Solar-Panel selbst gemacht

[ULgeher]

Also, ich habe jetzt so einen Ali-Express Boost-Converter ausgemessen, und zwar diesen hier.

Dazu habe ich eine Schaltung verwendet, die ich früher mal gebaut hatte (siehe unten). Mit ihr kann ich Spannung und Strom an zwei Orten messen, sowie eine programmierbare Last regeln, und das Ganze ist mikroprozessor-gesteuert. Damit kann ich z.B. die Lade- und Entladekurven von Akkus ausmessen, oder den Maximum Power Point eines Panels "scannen".

Heraus kam dabei folgendes:

"out" bezieht sich dabei auf die USB-Seite, "in" auf die Akku-Seite (hier hing statt eines Akkus ein Labornetzgerät dran, bei welchem ich die Spannung einstellen konnte). "Efficiency" ist die Effizienz des Boost-Konverters. also Pout/Pin. Gut sichtbar ist, dass die Effizienz von der Last abhängt, und nicht überraschenderweise auch von der Eingangsspannung. Je grösser die Spannungsdifferenz ist, desto weniger hoch ist die Effizienz (vgl. letzte zwei Zeilen in der Tabelle). Insgesamt liegt sie so um die 90%, ausser die Last oder die Eingangsspannung ist sehr gering. Dann überwiegt der Eigenverbrauch bzw. die Spannungdifferenz, um die die Energie "hochgepumpt" werden muss, ist hoch.

Dies ist meiner Meinung nach ein sehr guter Wirkungsgrad. So ein Schaltregler ist nicht trivial. Die Schaltelemente müssen verlustarm arbeiten, und ebenso muss die Energie verlustarm in der Spule "zwischengelagert" werden, was gewisse Anforderungen an deren Aufbau und Kernmaterial stellt.

Für Interessierte hier noch Photos des Messaufbaus (ein grosser Teil der Elektronik (die SMD-Bauteile) ist direkt auf die Unterseite der Platine gelötet und hier deshalb nicht sichtbar). Doppelseitige Platinen ätze ich normalerweise nicht selber, und die Grösse des Aufbaus war hier egal.

 

 

Bearbeitet 21. April 2021 von ULgeher

[ChristianS]

@ULgeher Boah, was für ein Aufwand! Danke für die Messung! Also kann man beim Ali-Boostconverter etwa mit 90% Effizienz rechnen.

Also müssten theoretisch bei meinem 37Wh LiPo am USB-Ausgang des Boostconverters etwa 33Wh nutzbar "rauskommen". Natürlich gibt es noch ein paar Prozent andere Verluste. Es waren aber nur 23,8Wh (64%).

Mein Vergleichscheck mit der technisch ähnlichen Tqka-Powerbank hat 31,6Wh (85%) gebracht, wie machen die das? Das ist in Summe die Effizienz, die ich für die knappe Sonnenenergie mindestens haben möchte.

• Vom Kaufpreis her lässt sich schließen, dass in der Powerbank nicht die allerbeste, aber gute Technik verbaut ist.
• Das Gewicht lässt schließen, dass darin auch keine größere LiPo-Zelle als meine verbaut ist. (Powerbank etwa 220g vs. LiPo nackt 150g, die Hightech NB10000 schafft eine ähnliche Kapazität mit insgesamt 150g)
• Das Alter der Powerbank ist deutlich höher als bei der neuen LiPo-Zelle, die Anfang 2021 als Produktionsdatum ausweist

Ich hätte einfach die Tqka-Powerbank aufschneiden und die Komponenten verwenden sollen, wäre am Ende billiger geworden

[ULgeher]

vor 9 Stunden schrieb ChristianS:

@ULgeher Boah, was für ein Aufwand! Danke für die Messung! Also kann man beim Ali-Boostconverter etwa mit 90% Effizienz rechnen.

OT: Das war nicht so schlimm, hat bloss etwa 15 Minuten gedauert (aber ich hatte die Schaltung schon). Mit zwei normalen Widerständen und einem Multimeter wäre das aber auch gegangen: Ein Widerstand zwischen Netzgerät und Wandler, einen als Last hinter den Wandler. Dann an beiden Widerständen den Spannungsabfall messen -> Eingangs- und Ausgangsstrom, plus die Eingang- und Ausgangsspannung am Wander -> Leistung ausrechnen.

vor 9 Stunden schrieb ChristianS:

Also müssten theoretisch bei meinem 37Wh LiPo am USB-Ausgang des Boostconverters etwa 33Wh nutzbar "rauskommen". Natürlich gibt es noch ein paar Prozent andere Verluste. Es waren aber nur 23,8Wh (64%).

