HowTo zu einer Solarlampe

[Beatbuzzer]

Da die Sonne hier gar nicht mehr aufhören will, zu scheinen, hab ich mir in den letzten Tagen mal eine Solarlampe zusammengebaut.
Zutaten sind:
-Cree Q5
-Solarpaneel Monokristallin 5V 150mA
-3x AA Akkus 3,2Ah
-das übliche Kleinkram (Transistoren, Widerstände...)
-3mm Schweißdraht, MDF-Holz, Alu-Rohr

Zuerst gibts mal den Schaltplan und alles was an Elektronik in der Lampe drin ist auf zwei Bildern:

Solarlampe - plan.JPG (17.23 KiB) 14044 mal betrachtet

Die kleine Platine ist mit der Edding-Methode selbstgeätzt, der Strom wird über den Transistor auf ~100mA gedrosselt, deshalb ist kein weiterer Widerstand für die Q5 eingebaut. Die Schaltung sonst sollte ja vom Prinzip schon bekannt sein. Sobald die Spannung am Solarmodul unter 0,7V fällt, wenn es dunkel wird, sperrt der eine Transistor und der andere öffnet.

Das Gehäuse ist mit Stichsäge und Feile ausgearbeitet worden und danach mit Holzschutz gestrichen. Der Schweissdraht wurde im Schraubstock passend abgelängt und gebogen und danach mit grauem Sprühlack eingefärbt. Das Alurohr, in welchem die zusammengeführten Schweissdrähte stecken, ist 1m lang. Dazu hier die Bilder:

und fertig:

Das meiste Material für eine zweite Lampe habe ich schon vorrätig, nur die LED fehlt noch .

[Sailor]

Mal keine 08/15 Lösung. Deine Arbeit gefällt mir!

Trotzdem noch 2 Anmerkungen:

Wenn R3 durch ein Poti ersetzt wird, lässt sich der Ein- und Ausschaltzeitpunkt verschieben.

Ein (Plexiglas-) Diamant oder ein Kristallkörper (z.B. die Tiere aus Souvenirläden) in der Gabelung der Schweissstäbe streut das Licht und erzeugt dort einen Leuchtpunkt.

[Beatbuzzer]

Wenn R3 durch ein Poti ersetzt wird, lässt sich der Ein- und Ausschaltzeitpunkt verschieben.

Ein (Plexiglas-) Diamant oder ein Kristallkörper (z.B. die Tiere aus Souvenirläden) in der Gabelung der Schweissstäbe streut das Licht und erzeugt dort einen Leuchtpunkt.

Ich hatte während der Einstell- und Probierzeit schon verschiedene Werte für R3 ausprobiert, aber der Unterschied ist gering bis nicht vorhanden, da unter 0,7V der Transistor nicht mehr leitet. Da kann der Widerstand dann auch 0 ohm haben.
Und bei Spannungen von über 0,7V ist es quasi noch taghell .

Die Idee kam mir schon mit einem Aluminiumkegel. Wollte erst welche drehen dafür, dass das Licht, was dort reinfällt nochmal weggespiegelt wird. Aluminium lässt sich ja fast auf Hochglanz drehen, wenn die Schnittgeschwindigkeit hoch genug ist. Aber die Idee mit Kristallen ist natürlich auch nicht schlecht.

[Sailor]

Bei meiner Anlage lässt sich die Zeit um etwa 20 bis 30 Minuten verschieben. Das hängt wohl auch vom Transistor ab. Der Helligkeitsunterschied ist in dieser Zeit fürs Auge wirklich gering.

[katze_sonne]

Erstmal: Echt geniale, weil simple Solarleuchte . Woher hast du die Solarzelle? Oder ist die aus ner Solarlampe o.ä.?

[Beatbuzzer]

Woher hast du die Solarzelle? Oder ist die aus ner Solarlampe o.ä.?

Die Solarzelle hab ich von eBay.
Gibts als Zweierset, deshalb werd ich noch eine zweite Lampe bauen, wenn ich noch eine Q5 hab. Will aber nicht extra nur deswegen bestellen.

