell nachvollziehen, welche Aufgabe
Deine Kondensatoren C2 oder C3 genau (vermutlich zur Glättung?) übernehmen bzw. was hätte es für Auswirkungen
diese zu verändern oder sogar wegzulassen.

Du hast alles gut genug erklärt. Danke.

Gruß

Hans

nische: ich weiß nicht so recht, was Du mit „aufstartendem Solarpanel“ meinst.

Hans64: Was konntest Du nicht nachvollziehen…? Vielleicht kann ich es ja noch erklären.

Hallo Kai,

vielen Dank für Deinen Beitrag. Du hast die Schaltung gut beschrieben, obwohl ich nicht alles nachvollziehen konnte.
Ich kann hier immer einiges lernen.

Gruß

Hans

Ich habe mal etwas herumprobiert wie man eine (Sonnenfolger-) Schaltung realisieren könnte, die stromabhängig gesteuert wird. So, dass z.B. eine Ausrichtung der Solarzelle(n) nur dann erfolgt, wenn diese einen Mindeststrombetrag liefert der größer ist, als die Menge Strom, welche Schaltung verbraucht um den Steuervorgang durchzuführen.

Wenn genug Strom von der Solarzelle geliefert wird, kann man auch davon ausgehen, dass es hell genug ist und sich eine Steuerung überhaupt lohnt. Dadurch würde eine automatische Anpassung an die sich verändernden Tageslängen erfolgen. Zwar drängt sich der Gedanke auf, dass man einfach nach der Spannung der Solarzelle geht, aber das funktioniert nicht, weil Solarzellen auch bei geringem Lichteinfall recht schnell ihre Betriebsspannung erreichen ohne viel Strom zu produzieren.

Zum Probieren habe ich folgende Schaltung aufgebaut:

Screenshot_Strommess-Steuerung.png

Diese Schaltung besteht im Wesentlichen aus dem Strommessverstärker INA138 und einem 2fach-Operationsverstärker LM358. Der von der Solarzelle erzeugte Strom wird über einen 1Ω Widerstand (Shunt) geleitet. Der an diesem Widerstand entstehende Spannungsunterschied wird von dem Strommessverstärker, wie der Name schon sagt, verstärkt. Bei 50kΩ an seinem Ausgang ergibt sich der Verstärkungsfaktor 10. Das bedeutet, wenn der Shunt von 1mA Strom durchflossen wird, liegt am Ausgang des INA138 eine Spannung von 10mV an (Spannungsabfall am Widerstand = 1V/A * 10^-3 A = 0.001V * Verstärkung 10 = 10mV).

Diese Spannung liegt am Operationsverstärker an, der als Spannungsfolger arbeitet. Der Ausgang vom Spannungsfolger wird wiederum an den nicht invertierenden Eingang des zweiten OpAmps geleitet, der als nicht invertierender Schmitt-Trigger konfiguriert ist.

Die Vergleichsspannung am invertierenden Eingang wird mit Hilfe einer Spannungsreferenz, dem TL431 zur Verfügung gestellt. Der TL431 ist quasi eine einstellbare Zenerdiode. Seine Minimalspannung beträgt 2,5V. Auf diesen Wert wurde der TL431 auch eingestellt. Seine Ausgangsspannung wurde durch einen Spannungsteiler auf 100mV herunter geteilt, welche als Referenzspannung am Operationsverstärker anliegt.

Dadurch wird der Schmitt-Trigger ausgelöst, wenn die Solarzelle mindestens 10mA Strom liefert. Das High-Signal des Schmitt-Triggers kann zum Einschalten des Sonnenfolgers verwendet werden.

Die Schaltung wird durch den Strom der Solarzelle gespeist. Solange die Betriebsspannung der Solarzelle unter 3V liegt und weniger als 1mA Strom erzeugt wird passiert nichts, weil der Strommessverstärker eine Mindestspannung von 2,7V benötigt. Der LM358 benötigt min. 3V. Die Spannungsreferenz arbeitet ab 2,5V. Die Spannungsreferenz habe ich eingesetzt damit ab diesem Punkt, ab dem die Schaltung zu arbeiten beginnt, eine gleichbleibenden Referenzspannung am Operationsverstärker anliegt. Unabhängig davon, ob die Solarzelle nun eine momentane Spannung von 3V, 4V oder 5V usw. hat.

