Deze website.

Dit is mijn eerste website. Ik heb voor een hele simpele gekozen omdat het me om de inhoud gaat. Het doel van deze website is om mijn ervaring met het bouwen van zonnepanelen zo veel mogelijk te delen, zodat anderen die dit ook willen doen daar misschien wat aan hebben. De website zal regelmatig worden geupdate naarmate mijn project vordert.

Als tool voor deze site heb ik van Kompozer gebruik gemaakt wat een freeware (open-source) tool is. Het is niet de meest simpele tool voor dummies maar na twee avonden had ik de basis website (menu en kleurtjes) klaar en kon ik gaan beginnen met tekst invullen en dat gaat wel heel eenvoudig. Voor het menu en de kleuren heb ik gebruik gemaakt van GregTutor's voorbeelden en om het menu te genereren heb ik gebruik gemaakt van TheSiteWizard.com. Ik heb ColorPic gebruikt om de kleuren te lenen.

Wegens ernstig tijdgebrek en mijn voorkeur om eerst met de praktische kant bezig te zijn, lopen de updates aan deze website enigszins achter. Ik heb een hele berg fotots genomen welke allemaal nog een keer hier geplaatst zouden moeten worden, maar dat gaat nog wel even duren. Daarom een pagina met alleen fotos welke enkel gescaled zijn en met hogere compressie opgeslagen opdat het niet te veel data wordt..... FOTOS. Nog meer FOTOS. Fotos van het eerste 72cells paneel. Fotos van volgende 72 cells paneel, diodes, silica gel in panty en plugwise.

Charger op basis van zonne-energie.

Een van de projecten waar ik al lang over denk is het opladen van apparaten zoals telefoons, oplaadbare batterijen etc. via een systeem wat op zonne-energie werkt. Ik heb nog wel een paar cellen over dus dat begin is er. Maar nu de rest. Omdat de cellen niet altijd dezelfde spanning en stroom leveren en 's nachts al helemaal niets leveren wil ik een systeem met extra batterijen. Deze batterijen worden gedurende de dag geladen en leveren eenmaal vol geladen genoeg vermogen om een telefoon of iets anders op te laden.

Het aantal cellen moet beperkt blijven anders wordt het geheel zo groot. Ik zou kunnen proberen om de cellen te breken, maar dat lijkt erg lastig te zijn. Gebroken cellen leveren nog steeds 0.5V op maar de helft van de stroom. Het probleem is dat ik genoeg voltage moet hebben. Zelfs met een DC-DC up converter heb je een minimale ingangsspanning nodig. Moeten de cellen 5.0V gaan leveren dan heb je minimaal 10 cellen nodig en moet het ook nog met minder licht werken dan heb je nog meer nodig. Dat is een behoorlijke oppervlakte aan cellen en niet echt gewenst.

Voor dit project wil ik zoveel mogelijk spullen gebruiken die ik al heb of waar redelijk goedkoop aan te komen is. Het moet niet meer gaan kosten dan een charger die je in de winkel kan hoe groot de uitdaging ook is. De kosten van de cellen neem ik niet mee.

Basisprincipe.

