Einfacher Solar-Laderegler

Einfache Zweipunktregelung

Der LTC2965 arbeitet wie folgt: Ausgehend von einer Akkuspannung unter 13,7 V ist der Komparatorausgang „low“ und T₁ ausgeschaltet. Dies ermöglicht einen Stromfluss vom PV-Panel über D₁ zum Akku – und zur Last. Während des Ladevorgangs steigt die Akkuspannung (UE). Erreicht sie die obere Schwelle bei 14,7 V, wird T₁ eingeschaltet und somit der Ausgang des PV-Panel mit Masse verbunden. D₁ trennt den Akku von PV-Panel. Mit eingeschaltetem T₁ wird der Akku durch den Laststrom entladen. Die Akkuspannung sinkt je nach Ladezustand und Laststromstärke. Erreicht die Akkuspannung die untere Schwelle von 13,7 V, wird T₁ ausgeschaltet und der Strom des PV-Panel fließt wieder zum Akku und zur Last. Geladen wird der Akku kontinuierlich, bis die 14,7-V-Schwelle erreicht ist; von da an erfolgt Impulsladen. Dieses Ladeschema beinhaltet die Möglichkeiten, den Akku zyklisch zu laden und den Akku durch Nachladepulse im geladenen Zustand zu halten.

Die korrekte Anpassung von Akku-Kapazität und PV-Panel an die spezifizierte Applikation spielt dabei eine große Rolle. Als allgemeine Regel sollte die maximale Stromstärke des PV-Panel etwa dem zehnfachen Laststrom, gemittelt über 24 h, entsprechen. Die Akku-Kapazität sollte so gewählt werden, dass der Ah-Wert dem 100-Fachen der über 24 h gemittelten Laststromstärke entspricht. Der Spitzenstrom eines PV-Panel mit 36 Zellen lässt sich näherungsweise durch Teilen der angegebenen Leistung durch 15 ermitteln. Von einem 15-W-PV-Panel kann eine max. Stromstärke von ca. 1 A erwartet werden – unter optimalen Bedingungen. Der Wert für den Spitzenstrom sollte jedoch unter den tatsächlichen Bedingungen gemessen werden.

Einsatzbedingungen beachten

Die genannten Werte und Verhältnisse wurden praktisch ermittelt. Sie gelten für ein System, das vier Tage ohne nachzuladen per Akku versorgt werden kann – am Ort Milpitas in Kalifornien, wobei das PV-Panel für maximale Leistung im Winter ausgerichtet wurde. Wie in Bild 2 wurde die eingesetzte Ladeschaltung für einen Laststrom von kontinuierlich 100 mA ausgelegt – daraus resultiert ein Kapazitätsbedarf von 2,4 Ah/Tag. Dementsprechend sind ein 1-A-PV-Panel und ein 10-Ah-Akku erforderlich. Der in der Schaltung in Bild 2 angegebene 7,2-Ah-Akku wäre unterdimensioniert und könnte nur einen dreitägigen Betrieb, unabhängig von jeder PV-Leistung, ermöglichen.

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Die Ladeschwellenwerte sind temperaturkompensiert mittels NTC im Bereich 0 °C bis 50 °C. Wird die Schaltung in temperaturgeregelter Umgebung betrieben, so ist keine Temperaturkompensation notwendig und der NTC und der 150-kΩ-Widerstand können ersetzt werden durch einen 249-kΩ-Festwiderstand. Wenn die 1%-Toleranz der Widerstände zu ungenau sein sollte, dann kann die Ladeschaltung in Bild 2 um einen Spannungsteiler mit Trimmer (Bild 3) zwischen den Anschlüssen U_Ref und INH ergänzt werden. Mit ihm lässt sich der Ladeschwellwert im Bereich ±250 mV genau einstellen.

PV-Panels sind normalerweise für einen maximalen Gesamtenergieertrag im Jahr ausgelegt. Ein autarkes System jedoch muss für den Betrieb unter den minimalen, jahreszeitlichen Bedingungen ausgerichtet sein und Ausnahmen durch zufällige Wettererscheinungen berücksichtigen. Besonders wichtig ist dabei die Ausrichtung des PV-Panel, was eine Wissenschaft für sich ist. Die Berechnung der theoretisch idealen Ausrichtung ist relativ einfach. Die Einbeziehung der nichtidealen Randbedingungen der Praxis, wie Wolken, Nebel, Abschattung, atmosphärische Störungen usw., machen es dann schon komplizierter. Gute Hinweise hierzu sind auf der Internetseite www.solarpaneltilt.com veröffentlicht.

Der Autor

mlee@linear.com

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