Ich glaube, der Denkfehler hier ist, die spezifizierte Kapazität als korrekt und für Dich nutzbar anzunehmen. Für mich ist völlig unklar, ob diese überhaupt stimmt (häufig ist sie zu hoch angegeben), und unter welchen Bedingungen diese gemessen wurde (Stromentnahme, Entladespannungsbereich). Der Effizienztest würde darin bestehen, den Akku aufzuladen (und dabei genau zu messen, wieviel Energie reingeht), und ihn anschliessend wieder zu entladen (und wieder zu messen, wieviel Energie dabei entnommen wird), und das Ganze am besten ein paar Mal hintereinander, damit beim Laden und Entladen diesselben Endpunkte verwendet werden. Wie gesagt, ich habe das gemacht (mit oben beschriebener Schaltung) und in mAh gemessen kommt praktisch 100% von dem wieder raus, was reingepumpt wurde, im mWh aber nicht wegen der Wärmeverluste.

Ein Unterschied zwischen nackten Akkus und den Powerbanks ist wohl auch, dass bei den Powerbanks die Kapazität für einen bestimmten Einsatzbereich angegeben ist (nämlich die Entnahme über den USB-Port). Ich würde sogar davon ausgehen, dass eine Powerbank, die mit 30Wh spezifiziert ist, innen Akkus mit z.B. nominal 45Wh verbaut hat, nur siehst Du das nicht von aussen.

Wenn Du mit der Kapazität des Akkus nicht zufrieden bist, musst Du eben einen anderen Akku kaufen und ausprobieren, ob dieser die Kapazität erreicht, die Du benötigst. Am Ende wird wohl das Verhältnis von Kapazität zu Gewicht relevanter sein als was auf dem Akku aufgedruckt ist.

Bearbeitet 22. April 2021 von ULgeher

[ChristianS]

vor 3 Stunden schrieb ULgeher:

Ich glaube, der Denkfehler hier ist, die spezifizierte Kapazität als korrekt und für Dich nutzbar anzunehmen. Für mich ist völlig unklar, ob diese überhaupt stimmt (häufig ist sie zu hoch angegeben), und unter welchen Bedingungen diese gemessen wurde (Stromentnahme, Entladespannungsbereich).

Da gebe ich dir völlig Recht und ich sehe die spezifizierte Kapazität auch nicht als korrekt an.

Aber: Alle Zell- und Powerbank-Hersteller machen ähnlich optimistische Angaben zu ihren Produkten. Deswegen meine Vergleichstests mit anderen Produkten, die ähnlich optimistisch deklariert sind. Und dieser Vergleich hat für mich ergeben, dass man 85% des angegebenen Energieinhaltes praktisch nutzen und erwarten kann.

Dass ausgerechnet mein Akku so dermaßen deutlich schlechter sein soll, kann ich erstmal nicht glauben. Deswegen der Vergleich mit den 3x18650er mit je 3400mAh, die in Kombination mit meiner Elektronik auch sehr wenig nutzbare Kapazität zeigen. Und gerade diese Zellen haben einen sehr guten Ruf, werden viel von Taschenlampenfans u.ä. vermessen.

Daher vermute ich weiter hartnäckig, dass irgendwo bei meiner verwendeten Elektronik der Wurm drin ist.

vor 3 Stunden schrieb ULgeher:

 

Ein Unterschied zwischen nackten Akkus und den Powerbanks ist wohl auch, dass bei den Powerbanks die Kapazität für einen bestimmten Einsatzbereich angegeben ist (nämlich die Entnahme über den USB-Port).

Das mache ich ja auch mit der Messung nach dem USB Boostconverter.

vor 3 Stunden schrieb ULgeher:

Ich würde sogar davon ausgehen, dass eine Powerbank, die mit 30Wh spezifiziert ist, innen Akkus mit z.B. nominal 45Wh verbaut hat, nur siehst Du das nicht von aussen.

Genau das glaube ich eben nicht! Dann müsste das Gewicht deutlich höher sein, denn die Akkutechnologie ist überall etwa die gleiche. Und es gibt auch Leute, die ihre Powerbanks öffnen und sich die Zelle angucken, z.B. bei der 10000er TNTOR steckt nur ein 9000mAh-LiPo drin (gibts Bilder im Netz).

[Gast]

vor 5 Minuten schrieb ChristianS:

z.B. bei der 10000er TNTOR steckt nur ein 9000mAh-LiPo drin (gibts Bilder im Netz).

