Selbstgebaute Solarlampe
Alle günstigen Solarlampen, halten nicht lange und machen kaum Licht. Hier zeige ich, wie man sich selbst aufwändig und nicht ganz so billig eine Solarlampe bauen kann, die deutlich heller ist und (hoffentlich) länger hält.
1. Verwendetes:
- 10 W Solarpanel
- 7,2 Ah 12 V Bleiakku
- LT3652 als MPP Tracker und Akkulader
- LM3406 als LED Treiber
- 1 W oder 3 W LEDs, genaues noch unklar
2. LT3652 Akkulader
Der LT3652 ist ein relativ neuer Schaltwandler von Linear, der als besonderes Merkmal die Möglichkeit zum MPP Tracker aufweist. MPP steht für Maximum Power Point, es handelt sich also um dem Punkt auf einer U/I Kurve an dem die Leistung maximal ist. Beispielsweise hat eine Solarzelle im Leerlauf 40V, bei einem Strom von 0 A, also keine Leistung. Ähnlich ist es mit dem Kurzschlußstrom: 0 V aber 500 mA, also auch keine Leistung. Der MPP liegt natürlich dazwischen. Bei mir liegt der etwa bei 16 V und je nach Lichteinfall 300 mA bis 500 mA. An diesem Punkt erreicht die Solarzelle ihren höchsten Wirkungsgrad. Um einen Akku zu laden muss man den Ladestrom so einstellen, dass die Spannung an der Solarzelle immer 16 V beträgt. Das kann man erreichen, in dem man einen regelbaren Spannungsregler verwendet und die Ausgangsspannung (und somit auch den Strom, da der Ladestrom proportional zur Spannung ansteigt) über eine Operationsverstärkerschaltung so einstellt, dass die Eingangsspannung konstant bleibt. Natürlich muss man die Ausgangsspannung auch begrenzen.
Einfacher wird es wenn man ein fertiges IC dafür verwendet. Das folgende Bild zeigt den Schaltplan der fertigen Ladeschaltung für einen 12 V Bleiakku. Um möglichst wenig Energie zu verschwenden ist es natürlich ein Schaltwandler.
Die Schaltung ist bereits aufgebaut, getestet und vergossen, so kann die Platine auch mal im Regen liegen oder unter Wasser arbeiten.
Leider habe ich ein paar Fehler in der Vergussmasse.
3. LED Treiber LM3406
Als LED Treiber setze ich den hier schon vorgestellten LM3406 ein. Bisher ist der LM3406 mein Favorit wenn es um einfache effektive Buck LED Treiber geht. Er lässt sich einfach und kompakt aufbauen, funktioniert sehr zuverlässig, und ich hatte noch einen da.
Diesmal habe ich allerdings noch eine Erweiterung benötigt: Die LED soll natürlich nur leuchten, wenn es bereits dunkel ist. Dazu habe ich den DIM Eingang des ICs genutzt um das IC in Abhängigkeit der Solarspannung ein und aus zu schalten. Man könnte auch den Anschluß des Widerstands zur Frequenzeinstellung auf GND ziehen um das IC zu deaktivieren. Da der Treiber aus ist, wenn DIM low ist, ist es erforderlich die Solarspannung zu invertieren, im High Fall darf die Spannung aber 7 V keines Falls überschreiten. Sonst würde wohl der magische Rauch entweichen.
Anhand des Schaltplans lässt sich die Funktion der Einschaltelektronik recht gut erklären.
R7 und R6 sind lediglich Brücken, weil ich mir einen Doublelayer oder Drahtbrücken ersparen wollte. Der MOSFET Q1 und der Widerstand R3 bilden einen einfachen MOS Inverter, der das Einschaltsignal invertieren soll. Damit die Ausgangsspannung nicht die 7 V überschreitet, wird der Teil der Schaltung einfach über die interne Spannung des ICs (dessen Regler praktischerweise einen externen Kondenstor fordert) versorgt.
Ebenso darf auch die Gate-Source Spannung des MOSFETs 20 V nicht überschreiten. Die Solarzelle hingegen kann Maximalspannungen von 40 V liefern. Um einen defekt des MOSFETs zu vermeiden muss also die Spannung begrenzt werden. Hier wird ein hochohmiger Widerstand verwendet und eine LED. So bricht die Spannung am Gate des FETs auf die Durchflussspannugn der LED ein. Man könnte statt der LED auch eine Zener Diode verwenden (dann aber bitte mit der Anode gegen GND). Die Flußspannung der LED reicht hier schon aus, damit der FET ausreichend durchschaltet, in anderen Fällen oder bei anderen MOSFETs kann es nötig sein, dass man mindestens eine 5,6 V Zener Diode einsetzt.
Die Funktion des LED Treibers kann hier nachgelesen werden.
Natürlich gibt es hierzu auch ein Foto der fertigen Schaltung (Die Induktivität habe ich etwas abgeändert...)
Quellen:
Datenblatt LM3406Datenblatt LT3652
Sammlung LED Treiber
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