[Borax]

Bei meiner Anlage lässt sich die Zeit um etwa 20 bis 30 Minuten verschieben.

Ich glaube, das hängt in erster Linie von der Anzahl der Solarzellen (und damit der Spannung) ab. Bei einem 5V Modul liegt die Spannung der Transistor-Grenze (0.6V-0.7V) bei etwa 15%; bei Deinem 10V Modul sind es dagegen nur etwa 7%. Sprich bei Deiner Anlage ist die 'minimale Schalthelligkeit' höchstens halb so groß...

[Beatbuzzer]

Bei einem 5V Modul liegt die Spannung der Transistor-Grenze (0.6V-0.7V) bei etwa 15%; bei Deinem 10V Modul sind es dagegen nur etwa 7%. Sprich bei Deiner Anlage ist die 'minimale Schalthelligkeit' höchstens halb so groß...

Das ließe sich beheben, wenn man noch einen Op-Amp einbaut, aber das würde den Schaltungs- und Bauteileaufwand wieder erhöhen. Oder aber ein Germanium-Transistor (0,2-0,3V). Weiss zufällig jemand, ob noch welche produziert werden. Meiner Ansicht nach sind sie irgendwie von der Bildfläche verschwunden.

Kurzes Update:
Es ist, so wie es jetzt ist, gerade so annehmbar. Es könnte eigentlich noch dunkler sein, bevor sie angeht. Aber die Fade-Zeit ist sehr gering. Nichtmal eine Minute und die Lampe ist voll da. Das macht die Steilheit des Transistors deutlich, weil die Schaltung an sich ist ja kein Schmitttrigger.
Die Helligkeit ist gut. Q5 bei 100mA macht im dunkeln schon was her. Überhaupt kein Vergleich zu irgendwelchen 5mm LEDs und Baumarkt-Solarfunzeln.
Am nächsten morgen ist die Helligkeit meist schon gesunken. Zwar immernoch mehr, als käufliche 4,95€-Produkte, aber gegenüber abends schon deutlich weniger.
Das sollte sich aber durch einen anderen Aufstellort bessern lassen, da im Moment nur bis ca. 5 Uhr Sonneneinstrahlung vorhanden ist. danach kommt der Schatten vom Haus drüber. Weiter oben im Garten sollten noch ca. 2-3Std. bei der aktuellen Sonnenscheindauer gut zu machen sein.

[Sailor]

... Das ließe sich beheben, wenn man noch einen Op-Amp einbaut, aber das würde den Schaltungs- und Bauteileaufwand wieder erhöhen. Oder aber ein Germanium-Transistor (0,2-0,3V). Weiss zufällig jemand, ob noch welche produziert werden. Meiner Ansicht nach sind sie irgendwie von der Bildfläche verschwunden.

Kurzes Update:
Es ist, so wie es jetzt ist, gerade so annehmbar. Es könnte eigentlich noch dunkler sein, bevor sie angeht. Aber die Fade-Zeit ist sehr gering. Nichtmal eine Minute und die Lampe ist voll da. Das macht die Steilheit des Transistors deutlich, weil die Schaltung an sich ist ja kein Schmitttrigger...

Den Schaltzeitpunkt könntest Du auch mit einem Spannungsteiler an der Basis des T2 einstellen. Bei den langen Tagen jetzt wohl nicht ganz so wichtig, aber wenn die Nächte wieder länger werden bedeutet späteres Einschalten längeres Leuchten in den Morgenstunden.

Ist nur ein Widerstand mehr und den zusätzlichen Strom kann man vergessen.

[andreas123]

Die Schaltung würde ich gerne einmal nachbauen, schon weil es mich interessiert, wie die Cree mit so wenig Strom leuchtet. Da ich von Elektronik keine Ahnung habe hier noch Fragen zum oben genannten Spannungsteiler. Wie funktioniert dieser, welche Daten hätte der Widerstand? Könnte jemand einen entsprechenden Schaltplan zur Verfügung stellen?

[Sailor]

Ich weiß nicht, was Du unter Spannungsteiler verstehst, die Entwicklung der Schaltung und die Funktionsweise findest Du hier.