Laad met zonnecellen een aantal batterijen op. Deze batterijen leveren 5V USB power. In eerste instantie dacht ik eraan om de spanning die van de zonnecellen afkomt omhoog te brengen naar bijvoorbeeld 8V daarmee 5 batterijen laden welke daarna 5V (afgevlakt) leveren. Het nadeel is dat je twee keer DC-DC hebt een keer naar 8V (als zoiets al kan) en dan van iets tussen 6V en 7.5V wat ook nog moet afschakelen bij een te lage spanning (om batterijen niet helemaal leeg te krijgen). Toen kwam ik op internet iets tegen wat MintyBoost heet. Het is een lader op twee batterijen als backup voor je apparaat (telefoon). Het voordeel hiervan is dat het alles al heeft om 5V USB power te leveren op basis van een lagere ingangs spanning. Om twee batterijen te chargen heb je minimaal ongeveer 3.3V nodig. Er moet een diode tussen de batterijen en de cellen en je hebt minimaal 3 volt nodig om twee rechargeables te laden. 3.3V is toch minimaal 6 cellen wat nog steeds een behoorlijke oppervlakte is. Eigenlijk zou ik het nog wel wat kleiner willen zien. Dus misschien toch een tweede dc-dc converter. Het voordeel van een DC-DC op de cel naar batterij is dat je de stroom omlaag brengt en spanning omhoog. Een zonnecel levert maximaal .5V bij 3.5A. Ofwel een zeer lage spanning bij een relatief hoge stroom. Bijna geen enkel apparaat zoals een telefoon kan 3.5A gebruiken. Meestal ligt de laadstroom onder de 1A bij 5V. Wanneer een cel niet in de volle zon ligt (schaduw) dan zakt ook de spanning in. Dat maakt het nog wat lastiger. Een dc-dc converter achter de zonnecel kan in sommige gevallen een variabele ingangsspanning in een vaste uitgangsspanning omzetten. Je zou dan bijvoorbeeld voor 3V kunnen kiezen en een vaste weerstand tussen batterijen en dc-dc converter kan dan voor een laadstroom zorgen die wanneer de batterijen vol zijn een dusdanig lage stroom oplevert dat de interne weerstand van de batterijen dat kunnen opnemen. Je hebt dan geen extra logica nodig om het laden af te schakelen. Overigens weet ik uit ervaring dat je dat sowieso niet gauw nodig hebt bij standaard rechargeables.

Mintyboost.

http://www.ladyada.net/make/mintyboost/parts.html

De mintyboost is een project waar ik van geleerd heb. Met deze mintyboost kan een USB device met slechts twee batterijen worden opgeladen. Het heeft me inzicht gegeven in hoe spanning kan worden verhoogd. Ik ga de mintyboost zelf niet bouwen omdat ik er zelf niet zoveel nut van heb, maar ik wilde het toch even noemen omdat het project voor mij de opstap is geweest naar hetgene waar ik nu aan het bouwen ben.

Twee versies worden er genoemd. Het nadeel van versie 1.2 is de relatief lage stroom. De 2.0 gaat tot 400ma. Wat mij betreft nog steeds redelijk laag. Het blijkt na enig speuren dat er veel meer dc-dc converters zijn die 5V output geven. Bijvoorbeel de MAX1674/1676. Deze zijn op ebay te koop en werken al vanaf .7V Ook kan deze hogere amperages aan. Het enige nadeel is dat de package van dit IC erg klein is. Ofwel erg lastig om te solderen. Het voordeel van deze chip is de .7V minimum. Op die manier zouden twee of drie cellen ruim voldoende zijn om ten alle tijde het geproduceerde vermogen om te zetten naar laadcapiteit. Door bijvoorbeeld 4 halve cellen te nemen kan ik met een klein oppervlakte (15 x 15 cm) max 1.5W opwekken, maar ook lagere spanningen nog steeds omzetten naar een mogelijke laadstroom voor de accu.

Een cel is 15 x 7.5 cm groot (3 x 6 inch) en bevat twee cell ribbon aansluitingen. Het is mogelijk om een cel door midden te breken (in de lengte van cell ribbon) krijg je twee cellen van elk 0.5V bij 1.8A (maximaal). Ofwel als je deze weer in serie zet heb je 1V bij 1.8A. Het grootste probleem is het breken van de cellen. Omdat ik nogal de nodige afval cellen heb ga ik dit eens proberen.

Cellen breken.