Ausprobiert habe ich das mit einer 5V / 2,5W Solarzelle.

Das Ganze sah so aus:

Strommess-Steuerung.jpg

Auf dem Bild sieht man oben den Strommessverstärker (blaue Platine) und darunter den LM358. Der Ausgang des Schmitt-Triggers treibt den MOS-Fet. Geht der Schmitt-Trigger auf High, leuchtet die gelbe Diode, ansonsten ist sie aus. Das habe ich als Indikator eingebaut.

Als Last habe ich einen LiPo Akku mit einem Laderegler angeschlossen. Der Stromfluss erfolgt also im Wesentlichen von der Solarzelle über den Messwiderstand in den Akku.

Die Solarzelle wurde unterschiedlichen Helligkeiten ausgesetzt. Dazu musste ich eine LED Lampe verwenden, weil sich die Sonne in letzter Zeit doch recht rar macht. Zum Ausprobieren hat es aber gereicht. Wenn die gelbe LED anfing zu leuchten, lieferte die Solarzelle etwa 10mA. Der Ausgang vom Schmitt-Trigger ist auf High gegangen. Ab etwa 7,5 mA schaltet der OpAmp wieder auf Low.

Also im Prinzip funktioniert das . Allerdings nur mit Solarzellen, die eine Betriebsspannung >= 3V haben.

Die Schaltung ist nicht super genau. Zum Einen, weil ich einen "normalen" Widerstand als Shunt benutzt habe und dieser natürlich mehr temperaturabhängig ist als spezielle Stromshunts. Außerdem ist die Schaltung auf einem Breadboard aufgebaut. Da entstehen schnell mal Ungenauigkeiten durch die Übergangswiderstände an den Kontaktfedern. Zum Dritten habe ich die Verstärkung der Einfachheit halber mit ca. 53kΩ (E12 Reihe 47kΩ + 3.3kΩ) statt mit 50kΩ konfiguriert. Die Schaltung ist aber immer noch genau genug um den Schaltvorgang durchzuführen. Da kommt es auf 800µA mehr oder weniger nun auch nicht an.

Hallo nische,

vielen Dank für den detailierten Beitrag. Ich lerne hier viel und staune noch mehr.

Gruß

Hans

nische: Es wird ja langsam. Ich hatte bei meinem Aufbau seinerzeit ja auch mal ein Relais eingesetzt. Allerdings habe ich das wieder verworfen, weil die kleinen Dinger doch recht viel Strom benötigen. Siehe Beitrag #143.

Darum bin ich seinerzeit auf die Schaltung per Mosfet umgestiegen.

Solar-LED-Treiber

Mir sind gestern beim Aufräumen ein paar ICs des Typs YX8018 in die Hände gefallen. Diese Teile werden in LED-Leuchten verbaut, bei denen am Tag der Akku aufgeladen wird und sobald es dunkel wird, werden ein oder mehrere LEDs angeschaltet. Z.b. gibt es da diese Gartentiere mit den leuchtenden Augen .

Außer dem IC und einer Induktivität wird nichts gebraucht um die Schaltung aufzubauen. Der Clou ist, dass nur ein 1,2V Akku benötigt wird um die LED ans Leuchten zu bringen. Das klappt auch mit weißen LEDs die fast 3V Spannung benötigen. Das ganze funktioniert nach dem "Joule Thief" Prinzip, bei dem die Induktivität eine entscheidende Rolle spielt:

Ich habe folgende Schaltung mal auf einer 2x2cm Streifenrasterplatine aufgebaut:

Sloar-LED-Treiber-Schaltplan.png

Solar-LED-Treiber-2.jpg                          Solar-LED-Treiber-1.jpg

Wie man sehen kann, gibt es außer den Steckleisten für die Anschlüsse von Akku (blau), Solarzelle (gelb) und der LED (schwarz) nur das TO-94 IC und die Induktivität.

Das komplette Machwerk sieht wie folgt aus:

Solar-LED-Treiber-3.jpg

Das funktioniert sogar . Sobald für die Solarzelle nicht mehr genug Licht vorhanden ist, fängt die LED an zu leuchten. Der IC verfügt auch über einen Tiefenentladungsschutz für den Akku.