Edit:

Oder meinst Du den von mir oben vorgeschlagenen Spannungsteiler?

[Borax]

Wegen Germanium-Transistor...
Reichelt hat welche. Sind aber relativ teuer (ein LM358 ist viiiel billiger...)
http://www.reichelt.de/?;ACTION=2;LA=2; ... OUPID=2904

Vielleicht probier ich das mal irgendwann aus. Ich hab noch alte GE-Transistoren in meiner Bastel-Kiste...

[CRI 93+ / Ra 93+]

Ein wenig OT, aber die Max Cell Akkus habe ich auch: 5x benutzt, dann (weil durch eneloop abgelöst) ca. 1 Jahr rumliegen gelassen, danach mit meinem neuen Ladegerät mal ausgemessen: 800 bis 900 mAh. Und eine recht hohe Selbstentladung (ca. 3 Monate Laufzeit in einer Personenwaage).
Nimm lieber eneloop, die halten ihre angegeben Kapazität ehrlich ein und haben auch nach Jahren des rumliegens noch satt Ladung drin (-10% im ersten Monat und danach nur noch ca. -5% im Jahr).
Tipps zu Ladegrät + Akkus

[andreas123]

Hallo Sailor,
ja, ich meine genau den von Dir vorgeschlagenen Spannungsteiler.

[Beatbuzzer]

Nimm lieber eneloop, die halten ihre angegeben Kapazität ehrlich ein und haben auch nach Jahren des rumliegens noch satt Ladung drin (-10% im ersten Monat und danach nur noch ca. -5% im Jahr).

Deinen Thread zu den Eneloop-Akkus und guten Ladegeräten dazu hatte ich in der Entstehung schon mitgelesen. Gute Arbeit von dir, und die Menge des Textes ist auch beachtenswert .
Aber ich finde nicht, dass es in einer Solarlampe auf die Selbstentladung der Akkus ankommt, da sie ja nur von morgens Sonnenaufgang bis Abends Dämmerung die Energie speichern müssen. Eine hohe Ladeeffizienz halte ich für viel wichtiger, damit die wertvolle Solarenergie auch so gut wie möglich genutzt wird. Da wären Lithium-Akkus mit AFAIK ~95% schon am besten, aber ohne Spannungsregelung nicht gefahrlos zu laden.
Und mehr als 1500mAh brauche ich in der Lampe nicht, da selten mehr als 10Std. Sonne auf die Zelle treffen, und schon gar nicht in optimalem Winkel. Restladung ist nach einer Nacht auch nicht mehr nennenswert vorhanden.
Die Akkus lagen halt so da, und hatten keinen anderen Verwendungszweck, deshalb kam ich nicht auf die Idee noch einzukaufen

[Borax]

Bzgl. 'Einschalten' erst bei völliger Dunkelheit (0.7V Problem)
Wenn man einen LM358 verwendet sollte es gehen. Die Einschaltspannung liegt hier bei etwa 0.1V
Falls jemand das Zeug zu Hause hat, kann er ja mal testen.
BTW: Den zweiten OP des LM358 könnte man z.B.auch als KSQ verwenden, oder als Laderegler oder als Unterspannungsabschalter...

Anmerkung: V1=Solarzelle (etwa 4-5V); C1=Akku (etwa 3.6V)!

OP_SolarLeuchte2.png (6.47 KiB) 13528 mal betrachtet

[Sailor]

Die Spannungsteilerlösung könnte z.B. so aussehen:

SOLAR_mit ST.png (4.32 KiB) 13489 mal betrachtet

Dabei hebe ich die Spannung an der Basis des BC546 über das 2,2 MOhm-Poti so weit an, dass die Schaltschwelle z.B. bei 0,6 Volt von der Solarzelle erreicht wird, weil 0,1 Volt von der Akkuspannung zugesteuert werden.

Wenn ich mich nicht verrechnet habe führt die Potistellung bei etwa 1,7 MOhm zum gleichen Zeitschaltpunkt wie die Ausgangsschaltung (etwas abhängig auch vom Transistor).