Nog nooit gedaan, dus we gaan met wat afval maar eens aan de slag. Gewoon proberen... Het ging eigenlijk verbazingwekkend goed. In elk geval beter dan verwacht. Ergens op internet had ik ooit al een filmpje gezien van iemand die cellen brak maar dat waren wel andere (dikkere) cellen. In elk geval heb ik het vergelijkbaar gedaan:

Breek cel opstelling

Eerste heb ik een glasplaat genomen en daar een halfe cel op afgetekend. Vervolgens de cel erop leggen. Dan een andere glasplaat eroverheen maar wel twee afstandshouders aan het uiteinde van de glasplaat (dus ver weg van het breekpunt). Het resultaat is dat de cel klemt tussen de randen van het glas. Netjes boven elkaar leggen en dan met ander glas breken:

Breek cel met behulp van glas.

En het resultaat is prima:

Breek cel resultaat.

De breuk is echt niet perfect maar er zitten geen barsten in de cel. Dus de cel zal prima functioneren. Een eerste snelle meting liet 0.2V zien en dat is onder lamp licht. Overigens waren dit allemaal cellen die aan een kant al stuk waren. En alleen het gedeelte dat onder het glas zit blijft heel. Het gedeelte waar op gedrukt wordt gaat kompleet kapot. Dus verwacht niet dat je twee kleinere cellen uit een kan maken.

Om het geheel er een beetje mooi uit te laten zien heb ik een fotolijstje in gedachten. Een fotolijst met een dikker rand zodat de batterijen er in kunnen worden geplaatst. Uiteindelijk heb ik de volgende lijst gevonden die daar ideaal voor lijkt te zijn. Hij kost wel 7E:

Fotolijstje

Deze lijst is 24x18 cm en daar zouden precies 6 halve cellen in moeten passen. Na eerst de cellen van wire voorzien te hebben, heb ik ze op een kartonnen plaat aangebracht en de cellen onderling doorverbonden. Dit was het makkelijke gedeelte. Ik heb nu een fotolijst met daarin 6 halve cellen die 3V, 1.5A in theorie maximaal zouden moeten kunnen leveren.

Fotolijst met cellen

Onder een felle lamp lukte het om ruim 3V te halen, gemeten op open klemspanning. Nu moet er iets komen wat deze energie opslaat in batterijen. Daarbij zijn er een heleboel mogelijkheden te bedenken. Als doel heb ik om apparaten die van een USB connector zijn voorzien op te laden. Een USB connector levert standaard 5V en 100ma startup en max 500ma in PC. Echter chargers bieden tegenwoordig vaak hogere amperages aan, wel tot 850ma. Als je een telefoon wilt laden heb je vaak wel een behoorlijk laadstroom nodig anders gaat ie gewoon niet laden, daarom wil ik minimaal 500ma kunnen aanbieden en eigenlijk nog wel meer. Dus uiteindelijk moet er langs een USB connector 5V bij minimaal 500ma (indien mogelijk) uit komen.

Omdat de cellen 3V leveren moet er op een moment de spanning opgevoerd worden naar deze 5V. Dit kan gebeuren van cellen naar accu or van accu naar uitgang. Na wat gepuzzel denk ik dat het het beste is om 5 batterijen NiCd te nemen in serie en deze op te laden. Deze 5 leveren dan een spanning op van 5.5V tot max. ongeveer 7.5V. Deze batterijen kunnen dan via een voltage regulator op 5V gebracht worden.

Elektronica

Let op: Geen van onderstaande schemas is door mij gebouwd. Sommige zijn gekopieerd van andere sites/document, maar andere zijn door mij bedacht. Maar geen enkel schema is daadwerkelijk tot op heden door mij gebouwd of geprobeerd.

Lader project.

Voor het lader project onderscheid ik drie dingen. Het eerste is de lader die van energie van het zonnepaneel een laadstroom creert waarmee batterijen (5) kunnen worden geladen. Het tweede is een spanningsregelaar welke via USB connector +5V levert en als laatste wil ik een batterij lader om herlaadbare batterijen mee op te kunnen laden.

Het laden van batterijen op zonne energie.

