Sie benötigen ein kompaktes Solarlademodul für Systeme mit geringem Energieverbrauch? Dieser Solarzellen-Spannungsregler wird zwischen Solarpanel und Akku geschaltet. Die Schaltung sorgt für effizientes Laden, Schutz vor Tiefentladung und ermöglicht die Überwachung des Betriebszustands.
Brauchen Sie ein kompaktes Solarenergie-Regelungsmodul für Systeme mit geringem Verbrauch wie Wetterstationen oder LED-Außenbeleuchtung mit Zeitschaltuhr? Dieses Solarzellen-Spannungsregler-Projekt aus 2016 ist dafür entwickelt, zwischen einem Solarpanel und einer wiederaufladbaren Batterie zu sitzen. Die Schaltung sorgt für effizientes Laden, schützt vor Tiefentladung und ermöglicht die Überwachung über eine USB/Seriell-Schnittstelle. Der Regler unterstützt Solarpanels im Bereich von 10 bis 50 W und kann problemlos für leistungsstärkere Systeme angepasst werden.
Schaltungsentwurf und Funktion
Im Zentrum des Solarzellen-Spannungsreglersystems steht ein ATmega8-Mikrocontroller mit 4 MHz Taktfrequenz. Das Design verwendet einen Schaltregler (LM2674) von Texas Instruments, ausgewählt wegen seines hohen Wirkungsgrades und der niedrigen Verlustleistung im Vergleich zu linearen Spannungsreglern. Dadurch kann der Regler auch mit einer 24 V-Versorgung effizient arbeiten und minimiert Leistungsverluste.
Schaltbild des Solarzellen-Reglers. Die Bauteile innerhalb der gestrichelten Linie werden nicht verwendet (in dieser Version ausgelassen).
Die Batteriespannung gelangt über den Anschluss K1.B hinein, geschützt durch Sicherung F1 und Diode D5, um eine Verpolung zu verhindern. Der LM2674-Schaltregler (IC1) wird über Transistor T5 und MOSFET T6 angesteuert und liefert eine stabile, geregelte Ausgangsspannung an das System, während er die Energie vom Solareingang effizient verwaltet.
Die Spannungsüberwachung erfolgt über die ADC-Kanäle des ATmega8:
ADC0 misst die Batteriespannung über ein Teiler- und Filternetzwerk (R13, R14, C4).
ADC1 und ADC2 lesen die einstellbaren Potentiometer (P1 und P2) aus, mit denen die oberen und unteren Schwellwerte für die Batteriespannung manuell eingestellt werden.
Solarzellen-Spannungsregler-Steckbrett
"Die Abmessungen der Schaltung (ohne Batterie) entsprechen denen eines wasserdichten Gehäuses von Fibox", erläutert Pascal Rondane, der Entwickler. "Die Kabelausgänge werden über Kabelverschraubungen (PG9) geführt. Zwei 2-mm-Löcher müssen in den Gehäuseboden gebohrt werden, um Kondenswasser abzulassen".
Firmware
Die Firmware des Mikrocontrollers sorgt für ein intelligentes Energiemanagement. Fällt die Batteriespannung unter einen voreingestellten Schwellwert, wird die Last getrennt, um eine Tiefentladung zu verhindern. Sobald sich die Batteriespannung wieder über den oberen Grenzwert erholt, werden die Elektronikkomponenten automatisch wieder zugeschaltet. Die Software berücksichtigt zudem den Batterietyp (Bleiakku oder Gel), um die Ladezyklen zu optimieren und Memory-Effekte zu minimieren.
Der mikrocontrollergesteuerte Solarzellenregler ist für ein 12-V-Solarpanel und eine Leistung von 10 – 50 W ausgelegt.
Das ursprüngliche 50-W-Solarzellen-Spannungsregler-Projekt
Der Originalartikel "Solar-Laderegler (50 W)" erschien in Elektor Januar 2014. Sie können den Artikel kostenlos lesen während der zwei Wochen nach Veröffentlichung dieses Beitrags. Wenn Sie Ihre eigene Schaltung entwerfen, teilen Sie sie bitte auf der Elektor Labs Plattform!
Redaktioneller Hinweis: Dieser Artikel erschien erstmals in einer Ausgabe von Elektor aus dem Jahr 2014. Aufgrund des Alters des Projekts sind einige Bauteile oder Produkte möglicherweise nicht mehr verfügbar, und einige zentrale Designtechniken könnten veraltet wirken. Wir sind jedoch überzeugt, dass die Schaltung Sie dazu inspirieren wird, künftig neue Projekte zu beginnen.
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