Der Rückwärtsstrom über die Solarzellen ist zu vernachlässigen. Soll er trotzdem unterdrückt werden, kann noch eine weitere Diode eingesetzt werden.

Edit:

Das von mir eingezeichnte Poti sollte (wie immer) durch eine Festwiderstand von 1,2 MOhm und ein 1 MOhm Poti ersetzt werden, dann fließt auch bei Nullstellung des Potis kein unzulässig hoher Rückwärtsstrom durch die Solarzellen und die Einstellung ist leichter.

[Borax]

So geht's natürlich auch. Allerdings muss das Poti IMHO viel kleiner sein. Damit die Spannung an der Basis des Transistors hinreichend angehoben wird, sollte das Poti im Bereich 50k-250k 'regeln'. Damit komme ich auf eine Schaltschwelle von 0.25V bis 0.65V. 'Rückwärtsstrom' ist wirklich nicht so schlimm. Bei einem Wert von 50K am Poti fließen nur etwa 0.1mA 'in' die Solarzelle. Bei maximal 0.5V an der Basis des Transistors (solange die Spannung hier höher ist, bekommt die Solarzelle noch keinen Strom aus dem Akku) fließt über den 4.7K Widerstand einfach nicht mehr...
Daher mein Vorschlag: Das eingezeichnete Poti sollte durch eine Festwiderstand von 47k Ohm und ein 250k Poti ersetzt werden.

[CRI 93+ / Ra 93+]

@Beatbuzzer:
Die Lade-Effizenz ist auch bei MiMH-Akkus sehr hoch, lt. BTI CCS (Patentinhabe einer neurtigen (mittlerweile aber deutlich über 10 Jahre alt) Endabschalt-Erkennung für MiMH-Akkus) liegt sie bei 98%.

Alles was ich zu dem Thema gelesen habe scheint mir ebenfalls in diese Richtung zu deuten. Das Übel sind nämlich Ladegeräte, die erst viel zu spät abschalten, auch beim Minus-detla-U-Verfahren wird immer erstmal überladen, bevor gestoppt wird.
Und dann ist natürlich noch der Innenwiderstand der Zellen interessant. Bei Solargeneratoren benutzt man i.d.R. auch Schaltregler, die die Solarzelle immer so belasten, dass die maximalen Watt, die sich auch U*I ergeben herauskommen. Das dürfte bei Deiner Solarlampe aber alles unwichtig sein.

Viel interessanter: NiMH-Akkus werden mit der Zeit "faul" (Lazy battery effect), wenn sie nur wenig zu tun haben. Solarlampen sind so ein fall, dazu kommt noch das dauernde Aufheizen. Ich habe keine Ahnung, ob eneloop-Akkus hier auch Vroteile haben, kann es mir aber sehr gut vorstellen.

Ein NiMH-Akku in einer Solarlampe, der am Anfang 700 mA hatte, wird nach einem Jahr noch ca. 150..250 mAh haben und erst nach einem ca. 5maligem zyklischen Entladen-Laden-wieder ca. 400.500 mAh (das sind ca. meine nicht representativen Erfahrungen).

Da Du Deine Akkus fest angelötet hast, wird das cyclen etwas schwierig. Außerdem wird man Akkus in 99% der Fälle beim direkten Löten am Akku vorschädigen (feshalb sind kommerzielle Packs auch immer Punktgeschweißt). Bei den Max Cell Schrottzellen sicher egal, aber für eneloops dann doch lieber einen Batteriehalter verwenden.

Ich habe auch schon Akkus direkt angelötet und die haben danach auch noch gut gearbeitet, vor- und nachher vermessen und Studien zur Lebensdauerverkürzung habe ich aber natürlich nicht gemacht. Um sie zu schonen habe ich sie einen Tag lang tiefgekühlt und dann die Anschlüsse angeschmirgelt, damit das Lötzinn etwas besser aufgenommen wird und mit einem möglichst starken Lötkoleb (nicht unter 40W, besser 120W) mit Lötzeit so kurz wie möglich Litzen angelötet, während die Akkus zusätzlich noch zwischen Kühlakkus lagen. (der gewaltige Temperaturunterschied zwischen erhitztem und kaltem Teil hat sie zumindest nicht zerstört, ob das gesünder ist, als Zimmer-Warme Akkus zu löten kann ich nicht sagen, in jedem Fall würde ich die Akkus beim Löten zwischen Kühl-Akkus stecken)