Het laden van de batterij is het lastigste gedeelte. Om de spanning omhoog te brengen gebruiken ik een lm2623. De lm2623 is een dc-dc step up converter. Hij kan van een "variabele" ingangsspanning een vast hogere uitgangsspanning maken. Vanuit deze spanning wordt via een weerstand een stroom voor het laden van de batterijen gehaald. Omdat de capaciteit van de zonnecellen op een maximum van ongeveer 3V bij 1.5A ligt is de hoeveelheid vermogen die beschikbaar is voor het laden beperkt. Dus gaan we uit van een iets hogere uitgangsspanning en iets lagere stroom (in vergelijking met het laden van de batterijen in de schuur). Uiteindelijk kom ik uit op een spanning van 9.05V bij 200ma. Dat levert ongeveer een maximum stroom op van 400ma als de batterijen leeg zijn en dat is wel ongeveer het maximum wat de lm2623 kan leveren bij de gegeven ingangs vermogen en het verlies van de lm2623.

dc-dc

Het schema is min of meer overgenomen uit de documentatie van national. Ik heb zelf erg veel moeite om te beoordelen of dit gaat werken en ik vermoed dat ik nog wel wat component waardes moet aanpassen, maar hoop dat het gaat werken. Hier mijn uitleg voor de gekozen waardes van de verschillende componenten. D1 is een schottky waarvan ik er een paar heb omdat deze ook in de zonnepanelen worden gebruikt. Daarom dit type. Het is een SMD, maar dat is op te lossen. De LM2623 is een uSOIC8 (erg klein) en daarvoor koop ik een extra converter board. L1 is 4.7 uH omdat dat in alle voorbeeld schemas wordt gebruikt. R1 en R2 zijn waardes gekozen op voorbeelden, maar moeten misschien een beetje worden aangepast. Ze hebben invloed op de rimpel van de uitgangsspanning. R3 en R4 zorgen voor de gewenste uitgangsspanning. Deze is gezet op 9.0V. C2 zou een tantaal moeten zijn om de rimpel weg te nemen. R5 zorgt voor een maximale stroom van ongeveer 200ma op het moment dat de batterijen vol zijn. Dus daar zouden ze tegen moeten kunnen. Op het moment dat de batterijen leeg zijn zal de maximale laadstroom ongeveer 400ma zijn. Omdat het zonnepaneeltje dat ongeveer maximaal kan leveren na de dc-dc conversie. Vdd moet tussen 3 en 5 volt liggen. Meestal wordt de uitgangsspanning gebootstrapped, maar dat gaat niet omdat ik een uitgangsspanning van 9V heb gekozen. Daarom wordt het IC gevoed door drie batterijen. Door de uitgang van het solar paneeltje op de EN aan te sluiten hoop ik de shutdown spanning van het IC te beperken op het moment dat de batterijen niet geladen worden. Ik had ook een LM317 of iets dergelijks kunnen gebruiken voor VDD maar dat kost alleen maar extra componenten. Wel zou dat er voor zorgen dat de batterijen niet leeg kunnen lopen, maar met uitschakelen van het IC op het moment dat het zonnepaneeltje niets levert zou het mee moeten vallen.

5V USB uitgang.

De 5 NiMh batterijen leveren het vermogen voor de USB out. Het is dus de bedoeling om USB power te genereren. USB is altijd 5V, maar de maximum stroom is verschillend. Een PC USB poort kent simpelweg drie standen qua maximum stroom. Het begint bij 100ma. Dat betekent dat een device geconnect aan een PC initieel maximaal 100ma mag gebruiken. Daarna enumereerd het device en kan aangeven dat het een high power device is en dan mag het device maximaal 500ma gaan gebruiken. Uiteindelijk kan een device nog een USB suspend/powerdown mode supporten waarbij het maar enkele milliamps maximaal mag gebruiken. Naast deze definitie bestaat er ook nog de USB charger standaard. Dat is een standaard welke door EU verplicht gaat worden en die defineert dat USB micro de standaard connector wordt en die definieert ook nog een aantal andere dingen qua stroomverbruik. Ik heb de standaard summier gelezen en ik weet niet helemaal of ik het goed heb, maar dit is wat ik er van gemaakt heb; Een USB charger sluit D+ en D- kort. Daardoor kan het device detecteren dat het een USB charger betreft. Vervolgens kan het device kiezen om 850ma max laadstroom te gebruiken, of het kan kijken of de charger 1.8A kan leveren. In het laatste geval zal het device eerst moeten proberen om 1.8A te trekken. Zakt de spanning echter in tot onder een bepaalt niveau dan moet het device onmiddelijk terugschakelen op 850ma. De meeste telefoonfabrikantien die USB als chargepoort gebruiken leveren een adapter die 850ma kan leveren en dat zal dan ook het uitgangspunt worden.

