Lichterkette, Akku + Solarbetrieben, einige Grundsatzfragen

Guten Tag,

ich möchte mir für meinen Balkon aus einer handelsüblichen Lichterkette einen "Sternenhimmel" basteln. Hatte das bereits in einer alten Wohnung mit einer "fertigen" Lichterkette mit Solarmodul am laufen; da hat mich nur gestört, dass die Solarzelle den Akku wenig lädt und dieser etwas unterdimensioniert ist.

Nun dachte ich, es wäre doch ein nettes Projekt, dass selbst zu basteln - hole mir wieder so eine Lichterkette, schneide den Solarpart ab und bastel mir das mit einem entsprechend größeren Solarmodul, Akku und einem Arduino nach.

Ich habe bereits einige Projekte mit dem Arduino umgesetzt, bin jedoch im Elektrotechnik-Bereich nicht unbedingt bewandert, sodass ich ein wenig Feedback benötige.

Für das Setup habe ich es mir wie folgt gedacht: Ardunio steuert über eine Fotodiode die Lichterkette - wenn Licht unter einen bestimmten Wert fällt, geht die Lichterkette für ~4h an. Der Akku wird über ein Solarpanel mit Strom versorgt. Ich würde noch einen Poti einsetzen, um die Schwelle zu definieren, ab der die Lichterkette angeht, und ggf. einen "harten" An/Aus-Schalter (für z.B. Winter).

Ich habe mich schon etwas belesen, bzgl. Solarzelle und Akku-Ladung. Grundsätzlich hätte ich hier noch zwei große, 12V Akku-AGM-Batterien rumliegen, je mit 7Ah. Die Lichterkette zieht vermutlich sowas um die 200 mAh; weiß ich erst, wenn Sie da ist und ich's messen kann. Auch die Voltzahl ist mir nicht bekannt, aber ich vermute mal 1,5V.

Der Akku ist vermutlich "etwas" überdimensioniert; da ich aber auf meinem Balkon wenig Sonne bekomme, wird er sehr lange brauchen, um geladen zu werden. Zudem zieht der Arduino (wollte hier kein ATTiny o.ä. verwenden) selbst verhältnismäßig viel Strom, sodass ich das damit etwas abfedern möchte.

Ich möchte das ganze so einfach wie möglich halten, da ich mich, wie gesagt, nicht so gut auskenne - den Akku sollte ich mit 1/10 dessen Kapazität laden, d.h. ich bräuchte eine Solarzelle mit 12V und ~700 mA. Habe gelesen, dass die Solarzelle eine etwas höhere Spannung besitzen sollte, als den Akku den ich laden möchte - also 13-14V. Die meisten "kleinen", die ich finde, haben jedoch 3-7V. Wie müsste man hier die Ladung umsetzen? Mit einem Step-Up-Wandler?

Desweiteren müsste ich aus den 12V den Arduino und die Lichterkette mit Spannung versorgen. Hätte hier noch zwei Arduino Uno rumliegen - die würde ich dafür also hernehmen. Mit diesen kann ich max. 50mA an den PWM-Pins schalten - d.h. ich brauche einen ... Transistor, um die Lichterkette an- und auszuschalten? Wie bekomme ich, mit Bedacht auf Energieeffizienz, die 12V in 5V und 1,5V geteilt? Spannungsteiler und Widerstände lassen einen Großteil des Stroms, soviel ich weiß, in Wärme verpuffen - das wäre natürlich etwas suboptimal.

Was haltet ihr davon - habt ihr ggf. noch Vorschläge?

Edit: Habe nun mal etwas gezielter nach Solarzellen gesucht, und folgendes gefunden (hoffe externe Links sind erlaubt): http://www.amazon.de/Offgridtec-Solarmodul-Solarpanel-Photovoltaikmodul-3-01-001265/dp/B007HAZY8Y/ref=pd_sim_ce_5?ie=UTF8&refRID=1BZ1C9V5MAKYW9D83K3C http://www.amazon.de/DODOCOOL-Solar-Laderegler-Sicherer-Batterie-Regulator/dp/B00CEVGO4O/ref=pd_bxgy_ce_text_y

Damit hätte ich vermutlich eine passend dimensionierte Solarzelle + Laderegler für "wenig Geld" umgesetzt, und müsste mich nur noch um die Arduino/Lichterkettenseite bemühen. Was denkt ihr?

Bevor Du nicht die Daten der Lichterkette kennst, kann man den Rest nicht dimensionieren. Grüße Uwe

Hallo Uwe,

klar lässt sich so nicht viel zu Betriebsdauer & Co sagen. Aber mir kam gerade die Idee, dass es garnicht so schlimm wäre, wenn ich hier mit Kanonen auf Spatzen schieße. Wenn das Solarpanel und der Akku größer sind, könnte ich auch die ein- oder andere zusätzliche Beleuchtung für den Balkon realisieren (z.B. Lichter für Blumentröge oder eine Tischbeleuchtung).