Das hat dann aber nix mehr mit "optimistischer Beschriftung" zu tun, das ist dann ganz einfach Betrug !

[ULgeher]

 

vor 6 Stunden schrieb ChristianS:

Genau das glaube ich eben nicht! Dann müsste das Gewicht deutlich höher sein, denn die Akkutechnologie ist überall etwa die gleiche. Und es gibt auch Leute, die ihre Powerbanks öffnen und sich die Zelle angucken, z.B. bei der 10000er TNTOR steckt nur ein 9000mAh-LiPo drin (gibts Bilder im Netz).

Das kann eigentlich nicht sein. Denn 9000mAh bei 3.7V wären bei ideal funktionierendem Schaltregler gerade noch knapp 6700mAh bei 5V. Etwas anderes ist physikalisch unmöglich, dann kannst Du nämlich ein Perpetuum Mobile bauen

Aber um zu Deinem ursprünglichen Anliegen zurückzukommen: Hast Du eine eigene Messung der Spannung in vollem und in leerem Zustand (ohne Last)? Die 3.3V und 4.1V sind soweit ich das verstehe Datenblatt-Angaben zum Adafruit und Boost-Konverter. Vielleicht gibt es da bereits Abweichungen.

Dann kämen als Fehler noch Widerstände in den Kabeln und Lötstellen in Frage. Bereits kleine Widerstände (z.B. schlechte Batteriekontakte) können zu einem früheren Lade- und Entladeschluss führen, da die Spannung auf der Elektronikseite dann beim Laden zu hoch und beim Entladen zu tief gemessen wird...

Aus Interesse habe ich mal das Datenblatt des NCR-Akkus angeschaut, den Du in einer Deiner Powerbanks hast. Nominal hat diese 3400mAh, aber bereits im Datenblatt stehen etwas kleinere Zahlen und "min. 3200mAh". Wie ist die Kapazität nun gemessen? Da wird bis 2.5V runter entladen !!! Das "Ladediagramm" beginnt interessanterweise aber bei 3.3V, nicht bei 2.5V (unten nicht eingefügt).

Der Entladestrom im Diagramm unten links bezieht sich auf fette 3.3A (1C)! Wenn man damit nur bis 3.3V entlädt, schrumpft die Kapazität bereits beträchtlich (bei 25°C sind es noch 2200mAh, bei  0°C  gerade noch 1600mAh). Selbst bei geringen Entladeströmen wie z.B. 660mA (0.2C im Diagramm rechts) sind es bei "optimistischen" 25°C nur 2700mAh, wenn bis 3.3V Entladen wird (alle roten Linien sind von mir eingefügt).

Daraus entnehme ich, dass sich die Nennkapazität niemals entnehmen lässt, ausser vielleicht wenn man eine Schädigung des Akkus riskiert und unter optimalen Bedingungen arbeitet (hohe Temperatur, sehr geringer Entnahmestrom).

Mit ist schon klar, dass dies die trotzdem besseren Messungen bei Deinen Powerbanks nicht erklärt. Es zeigt aber, wie "schwammig" Kapazitätsangaben generell sind...

 

Bearbeitet 22. April 2021 von ULgeher

[ChristianS]

vor 4 Stunden schrieb ULgeher:

Das kann eigentlich nicht sein. Denn 9000mAh bei 3.7V wären bei ideal funktionierendem Schaltregler gerade noch knapp 6700mAh bei 5V. Etwas anderes ist physikalisch unmöglich, dann kannst Du nämlich ein Perpetuum Mobile bauen

Schon klar, das geht auch schon Richtung Betrug. Aber das zeigt, dass die Hersteller eher kleinere Zellen als angegeben verbauen.

vor 4 Stunden schrieb ULgeher:

Hast Du eine eigene Messung der Spannung in vollem und in leerem Zustand (ohne Last)? Die 3.3V und 4.1V sind soweit ich das verstehe Datenblatt-Angaben zum Adafruit und Boost-Konverter.

Nein, das waren Werte von meinen Messungen. Nach dem Aufladen hatte der LiPo 4,1V, nach dem Entladen hatte er 3,3V Restspannung.

vor 4 Stunden schrieb ULgeher:

Dann kämen als Fehler noch Widerstände in den Kabeln und Lötstellen in Frage. Bereits kleine Widerstände (z.B. schlechte Batteriekontakte) können zu einem früheren Lade- und Entladeschluss führen, da die Spannung auf der Elektronikseite dann beim Laden zu hoch und beim Entladen zu tief gemessen wird...