De spanning van de 5 batterijen moet dus omgezet worden in 5V. Daarnaast moet er beschermt worden voor undervoltage. Wanneer de spanning van de batterijen onder een bepaalde spanning komen dan moet alles afgeschakeld worden. Batterijen mogen niet te ver leeggetrokken worden. Er zijn ICs zoals de LP2960 die een low voltage bescherming hebben. Ze lijken speciaal gebouwd te zijn voor 5 cellen. Het enige nadeel is de beperking van 500ma. Ik wil echt een hogere stroom kunnen leveren.

Daarom eerst maar eens zelf een schema bedacht. Als undervoltage bescherming heb ik een LTC1440 genomen omdat deze een zeer laag stroomverbruik heeft. Het is een spanningsvergelijker met een hysteresis. De uitgang gaat viThe schematic is more or less copied from the national documentation.
I myself have a lot of difficulty to assess whether this will work and I guess I still have some component values to change,
but I hope it will work. Here is my explanation for the chosen values of the different components.
D1 is a schottky which I have a few because they are used in solar panels. Therefore this type.
This is a SMD, but that's to solve. The LM2623 is a uSOIC8 (very small) and I'll buy an extra converter board.
L1 is 4.7 uH because that is used in all sample schematics. R1 and R2 are values chosen based upon examples, but may need a bit of tuning.
They affect the ripple of the output voltage. R3 and R4 provide the desired output voltage.
This was put to 9.0V. Tantalum C2 would be to eliminate wrinkles. R5 provides a maximum current of about 200mA when the batteries are full.
So that they would be able to handle. At the time the batteries are empty, the maximum charging current is about 400mA.
And that is about the maximum the solar panel can provide after the dc-dc conversion.
Vdd must be between 3 and 5 volts. Typically, the output voltage gets bootstrapped, but that's not possisble because I have chosen an output voltage of 9V.
Therefore, the IC is powered by three batteries. By connecting the output of the solar panel to the EN pin I hope to shutdown the IC to reduce current consumption when the batteries are not being charged.
I could have choosen an LM317 or similar for VDD to create a bootstrapped system but that requires additional components.
That would have ensured that the batteries cant be drained, but turning off the IC when the solar panel is "down" will hopefully limit the current to an acceptable minimuma een inverter naar de shutdown van de LM2941 die 5V/1A maakt:

USB power

Uitleg voor gekozen waardes:

Zie schema en pdf van LTC1440:
1) Vtrip is 5.40 Volt (5 * 1.0V)
2) Ratio = 1.182V/5.40V = 0.2188
3) Hysteresis = 82mV*0.2188 = 17.94
4) R4=2.4M, R3=18k
5) R1=1.18M, R2=R1*((5.40/(1.182+18.00/2)) -1)=4.170 = 4.22M geeft 5.45V (dat is prima, geeft 83mv hysteresis)

6) R8=1.0k*((5.0/1.275)-1)=2.922k => 2.94k

Na het "ontwerpen" van de elektronica voor de schuur heb ik besloten om het anders aan te pakken. Het voordeel van de LTC1440 is het lage stroomverbruik. Het nadeel is de prijs. Niet alleen kost het IC een paar dollar ook de 1% hoogomige weerstanden zijn niet goedkoop. Daarom een nieuw schema wat veel eenvoudiger is en een verbruik kent van ongeveer 100u. Dat is volgens mij acceptabel. Het nadeel is dat je even moet rekenen om een geschikte waarde voor R1 en R2 te vinden:

USB power 2

Dit is het schema wat ik ga gebruiken. De TC54 is een comparator die met een vaste waarde werkt. Ik heb gekozen voor de 4.3V versie. Via R1 en R2 is deze ook te gebruiken voor hogere spanningen. Het nadeel is dat R1 en R2 relatief laag ohmig zijn en dus ongeveer 100u continue gebruiken.

