Solarbox MiniLight
Einführung
Dies ist ein Teilprojekt des SolarBox-Projektes und beinhaltet, sozusagen als einfache Grundübung, die Erstellung eines kleinen, solarbetriebenen LED-Lichts, etwa auf dem Niveau einer Solar-Taschenlampe oder eines Solar-Gartenlichts.
Komplettes Mini-Light, mit Solarpanel
Es geht also darum ein Setup für eine kleines LED-Licht zu definieren, welches werden der Nacht permanent an ist und tagsüber mittels Solarstrom geladen wird. Als Speicher sollen handelsübliche AA-NiMh-Akkus zum Einsatz kommen und die Laderegler-Schaltung sollte möglichst simpel, d.h. aus möglichst wenigen Bauteilen, gestrickt sein.
Auch die Anforderungen an das Solarpanel sind recht einfach gehalten. Die Ladespannung bei maximaler Sonneneinstrahlung beträgt 4.5V, das ist hinreichend um 2 oder 3 AA-NiMh-Akkus zu laden.
Sofern das MiniLight indoor zum Einsatz kommen soll und demzufolge die Anforderungen an die Feuchteresistenz des Panels nicht hoch sind, reicht hier auch ein mit einfachen Mitteln gebautes DIY-Solarpanel, dessen Aufbau im Folgenden beschrieben wird, aber ein gekauftes tuts auch (und ist bei Einberechnung des Arbeitsaufwands vielleicht sogar noch günstiger).
Bauanleitung
Einzelne Solarzellen haben immer rund 0.55 V Spannung die Amperezahl hängt hingegen von der Flächengröße der einzelnen Zelle ab. Für 4.5V benötigtman also rund 9 Zellen.
Diese lassen sich aus 2 bis 3 Standard-Zellen von z.B. 12.5x12.5cm schneiden, wobei der Schneidevorgang eines gewissen manuellen Geschicks (und etwas Übung) bedarf, da die Zellen extrem zerbrechlich sind. Recht anschaulich ist der Vorgang unter [1] in einem Video dargestellt.
Man benötigt dazu eine Glasplatte als Unterlage, einen Diamant-Glasschneider, ein kleines Lineal (vorzugsweise ein Stahl-Lineal) und natürlich die zu zerschneidenden Zellen.
Daraus schneidet man sich 9 kleinere Zellen, je nach gewünschten Maßen, wobei gilt: Je größer die Fläche desto mehr Ampere hat das resultierende Panel.
Einzel-Zellen
Diese werden üblicherweise durch verzinnte Kupferstreifen seriell miteinander verbunden, genauer gesagt: verlötet. Im vorliegenden Falle sollte allerdings mal die Tauglichkeit eines im Maker-Bedarfs-Handel erhältlichen Kupferband-Tapes erprobt werden. welches die besondere Eingenschaft aufweist, das der Kleber elektrisch leitend ist.
Erste Tests ergaben, das das Kuper-Tape, genauer gesagt dessen Kleber, eine ausreichende Leitfähigkiet aufweist um bei einem 9-zelligen Panel über 5V zu messen, womit allerdings noch keine Aussage über dessen Langzeit-Tauglichkeit gegeben ist - gut möglich, das die Leitfähigkeit mit Alterung und Beanspruchung des Klebers geringer wird.
Kupfer-Tape mit elektrisch leitendem Kleber
Bei der seriellen Verbindung muss immer die Vorderseite einer Solarzelle mit der Rückseite der jeweils nächsten Zelle verbunden werden.
Vorderseite
Rückseite
Bei diesen Bildern handelt es sich um einen Klebe-Test mit Abfall-Stückchen. Anders als diese weisen die eigentlichen Zellen nämlich auf der Zellen-Oberfläche Leiterbahnen (die weissen Striche) in verschiedener Breite auf, wobei die etwas breiteren Leiterbahnen die schmaleren quer als eine Art Hauptader verbinden. Genau mit diesen breiteren Bahnen muss das Kupfer-Tape verbunden werden.
Das Kupfer-Tape wird mit den Haupt-Bahnen auf den Zellenverbunden
Das Bild zeigt ausserdem den Aufbau des gesamten Panels.
Die äusserste Schicht bildet dabei eine 3mm-Glasplatte mit den Maßen des späteren Panels.
Die Mittellage wird gebildet durch eine Schicht aus fester Pappe, ca. 1,5mm dick. Dabei wurde die Pappe aus einer Cornflakes-Verpackung ausgeschnitten und durch Verklebung auf doppelte Stärke gebracht. Die Aussenmaße entsprechen dabei dem Panel bzw. der Glasplatte. Innen wird noch ein Fenster ausgeschnitten, welches minimal größer ist, als die verklebten Solarzellen, die arin eingebettet werden sollen.
Die Rückwand wird nun aus einem Stück Karton-Pappe gefertigt und erhält ebenfalls die Aussenmaße des Panels.
Nun wird der Solarzellen-Verbund in die Mittellage eingebettet und auf die Glasplatte plaziert. Die Kontaktstellen werden mittels Kupfer-Tape verlängert und nach aussen geführt. Nun wird die Karton-Pappe aufgelegt und alle drei Schichten mit Gewebe-Klebebenad ("Panzertape") quasi eingerahmt.
Ein Stück Karton-Pappe als Rückwand schützt die zerbrechlichen Zellen
Soweit das Panel. Desweiteren wird eine LED mit einem Vorwiderstand benötigt. und ein Gehäuse für 2 bis 3 AAA-Akkus, wobei 2 Akkus mit 2 x 1.2V = 2.4V die erforderliche Spannung für einfache rote und grüne LEDs aufbringen. Für hellere blaue oder weisse LEDs sind aber 3 Akkus mit 3 x 1.2V = 3.6V die bessere Wahl.
Upcycling: Das Batteriegehäuse stammt aus einem kaputten digitalen Heizungs-Thermostat und die LED samt Reflektor aus einer kaputten LED-Taschenlampe.
Die Ladereglerschaltung besteht aus 8 Bauteilen:
- 1 Stück Lochrasterplatine (min. 10 x17 Löcher)
- 1 Transistor BC547
- 1 Diode 1N4007
- 2 Widerstände a 10K (oder einer von 20K)
- 3 2-polige Anreihklemmen
- 1 Drahtbrücke
Der Laderegler: Eigentlich regelt die Schaltung nicht das laden selbst, sondern sorgt lediglich dafür, das tagsüber die Lampe aus ist und die Akkus geladen werden und nachts die Lampe an ist (und somit die Akkus entladen werden).
Die Schaltung nutzt das Solarpanel als Sensor, um Tagh und Nacht zu erkennen. Bei Tag leuchtet die LED nicht, aber die Akkus werden geladen. Bei Nacht werden die Akkus wieder entladen und die LED leuchtet.
Schaltplan
PCB-Layout für Lochrasterplatine
Eigentlich ist die Ladekurve eines NiMh-Akkus nicht ganz so trivial. Damit das MiniLight gut funktioniert und vor allem damit die Akkus lange leben ist es erforderlich, dass die Akku-Kapazität, die tägliche Beladung und der Verbrauch gut aufeinander abgestimmt sind.
Dies wird gerade getestet. Dieses Projekt ist also derzeit und bis auf weiteres
... still under construction ...
Literatur und Links
| Referenz | Beschreibung |
|---|---|
| [2] | USB-Solarcharger von Tim Wille |
| [3] | Mobiles Solar-Panel von Alex Shure |