Kann natürlich dazu kommen und sich aufaddieren, ich hatte alles mit relativ kurzen Kabeln verlötet, auch wenn ich sie für den finalen Zusammenbau weiter kürzen könnte. Allerdings bin ich mir bei diesen Steckkontakten auf der Adafruit-Platine nicht sicher, wie gut die sind.

vor 5 Stunden schrieb ULgeher:

Aus Interesse habe ich mal das Datenblatt des NCR-Akkus angeschaut, den Du in einer Deiner Powerbanks hast. Nominal hat diese 3400mAh, aber bereits im Datenblatt stehen etwas kleinere Zahlen und "min. 3200mAh". Wie ist die Kapazität nun gemessen? Da wird bis 2.5V runter entladen !!! Das "Ladediagramm" beginnt interessanterweise aber bei 3.3V, nicht bei 2.5V (unten nicht eingefügt).

Der Entladestrom im Diagramm unten links bezieht sich auf fette 3.3A (1C)! Wenn man damit nur bis 3.3V entlädt, schrumpft die Kapazität bereits beträchtlich (bei 25°C sind es noch 2200mAh, bei  0°C  gerade noch 1600mAh). Selbst bei geringen Entladeströmen wie z.B. 660mA (0.2C im Diagramm rechts) sind es bei "optimistischen" 25°C nur 2700mAh, wenn bis 3.3V Entladen wird (alle roten Linien sind von mir eingefügt).

Daraus entnehme ich, dass sich die Nennkapazität niemals entnehmen lässt, ausser vielleicht wenn man eine Schädigung des Akkus riskiert und unter optimalen Bedingungen arbeitet (hohe Temperatur, sehr geringer Entnahmestrom).

Sehr interessant, so genau habe ich mir das gar nicht angeguckt. Bis 2,5V entladen, so ein Schwachsinn.

Aber auch mit den NCR18650B im China-Powerbank-Gehäuse habe ich immerhin 76% der Nennkapazität rausgekriegt, mit den gleichen Akkus an der Adafruitplatine mit dem Ali-Boostconverter nur 55%. Also entweder reizen die käuflichen Fertigpowerbanks den Spannungsbereich deutlich mehr aus (z.B. von 2,9-4,2V auf Kosten der Langlebigkeit) als meine Kombi oder mein Boostconverter ist ein ineffizientes Montagsmodell. Oder die Kombination aus beidem

[ChristianS]

Am 21.4.2021 um 12:47 schrieb Sunny20:

Wie viel kostet es ein Panel selber zu bauen und wo bestellt ihr die Teile? 

Also kostenseitig ist das Projekt eine Katastrophe, viel Ausschuss und Fehlversuche. Daher möchte ich das gar nicht beziffern.

Die wichtigsten Bezugsquellen sind doch hier im Thread verlinkt. Bei Standardsachen hilft Google oder Bing oder Yahoo oder...

[ChristianS]

Das Thema hat mir keine Ruhe gelassen und da ich eh schon zuviel Geld in dem Projekt versenkt habe, habe ich mir noch den Adafruit Boostconverter Powerboost 1000 Basic bestellt. Wurde recht schnell geliefert und so konnte ich flugs einen erneuten Entladetest machen, hier das Ganze im Zeitraffer:

Leider ist das Display nicht ganz scharf, aber man kann die Wh-Zahl doch ganz gut entziffern. Bei 31,9Wh hat der Boostconverter abgeschaltet und man sieht ganz nett, wie vorher noch die Akku-WarnLED angeht. Also 86% des Nennenergiegehalts! Geht doch, mit diesem Wert kann ich gut leben. Also war mein Ali-Boostconverter irgendwie Murks. Das Teil von Adafruit wird auch nicht brennend heiß, nur leicht warm. Jetzt kann es weiter gehen!

 

[ChristianS]

Neuer Zwischenstand:

Ich habe den LiPo in dieses Alu beschichtete Windschutzscheibenzeug für mechanischen und thermischen Schutz eingewickelt. Dann die Platinen auf ein leichtes Sperrholzbrettchen geklebt und das Ganze erstmal provisorisch in Segmente von Blisterpackungen eingepackt. So ist es erstmal ganz gut geschützt, recht leicht und man kann die LEDs noch sehen. 

Gesamtgewicht liegt bei 207g.