Batterij lader op USB power.

Het laatste onderdeel van het lader project is een batterijen lader op USB power. Dit is niet echt noodzakelijk en zeker niet nieuw, maar wel iets wat ik graag wil bouwen. En uiteindelijk ging het er mij om om batterijen te kunnen laden via zonne-energie. Op internet zijn verschillende laders te vinden en er zijn een heleboel ICs waar het mee mogelijk is. Uiteindelijk heb ik besloten om er twee te bouwen. Een op basis van een bestaand circuit van StefanV zie:

http://www.stefanv.com/electronics/usb_charger.html

Ik heb zijn schema opnieuw getekend, maar het is precies hetzelfde. Kijk voor details op zijn website. Hij heeft niet alleen het schema weergegeven, maar hij legt ook precies uit hoe het werkt.

Batterij lader stefanv

Deze lader heeft een maximum laadstroom van 500ma en kan dus op gewone USB poorten (van PC) worden gebruikt. Omdat ik ook graag een lader wil hebben die nog sneller laadt en gebruik maakt van de max. 1A die uit de zonnelader USB aansluiting komt heb ik besloten om nog een tweede lader te ontwerpen. Deze lader gebruikt de DS2712 chip. Dit is een special NiHM batterijen lader chip die in staat is om DC-DC conversie te doen waardoor de stroom uiteindelijk tot 1.5A is te boosten, gebruik makend van de 1A/5V die uit de zonnelader komt. Ook kan dit gebruikt worden om slechts een batterij per keer te laden. Overigens gaat dat dan niet twee keer zo snel. Het schema is afgeleid van voorbeeld schemas van maxim..

fast charger

Buitenverlichting project.

Om 's nachts een buitenlamp te kunnen laten branden heb ik een paar kleine zonnepanelen op de schuur geplaatst. Dit zijn de proefpanelen die ik als eerste heb gebouwd. Deze panelen laden batterijen op en wanneer de spanning van het paneel inzakt, als het schemerig wordt dan gaat de buitenlamp automatisch aan. Deze lamp bevat op dit moment een 15 kleine leds die in totaal met maximaal 300ma worden aangestuurd. Voor het laden van de batterij misbruik ik het feit dat de spanning van de batterijen oploopt naarmate ze vol geraken. Verder het ik een simpel schema op internet gevonden wat de leds aanzet als het donker wordt, maar dat schema is beperkt (in max stroom) en begrijp ik niet. Ik heb ooit een extra paneel gemaakt voor in de winter, maar omdat ik deze niet heb afgekoppeld in het voorjaar heb ik een paar batterijen stukgemaakt. Omdat ik toch met elektronica bezig ben heb ik besloten om een beter circuit te bouwen. Het volgende wil ik maken. Een circuit waarmee de batterijen geladen kunnen worden welke met beide panelen overweg kan, ook in de zomer. Dat betekent een overvoltage en stroom welke zonder problemen een batterij laadt. Verder een ondervoltage bescherming van de batterijen, zodat deze niet tever leeg geraken. Daarnaast nieuwe powerleds, die meer ligt kunnen leveren en tenslotte een stroombron (batterij gevoed) die de leds continue aanhoudt ongeacht de batterij spanning.

Het laden.