Insofern könnte man es doch separat betrachten? Solar + Akku als Spannungsquelle, und Arduino mit Lichterkette.

Ich würde da nicht sehr überdimensionieren da mir so schwant daß Du schon ziemlich einiges an Solarpannel brauchst um nur das minimum zu realisieren.

zB das von Dir gezeigte Solarpannel zu 10W fix montiert (nicht der Sonne nachgeführt) lädt den 12V/7Ah Bleiakku nicht in einem Tag mit strahlend blauen Himmel voll. Deutschland hat noch ziemlich viele Schlechtwettertage und darum dauert es noch länger den Akku vollzuladen. Grüße Uwe

Es müsste ja auch nicht unbedingt an einem Tag vollgeladen sein; was ich da plane schafft es ja auch nicht, den Akku an einem Abend leer zu saugen.

Selbst wenn die Lichterkette 12V und 200 mA bräuchte (und sie hat definitiv weniger V) würde ein 12V 7,2Ah-Akku etwa 36 Stunden ausreichen. Bei max. 4h pro Tag ist das immer noch mehr als eine Woche. Ich weiß bis jetzt leider nur, dass die Lichterkette wohl einen 1200mAh-Akku eingebaut hat, und vollgeladen leuchtet sie 6-8 Stunden. Der Akku wird 1,5V haben. 1200mAh/6h komme ich auf 200 mA.

Der Arduino Uno verbraucht etwa 55mA (Idle, keine Verbraucher), und auch da komme ich auf 130 Tage.

Denkst du wirklich, das Panel und der Akku sind "unterdimensioniert"? Ich meine, meine Anforderung wird (okay, eher schlecht als recht - aber immerhin funktional) durch die Lichterkette schon quasi abgedeckt; das Solarpanel ist so groß wie eine Zigarettenschachtel und der Akku vermutlich eine einzelne Zelle. Mit dem 10W-Panel und einem 12V7,2Ah-Akku bin ich da doch Faktor 10 drüber?

:o BTW so groß wie eine Ziggarettenschachtel :o ich lese da: Abmessungen (LxBxH) 279mm x 310mm x 25mm :confused:

Dir ist aber schon klar das die Leistung bei Solarzellen in WattPeak angegeben werden? das bedeutet unter optimalen Laborbedingungen...Peak=absoluter Spitzenwert... unter realen Umständen wird dein Panel die 10W nur selten/kurz liefern. daher empfiehlt es sich die Verbräuche in Wh zu rechnen, um eine Insel zu dimensionieren ;) hier hat mal einer versucht, ein HowTo aufzustellen http://wiki.polz.info/doku.php?id=vorgangsweisse_bei_der_planung_einer_kleine_inselanlage

die Akkukapazität läßt sich übrigens nicht zu 100% nutzen (dann wäre der Akku tot), sondern nur etwa 50% ! und wenn der Akku im Winter längere Zeit nicht richtig geladen wird dann stirbt er auch...

dein AGM-Akku verlangt nach einem Laderegler, der für diesen Akkutyp eingestellt ist (eigene Ladekennlinie). der von dir verlinkte Regler kommt übrigens in den Foren nicht gut weg...ich würde lieber einen Steca Pr1010 nehmen...

nur für deine 55mA vom Uno kommst du auf knapp 10Wh/Tag Verbrauch. bei 24/7 Nutzung wirst du etwa 20Wp benötigen. Dein 7Ah-Akku reicht dem Uno allein bei 50% Entladung für etwa 4 Tage Gangreserve...hier mal noch ein Inseldimensionierungsrechner Klick

Ansonsten Uwe, halte ich überdimensionieren für sehr sinnvoll - Photovoltaik macht ebenso wie Arduino's sehr schnell verdammt süchtig :D

Hi,

ich sehe schon, wie üblich nicht so einfach wie gedacht :-) Ich bezog mich bei der Größe der Zigarettenschachtel auf das kleine Solarpanel, dass bei der Lichterkette dabei ist.

Ich habe zwei 12V 7,2Ah-Batterien rumstehen, die ich eigentlich schon entsorgen wollte. Wenn also die AGM-Batterie nicht Optimal ist und ggf. über den Jordan geht, ist mir das gleich. Soviel ich weiß unterscheidet die AGM zu normalen Batterien grob nur das Bedürfnis einer etwas höheren Ladespannung, weshalb man Auto-AGM-Batterien mit normalen Autoladegeräten nicht "ganz voll" bekommt.

Die Sache mit den 10W unter optimalen Bedinungen beim Panel sind mir bekannt; bei mir kommt ja noch dazu, dass ich nur 3-4h Sonneneinfall auf das Panel habe (baulich bedingt durch umstehende Häuser).

