Solar Powerbank
In diesem Beitrag wird eine Powerbank vorgestellt, die über ein Solar-Panel geladen werden kann.
Benötigte Hardware
| Anzahl | Bauteil | Anmerkung |
|---|---|---|
|
1 |
||
|
1 |
|
|
|
1 |
||
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
Kabel mit Stecker 1,25mm JST-PH für Akku |
|
|
4 |
Blechschrauben 2.2 x 13mm |
|
|
1 |
Aus dem 3D Drucker |
|
|
1 |
Aus dem 3D Drucker |
Schaltung
Das Solar Panel besteht aus zweimal 10 Solarzellen. Jeweils 10 Zellen sind in Reihe geschaltet, sodass sich eine Spannung von ca. 5V ergibt. Eine Solarzelle arbeitet praktisch wie eine Konstantstromquelle, deren Stromstärke von der auftreffenden Sonnenenergie abhängt. Je nach Innenwiderstand der Last ändert sich daher die Spannung am Modul U = I * Ri. Die Spannung wird aber nie höher als etwa 5.6V.
Zum Laden des Lithium Akkus wird ein Laderegler mit dem Chip TP4056 verwendet. Dieser Laderegler hat einen Eingangsspannungsbereich von 4 bis 7V und typisch 5V ist also für das Solar-Panel geeignet. Eine Ladung erfolgt schon bei schwachem Licht, allerdings ist der Ladestrom dann gering. Die Spannung am Akku ist je nach Ladezustand bis zu 4.2V, wenn der Akku vollgeladen ist. Der Laderegler hat zwei LED, eine rote und eine blaue. Wenn eine Ladung stattfindet, also Ladestrom fließt, leuchtet die rote LED. Ist der Akku voll, leuchtet die blaue LED. Ist kein Akku vorhanden, aber Spannung von der Solarzelle vorhanden, leuchtet ebenfalls die blaue LED und die Rote flackert.
Damit am Ausgang der Schaltung 5V an der USB-Buchse anliegt, wird ein Step-Up-Wandler benötigt, der die Spannung des Akkus von 3.4 bis 4.2V auf 5V hochsetzt. Die gesamte Schaltung sieht somit so aus:
Noch ein Hinweis zur Leistung. Bei wolkenlosem Himmel erreicht man bei optimaler Ausrichtung einen Ladestrom von ca. 150 mA. Bei bedecktem Himmel 30 bis 80 mA.
Achtung!
Hinter einer Fensterscheibe aus Isolierglas geht der Ladestrom auf ein Fünftel zurück.
Zusammenbau:
Zuerst werden die einzelnen Module mittels Schaltdraht gemäß der Schaltung verbunden und verlötet. Dabei immer auf die richtige Polung achten. Nun den Akku anstecken und mit dem Potentiometer am Step-Up-Wandler die Ausgangsspannung auf 5V einstellen.
Die beiden Gehäuseteile werden auf einem 3D-Drucker angefertigt. Man sollte bedenken, dass die Powerbank lange Zeit der Sonne ausgesetzt wird und daher ziemlich warm wird. PLA ist nicht so gut geeignet, da dieses Material ab ca. 50 bis 60°C weich wird und sich verformen kann. PETG ist besser geeignet. Das Bild zeigt, wie die einzelnen Module im Gehäuse untergebracht werden. Durch den Schlitz beim Laderegler kann man die Status LEDs von außen sehen. Das Solarmodul wird mit doppelseitigem Klebeband in den Rahmen geklebt.
Der Blogbeitrag von Miguel Torres Gordo zum Solar Tracker könnte Sie durchaus auch interessieren, um die Ausbeute der Sonnenstrahlen zu optimieren.
11 Kommentare
Dominic
Kann man auch mehrere 2000 mAh parallel schalten? Oder funktioniert das mit dem Laderegler nicht?
Gerald Lechner
Der im StepUpConverter verbaute MT3608 hat ein Undervoltage Lockout bei 1.98 V . Da Liion-Akkus nicht unter 2.4 V entladen werden sollen, Sollte man eventuell eine Silizium-Diode in die Plus-Leitung von Batterie zu StepUpConverter schalten. Durch ihre Schwellspannung von 0.7 V erhöht sich der Undervoltag Lockout damit auf ca. 2.7 V
Jan R. Ziebart
Sehe ich richtig, dass wir hier die 2V Eingangsspannung am MD3608 auch als Unterspannungsschutz für den LiPo nutzen? Oder kann /muss ich da was einbauen, damit der nicht zu leer gesaugt wird?
Gerald Lechner
Der verwendete Laderegler ist für LiFePo4 Akkus nich geeignet da seine Ladeespannung zu hoch ist. LiFePo4 hat eine Spannung von 3,6 V während diese für LiPo oder LiIon bei 4,2V liegt. Es sollte ein Laderegler mit dem Baustein TP5000 verwendet werden der für beide Akkuarten verwendet werden kann. Solche Module gibt es ab etwa 5€. Es gibt Module mit grüner Platine, die default auf 3,6V eingestellt sind. Bei der anderen Variante mit roter Platine ist die Defaulteinstellung 4,2V. Hier muss für 3,6V eine Lötbrücke entfernt werden.
Larsu
Ich würde das Ganze gern mit LiFePo4 Akkus bauen, der Laderegler ist dafür aber nicht geeignet,oder? Welcher dann?
Gerald Lechner
Wenn gleiche Module parallel geschaltet werden, die auch gleich von der Sonne bestrahlt werden, sind keine Dioden erforderlich.
Ovidiu Jehac
Hallo,
Braucht man für die Parallelschaltung keine Diode mehr?
Gerald Lechner
Es können auch mehrere Solarmodule parallel geschaltet werden wodurch sich dann der Ladestrom erhöht. Wichtig ist dabei, dass alle Solarmodule dieselbe Nennspannung haben und gleichmäßig von der sonne bestrahlt werden. Selbstverständlich kann auch ein leistungsstärkerer Akku verwendet werden. Er muss aber 3.7V Nennspannung haben und ein Li-Ion Typ sein. Der Laderegler liefert einen maximalen Ladestrom von 1A.
Jippie
Nettes Projekt, aber wie sinnvoll ist es in diesen Dimensionen?
Nach meiner Rechnung dauert es > 11 Stunden bei vollem Sonnenlicht, bis der 2000-mAh-Akku aufgeladen ist. Stimmt das?
So viel Sonne und/oder Zeit hat man meistens nicht, und die 2000 mAh sind auch eher klein dimensioniert.
Daher die Frage: Könnte man auch mehrere Panels (z.B. vier) und einen doppelt so großen Akku verwenden? Dann wäre man vermutlich bei 5,5 h, damit könnte man schon eher arbeiten.
Gerald Lechner
Das sollte kein Problem sein. Damit erreicht man den doppelten Ladestrom. Es sollten allerdings beide Module gleich beleuchtet werden.
Jack
kan men auch 2 Solar Modul 5V parallel schalten?