Voor het laden van batterijen in de schuur hanteer ik de volgende methode. Een batterij kan maximaal 250ma continue aan als ie vol is. Als een NiHm vol is en met 0.1C geladen wordt dan is de spanning ongeveer 1.47V. Om zeker te zijn dat batterij geladen wordt tot max moet minimaal 1.5V worden aangeboden. Het volgende geldt. Hoe hoger de spanning die wordt gebruikt, des te lager de stroom (in verhouding tot lagere laadspanning) wanneer de batterij leeg is. Voorbeeld: Stel je laad met 1.5V, dan moet R = 0.03/0.250 = 0.12 Ohm zijn. Dat betekent dat als de batterij leeg is dan wordt de laadstroom (lege batterij is 1.2V) I = V/R = 0.3/0.12=2.5A. Als de laadspanning hoger wordt, stel bijvoorbeeld 2V, dan wordt R= 0.53/0.25 = 2.12 Ohm. Wanneer batterij leeg is dan wordt de stroom I = 0.8/2.12 = 0.38. Omdat het paneel ruim voldoende kan leveren (ruim 3A als de zon erop schijnt) is het gewenst om zo veel mogelijk stroom te gebruiken. Verder is het zo dat de batterijen bij een lage laadstroom niet op tijd vol raken. Vooral in de winter is de zon er te kort om de batterijen te kunnen laden. Het is dus belangrijk om een goede balans te maken in de gekozen laadspanning en de daarbij passende weerstand. 2.5A is best hoog en eigenlijk wel een beetje veel van het goede. Een maximale laadstroom van 1 of 1.5A is ruim voldoende. Overigens stijgt de spanning van de batterij erg snel wanneer deze geladen wordt. Dat betekent dat na korte laadtijd de spanning van de batterij al omhoog zal gaan en daarmee de laadstroom omlaag. Daartegenover staat dat de spanning over een top heen moet die hoger is dan de uiteindelijk spanning bij een volle batterij. 1.55V, geeft 0.08/0.250 = 0.32 Ohm. Bij 1.2V, geeft dat een laadstroom van 0.35/0.32 = 1.1A. Dat lijkt wel een goed uitgangspunt.

Om te laden wordt het volgende simpele schema gebruikt:

Batterij lader schuur

Het zonnepaneel wordt aangesloten op een LDO. Deze maakt een vaste spanning, waarbij de hoogte van de spanning door R2 en R3 is bepaald. Overigens kan het er iets anders uit zien afhankelijk van gekozen LDO. De uitgang van de LDO gaat via een diode naar een weerstand. De weerstand bepaalt de sterkte van de stroom en de diode zorgt ervoor dat de batterij niet leegloopt als het zonnepaneel geen stroom levert. De diode die ik gebruik is dezelfde die ik ook in het paneel gebruik. Deze diode heeft een bepaalde spanningsval welke afhankelijk is van de stroom die erdoor gaat. Het belangrijkste is om te zorgen dat de batterijen niet te zwaar belast worden op het moment dat ze vol zijn. Dus 250ma maximaal op dat moment. De diode die ik gebruik is de MBRD1045. Deze heeft een spanningsval van 0.35V bij 250ma. Dat is bij 25 graden. Als de temperatuur oploopt gaat de spanning omlaag, daarmee gaat de stroom dus ook omlaag vanwege R1.