[ChristianS]

Endlich hatte ich wieder genug Zeit das Laminieren des Panels in Angriff zu nehmen. Dabei bin ich doch wieder beim Handlaminierverfahren mit anschließender Pressung geblieben, weil ich für Vakuumierung keine zuverlässige Ausstattung und Erfahrung habe. 

Und so sieht das aktuelle Ergebnis aus:

Ein paar wenige Lufteinschlüsse gab es auch diesmal, was aber nur noch eher die Ästhetik als die Funktion beeinträchtigt. 

Auf der Rückseite habe ich einen Rand und ein Verstärkungskreuz aus 3mm Styrodur einlaminiert, um die Steifigkeit zu erhöhen. 

Vom Laminierprozess habe ich eine Zeitrafferaufnahme gemacht, in der man den Laminataufbau ganz gut sehen kann, aber das kommt später 

Grob zugeschnitten bringt das Panel nun 190 Gramm auf die Waage. Etwas mehr als zuerst erhofft, aber die Verstärkung der ursprünglich kalkulierten Konstruktion wiegt natürlich. Wenn man jedoch als Benchmark das käufliche Solbian Energyflyer mit seinen 360g heran zieht, ist es immer noch sehr leicht. 

Nun müssen noch die Feinarbeiten folgen und ich bin gespannt, was es elektrisch kann...

[ChristianS]

Am 26.4.2021 um 18:10 schrieb ChristianS:

Boostconverter Powerboost 1000 Basic

Inzwischen habe ich eine kontraproduktive Eigenschaft des Boostconverters kennen gelernt: Hänge ich mein schnellladefähiges Smartphone zum Laden an, aktiviert sich immer die Schnellladefunktion und der Boosrconverter produziert eine große Verlusthitze. Am Ende kriege ich statt zwei vollständiger Smartphoneladungen nur noch ca. 1,2 Ladungen raus. Leider hilft es nichts, wenn ich in den Smartphoneeinstellungen das Schnellladen deaktivieren, es lädt trotzdem schnell. Ich habe zwar in den Specs gelesen, dass die Schaltung bis 4A Ladestrom kann, mir aber nichts weiter bei gedacht. 

Hat jemand eine Idee, wie man die Ladeschaltung zu 1A Ladestrom überreden kann, damit sie möglichst effizient bleibt?

[ULgeher]

vor 15 Stunden schrieb ChristianS:

Inzwischen habe ich eine kontraproduktive Eigenschaft des Boostconverters kennen gelernt: Hänge ich mein schnellladefähiges Smartphone zum Laden an, aktiviert sich immer die Schnellladefunktion und der Boosrconverter produziert eine große Verlusthitze. Am Ende kriege ich statt zwei vollständiger Smartphoneladungen nur noch ca. 1,2 Ladungen raus. Leider hilft es nichts, wenn ich in den Smartphoneeinstellungen das Schnellladen deaktivieren, es lädt trotzdem schnell. Ich habe zwar in den Specs gelesen, dass die Schaltung bis 4A Ladestrom kann, mir aber nichts weiter bei gedacht. 

Hat jemand eine Idee, wie man die Ladeschaltung zu 1A Ladestrom überreden kann, damit sie möglichst effizient bleibt?

Der Wirkungsgrad des Step-up converters dürfte nicht schlechter werden, aber der Verlust dürfte im Akku auftreten, siehe die Entladekurven hier rechts unten (bei 2C hast du weniger als die Hälfte der Kapazität verglichen mit 0.2C Entladestrom):

Teilweise kann die "Stromlieferkapazität" über die Beschaltung von D+ und D- am USB-Port festgelegt werden. Du müsstest also diese beiden USB-Leitungen entsprechend beschalten.

Mein Verständnis ist, dass wenn D+ und D- über einen Widerstand (15k) auf Masse (GND) liegen ein "normaler" USB-Port angenommen wird und max 500mA gezogen werden dürfen. Allerdings sollte der Port sich dann auch wie ein normaler Port verhalten und "kommunizieren". Wenn D+ und D- verbunden sind sollten max 1.5A gezogen werden können. Das ist in vielen Steckerladegeräten so implementiert, und diese "kommunizieren" nicht.

D+ und D- sind auf Deiner Platine bereits beschaltet (https://learn.adafruit.com/assets/18517). Du müsstest also entweder diese Widerstände entfernen und ersetzen, oder einen kleineren nach Masse drüberlöten und schauen, was passiert. Oder das Kabel "manipulieren" indem Du die D+ und D- Leitungen nicht zur Ladeelektronik durchführst sondern beide separat über einen Widerstand mit GND verbindest (500mA) oder beide verbindest (1.5A).

