Ein Solarpanel fürs Wohnmobil oder Boot ist heute quasi Standard. Und so habe ich auch eines auf dem Wohnmobil. Es hat eine Leistung von 110W (gem. Hersteller 5.5A @ 20V). Die Batterie ist aber eine Standard 12V Bleibatterie mit einer Ladeschlussspannung von 13.8V. Und so liefert sie auch nur ca. 5A bei vollem Sonnenschein, weil es nicht zur Sonne ausgerichtet ist. Also nur ca. 70W (5A x 13.8V). Möglich wären aber 100W (5A x 20V).
Das Problem lösen sog. MPPT Ladegeräte, welche die Spannung der Solarzellen so optimieren, dass die maximale Leistung erreicht werden kann. Entsprechend wird die Spannung der Solarzellen auf die maximale Leistung optimiert und dann mit einem Step-Down Konvrerter an die Ladespannung angepasst. Nur leider kostet ein solches Gerät mehr als ein entsprechend größeres Solarpanel.
In einem Artikel habe ich gelesen, dass eine Solarzelle nicht nur
einen Innenwiderstand hat, sondern auch eine quasi Strombegrenzung (wäre
ja auch zu Einfach gewesen, wenn eine kleinere Spannung automatisch
einen höheren Strom erzeugen würde). Siehe letztes Kapitel des folgenden
Dokuments.
Darin ist ersichtlich, dass eine aufwendige Suche des optimalen
Leistungspunkts nicht so wichtig ist. Vielmehr reicht es die Spannung
der Solarzellen auf einen besseren Arbeitspunkt anzuheben. In meinem
Fall also ca. 18-20V. Das kann man auch mit einfachen und günstigen analogen Bauteilen erreichen.
Ein 9A Step-Down Converter mit einstellbarer Strombegrenzung habe ich bei Aliexpress besorgt. Ich habe auch ein Schema eines 5A Converters gefunden. Das war insofern hilfreich, dass ich zumindest das Prinzip der Strombegrenzung verstehe. Damit konnte ich diesen mittels minimaler Hardwareanpassung ergänzen.
Die Zusatzschaltung misst die Spannung der Solarzellen und regelt einen entsprechenden Strom so dass sie Spannung der Solarzellen höher ist, als die an die Batterie abgegebene Ladespannung. Damit erhöht sich automatisch der Ladestrom. Ist es bewölkt, sinkt der mögliche Strom und damit durch die Last auch die Spannung der Solarzellen. Der Ladestrom wird verringert und die Spannung bleibt hoch. Scheint die Sonne, sinkt der Innenwiderstand, die Spannung steigt und damit auch der Ladestrom. Mittels Potentiometer, lässt sich der optimale Arbeitspunkt einstellen.
Der CA3130 ist ein Rail-To-Rail Op-Amp, welcher mit 5V funktioniert. Dieser lag in meiner Bastelkiste, man kann aber auch einen anderen verwenden (dadurch entfällt auch C1).
Die Referenzspannung auf dem Converter (TL431) wurde kurzgeschlossen so dass es keinen Einfluss auf die Stromeinstellung hat.
Die Widerstände R6/R7 müssen evtl. angepasst werden, je nach dem wie der Step-Down Converter aufgebaut ist. Z.B. hat der 9A Converter einen 0.01 Ohm Shunt anstelle des 0.05 Ohm im gezeigten Schema.
Zum Einstellen sollte man ein Labornetzteil verwenden und eine
Spannung von 16-20V einspeisen. Dann am Ausgang ein Amperemeter
anschließen und den maximalen Ausgangsstrom auf ca. 8A einstellen, so
dass der Converter nicht beschädigt wird. Die maximale Spannung kann man
auf 13.8V einstellen bzw. ca. 15V, wenn man einen Laderegler dazwischen
schaltet, welcher dann bei 13.8V abschaltet.
In der Praxis zeigt sich, dass der Ladestrom tatsächlich bis um 30% erhöhen lässt, z.B. von 3A auf 4A, oder von 3.9 auf 5.2A. Auch bei geringerem Sonnenschein zeigt sich eine Erhöhung von 10-30%, je nach Ladezustand und Sonnenschein.
In ein Gehäuse eingebaut zusammen mit einem Strom- / Spannungsmeter