Omdat ik 4 batterijen in serie wil laden kom ik uiteindelijk tot het volgende: De laadspanning wordt 4*1.55 6.2V en de uitgansspanning van de LDO moet dus op 6.55V liggen. De weerstand R1 wordt dus 6.2V - 5.88V = 0.32/0.25 = 1.28 Ohm. Let op: R1 krijgt tot ruim 1A voor zijn kiezen Dat betekent dat de weerstand minimaal 2W moet zijn. Er zijn geen 1.28 Ohm weerstanden, maar wel 1.30 (met 5% max afwijking) en dat voldoet. Voor LDO heb ik gekozen voor NJM2397, simpelweg omdat de goedkoopste was met redelijke specs. Hij heeft een 4% afwijking op de vref wat vervelend is maar dat valt wel op te lossen door de weerstand deling iets aan te passen (potmeter). De NLM2937 heeft geen shutdown pin. De formule voor de uitgansspanning is Vo = Vref * (1 + R2/R1). Toepassend op bovenstaand shema dan is de formule: Vo = Vref * (1 + R2/R3). Voor R3 werd 1k gesuggereerd. Vo = 6.55, Vref = 1.29. Dat geeft 6.55/1.29 - 1 = R2 (in kOhm) is 4.078k. Echter 1.0k 1% is best duur. Dus we kiezen een meer standaard waarde van 1.07k en daar hoort dus een R2 bij van 4.799. Het dichtste wat daarbij in de buurt ligt is 4.75k, een kleine afwijking van ongeveer 1%, maar dat is acceptabel. Uiteindelijk kan de uitgangsspanning onder belasting worden nagemeten en met een kleine hoogomige weerstand over R2 of R3 aangepast worden zodat de uitgangsspanning uitkomt waarop hij gewenst is.

Nachtschakeling en undervoltage bescherming.

Het tweede gedeelte van het buitenlicht project is tweeledig. Er moet iets komen wat er voor zorgt dat de batterijen niet te ver leeg lopen en de led(s) moet alleen in het donker aan. Batterijen moeten nooit volledig ontladen worden. Dat is niet goed voor de levensduur. Daarom is er een bescherming nodig voor undervoltage. Deze moet alles uitschakelen. Om dit te doen is een component beschikbaar dat hier speciaal voor is bedoelt zolang de spanning boven 4.3V is de output hoog en zogauw de spanning eronder komt gaat de ouput laag. Dit component is de TC54 die in verschillende voltages te krijgen is. De uitgang van dit IC is niet geschikt om een load (1W led) op aan te brengen en moet dus gebruikt worden om een FET of iets dergelijks mee te sturen. Verder moet er dus circuit komen die er voor zorgt dat de led(s) aan gaan op het moment dat het donker wordt. Het eenvoudigste is het om de uitgangsspanning van het paneel daar voor te gebruiken. Omdat dit de eerste keer is dat ik met elektronica iets zelf maak is dit waarschijnlijk niet het eenvoudigste circuit, maar ik denk dat het gaat werken:

Automatisch licht in donker.

In dit schema is al aangegeven hoe de uitgang van de TC54 hier in verwerkt wordt. De transistor T2 wordt gebruikt om een hysteresis in te bouwen. Op het moment dat Q1 "aan" gaat zal T3 open gaan en daarmee de ingangsspanning op T1 verder omlaag brengen. Bij het uitgaan van Q1 (dus als de spanning van het solar panel weer stijgt) zal het tegengestelde gebeuren. Load staat voor de LEDs en de elektronica om de leds aan te sturen.

Leds.

Als laatste fase komen er de leds. Ik ben van plan CREE leds te gebruiken die tot ongeveer 5W maximaal gaan. Voor de nachtelijke verlichting die altijd (automatisc) aan is wil deze led op 350ma sturen. Op dit moment heb ik witte leds. Deze worden gestuurd door een simpele weerstand. Het gevolg is dat ze steeds minder fel gaan branden omdat de batterijen leeg gaan en daardoor de spanning inzakt. Dit wil voorkomen door het volgende schema:

Led driver

De verklarende tekst is in het engels, maar beschrijft alles wel. Ik weet nog niet welk optie werkt, dus heb ik voor beide mogelijkheden de componenten besteld. Beide circuits gebruiken een LDO om van de batterij spanning naar gewenste constante spanning te komen. Daarna wordt een weerstand gebruikt om de gewenste stuurstroom voor de led te genereren. Bovenstaand schema is dus de vervanger voor het "load" symbool van een schema eerder. Het geheel zit dus acter de mosfet in geval van de buitenverlichting die altijd aan gaat in het donker. Dus in de praktijk wordt de LDO niet rechtstreeks op de batterijen aangesloten, maar krijgt zijn input via de FET.