Aber ob sich Dein Phone dann entsprechend verhält ist nicht gesagt.

Mehr Infos hier:

https://obddiag.net/usb-power.html

https://microchipdeveloper.com/usb:bc12

https://electronics.stackexchange.com/questions/93409/emulating-a-usb-standard-downstream-port-charging-application

 

Bearbeitet 18. Mai 2021 von ULgeher

[ChristianS]

@ULgeher

Cool, danke für deinen detaillierten Input! Da muss ich mich in die Thematik erstmal einarbeiten und schauen, ob ich mit meinen grobmotorischen Fähigkeiten überhaupt Änderungen an der Miniplatine löten kann Ich werde berichten, ob ich das Problem in den Griff kriegen konnte.

[ULgeher]

vor 50 Minuten schrieb ChristianS:

@ULgeher

Cool, danke für deinen detaillierten Input! Da muss ich mich in die Thematik erstmal einarbeiten und schauen, ob ich mit meinen grobmotorischen Fähigkeiten überhaupt Änderungen an der Miniplatine löten kann Ich werde berichten, ob ich das Problem in den Griff kriegen konnte.

Das einfachste, um zu sehen ob das überhaupt klappt, wäre ein altes Kabel zu "schlachten" (in der Mitte entzweischneiden oder D+/D- herauspräparieren und V+ und GND belassen). Dann kannst du die Datenleitungen verbinden (zum Phone hin) und der Ladestrom sollte sich auf 1.5A reduzieren. Wenn du damit Erfolg hast, kannst du die beiden Datenleitungen "im Kabel" mit je 15k mit GND verbinden. Falls das klappt und sich der Ladestrom auf 500mA reduziert kannst du immer noch entscheiden, ob du dich an die Modifikation der Platine wagst.

Bearbeitet 18. Mai 2021 von ULgeher

[ChristianS]

vor 36 Minuten schrieb ULgeher:

Das einfachste, um zu sehen ob das überhaupt klappt, wäre ein altes Kabel zu "schlachten" (in der Mitte entzweischneiden oder D+/D- herauspräparieren und V+ und GND belassen). Dann kannst du die Datenleitungen verbinden (zum Phone hin) und der Ladestrom sollte sich auf 1.5A reduzieren. Wenn du damit Erfolg hast, kannst du die beiden Datenleitungen "im Kabel" mit je 15k mit GND verbinden. Falls das klappt und sich der Ladestrom auf 500mA reduziert kannst du immer noch entscheiden, ob du dich an die Modifikation der Platine wagst.

Eine sehr gute Idee, werde ich ausprobieren! Im Idealfall kann ich dann die Ladegeschwindigkeit mit der Wahl des Kabels steuern Manchmal muss es ja auch schnell gehen...

Auf der Adafruit-Website habe ich noch folgende Info gefunden:

Zitat

On the output side, the USB connector can be soldered on to create a portable 'USB power pack'. The two data lines on USB have resistor dividers that match Apple charger values so that you can plug any iOS device in to charge. 99% of other phones, devices and tables are totally cool with these resistors as well. You can always short the D+ and D- lines if you happen to have a phone that wants shorted data lines.

D.h., wenn ich es richtig verstehe, kann man mit dem Kurzschluss von D+ und D- ein "dummes", langsameres Laden erzwingen.

[ULgeher]

vor 49 Minuten schrieb ChristianS:

D.h., wenn ich es richtig verstehe, kann man mit dem Kurzschluss von D+ und D- ein "dummes", langsameres Laden erzwingen.

Genau, das ist was ich oben beschrieben habe. Dann sollte das Laden auf 1.5A beschränken sein. Allerdings müssen dann die Widerstände auf der Platine weg.

Noch langsamer (und effizienter) wäre es, mit den 500mA zu laden, die von einem normalen USB-Port bezogen werden können (also wenn z.B. das Phone am Computer hängt). Das geht mit den 2x 15kOhm gegen Masse (wobei genau genommen dann der Port mit dem zu ladenden Gerät über die Datenleitungen "sprechen" sollte - ob das Phone das aber prüft ist eine andere Sache).

Gewisse Geräte interpretieren verbundene D+ und D- allerdings als "ich kann soviel Strom beziehen, bis die Spannung abzusinken beginnt". Also ausprobieren.

Bei einem normalen USB-Port dürfen sie das aber keinesfalls. Das wäre der Vorteil der 2x15k gegen Masse (wenn es denn klappt).