Ich habe mir mal den Laderegler und das Solarpanel bestellt, die Lichterkette kommt auch demnächst. Dann kann ich schonmal erste Versuche machen und prüfen, wieviel die Lichterkette an Strom zieht. Um die Laufzeit zu verlängern kann ich mir, sobald ich ein funktionales Setup habe, auch einen kleineren Ardu holen, der weniger Strom benötigt.

Im Winter z.B. kann die Kette ja quasi ausgeschaltet bleiben und die Batterie über das Panel "erhaltungsgeladen" werden.

es würde mich sehr wundern, wenn der Laderegler länger als 2 Wochen hält :( in den Solarforen findest du etwa einmal im Monat einen negativen Erfahrungsbericht zu deinem Regler. hier mal ein aktuelles Beispiel (vorletzter Beitrag vom SohnderSonne) Klick

ganz grob gesagt ist der Unterschied der AGMs zur offenen Säurebatterie der, das die AGM verschlossen ist und daher nicht in der Gasung betrieben werden darf. Diese Gasung ist aber genau das was eine offene Säurebatterie benötigt, um 1. die Säure umzuschichten, und 2. einmal im Monat eine Ausgleichsladung durchzuführen, die dem auseinanderdriften der Zellen entgegen wirkt...

Kommt es hingegen bei einer AGM zu Gasung, entsteht ein Überdruck, der vom Ventil im Deckel abgelassen wird. Das Elektrolyt, welches beim Überdruck mit entweicht, kannst du nicht wieder auffüllen - der Akku ist dann kaputt... Daher brauchst du einen Regler mit Ladekennlinie für verschlossene Akkus ;)

wenn du generell nur auf 3-4h Sonne kommst, ist deine Insel garantiert unterdimensioniert. das wird noch nichtmal zur Erhaltung reichen im Winter...

4h Sonne und optimale Ausrichtung bekommst Du bei einem 10W Pannel max 40Wh oder 12V und 3,3Ah. Also kannst Du den 7Ah Akku um 1/3 laden (Verluste inbegriffen).

Lichterkette 12V und 200 mA wären dann 30 weiße LED?

Wie lange würdest Du die Lichterkette täglich eingeschalten lassen?

Grüße Uwe

uwefed: 4h Sonne und optimale Ausrichtung bekommst Du bei einem 10W Pannel max 40Wh oder 12V und 3,3Ah.

Sorry - dem muss ich leider widersprechen: die 10W bringt das Panel nur im Labor bei 25°C ! optimal ausgerichtet in der Sonne hast du nach 45 Min das Panel auf 70°C aufgeheizt :( Der Temp.Koeffizient vom Panel bewirkt, das durch Erwärmung die abgegebene Spannung sinkt.

konkret ist das Panel lt. DB mit einem Temp.Koeffizient von -0,45%/°C bei Vmp=17,8V angegeben. Damit hast du einen Spannungsabfall des Panels von gut 20%...statt 17,8V liefert das Panel bei Erwärmung also nur noch 14,2V im Vmp! Addierst du jetzt noch etwas Leitungsverluste + Verluste vom Laderegler kriegst du den Akku nur bis etwa 12,5V geladen...und damit bist du deutlich unter 50%DOD :fearful:

Zum Laden eines Akkus mit 12V bei optimaler Sonne benötigst du ein Panel mit mindestens 36 Zellen ! sonst macht Dein Laderegler bei Sonnenschein Siesta :grin: das verlinkte Panel ist genau genommen nur ohne Laderegler für 12V geeignet (und dann auch nur für nachfüllbare Batterien mit mehr als 50Ah)

Da wir es mit zwielichtiger Beleuchtung zu tun haben noch ein Hinweis zur Verschattungsthematik: Das Panel hat nur einen String inside -> wenn also Alle Zellen in Reihe geschaltet sind, bestimmt die Zelle mit der kleinsten Leistung die gesamte Stringleistung ! Anders gesagt: ist nur eine einzige Zelle zu 40% verschattet, liefert das Modul sogut wie garkeine Leistung...

LG...Holli

Holli_23: Sorry - dem muss ich leider widersprechen: die 10W bringt das Panel nur im Labor bei 25°C !....

Wer mehr weis, darf das. ;) ;) Grüße Uwe

uwefed: 4h Sonne und optimale Ausrichtung bekommst Du bei einem 10W Pannel max 40Wh oder 12V und 3,3Ah. Also kannst Du den 7Ah Akku um 1/3 laden (Verluste inbegriffen).

Lichterkette 12V und 200 mA wären dann 30 weiße LED?

Wie lange würdest Du die Lichterkette täglich eingeschalten lassen?