Während ich so gebastelt habe, stellte sich mir die Frage, ob man den IC nicht auch für den Sonnenfolger verwenden kann. So, dass die Solarzelle mit Hilfe des ICs auch zum Ein- bzw. Ausschalten des Sonnenfolgers verwendet werden kann.

Dieses IC ist in den üblichen China-Shops, aber auch bei Amazon oder eBay für wenig Geld zu beziehen. Weitere Typen die gleich oder ähnlich funktionieren, haben die Bezeichnung QX5252F, ANA618 und CL0116.

Hallo nische,

danke, dass Du mir zutraust Ideen für Eure Projekte beisteuern zu können.

Ich bin nie über Grundlagen hinaus gekommen und kann daher auch keine Schaltung entwickeln geschweige Ideen beizusteuern.

Ich verfolge intensiv Eurer Projekte, auch wenn ich die meiste Schaltungen nicht komplett nachvollziehen kann. Es würden sich eher Fragen als Ideen hervortun. Sollte ich wider erwarten eine Idee zu einer Problemstellung haben, werde ich diese selbstverständlich schreiben. Ich freue mich aber immer mit Euch, wenn alles funktioniert, so wie ihr es euch vorstellt.

Gruß

Hans

Ja die Enablepins. Die bringen viel. Ich hab mal eine Schaltung gebaut, bei der ich nur den "halben" L293D benutzt habe. Dort hatte ich auch einen ziemlich hohen Ruhestrom bis ich den Enable-Pin des nicht genutzen Teils auf GND geschaltet habe. Das hat auch den Verbrauch im Betrieb reduziert.

Letztendlich kam dieses bei rum:

L293D.png

VCC1 wurde über den Mosfet abgeschaltet wenn der L293D nicht gebraucht wurde. Dadurch ging der Ruhestrom gegen 0.

Hallo nische

Ja, es ist eine Herausforderung eine möglichst perfekte analoge Lösung zu finden. Der von Kai genannte Ruhestrom, was dir dann einen grossen Teil der gesamten Verlustleistung bestimmen wird (abgesehen der Motoren natürlich), kanns du vielleicht durch die Enable Anschlüsse am Brückentreiber senken (Pin 1,2 und 3,4)

Hier ist ein etwas detaillierteres Datanblatt des L293 zu finden. Zu beachten, dass der D-Typ die Diodenbereits integriert hat.

Eine andere mir wichtige Überlegung ist, dass eine Nachtdetektion bereits 50% des Ruheleistung einsparen würde. Nacht ist es vermutlich dann, wenn das Panel keine Energie liefert oder wenn die Lichtsumme Null ist (wir machen ja die Nacht längst zum Tag) oder dann wenn ich müde bin.

Ich rate davon ab, die Energie von Strassenlaternen umsetzen zu wollen, weil die langsam alle mit LED’s ersetzt werden.

Weiter wissen wir, dass die Sonne sich zum Glück mehrere Stunden Zeit lässt , bis sie wieder verschwindet. Da könnte ein cleveres Zeitmanagement die Ruheleistung nochmals reduzieren. Ich vermute, dass es völlig ausreichen würde, die Ausrichtung lediglich alle 10-15 Minuten vorzunehmen und die Motortreiber wirklich nur dann zu aktivieren, wenn tatsächlich eine Änderung notwendig ist.

Möchte man all dies mit wenig HW Aufwand realisieren, dann ist ein uC vermutlich im Vorteil. Aber nichts desto trotz, es ist schliesslich die Herausforderung es analog zu lösen.

Ich bin gespannt auf deine Ergebnisse.

Gruss

Pius

Sehr schön . Ich freue mich auf die weitere Entwicklung dieses Projektes.

Die 20mA Ruhestromverbrauch wundern mich etwas aber das ist aber wohl dem doppelten Aufbau geschuldet. Wie tief hast Du die LDRs in den Röhrchen versenkt? Sind die ganz unten angebracht oder irgendwo mitten drin?

Mein Sonnenfolger werkelt übrigens immer noch vor sich ihn...

Hallo nische,

vielen Dank für den interessanten Einblick in Deiner Version Sonnenfolger.
Dein Video hat mich sehr beeindruckt.

Gruß

Hans