OT: Oder du nimmst doch eines dieser Ali-Module. Bei mir funktionieren diese gut und der Ladestrom ist um die 1A.

Bearbeitet 18. Mai 2021 von ULgeher

[ChristianS]

Das Wetter hat die letzten Tage leider nicht richtig mitgespielt, nie war der Himmel wolkenlos, wenn ich Gelegentlich zum Messen hatte. So gibt es erstmal nur eine Indikation, was bei ungetrübten Sonnenschein möglich ist. Messung bei leichten Schleierwolken mittags im Mai:

7,8V mit 1A ergeben fast 8 Watt Ladeleistung. Und zwischen zwei Wolken meine ich kurz die 1,5A gesehen zu haben, kann es aber noch nicht belegen. Wie effektiv die Energie dann im Akku landet, kann ich leider nicht messen. 

[ChristianS]

Hier noch ein kleines Making-Of Video:

 

[ChristianS]

Moin Gemeinde,

ich spiele mit dem Gedanken eine etwas kleinere Version 3.0 zu bauen, diesmal mit Vakuumtechnik und einem 5V-USB-Ausgang wie bei den käuflichen Lösungen, um flexibler direkt diverse Geräte per USB anschließen zu können, z.B. das Smartphone, eine Powerbank, eine Kamera o.ä.

Dabei stellt sich die Frage: Welche Kauf-Schaltung mit USB-Ausgang transformiert die Energie von 10 in Reihe geschalteten Solarzellen am effektivsten?

Zwei Exemplare habe ich mir von Ali bestellt:

Nr. 1

Nr. 2

Kann jemand von den Elektronik-Kundigen beurteilen, welche Schaltung die Bessere ist?

Oder gibt es noch andere bessere? Evtl. auch welche mit USB-C-Ausgang? Da habe ich bisher nix gefunden...

 

Danke für Tips und Hinweise!

[whr]

Ist es nur wegen des MYOG-Gedankens? - Leistung pro Gewicht ist bei Deinem Eigenbau nicht besser als bei billigen China-Panels. 5 V 1 A am USB-Ausgang für 100 g.

[ULgeher]

vor 22 Stunden schrieb ChristianS:

ich spiele mit dem Gedanken eine etwas kleinere Version 3.0 zu bauen, diesmal mit Vakuumtechnik und einem 5V-USB-Ausgang wie bei den käuflichen Lösungen, um flexibler direkt diverse Geräte per USB anschließen zu können, z.B. das Smartphone, eine Powerbank, eine Kamera o.ä.

Dabei stellt sich die Frage: Welche Kauf-Schaltung mit USB-Ausgang transformiert die Energie von 10 in Reihe geschalteten Solarzellen am effektivsten?

Kann jemand von den Elektronik-Kundigen beurteilen, welche Schaltung die Bessere ist?

Oder gibt es noch andere bessere? Evtl. auch welche mit USB-C-Ausgang? Da habe ich bisher nix gefunden...

Ich habe mit solchen Schaltungen weiterexperimentiert, und hatte auf dem südlichen Kungsleden eine selbstgebaute Ladeschaltung dabei, die gut funktioniert hat. Mit dieser konnte ich Ladestrom und Spannung messen und anzeigen. Mich hat dabei vor allem interessiert, unter welchen Bedingungen ich den 18650er-Akku überhaupt noch vernünftig laden konnte. Bisher ist das alles noch auf einer selbstgefertigten Platine aufgebaut, und ich bin gerade daran, das zu miniaturisieren und eine Platine kommerziell fertigen zu lassen.

Meine Erkenntnis aus dieser (und vorangehenden) Basteleien ist, dass es bei kleinen Panels am effektivsten ist, den Akku direkt mit einem Linearregler zu laden.  Wieso ist hier erklärt:

In meinem Fall habe ich das Panel mit einem MOSFET direkt mit dem Akku verbunden (zum Laden).

Im neuen Setup sieht das etwas anders aus, da habe ich nach der Schottkydiode eine Strommessschaltung drin.

Auf was ich hinaus will: Der Pfad Panel -> Akku ist relativ unkritisch, wenn das Panel um die 5V liefert.