Grüße Uwe

Huiuiui... ich will doch nur eine Lichterkette betreiben :-D Ich kann mir da doch keine 2x2m Solarpanels auf den Balkon hängen. Vielleicht nehm ich, wenn das nicht so klappt, doch meine 220V-Steckdose auf dem Balkon :-D

Die Lichterkette würde 3-4h pro Tag laufen; ggf. über Hard-Off auch garnicht, wenn ich Sie nicht benötige/brauche.

Bzgl. dem Laderegler: Dann habe ich mich auch von den Rezensionen verleiten lassen - aber er ist schon bestellt und hat "nur" 10 € gekostet - wenn er nach ein paar Tagen kaputt ist, suche ich mir besseren Ersatz.

Bzgl. der Batterie: Wie gesagt, beide Batterien sind höchstwahrscheinlich sowieso schon im Nahtodbereich. Eine ganz bestimmt :) Wenn Sie hops gehen, besorge ich mir eine, die für den Laderegler/Solarbereich ausgelegt ist. Ist, wie gesagt, nur Schrottverwertung - wenns nicht klappt, ist nicht schlimm, weil hat nix gekostet :)

Anhand meines Wissenstandes mal kurz etwas zur Laufzeitberechnung. Ich gehe davon aus, dass die Lichterkette mit 1,2V betrieben wird und etwa 200 mAh zieht. Es handelt sich im übrigen um einen 23m Strang mit 200 LEDs - sie glimmen also nur leicht weiß/warmweiß, keine wirkliche Beleuchtung - eher ein Sternenhimmel.

Bin mir nicht sicher, ob man das so berechnet - aber die Lichterkette hätte dann eine Leistungsaufnahme von 0,24 Wh (1,2V*0,2A). Die Batterie könnte mir 43,2 Wh zur Verfügung stellen (12V*(7200mAh/2)), dann würde die Lichterkette 7,5 Tage durchgehend brennen, bis die Batterie leer ist ((43,2Wh / 0,24 Wh) / 24h). Bei täglicher Nutzung von 4h bin ich bei 45 Tagen.

Das hört sich für mich realistisch an - auch wenn Physikunterricht schon ein paar Tage her ist. Wenn es also 7 Tage im Sommer bei weniger optimalen Bedinungen dauern sollte, die Batterie zu laden, wäre das immer noch im Rahmen.

Wenn ich noch die Leistungsaufnahme vom Arduino UNO dazu nehme (7V * 0,055Ah = 0,385Wh) komme ich auf 2,88 Tage ((43,2Wh/0,625Wh/)24) im Dauerbetrieb. Gehe ich davon aus, dass die Lichterkette nur 4h brennt, der Arduino durchgehend läuft, sind es 4,22 Tage (0,24Wh * 4 + 24 * 0,385), also 10,22 Wh / 24h).

Da wird es denke ich schon grenzwertig - aber ich schaue ja, dass ich einen Arduino Nano oder Derivat verwende, mit entsprechend wenig Stromverbrauch im Sleep.

Ich hoffe die Rechnung meinerseits war korrekt? Ich lasse mich gerne belehren :-) Und danke für euer Feedback!

es liegt mir fern dich zu belehren :)

neovanmatix: Bin mir nicht sicher, ob man das so berechnet - aber die Lichterkette hätte dann eine Leistungsaufnahme von 0,24 Wh (1,2V*0,2A). ... Wenn ich noch die Leistungsaufnahme vom Arduino UNO dazu nehme (7V * 0,055Ah = 0,385Wh)

die Lichterkette: 1,2V * 0,2A = 0,24W -> 0,24W * 24h = 5,76Wh

Arduino: 7V * 0,055A = 0,385W -> 0,385W * 24h = 9,24Wh

die verfügbaren 43,2Wh des Akkus reichen für etwa 4 Tage Uno oder 8 Tage Lichterkette 24h real ist es bei einem fast fertigen Akku deutlich weniger Kapazität :(

neovanmatix: Wenn es also 7 Tage im Sommer bei weniger optimalen Bedinungen dauern sollte, die Batterie zu laden

du wirst den Akku so nie über 50% kriegen Keine Chance im Sommer, eher noch im Winter :(

Die Lichterkette via 220V an eine Zeitschaltuhr zu hängen wäre wohl kosteneffizienter gewesen :-D

Ich glaube nicht daß die LED Lichterkette mit 1,2V funktioniert. 12V sind plausibler.

Grüße Uwe

Ich nehm Sie heute Abend mal auseinander. Hatte schon ähnliche, günstige, in China hergestellte Lichterketten mit Solar gehabt - die Solarzelle bringt sicher keine 12V und 12V-Akkus (festverlötet) hab ich auch noch nicht gesehen. Eher 2x 1,2V in Reihe tauschbar. Wenn Sie 12V hätte wäre aber auch nicht schlimm, dann bräuchte ich keinen Step-down-Wandler :)