[Beatbuzzer]

Ich habe bisher schon viele Akkus von Micro bis Sub-C mit einem 100W-Lötkolben direkt verlötet und noch keine Ausfälle gehabt.
Bei einem Mignon-Akku und 100W-Lötkolben dauert der Lötvorgang bei mir <3sec. und der Akku ist danach nicht fühlbar wärmer. Die punktuelle Hitze ist sofort über den Stahlmantel abgeleitet.
50°C sind für einen NimH-Akku die beste Arbeitstemperatur (gute Spannungslage, gute Stromabgabe), zumindest kenne ich es so aus dem Modellbaubereich. Und so warm wird er beim Löten lange nicht.

PS: Für vorsichtige Bastler gibts die Eneloops auch mit Lötfahne zu kaufen.

[CRI 93+ / Ra 93+]

Mit Lötfahne sind die Dinger aber mindestens 85%, bei konfektionierten Packs gar bis zu 200% teurer als der normale Preis von ziemlich genau 2 €/Zelle, also ist das keine ernsthafte Option, dann lieber einen Batteriehalter. verwenden (es sei denn man braucht Ströme oberhabls von 2 Ampere, z.B. Akkuschrauber, da sind dann die Übergangswiderstände u.U. relevant (leider kann man nie erkennen, ob ein Batteriehalter hochwerig ist) oder aber wenn das ganze auch nach 20 Jahren noch nicht durch Korrosion zu Wackelkontakten neigen soll. (So alte Akkus habe ich hier und die besten (geringer Kapazitätsrückgang) sind: Panasonic und Sanyo, seit 15 Jahren längst verstorben dagegen sind z.B. General Electric-Zellen von vor 20 Jahren).

[andreas123]

Hallo Sailor,
ich habe eine Frage zu den Bauteilen in Deinem Schaltplan. Ich habe versucht, die Schaltung nachzubauen, hat aber nur teilweise geklappt. Das Solarpanel lädt die Akkus und die Cree LED leuchtet unter Spannung schön hell. Allerdings funktioniert das Ein- u. Ausschalten bei zu- oder abnehmender Dunkelheit nicht, d.h. ich habe irgendwo einen Fehler in der Transistorschaltung gemacht, den ich leider noch nicht gefunden habe. Evtl. liegt der Fehler jedoch auch in meiner Auswahl der Transistoren, im Schaltplan steht BC546, den habe ich als BC546A und BC546B bekommen, den Transistor BD 241 habe ich als BD241B und BD241C.
Kann ich BC 546B und BD241C kombinieren oder passen nur BC546B und BD241B zusammen? Der Ehrlichkeit halber muss ich zugeben, dass ich die mir keine Datenblätter besorgt habe, da ich als Laie sowieso nur Bahnhof bei den techn. Parametern verstehe. Für einen Tip wäre ich dankbar.

[Sailor]

Diese Bauteile sind unkritisch. Die habe ich aus meiner Bastelkiste.

Die Leuchte geht aus, wenn an der Basis des BC 546 Poti etwa 0,7 Volt überschritten werden, weil dann der Transistor öffnet und somt die Basis des BD 241 gegen Masse zieht, wodurch dieser schließt.

Miss mal die Spannung an der Basis des BC 546 bei angeschlossener, beleuchteter Solarzelle und bei abgeklemmter.

[Sailor]

Hast Du die Schaltung nun am Laufen?

Wenn nicht brauchte ich die Spannungangaben.

Da Du ohne Datenblatt arbeitest: stimmen die Lötpunkte für Basis, Kollektor und Emitter bei beiden Transistoren?

[Borax]

... insbesondere haben Leistungstransistoren eine andere Pin-Belegung als Kleintransistoren:

BD241_BC548Pins.png (15.64 KiB) 12498 mal betrachtet