Das weitaus grössere Problem ist die Ladeschaltung für die Verbraucher (also der Pfad Akku -> USB Ausgang). Da gibt es fertige Module, so wie die, die du oben verlinkt hast. Ich habe solche mit den Injoinic IP5305 und IP5306-Schaltreglern verwendet. Diese funktionieren zwar, bei den kleinen Modulen ist die Wärmeabfuhr aber nicht gewährleistet. Ich habe am Ende die USB-Buchse mit Hochtemperaturepoxy auf ein Alustück geklebt, und dieses ins Gehäuse eingesetzt. Ohne diesen Kühlkörper hat die Laderei zwar mit ca. 1.2 A angefangen, nach kurzer Zeit konnte dieser Strom aber nicht mehr aufrechterhalten werden und wurde sehr stark runtergeregelt. Mein Handy hat das gar nicht gerne gehabt und dann komplett aufgehört, sich aufzuladen. Mit Kühlung ging das dann.

In kommerziellen Powerbanks ist die Elektronik mit viel Masse verbunden, so dass die entstehende Wärme gut verteilt und über die Buchse und Gehäuseoberfläche abgeführt werden kann (die PBs werden deshalb ja fühlbar warm).

Im neuen Projekt wird deshalb der IP5305 (das nackte IC, keine fertigen Module) direkt auf eine Platine mit grosser Massefläche gelötet. So sollte die Wärme über viel mehr Fläche verteilt werden. Ausserdem werde ich die Platine mit einem Wärmeleitpad mit der Rückwand des Gehäuses verbinden. Weiter versuche ich, die Verbraucher nur mit 500mA zu laden. Geschwindigkeit ist ja nicht das Thema, wenn ich nachts im Zelt lade.  Und tagsüber kann ich den überschüssigen Ladestrom ja im Akku zwischenspeichern.

Ich würde deshalb in deinem Projekt darauf achten, dass die entstehende Wärme gut von diesen Minimodulen weg kann. Die Laderei des Akkus selbst (verwendest du nackte Li-Ionen-Akkus oder eine PB mit integriertem Laderegler?) sollte weitgehend unkritisch sein.

 

 

Bearbeitet 25. Januar 2023 von ULgeher

[ULgeher]

Beim wiederholten Lesen deines Posts scheint mir, dass du direkt mit dem Panel laden möchtest. Das wird ohne Akku-Unterstützung kaum gehen. Der Grund ist, dass sobald die Stromzufuhr unterbrochen oder reduziert wird (Schatten, z.B. Wolke), die Verbraucher beleidigt sein werden und den Ladevorgang unterbrechen werden. Ich würde deshalb folgendes Setup verwenden

roter Pfad: das Panel liefert mehr Strom als benötigt, der Überschuss geht in den Akku

grüner Pfad: das Panel liefert weniger Strom als das zu ladende Gerät benötigt, der Akku liefert die Differenz

Das bedeutet aber, dass du entweder getrennte Lade- und Entladeregler benötigst, oder einen Regler, der das alles integriert.

[ChristianS]

vor 23 Stunden schrieb whr:

Ist es nur wegen des MYOG-Gedankens? - Leistung pro Gewicht ist bei Deinem Eigenbau nicht besser als bei billigen China-Panels. 5 V 1 A am USB-Ausgang für 100 g.

Klar macht mir MYOG auch Spaß, aber ich erhoffe mir auch eine Verbesserung.

Mein Billo-China-Panel wiegt bei ca. 243cm² aktiver Fläche ca. 85g. Das schafft aber die 5V/1A nur unter Laborbedingungen im Süden, wenn überhaupt. Auf Tour in Dänemark war mir das zu wenig.

Mein Prototyp wiegt bei ca. 537cm² aktiver Fläche ca. 100g. Da kommen dann im deutschen oder skandinavischem Sommer auch echte 5-6 Watt raus.

Also für etwa 15g Mehrgewicht mehr als doppelt so viel Leistung. Das ist für mich eine Verbesserung.

[ChristianS]

@ULgeher Hey, vielen Dank für deine sehr umfangreichen Beiträge!

Ich möchte diesmal aber ganz stumpf wie bei den kleinen China-Panels einen USB-Ladeport direkt am Panel haben. Das ist für das Laden der LiIon-Zellen zwar nicht ideal, aber ich möchte flexibler sein, was ich ans Panel anschließe. Am Rucksack befestigt beim Wandern wird sicherlich eine Powerbank dran hängen, aber bei einer Stunde Mittagspause kann ich direkt auch Handy oder Kamera anschließen und spare mir den Umweg über einen Zwischenspeicher.

Und da ich nicht talentiert genug bin mir selbst Schaltungen aufzubauen, suche ich nach einem fertigen Platinenbaustein, der Spannung (ca. 5,7V) und Strom (ca. 1,1A) vom Panel möglichst gut und stabil an einen USB-Port ausgibt...